崔智 王天祺 房遠(yuǎn) 董政
摘 要:游標(biāo)混合機(jī)是可變磁阻永磁電機(jī),為雙凸極結(jié)構(gòu)電機(jī),主要由轉(zhuǎn)子鐵芯、調(diào)制齒、定子永磁體、定子鐵芯和電樞繞組五部分組成。電樞繞組和永磁體均放置在定子上,轉(zhuǎn)子鐵芯由硅鋼片疊壓而成。在一般情況下,電機(jī)運(yùn)行主要是電樞繞組發(fā)熱,游標(biāo)混合機(jī)的電樞繞組放置在定子上,使得電機(jī)散熱快,結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行可靠,實(shí)現(xiàn)了低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩。因此,游標(biāo)混合機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景,例如電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電等。
關(guān)鍵詞:游標(biāo)混合機(jī);可變磁阻;永磁電機(jī)
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.156
1 引言
與傳統(tǒng)電機(jī)相比,游標(biāo)混合機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、體積小、質(zhì)量輕、損耗少等顯著優(yōu)點(diǎn),幾乎完美符合了電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求[1]。作為基于磁齒輪效應(yīng)的變磁阻永磁電機(jī)的一種,它常見有兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分別為內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子兩種。將三相對稱繞組放置在電樞槽內(nèi),同時(shí)在電樞齒表面緊貼交替放置極性相反的永磁體,永磁體和電樞繞組均位于定子上的結(jié)構(gòu)使得散熱更容易:轉(zhuǎn)子為齒槽結(jié)構(gòu),由硅鋼片疊壓而成,結(jié)構(gòu)簡單可靠[2]。
2 游標(biāo)混合機(jī)的結(jié)構(gòu)
本文所研究的游標(biāo)混合機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示,該電機(jī)由轉(zhuǎn)子鐵心、調(diào)制齒、定子永磁體、定子鐵芯和電樞繞組五部分組成。轉(zhuǎn)子有17個(gè)槽,由轉(zhuǎn)子鐵心和調(diào)制齒組成,定子有6個(gè)槽,由定子鐵芯、電樞繞組和永磁體組成。永磁體緊貼電樞齒表面且N、S極交替排列,永磁體為徑向充磁。該結(jié)構(gòu)下的游標(biāo)混合機(jī)結(jié)構(gòu)簡單可靠,運(yùn)行穩(wěn)定可靠。同時(shí),與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的磁齒輪電機(jī)相比,在運(yùn)行過程中,具有顯著優(yōu)點(diǎn),例如轉(zhuǎn)矩密度高、驅(qū)動(dòng)靈活、散熱快等,應(yīng)用范圍更廣且發(fā)展空間大。表1給出游標(biāo)混合機(jī)各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)及符號說明。
3 游標(biāo)混合機(jī)的原理
游標(biāo)混合電機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)電機(jī),電機(jī)運(yùn)行原理為[3]:轉(zhuǎn)子齒槽轉(zhuǎn)動(dòng)引起氣隙磁導(dǎo)發(fā)生周期性變化,永磁體產(chǎn)生的磁動(dòng)勢與氣隙磁導(dǎo)相互作用,調(diào)制出一系列空間諧波與電樞繞組產(chǎn)生的空間諧波作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。本節(jié)利用解析法和有限元法分析電機(jī)的氣隙磁密分布及其諧波次數(shù)來闡述游標(biāo)混合電機(jī)的磁場調(diào)制原理。下面對游標(biāo)混合電機(jī)進(jìn)行解析法分析:
若只考慮基波影響,永磁體的磁動(dòng)勢F可表示為:
(1)
式中,F(xiàn)為永磁體磁動(dòng)勢,F(xiàn)pm為磁動(dòng)勢幅值,pm為永磁體基波的極對數(shù),它由永磁體排列和磁化方向決定,θ為機(jī)械角度,θ0為磁動(dòng)勢初始角度。
隨著轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng),氣隙磁導(dǎo)么產(chǎn)生規(guī)律性變化,可表示為:
(2)
式中,?0為恒定值,?pr為pr次諧波氣隙磁導(dǎo)的幅值,ω為轉(zhuǎn)子角頻率。
在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,氣隙磁密Bpm可表示為:
(3)
式中,pr為轉(zhuǎn)子調(diào)制齒個(gè)數(shù),pm為定子永磁體等效極對數(shù)。
4 結(jié)論
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,磁通密度第一項(xiàng)為定子上的永磁體產(chǎn)生的靜止 磁場;磁通密度第二項(xiàng)的代表一旋轉(zhuǎn)磁場,(pm-pr)的大小是旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù),如果它為正值,其方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反,轉(zhuǎn)速大小是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的pr/(pm-pr)倍;磁通密度第三項(xiàng)代表一旋轉(zhuǎn)磁場,(pm+pr)的大小是旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù),如果它為正值,其方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反,轉(zhuǎn)速大小是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的pr/(pm+pr)倍。
參考文獻(xiàn):
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[2]林鶴云,張洋,陽輝,房淑華,黃允凱.永磁游標(biāo)電機(jī)的研究現(xiàn)狀與最新進(jìn)展[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào).
[3]王秀和,孫雨萍.電機(jī)學(xué)(第二版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.
作者簡介:崔智(1994-),男,遼寧營口人,碩士研究生,主要研究方向:電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。