李開(kāi)成  張健梅（華中理工大學(xué)武漢430074）

 

    【摘  要】介紹爪極永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并說(shuō)明了一些主要結(jié)構(gòu)尺寸間的關(guān)系。

    【敘  詞】永磁電機(jī)同步電機(jī)設(shè)計(jì)

     爪極永磁同步電機(jī)的****磁鐵形狀簡(jiǎn)單，極間漏磁大，磁鐵過(guò)載能力強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度高，普遍用于變流機(jī)和變頻機(jī)，發(fā)電機(jī)的制造容量自數(shù)百瓦到數(shù)千瓦。當(dāng)頻率在1000hz以?xún)?nèi)時(shí)，制造容量可達(dá)數(shù)十千伏安。這種電機(jī)由于轉(zhuǎn)子采用爪極結(jié)構(gòu)，而爪極的形狀又可多種多樣，因此，較普通永磁同步電機(jī)計(jì)算復(fù)雜。這種電機(jī)的分析和設(shè)計(jì)，在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中介紹較少。本文介紹爪極永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及爪極轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)。

    爪極式轉(zhuǎn)子通常由兩個(gè)帶爪的法蘭盤(pán)和一個(gè)圓環(huán)形****磁鐵組成，如圖1所示。圖la和c為左右兩個(gè)帶爪子的法蘭盤(pán)，二者爪數(shù)相等，且等于極數(shù)的1/2。圖lb為圓環(huán)形磁鐵沿轉(zhuǎn)子軸向充磁。圖ld為裝配圖，左右為兩個(gè)法蘭盤(pán)對(duì)合，二者爪子互相錯(cuò)開(kāi)，沿圓周均勻分布。圓環(huán)形****磁鐵夾在兩個(gè)帶爪法蘭盤(pán)中間，使一個(gè)法蘭盤(pán)上的爪子皆為n極性，另一個(gè)法蘭盤(pán)上的爪子皆為s極性，形成如圖le所示的多極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。顯然，法蘭盤(pán)上的爪子起了極靴的作用。

       爪極永磁同步電機(jī)中，電機(jī)的全部磁通 (p對(duì)極)軸向穿過(guò)圓環(huán)形磁鐵，進(jìn)入爪極，經(jīng)氣隙進(jìn)入定子，爪極中的磁路如圖2所示。

    爪極通常由10號(hào)鋼制成，或由鋼板沖成，也可由粉末冶金直接壓制成形。由于磁通軸向通過(guò)爪子，爪子的每一截面通過(guò)的磁通不相等，爪尖最少，爪根最多。爪子的截面積沿電機(jī)軸向是變化的，爪尖部分的面積最小，爪根部分****。爪極的形狀多種多樣，有等寬爪極、梯形爪極，還有正弦爪極。圖3為梯形爪極形狀。

     爪極永磁同步電機(jī)中的爪極式轉(zhuǎn)子的優(yōu)點(diǎn)為：

    ①****磁鐵形狀簡(jiǎn)單，易加工，磁化狀態(tài)均勻，磁性好，利用程度高。

    ②橫向電樞反應(yīng)在爪極中閉合，磁鐵幾乎不受影響，氣隙磁場(chǎng)穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生不可逆畸變。

    ③爪極之間的漏磁較大，縱軸電樞反應(yīng)對(duì)電機(jī)的去磁作用較小，磁鐵具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。

    ④爪極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有良好的阻尼作用，瞬態(tài)短路電流對(duì)磁鐵的作用近似于穩(wěn)態(tài)短路屯泫的作用，可以采用穩(wěn)態(tài)短路電流穩(wěn)定。

    ⑤機(jī)械強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)牢固，磁鐵外徑較小，表面線(xiàn)速度不高。

    ⑥圓環(huán)形磁鐵的充磁和利用程度與極靴無(wú)關(guān)，適合于極數(shù)較多或頻率較高的中頻發(fā)電機(jī)。

    然而，爪極式轉(zhuǎn)子也存在一些缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：

    ①爪極法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造困難、費(fèi)時(shí)。

    ②當(dāng)發(fā)電機(jī)速度較高或容量較大時(shí)，爪極昀離心力很大，爪子可能向外彎曲，甚至根部發(fā)生斷裂。

    ③爪極和法蘭盤(pán)所占的整個(gè)轉(zhuǎn)子體積的比例較大，在容量相同的條件下，電機(jī)重量增加百分之20～25，不宜作為工頻發(fā)電機(jī)。

    ④由于爪極部分有軸向磁通，爪極截面積又不宜過(guò)大，因此爪極部分的磁勢(shì)降較大。

    ⑤爪極必須采取整體結(jié)構(gòu)，不能用疊片，爪極中渦流及磁滯損耗較大，導(dǎo)致效率下降。

    ⑥爪極之間漏磁較大，不宜采用總裝配后充磁，一般采用組件充磁，充磁機(jī)的容量較大。

    爪極式轉(zhuǎn)子的