新型混合勵磁無刷爪極發電機的研發

黃倩+邱剛

摘 要 傳統的電勵磁爪極發電機存在發電效率低、磁場調節困難的問題，對此我國的技術人員提出了一種新型的混合勵磁無刷爪極發電機。本文將對新型混合勵磁無刷爪極發電機的結構、磁場運行規律，以及新型混合勵磁無刷爪極發電機對磁場的調節能力進行具體分析，希望能給相關人士提供一些參考。

【關鍵詞】混合勵磁 爪極發電機 研究

電勵磁無刷爪極發電機具有結構簡單、成本低廉的諸多優點，因此被廣泛應用于汽車制造、航天工程等領域。但是電勵磁無刷爪機發電機的缺陷也比較明顯，比如說這種發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。永磁爪極發電機具有結構簡單、效率較高的優勢，但是在對氣隙磁場進行調節時同樣存在弊端。在兩種發電機都存在缺陷的情況下，新型混合勵磁無刷爪極發電機應運而生。

1 新型混合勵磁無刷爪極發電機的結構

新型混合勵磁無刷爪極發電機的結構并不復雜，從圖1我們可以看出，這種發電機是由幾個主要部分組成的，如機殼、定子、隔磁層等等。對這種新型發電機的結構進行分析，可以發現新型混合勵磁無刷爪極發電機和普通的發電機具有類似之處，都有槽鐵心和對稱繞組的組成結構，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電機的轉子是由兩個爪極組成的，和傳統的爪極有很大區別。從圖中可以看出，新型混合勵磁無刷爪極發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，根據相對位置可以對爪極進行有效區分。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了并聯的關系。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電機的磁場運行規律

新型混合勵磁無刷爪極發電機的磁場運行規律和發電機中的兩個組成部分密切相關，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，進而影響了發電機的運行。

當這種新型的發電機進行增磁時，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在儀器之中。發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，實現了并聯混合勵磁。

3 新型混合勵磁無刷爪極發電機的優勢

（1）新型混合勵磁無刷爪極發電機具有調節磁場的優勢。這種新型的發電機能夠實現對氣隙磁場的調節。當電流加大，磁場相應加大，當電流減小，磁場相應減小，這樣可以讓磁場變化保持在規定的范圍之內。

（2）新型混合勵磁無刷爪極發電機具有提高磁密的優勢。這種新型的發電機既然可以調節氣隙磁場，就能對氣隙的磁密產生影響。發電機在提高磁密的過程中，應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電機具有可靠性的優勢。這種新型的發電機可以在停止工作時停轉電刷結構，保障發電機運轉的可靠性和安全性。由于這種性能，它被稱為無刷爪極發電機。

（4）新型混合勵磁無刷爪極發電機可以保證氣隙磁場的均勻。傳統的電勵磁爪極發電機在發電的過程中不能規范極弧的長度，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電機的有限元分析

4.1 界限條件

分析這種新型發電機的有限元，應該建立數學模型。想要實現對數學模型的計算，就要確定模型建構的界限條件。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電機具有幾何對稱性，因此在建立數學模型之后，應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，以此為依據對發電機的有限元進行分析。

4.2 磁場分布

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

5 結論

傳統的電勵磁爪機發電機存在發電效率低、磁場調節困難的問題，為了解決這一問題，技術人員應該加大研發力度，將新型的混合勵磁無刷爪極發電機投入生產。

參考文獻

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作者單位

重慶三峽學院 重慶市 404000