爪極發電機產生軸電流的原因及對策
李立群，李明
(山東理工大學，山東淄博255049)
摘要：介紹了爪極發電機軸電流產生的原因及其危害，提出了解決這一問題的方法，并通過樣機進行了驗證，對改進和優化爪極發電機的工程設計具有一定的參考價值：
關鍵詞：爪極發電機；漏磁；軸電勢；氣隙磁場
中圖分類號：TM359．9 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)12—0020—02
o引言
爪極發電機因其轉子磁極是爪形而得名，其特點是：結構簡單、體積小、重量輕、省材料、易于批量生產，相應的制造成本較低。此外爪極發電機容易維護，運行可靠，且不受使用環境的限制，因此被廣泛地應用在汽車、航空以及國民經濟的其它領域，發揮著十分重要的作用。
1軸電流的產生及危害
目前，爪極發電機主要為有刷或無刷硅整流發電機。它們在使用中都有一個共同的特點，即有軸電流產生。這個電流使軸承滾道及與主機連接的軸伸表面均產生嚴重的電腐蝕痕跡，其深度可達O.08mm左右。它嚴重地影響了軸承的壽命和軸伸配合的緊密程度，因此有必要對軸電流產生的原因和抑制方法加以探討[1]。
爪極式電機是凸極式電機的一種。但有自身的特點，其與凸極電機的區別在于勵磁繞組是軸向安放的，其結構如圖1所示[2]。
當勵磁線圈有電流通過時，產生的磁通是軸向的，該磁通由磁軛經過極身到爪極，經定子后再回到另一端的爪極。此軸向磁通沿圖中虛線閉合，這是電機的主磁通，它要經過定子的齒部和兩個氣隙，由于定子的齒槽作用而造成主磁通的脈動，其頻率為：
式中:Q為定子槽數;n為轉數;f1為齒槽造成的脈動磁通頻率。
可見，此主磁通在定子中為脈動的旋轉磁通，其脈動頻率與轉子的轉速和槽數有關。由于定子中的磁場脈動使轉軸中的磁通量發生變化，這就是轉軸中產生軸電勢的主要原因。除此之外，轉軸在勵磁線圈的中心，因此在轉軸中必然會有漏磁通通過，它與主磁通是并聯的，因此在主磁通脈動時漏磁通同樣會發生變化，并且因諞磁通的變化而產生波動，這也是產生轉軸電勢的原因。該電勢所產生的軸電流便會流經兩個軸承，從而使電機的軸承接觸面和與機相連接的軸伸表面產生電腐蝕，這兩個零件的表面遭到損壞，嚴重時使發電機不能繼續工作。
2樣機實例分析
2.1有刷爪極發電機
本文以履帶車輛所用的6 kw整流發電機為例，它的轉子磁極即為爪極結構，額定電壓28 V，轉速為2 100～400O r／min，靠電壓調節器使電壓穩定在28 v。試驗時發電機空載，經過滑環電刷向勵磁繞組通以24 V電壓，電機底座與托架絕緣，機座與端蓋之間的止口絕緣，軸伸與聯軸器絕緣，用高內阻電壓表測出的軸電勢為1.8～2.7 mV。而當負載為221 A時，即發電機滿負載工作時，其定子繞組雖然采用了六相全波整流，抵消了部分高次諧波，但是電樞反應所造成的磁場波形畸變大于一般的凸極電機，因此更增強了軸向電勢，負載下所測得的軸電勢為3.3～4．8 mV，該電勢的平均值較空載時電勢增大了百分之45。
2.2無刷爪極發電機
為了進一步提高爪極電機運行的可靠性，減少維護的工作量，我們多采用無刷結構。此類電機沒有電刷和滑環的接觸，因而更加適合應用在有輕微腐蝕性的介質中和對高低溫有一定要求的場合，也為進一步提高轉速、減小體積，創造了條件。無刷爪極發電機結構如圖2所示。
該發電機一側的爪極通過極身與轉軸配合，另一側的爪極沒有極身，只用一個環把各爪極相連。兩側的爪極交叉安放，并在爪極間用非導磁材料焊牢。這樣，當轉軸轉動時，兩側的爪極與轉軸同時旋轉。磁場線圈放在轉子不轉動的支架上，可直接通入電流，進行勵磁。它與轉動的爪極環和轉軸之間形成了兩個氣隙，所形成的這個磁場，在空間是不轉動的，但是經過旋轉的爪極組在定子中便形成了旋轉磁場。這種電機的磁路特點就是主磁通又多通過兩個氣隙，空間不轉動的磁通通過轉動的轉軸，產生單極效應，增強了軸電勢。
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