一种新型混合励磁爪极发电机的建模和计算瓶胚模具

一种新型混合励磁爪极发电机的建模和计算

一种新型混合励磁爪极发电机的建模和计算 2011年12月09日 来源： 1引言 汽车用交流爪极发电机数十年来得到了非常广泛的应用，但是，由于众所周知的原因，电机的漏磁比较大，导致电机的效率低、低速时的特性差等缺点，因此，国内外都有研究工作者对于这种电机的改进进行研究、探索。就爪极电机的结构而言，具有典型的三维性，爪极形状不规则，导致对它的设计、分析有一定的难度。国际上较为直接的方法就是采用三维有限元法来精确计算，但是，由于采用有限元法计算量很大，计算时间长，同时采用磁网络方法则是对有限元法的有效补充。本文从工程的角度出发，提出同时采用磁网络方法对混合励磁爪极电机进行建模和计算，所得到的结果用三维有限元法（ANSYS软件包）进行后验比较，以期用计算成本较小的等效磁网络法进行这种混合式电机的设计与计算。本文就是基于这种思想在已经完成的文献[1]的基础上，以三维等效磁网络法为主，结合有限元方法，对一种混合式爪极发电机进行了分析、计算和讨论，所得结果为这种电机的进一步研究提供了理论基础和参考依据。2混合励磁爪极发电机的基本原理及其结构特点 传统的爪极发电机是电励磁的，先产生轴向磁通，依靠法兰盘和爪极转换成径向磁通，经过气隙、定子再回到转子上。这种爪极电机爪极之间的漏磁通很大，造成了气隙磁通较小，低速时出力不足。对于这种发电机国际上已经有许多研究[2~6]。而所提出的混合励磁发电机，为了克服这个缺点，在两个爪极之间放置一块永磁体，其磁场与主励磁磁场形成并联结构，从而在不增大励磁电流的情况下增大了气隙磁密和电机的出力，提高了电机的效率。混合励磁发电机集永磁发电机的高效率和电励磁发电机的电压可调性为一体，提高了电机的输出特性。图1为电机转子爪极结构之一，图2为其磁场原理示意图。3 磁导计算 由于爪极电机的结构和磁路复杂性，在计算磁导时，进行了部分简化，忽略了结构倒角等，由于气隙的磁导率很小，磁阻很大，故气隙磁路在整个磁路中磁压降占的比重很大。因此，气隙磁导计算的精度在很大程度上决定了整个磁路计算的精度。 （1）爪极的磁导计算 爪极是根部大，而端部小，因此，爪极按照轴向切分时，其磁路是横截面逐步缩小的梯形体。磁场沿着高度的方向前进，其梯形结构参数如图3所示。其中：因此，根据环路积分原理，其磁阻为： （2）气隙的磁导计算 由于气隙磁导与定、转子的相对位置有关，因此其磁导计算比较复杂，要考虑转角对磁导的影响，这里把转子爪极中心线与定子齿的中心线重合时为初始位置进行计算。气隙形状结构单元如图4所示。其中： （3）永磁体及主励磁线圈的等效 永磁体和主励磁线圈可以等效为励磁源和一个磁导的串联结构。对永磁体来说，励磁源的励磁磁动势Fm为永磁体工作点的磁场强度和其厚度的乘积，磁导Gm为永磁体本身的磁导。而对主励磁线圈来说励磁源的励磁磁动势Fm为励磁线圈的匝数和通过励磁线圈的励磁电流的乘积，磁导Gm为励磁线圈内部磁路的磁导。 （4）永磁体对气隙磁导计算 由于永磁体是放在两爪极之间的，因此其放置方向是斜的，本文将其作为类似于斜槽的影响来考虑和计算。考虑到永磁体与定子齿的相对位置，在计算两者之间的磁导时，按照两者之间正对的面积计算，此处面积计

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