爪極永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
李開成 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)
1引 言
爪極永磁同步電機(jī)的****磁鐵形狀簡單，極間漏磁大，磁鐵過載能力強(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以內(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)。
2爪極式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)
爪極式轉(zhuǎn)子通常由兩個帶爪的法蘭盤和一個圓環(huán)形****磁鐵組成，如圖1所示。圖la和c為左右兩個帶爪子的法蘭盤，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，左右為兩個法蘭盤對合，二者爪子互相錯開，沿圓周均勻分布。圓環(huán)形****磁鐵夾在兩個帶爪法蘭盤中間，使一個法蘭盤上的爪子皆為n極性，另一個法蘭盤上的爪子皆為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對極)軸向穿過圓環(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。由于磁通軸向通過爪子，爪子的每一截面通過的磁通不相等，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，氣隙磁場穩(wěn)定，不會發(fā)生不可逆畸變。
③爪極之間的漏磁較大，縱軸電樞反應(yīng)對電機(jī)的去磁作用較小，磁鐵具有較強(qiáng)的過載能力。
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，表面線速度不高。
⑥圓環(huán)形磁鐵的充磁和利用程度與極靴無關(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爪極和法蘭盤所占的整個轉(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大，因此爪極部分的磁勢降較大。
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。
3爪極式轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)
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