空心杯電機電磁阻力矩特性的實驗研究
羅玲，劉景林，羅兵
(西北工業大學，陜西西安710072)
摘要：一種特殊空心杯電機的電樞是由導電材料制成的杯子，為了研究其電磁阻力矩特性，研制了不同磁路結構、轉子材料和轉子長度的樣機。樣機實驗表明：四極空心杯電機的電磁阻力矩大亍二極；電磁阻力矩和轉子長度成正比；電磁阻力矩與轉子材料電導率的關系與理論分析尚有出入，有待進一步驗證。
關鍵詞：空心杯電機；電磁阻力矩特性；實驗；轉子長度；電導率
中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)04—0001-02
0引言
普通空心杯電機的電樞繞組由導線按一定方式繞制而成，其電磁轉矩與電樞繞組的匝數成正比。本文研究的是一種特殊結構的空心杯電機，其結構如圖1所示。電樞是由導電材料做成的轉子杯，位于內、外定子之間。當轉子杯被驅動旋轉時，轉子杯切割內、外定子間的氣隙磁場，在轉子杯中感應出渦流，該渦流與氣隙磁場相互作用，產生阻止轉子杯旋轉的電磁阻力矩。這種空心杯電機被俄羅斯成功應用于多個載人飛船和宇宙空間站的周邊式對接機構[1]，吸收對接時產生的能量，緩沖對接時的碰撞。
電磁阻力矩與轉子轉速的關系稱為空心杯電機的電磁阻力矩特性。本文研制不同磁路結構、轉子材料和轉子長度的空心杯電機樣機，通過這些樣機的實驗對其電磁阻力矩特性進行了研究。
1樣機結構及參數
本文研制的空心杯電機結構如圖1所示，定子由內定子、外定子兩部分組成，磁鋼僅安放在內定子上，轉子杯位于內、外定子之間。樣機參數如表1所示。
2電磁阻力矩特性與磁路結構的關系
1～6號樣機磁路結構分別為2極環形和4極瓦片形結構，4極的極弧系數為0．8，轉子杯材料分別為超硬鋁LC9、黃銅96和硬鋁LYl2，測得的電磁阻力矩特性曲線如圖2所示。測試結果表明在其他條件相同的情況下，4極瓦片形結構的電磁阻力矩比2極環形的大，即要達到同樣的電磁阻力矩，采用4極瓦片形結構的空心杯電機比2極環形結構的體積要小。
3電磁阻力矩特性與轉子電導率的關系
轉子渦流越大，電磁阻力矩越大。轉子杯結構尺寸相同，但轉子杯材料不同，其電導率不一樣，電阻不相同，則在同樣的磁場和轉速下，轉子杯中的渦流不一樣。電導率越大，渦流越大，電磁阻力矩越大。
超硬鋁LC9、黃銅96和硬鋁LYl2三種材料的電導率如表2所示。
4極瓦片形結構，轉子杯材料分別為超硬鋁
Lc9、黃銅96和硬鋁LYl2的4、5、6號樣機，測得的電磁阻力矩特性曲線如圖3所示。理論上黃銅96
的電磁阻力矩****，硬鋁LYl2的電磁阻力矩最小，但圖3的測試結果表明黃銅96的電磁阻力矩****，而超硬鋁Lc9的電磁阻力矩最小。由于缺乏相應的設備，未能檢測實際各樣機材料的電導率，其中的原因尚待進一步分析。4電磁阻力矩特性與轉子長度的關系.
4極瓦片形結構，轉子杯材料為硬鋁LYl2，轉子杯長度分別為49．5 mm、40 mm、30 mm、20 mm的6、7、8、9號樣機，測得的電磁阻力矩特性曲線如圖4所示。對圖4中曲線進行線性回歸求得的電磁阻力矩特性斜率如表3所示。運用Micmsnft Excel對如圖5所示的電磁阻力矩特性斜率與轉子長度的關系曲線進行回歸分析[2]，對比線性回歸和乘冪回歸的R2可知,電磁阻力矩與轉子長度成正比。
5結論
通過測試分析不同磁路結構、轉子材料和轉子杯長度的空心杯電機樣機的電磁阻力矩特性，得出以下結論：
(1)4極瓦片形結構的電磁阻力矩比2極環形結構的大；
(2)電磁阻力矩與轉子材料電導率的關系尚待進一步分析；
(3)電磁阻力矩與轉子杯長度成正比。
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