軸徑向磁通永磁同步電機(jī)的研究
郭農(nóng)生，沈琳
(國(guó)營(yíng)北京曙光電機(jī)廠，北京100028)
摘要：又章提出了一種新型結(jié)構(gòu)的具有折疊繞組的軸徑向磁通水磁同步電機(jī)，介紹了其結(jié)構(gòu)原理，確定了設(shè)計(jì)方案，并對(duì)有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行r比較分析。計(jì)算結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)電機(jī)在較大外徑和功率需求下，可以更大的提高電機(jī)功率密度。
關(guān)鍵詞：軸徑向磁通永磁同步電機(jī)：折箍繞組；功率密度
O引言
目前，常用永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)按磁通穿過(guò)氣隙時(shí)的走向分為徑向磁通圓柱式永磁電機(jī)和軸向磁通盤式永磁電機(jī)[1]。但是在某些情況F電機(jī)的結(jié)構(gòu)還不夠緊湊，不能更有效提高功率密度。例如，對(duì)于徑向磁通圓柱式永磁電機(jī)，當(dāng)電機(jī)長(zhǎng)徑比較小時(shí)，繞組端部長(zhǎng)度占電機(jī)軸向長(zhǎng)度的比例較大，并且槽底到軸間的很大一部分空間沒(méi)被利用；而對(duì)于軸向磁通盤式永磁電機(jī)，在鐵心內(nèi)徑和外徑都有很大一部分空間浪費(fèi)在端部繞組上。盡管人們采取r各種措施縮短端部K度，如集中繞組、鏈?zhǔn)嚼@組、短距繞組、提高嵌線工藝等，但效果并不十分理想。
針對(duì)這種現(xiàn)象，本文提出一種新型結(jié)構(gòu)的軸徑向磁通永磁同步電機(jī)，該電機(jī)采用折疊式繞組，將兩個(gè)軸向磁通盤式永磁電機(jī)與圓柱式永磁電機(jī)結(jié)合在一起，這種結(jié)構(gòu)電機(jī)具有端部短和嵌線方便等優(yōu)點(diǎn)，并充分利用了空間，提高了功率密度。有限元計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方案的可行性。
1結(jié)構(gòu)原理
具有折疊繞組的軸徑向磁通永磁同步電機(jī)可以看成是將圓柱式永磁同步電機(jī)的軸向兩端各取一段，分別沿圓周向軸心折疊而成的，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。定子由一套三相對(duì)稱的折疊 繞組、三組硅鋼片、套筒和擋板組成，如圖2所示。徑向分電機(jī)鐵心是由硅鋼片在套筒上沿軸向疊加而成，其外圓表面開(kāi)有多個(gè)軸向槽；兩側(cè)的軸向分電機(jī)鐵心是由硅鋼
片卷繞而成，鐵心的一個(gè)側(cè)面分別用螺釘固定在兩個(gè)圓環(huán)形擋板上，另外兩側(cè)端面上分別開(kāi)有多個(gè)徑向槽，萁開(kāi)口中心線圍繞著軸呈放射線狀均勻排列。該電機(jī)軸向槽與定子鐵心兩側(cè)端面的徑向槽一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)對(duì)應(yīng)槽內(nèi)共唰設(shè)置有折疊繞組的一個(gè)元件邊。套筒及其兩側(cè)的兩個(gè)擋板由六個(gè)螺栓連接到一起，固定在不動(dòng)軸上。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、軸向永磁體和徑向永磁體組成。轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)圓壁面上均布有多個(gè)徑向充磁的永磁體，轉(zhuǎn)予鐵心兩內(nèi)側(cè)端面t的永磁體軸向充磁，圍繞著軸呈放射線狀均勻排列。為了使軸向和徑向部分協(xié)調(diào)運(yùn)行，需要保證每組軸向槽和徑向槽中心線對(duì)齊，并且每組軸徑向永磁體中心線也一致。
由于此軸徑向電機(jī)是由徑向電機(jī)演變而來(lái)，所以還是通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元輸出功率。定子繞組以星形接法連接后，通過(guò)軸的出線孔與外部三相正弦交流電源相連接。當(dāng)定子繞組通以三相交流電時(shí)，在電機(jī)的徑向氣隙和兩端的軸向氣隙中分別產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速相同的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，三者共同拖動(dòng)轉(zhuǎn)子同向同速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的鐵心外殼作為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力輸出端。
3設(shè)計(jì)方案的確定
為簡(jiǎn)化電機(jī)分析，將軸徑向電機(jī)可以分解為在結(jié)構(gòu)上和磁路上完全獨(dú)立的三個(gè)電機(jī)，這三個(gè)電機(jī)具有相同的電流、相同的轉(zhuǎn)速和繞組分布，而兩個(gè)盤式電機(jī)完全相同，只需要分析一個(gè)即可。設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。
由于不知道軸向分電機(jī)和徑向分電機(jī)如何進(jìn)行功率分配，所以先設(shè)計(jì)一臺(tái)滿足功率要求的徑向磁通外轉(zhuǎn)子電機(jī)(折疊繞組較適合外轉(zhuǎn)予結(jié)構(gòu))。得到徑向電機(jī)尺寸后，再根據(jù)套筒所需最小厚度，確定出軸向電機(jī)的基本尺寸。根據(jù)徑向磁通永磁同步電機(jī)電磁功率計(jì)算公式(1)可知，電樞直徑和電磁負(fù)荷不變時(shí)，電磁功率與電機(jī)軸向長(zhǎng)度成正比[2]，從而可確定出徑向分電機(jī)的鐵心長(zhǎng)度。
根據(jù)上述流程設(shè)計(jì)了一臺(tái)軸徑向磁通永磁同步屯機(jī)，主要參數(shù)如表1所示。
4有限元分析
軸徑向電機(jī)三維模型和有限元計(jì)算結(jié)果如圖4所示。由圖可以看出，由于 |
