新型混合励磁无刷爪极发电机的研发

黄倩+邱刚

摘 要 传统的电励磁爪极发电机存在发电效率低、磁场调节困难的问题，对此我国的技术人员提出了一种新型的混合励磁无刷爪极发电机。本文将对新型混合励磁无刷爪极发电机的结构、磁场运行规律，以及新型混合励磁无刷爪極发电机对磁场的调节能力进行具体分析，希望能给相关人士提供一些参考。

【关键词】混合励磁 爪极发电机 研究

电励磁无刷爪极发电机具有结构简单、成本低廉的诸多优点，因此被广泛应用于汽车制造、航天工程等领域。但是电励磁无刷爪机发电机的缺陷也比较明显，比如说这种发电机的功率密度比较小，能量的损耗性很大，而且在使用过程中存在安全隐患问题。永磁爪极发电机具有结构简单、效率较高的优势，但是在对气隙磁场进行调节时同样存在弊端。在两种发电机都存在缺陷的情况下，新型混合励磁无刷爪极发电机应运而生。

1 新型混合励磁无刷爪极发电机的结构

新型混合励磁无刷爪极发电机的结构并不复杂，从图1我们可以看出，这种发电机是由几个主要部分组成的，如机壳、定子、隔磁层等等。对这种新型发电机的结构进行分析，可以发现新型混合励磁无刷爪极发电机和普通的发电机具有类似之处，都有槽铁心和对称绕组的组成结构，而且在电枢和机壳之间都存在一个磁套。

新型混合励磁无刷爪极发电机的转子是由两个爪极组成的，和传统的爪极有很大区别。从图中可以看出，新型混合励磁无刷爪极发电机的爪极极掌在中间位置，而且相隔一段长度。在爪极和爪极之间，有一个隔磁的部分，根据相对位置可以对爪极进行有效区分。两个相邻爪之间有一个永磁体，在它的作用下两个磁场实现了并联的关系。此外，在电机的外面，有两个对称的绕组，它们共同成为电机磁路的一部分。

2 新型混合励磁无刷爪极发电机的磁场运行规律

新型混合励磁无刷爪极发电机的磁场运行规律和发电机中的两个组成部分密切相关，这两个部分便是永磁体和励磁绕组。永磁体和对称绕组能够使电流发生改变，原本横向运行的电流变成竖向的形式，进而影响了发电机的运行。

当这种新型的发电机进行增磁时，主要是通过对称绕组来完成这项工作的。在增磁的过程中，发电机的磁路被划分成了两个部分，而且这两个磁路都被串联在仪器之中。发电机进行通电增磁之后，电磁进入了气隙，在此时永磁体电磁的路径具体如下：永磁体的电磁通过爪极，然后进入主气隙之中，到达定子齿，之后由定子齿循环进入主气隙，到达爪极，最后通过永磁体到达另一个电极。电励磁电磁的路径具体如下：电励磁的电磁通过励磁支架，进入到附加气隙之中，然后进入爪极，通过主气隙进入了定子，之后从定子中通过，到达主气隙，经过爪极和附加气隙，最终进入励磁支架。在运动的过程中，气隙磁场随着电流的增大而逐渐增大，实现了并联混合励磁。

3 新型混合励磁无刷爪极发电机的优势

（1）新型混合励磁无刷爪极发电机具有调节磁场的优势。这种新型的发电机能够实现对气隙磁场的调节。当电流加大，磁场相应加大，当电流减小，磁场相应减小，这样可以让磁场变化保持在规定的范围之内。

（2）新型混合励磁无刷爪极发电机具有提高磁密的优势。这种新型的发电机既然可以调节气隙磁场，就能对气隙的磁密产生影响。发电机在提高磁密的过程中，应用了对称绕组和永磁体，在二者的共同作用下，磁密得到提高。

（3）新型混合励磁无刷爪极发电机具有可靠性的优势。这种新型的发电机可以在停止工作时停转电刷结构，保障发电机运转的可靠性和安全性。由于这种性能，它被称为无刷爪极发电机。

（4）新型混合励磁无刷爪极发电机可以保证气隙磁场的均匀。传统的电励磁爪极发电机在发电的过程中不能规范极弧的长度，无法保证气隙磁场的对称，但是新型混合励磁无刷爪极发电机却很好地解决了这一问题。

4 新型混合励磁无刷爪极发电机的有限元分析

4.1 界限条件

分析这种新型发电机的有限元，应该建立数学模型。想要实现对数学模型的计算，就要确定模型建构的界限条件。为了提高建模的精准性，需要对永磁体进行细致研究，对爪极进行精准建模。

新型混合励磁无刷爪极发电机具有几何对称性，因此在建立数学模型之后，应该代入之前确定好的界限条件，让磁力线和边界面保持连通，以此为依据对发电机的有限元进行分析。

4.2 磁场分布

通过调查实验可以发现，新型混合励磁无刷爪极发电机的励磁绕组所产生的轴向电磁，和永磁体产生的切向电磁，二者在爪极位置实现了汇合。在爪极的作用下，电磁通过了气隙、定子，到达另一极，然后再循环往复这个过程，逐渐形成一个磁通回路。对新型混合励磁无刷爪极发电机的气隙磁密进行分析可以发现，当励磁电流为0时，气隙磁密为一个数值，当励磁电流逐渐加大时，气隙磁密的数值也在不断发生变化。

5 结论

传统的电励磁爪机发电机存在发电效率低、磁场调节困难的问题，为了解决这一问题，技术人员应该加大研发力度，将新型的混合励磁无刷爪极发电机投入生产。

参考文献

[1]寇宝泉，李春艳，程树康，乔东伟，王秀和，朱常青.可控磁通永磁同步电机弱磁新方案[J].中国科技论文在线，2013，16（45）：164-166.

[2]窦汝振，温旭辉，朱姝姝，刘闯，宁银行，徐轶昊.永磁同步电动机直接转矩控制的弱磁运行分析[J].中国电机工程学报，2014，23（36）：187-188.

[3]寇宝泉，谢大纲，逯家鹏，张晓燕，王远兵，程树康.磁力线开关型混合励磁磁阻电机的转矩特性[J].中国电机工程学报，2015，20（31）：235-236.

[4]王群京，马建伟，倪有源，陶洋洋，李国丽，马飞.具有永磁励磁的混合式爪极发电机空载磁场分析和电感计算[J].电工技术学报，2015，19（31）：368-369.

作者单位

重庆三峡学院 重庆市 404000