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混合磁路多边耦合电机的基础研究

混合磁路多边耦合电机的基础研究 2011年12月09日 来源： 中图分类号：TM383.6　　　文献标识码：A文章编号：0258-8013 (2000) 04-0050-05FUNDAMENTAL RESEARCH ON HYBRID-MAGNETIC-CIRCUITMULTI-COUPLE ELECTRIC MACHINECHENG Shu-kang, ZHENG Ping, CUI Shu-mei, SONG Li-wei, LI Li-yi(Harbin Institute of Technology, Harbin 150001，China)ABSTRACT：In PM inductor electric machine, because of the influence of the space between laminations, the air-gap magnetic field produced by the axially magnetized permanent magnet is very uneven along axial direction, which limits the torque per iron core length and volume to performance ratio. The paper puts forward a hybrid-magnetic-circuit multi-couple electric machine that compensates for the uneven air-gap magnetic field of the hybrid stepping motor. Analysis and experiment show that the static torque of hybrid-magnetic-circuit multi-couple electric machine is much higher than that of the hybrid stepping motor of the same volume.KEY WORDS：hybrid-magnetic-circuit； multi-couple； electric machine1　引言　　随着永磁材料性能价格比的极大提高，近年来永磁电机得以迅速发展。以永磁感应子式电机(HB型电机)为例，已从控制元件向功率驱动元件发展，并逐步得到实际应用。研究表明，HB型电机中，由于叠片铁芯中轴向等效气隙的影响，使得电机轴向磁密分布很不均匀［1］，制约着单位铁芯长的出力(功率或转矩)，这种影响对于功率元件已成为一个必须解决的问题。通常的方法是限制每段铁芯长度，而采用多段式结构，或采用其它方法来尽量减小其影响［2］。但均未对轴向磁密的衰减进行补偿，十分不利于提高电机的性能体积(或重量)比。　　本文提出一种混合磁路多边耦合电机的方案，解析分析和实验研究表明，可以收到良好效果。2　电机结构与模型　　混合磁路多边耦合电机就是在混合式步进电机结构的基础上配置一套轴向励磁线圈，以使轴向励磁线圈产生的气隙磁场对永磁体产生的气隙磁场进行补偿。“混合磁路”是指电机内既有径向励磁绕组产生的径向磁场，又有轴向充磁的永磁体和轴向励磁线圈产生的轴向磁场，电机是靠径向磁场和轴向磁场的相互作用而工作的；“多边耦合”是指电机内有径向励磁绕组、轴向充磁永磁体和轴向励磁线圈三种磁势源，它们互相耦合决定电机的参数和性能。这种电机既可以为内转子结构，也可以为外转子结构。　　图1至图4为这种电机的几种结构示意图。　　图1为外转子结构，径向励磁绕组、轴向励磁线圈和轴向充磁的永磁体均配置于定子上。图2也为外转子结构，径向励磁绕组和轴向励磁线圈配置于定子上，轴向充磁永磁体配置于转子上。图3为内转子结构，径向励磁绕组、轴向励磁线圈和轴向充磁的永磁体均配置于定子上。图4也为内转子结构，径向励磁绕组和轴向励磁线圈配置于定子上，轴向充磁永磁体配置于转子上。比较起来，这种电机作为外转子结构使用起来优势更大一些，尤其对于大功率及盘状电机效果更为明显。以图1所示结构为例，对三相电机进行分析。三相电机定子上有3n(n为整数)个定子大极，分别属于A、B、C三相，由于每相的n个大极与转子相对位置关系相同，所以可以每相取一个定子大极进行分析，电机的两段铁芯分别用a、b表示。解析分析时对电机作如下假设：　　(1)铁芯部分的磁导率μFe ＝∞；　　(2)不计磁滞及涡流效应；　　(3)忽略径向励磁绕组的漏磁；　　(4)定子极下的气隙磁导只考虑其恒定分量和基波分量。　　1/n电机的等值磁路模型如图5所示。图1　外转子结构之一Fig.1　One of the outer rotor structure图2　外转子结构之二Fig.2　Another outer rotor structure图3　内转子结构之一Fig.3　One of the inner rotor structure图4　内转子结构之二Fig.4　Another inner rotor structure

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