永磁偏磁式磁阻电机(偏磁电机之).doc

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse葿永磁偏磁式磁阻电机肅袃——偏磁电机之三肀薈朱正风(ZhengFengZHU)蒆薅偏磁式磁阻电机(简称偏磁电机),是磁阻电机的改进。其原始结构是在磁阻电机基础上,仅仅通过改进绕组,把每相绕组一分为二,分别作为励磁型偏磁绕组和驱动绕组而成。偏磁绕组通直流,驱动绕组用交流驱动。在此基础上再把励磁绕组去除,把定子铁芯稍作改变,用永磁偏磁替代励磁,便是永磁型偏磁电机了。磁路混合式磁阻电机和单凸极磁阻电机分别都是偏磁电机中的一种典型结构。衿薈袇一、概述羃袂前面谈到以傅里叶级数展开原理,提出偏磁电机理论后,在用星角连接法探讨两相电机驱动绕组星形接法时,遇到中点一旦浮空,实际上成为单相电机的问题,转而导出了对偶反接式偏磁电机原理。为了简化对偶反接式磁阻电机每相磁极数太多的问题,又推导出了极偶反接式偏磁电机原理。至此,似乎已基本完成传统磁阻电机升级换代之目的。蚈羄美中不足的是,偏磁绕组必须消耗一定能量。上述三种偏磁式磁阻电机,正常工作状态下,偏磁与驱动磁势一直处在正反交替过程中变换,偏磁若由娇顽力不够大(如铁氧体)永磁体担任,被去磁的机会就很大,不解决这一问题,永磁式偏磁就不可能实现。蚅蚁从偏磁电机基本原理可知,其驱动部分绕组等同于同步电机定子绕组。于是多极距绕组就在分析、比较中产生了。理论推理上证明,分布式绕组完全适用于偏磁电机。既然偏磁绕组用集中式,驱动绕组可以用分布式;那么反过来,若驱动绕组用集中式,偏磁绕组用全极距式当然没有问题。全极距绕组内已经包容了电机各相所有磁极。螈莅从前面图5、图6、图7所示驱动电流波形上分析,偏磁电机在运行过程中,各相驱动电流之和为零。也就是说,当驱动采用集中式绕组时,偏磁若选用全极距式绕组,穿过偏磁绕组的磁通之和为零。若在各相间设置一磁阻很小的短路磁轭,基本上可旁路穿过偏磁绕组的交变磁通。膂蒀于是,全极距式偏磁绕组可用一永磁体来取而代之。至此,永磁式偏磁电机的原理已推理成立。虽然如此,在工艺上、设计方面还要满足下列要求:袈螅1、要求永磁体有足够高的居里点和比较好的传热系数,以便将定子热量散发出去。袄蒂2、永磁材料的成型性能好,易于制作成型,或能注塑成型。羈膆3、定子铁芯留出一定的磁分路,为交变磁通提供一条捷径,避免其穿过永磁材料。莂芁二、单定子结构肈薇采用永磁偏磁最容易想到的结构就是直接把磁钢粘贴在缩短了的定子极齿上,这对大步距角的磁阻电机(比如开关磁阻电机)是很合适的(这部分在后面其它偏章会专门论述),但对步进电机这类齿很小、很多的电机,做起来就不方便了。另方面这种贴片方式需要使用高性能的烧结型钕铁硼磁钢,但最近稀土永磁价格很高,对电机成本影响很大。能否用相对便宜的铁氧体磁钢呢?肄肀为此先回忆上篇文章图16所示的极偶反接式改四相开关磁阻电机为两相电机的绕组联接,可以看出偏磁绕组形成的磁极同极性相连,一共可合并为两大磁极。在每两个相同极性的偏磁绕组间的线槽里,两个相邻偏磁绕组铜线方向相反,产生的磁动势作用抵消,因此可以把几个相邻同极性的偏磁绕组合并。以三相电机为例,上篇文章的附录中也给出了几种绕组的改进,介绍了如图16-1所示的合并多个偏磁绕组为一个大绕组的方法。图16-1左边是绕组内部接线图,中间是定子6极、转子4极开关磁阻电机常见的铁芯图改进结构,右边是外部接线图。***螄蒂图16-1中间的定子冲片图上看到左右两个线槽较大,可放置偏磁绕组和驱动绕组;中间几个小线槽只放置驱动绕组。为使偏磁直流磁通顺利通过,外壳采用椭圆形。按这个思路想下去,我们再回到常见的定子八极、转子六极的开关磁阻电机图16,以对偶反接法改四相开关磁阻电机接线为两相偏磁电机的磁极排列,也以四相电机,定转子间两齿差为例,提出一种实用的永磁偏磁电机方案,最后可画出图17所示的永磁步进电机的定子结构。蝿***膅芄袂图17中,导磁外壳1可采用普通低碳钢、铸铁、铸钢等材料;永磁材料3可选用粘结型钕铁硼,直接注射到外壳与定子铁芯之间,也可以采用廉价的铁氧体磁环,大大降低了电机的制造成本。图17结构是按粘接型钕铁硼注射工艺设计的,如果采用铁氧体磁环,中间两个隔磁部分就要改成不导磁材料制作的定位销或定位块。虽然用的是铁氧体永磁,但图17电机把大面积磁环上的磁通聚集到面积小得多的磁极上,使极齿上能产生几倍的磁密度,局部磁密完全可能超过钕铁硼表面磁密。这种磁极排列,可使驱动绕组产生的交变磁通,绝大部分都从铁芯的磁轭通过,穿过永磁体的成分最小,对铁氧体的去磁极会很小,因此没必要选太厚的磁环。其它相数电机,也可采用类似结构。图17的定子结构完全可以替代磁路混合式步进电机,性能指标类似,但工艺性比混合式电机好得多。如果是生产过反应式步进电机的厂家,可直接利用原来的外壳和转子,只