黃倩+邱剛

摘 要 傳統(tǒng)的電勵磁爪極發(fā)電機存在發(fā)電效率低、磁場調(diào)節(jié)困難的問題，對此我國的技術(shù)人員提出了一種新型的混合勵磁無刷爪極發(fā)電機。本文將對新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機的結(jié)構(gòu)、磁場運行規(guī)律，以及新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機對磁場的調(diào)節(jié)能力進行具體分析，希望能給相關(guān)人士提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】混合勵磁 爪極發(fā)電機 研究

電勵磁無刷爪極發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的諸多優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于汽車制造、航天工程等領(lǐng)域。但是電勵磁無刷爪機發(fā)電機的缺陷也比較明顯，比如說這種發(fā)電機的功率密度比較小，能量的損耗性很大，而且在使用過程中存在安全隱患問題。永磁爪極發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)簡單、效率較高的優(yōu)勢，但是在對氣隙磁場進行調(diào)節(jié)時同樣存在弊端。在兩種發(fā)電機都存在缺陷的情況下，新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機應(yīng)運而生。

1 新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機的結(jié)構(gòu)

新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，從圖1我們可以看出，這種發(fā)電機是由幾個主要部分組成的，如機殼、定子、隔磁層等等。對這種新型發(fā)電機的結(jié)構(gòu)進行分析，可以發(fā)現(xiàn)新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機和普通的發(fā)電機具有類似之處，都有槽鐵心和對稱繞組的組成結(jié)構(gòu)，而且在電樞和機殼之間都存在一個磁套。

新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是由兩個爪極組成的，和傳統(tǒng)的爪極有很大區(qū)別。從圖中可以看出，新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機的爪極極掌在中間位置，而且相隔一段長度。在爪極和爪極之間，有一個隔磁的部分，根據(jù)相對位置可以對爪極進行有效區(qū)分。兩個相鄰爪之間有一個永磁體，在它的作用下兩個磁場實現(xiàn)了并聯(lián)的關(guān)系。此外，在電機的外面，有兩個對稱的繞組，它們共同成為電機磁路的一部分。

2 新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機的磁場運行規(guī)律

新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機的磁場運行規(guī)律和發(fā)電機中的兩個組成部分密切相關(guān)，這兩個部分便是永磁體和勵磁繞組。永磁體和對稱繞組能夠使電流發(fā)生改變，原本橫向運行的電流變成豎向的形式，進而影響了發(fā)電機的運行。

當這種新型的發(fā)電機進行增磁時，主要是通過對稱繞組來完成這項工作的。在增磁的過程中，發(fā)電機的磁路被劃分成了兩個部分，而且這兩個磁路都被串聯(lián)在儀器之中。發(fā)電機進行通電增磁之后，電磁進入了氣隙，在此時永磁體電磁的路徑具體如下：永磁體的電磁通過爪極，然后進入主氣隙之中，到達定子齒，之后由定子齒循環(huán)進入主氣隙，到達爪極，最后通過永磁體到達另一個電極。電勵磁電磁的路徑具體如下：電勵磁的電磁通過勵磁支架，進入到附加氣隙之中，然后進入爪極，通過主氣隙進入了定子，之后從定子中通過，到達主氣隙，經(jīng)過爪極和附加氣隙，最終進入勵磁支架。在運動的過程中，氣隙磁場隨著電流的增大而逐漸增大，實現(xiàn)了并聯(lián)混合勵磁。

3 新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機的優(yōu)勢

（1）新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機具有調(diào)節(jié)磁場的優(yōu)勢。這種新型的發(fā)電機能夠?qū)崿F(xiàn)對氣隙磁場的調(diào)節(jié)。當電流加大，磁場相應(yīng)加大，當電流減小，磁場相應(yīng)減小，這樣可以讓磁場變化保持在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

（2）新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機具有提高磁密的優(yōu)勢。這種新型的發(fā)電機既然可以調(diào)節(jié)氣隙磁場，就能對氣隙的磁密產(chǎn)生影響。發(fā)電機在提高磁密的過程中，應(yīng)用了對稱繞組和永磁體，在二者的共同作用下，磁密得到提高。

（3）新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機具有可靠性的優(yōu)勢。這種新型的發(fā)電機可以在停止工作時停轉(zhuǎn)電刷結(jié)構(gòu)，保障發(fā)電機運轉(zhuǎn)的可靠性和安全性。由于這種性能，它被稱為無刷爪極發(fā)電機。

（4）新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機可以保證氣隙磁場的均勻。傳統(tǒng)的電勵磁爪極發(fā)電機在發(fā)電的過程中不能規(guī)范極弧的長度，無法保證氣隙磁場的對稱，但是新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機卻很好地解決了這一問題。

4 新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機的有限元分析

4.1 界限條件

分析這種新型發(fā)電機的有限元，應(yīng)該建立數(shù)學(xué)模型。想要實現(xiàn)對數(shù)學(xué)模型的計算，就要確定模型建構(gòu)的界限條件。為了提高建模的精準性，需要對永磁體進行細致研究，對爪極進行精準建模。

新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機具有幾何對稱性，因此在建立數(shù)學(xué)模型之后，應(yīng)該代入之前確定好的界限條件，讓磁力線和邊界面保持連通，以此為依據(jù)對發(fā)電機的有限元進行分析。

4.2 磁場分布

通過調(diào)查實驗可以發(fā)現(xiàn)，新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機的勵磁繞組所產(chǎn)生的軸向電磁，和永磁體產(chǎn)生的切向電磁，二者在爪極位置實現(xiàn)了匯合。在爪極的作用下，電磁通過了氣隙、定子，到達另一極，然后再循環(huán)往復(fù)這個過程，逐漸形成一個磁通回路。對新型混合勵磁無刷爪極發(fā)電機的氣隙磁密進行分析可以發(fā)現(xiàn)，當勵磁電流為0時，氣隙磁密為一個數(shù)值，當勵磁電流逐漸加大時，氣隙磁密的數(shù)值也在不斷發(fā)生變化。

5 結(jié)論

傳統(tǒng)的電勵磁爪機發(fā)電機存在發(fā)電效率低、磁場調(diào)節(jié)困難的問題，為了解決這一問題，技術(shù)人員應(yīng)該加大研發(fā)力度，將新型的混合勵磁無刷爪極發(fā)電機投入生產(chǎn)。

參考文獻

[1]寇寶泉，李春艷，程樹康，喬東偉，王秀和，朱常青.可控磁通永磁同步電機弱磁新方案[J].中國科技論文在線，2013，16（45）：164-166.

[2]竇汝振，溫旭輝，朱姝姝，劉闖，寧銀行，徐軼昊.永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制的弱磁運行分析[J].中國電機工程學(xué)報，2014，23（36）：187-188.

[3]寇寶泉，謝大綱，逯家鵬，張曉燕，王遠兵，程樹康.磁力線開關(guān)型混合勵磁磁阻電機的轉(zhuǎn)矩特性[J].中國電機工程學(xué)報，2015，20（31）：235-236.

[4]王群京，馬建偉，倪有源，陶洋洋，李國麗，馬飛.具有永磁勵磁的混合式爪極發(fā)電機空載磁場分析和電感計算[J].電工技術(shù)學(xué)報，2015，19（31）：368-369.

作者單位

重慶三峽學(xué)院 重慶市 404000