帶磁障的分塊轉子磁通切換發電機電磁特性分析

嚴兵,史立偉,卞玉康,陶學恒,呂炳昌,丁富康

(山東理工大學 交通與車輛工程學院,山東淄博 255049)

磁通切換電機(Flux-switching machine,FSM)的勵磁源與電樞繞組均安置在定子槽中,由于取消了電刷和集電環,并且具有雙極性磁鏈,使得其在擁有高可靠性的同時,具有高鐵心利用率和轉矩密度[1]。分塊轉子磁通切換電機在繼承了傳統FSM優點的基礎上,通過分塊轉子縮短電機工作磁路,降低鐵損。各個分塊轉子嵌入在不導磁轉子塊中,不僅能夠降低高速旋轉時的風(油)阻,還能提高電機的磁隔離性能。使得其在航空航天、電動汽車和風力發電等對可靠性要求較高的高速電機領域具有廣闊的應用前景[2-5]。

文獻[6-8]針對不同轉子極數對電機諧波分布的影響進行了分析,發現奇數極分塊轉子的磁鏈和反電勢中不含有偶數次諧波,在提出分塊轉子磁通切換電機相帶劃分方法的同時,確立了電機無偶數次諧波的齒極配合判據。由于磁路磁阻飽和時間的不同,分塊轉子磁通切換發電機(Electrical excitation segmented rotor flux-switching generator, ESFSG)具有獨特的勵磁特性,即當勵磁電流超過一定值時,輸出電動勢反而減小[9]。文獻[10-12]構建了分塊轉子電機的d-q軸等效數學模型,通過在轉子上開輔助槽來改變圓周方向上的氣隙磁密,從而抑制轉矩脈動。為了拓寬分塊轉子電機的應用領域,混合勵磁分塊轉子電機被提出,并構建了解析子域模型,對其電磁特性與調磁能力進行了細致的研究[13-14]。但是上述文獻都僅考慮了電機在高勵磁特性下的電磁性能,而忽略了電機在低勵磁電流情況下電磁性能的非線性現象。……