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1、.o22.第2卷第10期华中理工大学学报VlNo10....199410JHuazhongUnivofSci&TeehOet.年月1994盘式永磁无刷直流发电机‘.oo吴畏ESPner(电力系)(英国Durham大学、,摘要阐述了轴向磁场盘式永磁无刷直流发电机的结构及其特点提出了气隙磁场的简化模型,,,并对三维磁场进行了分析在此基础上探讨了这种电机的设计方法以最大功率枪出为优化目标,导出了几个简单实用的设计公式.6极9相样机的实侧数据证实了分析和设计方法的正确性.这种无刷直流发电机结构紧凑,效率高
2、,特别适用于由引攀驱动的发电系统.;无刷;;;盘式结构关镇词发电机轴向磁场永磁电机分类号TM313,对于移动式低电压电源设备过去通常采用机械,、换向式直流发电机而现代军事航天工业的发展对这定子机壳类电源的可靠性和系统的功率/重量比提出了越来越,,}{’’高的要求因此这类电源现多采用带整流器的交流电}闯一~~}尾纂定子铁芯l州}l.}}机来代替!l一.1膝夔一l定子绕组,轴向磁场永磁电机具有轴向尺寸短的优点特别适合于发动机驱动的发电机系统.十几年来,永磁材料叠,妥性能的不断改善特别是高磁能积的稀土永
3、磁材料.二.一~~一一一一e一,一钦铁硼(NdFB)的出现为新型轴向磁场永磁—电机的研究开辟了新的途径.在轴向磁场永磁电机中,,而有效导由永磁体所建立的磁场平行于电机的转轴.进风孔,体则与转轴垂直根据这一原理可以构造出许许多多,不同结构型式的轴向磁场永磁电机环绕无槽盘式电ll}}}}.,!l斑钢机就是其中的一种该电机采用双转子和单定子结构一l一l,如图1所示.电机的定子由带料硅钢片卷绕的环形铁ll,阵转子钢盘芯和均匀分布的环形无槽绕组构成并放置于两个转1叫子之间;两个转子钢盘上镶嵌轴向磁化的磁钢.
4、对于这种集新结构、新材料于一体的高性能永磁排风孔,,无刷电机在稀土永磁材料价格较高的情况下电机的,正确设计及分析是十分重要的尤其在提高磁性材料图1电机结构示意图.:1994一01一24收稿日期,,,,.吴畏男1963年生讲师;武汉华中理工大学电力工程系(43。。74).二国家教委归国留学人员基金资助项目第:10期吴畏等盘式永磁无刷直流发电机的利用率和预测运行性能等方面更是如此.,气隙磁场分析,.1简化模型,,因为电机是双气隙的且沿定子铁芯的中心面对称所以分析电机的磁场只需考虑整台电.,:,且退磁曲
5、线为线性的;机的一半为简化分析作如下假定永磁磁钢均匀磁化由于电机为无,,,;槽结构气隙较大因此忽略电枢反应即不考虑绕组导体的存在定子铁心和转子钢盘中的磁路不饱和.,。根据磁通连续性原理和安培环路定律及永磁材料的线性特性导出最大气隙磁密B一r,,。二,,r;B/(kk+片l/l)式中B和片分别为永磁材料的剩磁磁密和磁导率几和lm分别为总的气隙长度和磁钢的磁化长度;k内肠分别定义为漏磁系数和边缘效应系数.对于无槽电机,漏.,.11。l。磁系数和边缘效应系数均接近于如果假定k邢肠均为则B=Br/(l+片
6、几/)这就,:,是盘式永磁无槽电机磁场的简化模型它表明在永磁材料选定后气隙磁密主要由相对气隙.,,长度即气隙长度与磁钢厚度之比来决定实际上漏磁现象及边缘效应在轴向永磁电机中总,,是存在的但是由于磁场分布的复杂性漏磁系数和边缘效应系数难以用简单的方法进行计.,算但可由三维磁场分析得出1.2三维磁场分布,对于6极电机采用三维有限元软件l,、~一一一一十一一一丫包TOSCA对具有不同磁钢长度极气-乙一一一卜一一甲二二一一卜一一二,】—丫狱~--一一一-一奋一~~-一.3弧系数和气隙长度的气隙区域进行计算
7、‘-曰‘--一一一一一一一-一,4甲下得出漏磁系数和边缘效应系数的乘积;民禹人i_日5,二:KK随极弧系数尹和相对气隙长度l/l}l.lm变化的关系曲线(图2)根据有限元计0.600.650.”700.750.80,一算结果发现气隙区域主要几何尺寸对气.:a隙磁场的分布有如下影响若磁钢镶于,;。二图2KK与月和l/l的关系,....转子钢盘表面且为扇形则对于不同的相l二0;.二;3.m6;1一1/=12一1/l~08一1/l一0,..对气隙长度和不同的极弧系数气隙磁密。口;.二14一l/l~025
8、一1/I~0,在不同的径向位置均近似为梯形波分布b.气隙磁密的.,,最大值主要由相对气隙长度决定当相对气隙长度增大时漏磁增强因而最大气隙磁密成比例减小,c.对于6极结构,由于极弧长度比气隙长度大得多,所以极弧系数对气.,,;d当极弧系数较小时隙磁密的分布波形影响很大而对气隙磁密的最大值影响很小漏磁系..。,,数几乎与相对气隙长度无关极弧系数的最小值不应小于6当极弧系数较大时由于极间距离变小,因而随着相对气隙长度的增大,漏磁系数也变大,故极弧系数一般取0.65一0.80.2设计准则[
