稀土永磁同步发电机的设计特点

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4年 第 期 总(第 1 1 期 )3 31月 日版 出年

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防 爆 机

稀 土磁 永 同发步电 机的 设 特点计罗

波守黄 道,

湖南 大 学 电 气与 信 工 程 学息 院 湖南 沙 (4长0 8 21) 摘

绍稀了土 水 磁 步同 电发机 的永 磁磁 路计设以及 电 磁 计设 上的些 特一点 简要 分 析

,

,了

水 磁 同 步 发 电 的机 压调 节 改善电 压 波电形 以 永 及磁 的体 最佳 工作 点 最和 大去磁 工 作 点 间之 的

关 系 得到 了

有 用 结论的

,

关键词

稀土 水磁

同步 发电 机

设计

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言引

与 传 统的 电 励磁同 步 发电 机 相 比永 磁步

,同,

电机的 设 计 论 计理算 方法 构结工 艺和控 制技 术

方面 有也 进了一步 的 展

2

发电 机特别 是稀 土 水 磁同步 发 电 机具 有结 构 简 单运 行可 靠 体积;小 质量 轻 ;损 耗小 率高效; 电

、、

子转永磁 体构结 计

设永 磁 同步 发电 的机定子 构结与电 励 磁 同步发

,

机 形的 和状 尺 寸可 以 灵活 样 多等 显 优著点 因 而 应 范 用围 极 广 为泛 乎 遍几及 航 空航 天 国防工

,、

、,

机 的定子 电结 相构 同 子转的 磁 路 结构可 根 据

需选要择不 同 结 的 型构式 通 按 常永磁 体 磁化 方向

和转 子 转 方 向旋的 相 互 系 分关为 向式切径

向,、

,

农业 生产和 常日 生活的 各 领 个

,

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世纪 2 9 年

0

代, 以 来随 着 永磁 料材 性 的不 能提 高和断完 特 善 别钱 是 铁 硼 永 的热磁 定 性和 稳耐 腐蚀 性 的改 和善

格 价 的逐步 降 低 以

及 电力 电 子器 的 进件 一步 发

展 稀土永 同磁 步发 电 在机 国 防 工 农 生业产 和

日,

式混 式 合 和 向轴 四 式

) 图种

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在 际 实的 应用中 常 以

1

,

切 磁向化 结 和 径构向 磁 化结 构 居多 (

,

径 式向 子转磁路 结 构 中 磁 永体磁化 方向与

气 ,隙 磁通 轴线 一 致且 离气 隙较 近 漏 磁 系数 较切

生 活 等方 面 获 得 越了来 越 广 泛 应 用的,

近年

向结

构小 径 磁向 化结 构 的中 土稀永 磁体 工 于 作串状联态只 有 一 块 永 体磁 的面 积 供提发 机 每

电,

稀来土 永磁同 步 发电 的 机发展 进人了一 个 的新阶

一段 面 方 正向 大 功率 高 化转 高速转 高

矩功能 化和微型 化 方向 发 展 ; 另一方 面 永 磁 同步 发 ,

,,

隙气 磁 因 通此气 磁 密隙 相对较 低; 切 式转向

子,

结路构中 永 磁 体 的磁 化方 与 气向隙 磁 通 轴线

,

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年7生 毕 于业湖南 大 学电 气 与信 息 工 程 学 院 电机 专 硕业士 研 究 生 从 事现 特 电机种的 科研 设计 与 控制

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近接 垂 直 且 离气 较 远 其漏隙磁 比径 向 式 构结要

在大 切 向 磁 化 构结中 永 磁 体 呈 联 并状态 由 两 ,

,,

业生产 同对 步 发电机 电 的 压 波形 正的 性弦

严 格的要 求实 电 压际 波形 与 正弦 形波之 间 的偏 用 差电 压波形 弦 畸正变率 来 表

示 性弦畸 变 率 为

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块稀 土, 永 磁提体供 电 机发的 每 极磁 通 提可高

气隙 磁密 其在 尤 数 多极 情况的下 更为 突 出,

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了消除 谐齿 的波影 响改 波善 形子定 铁心

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可以采 用斜 槽 半 闭 口 槽结 构绕 采组用 分数 槽 绕 。

,

了为 减 少 压电波 形 正 性弦畸 变 除率 采用 分 布 绕组 短 距 绕组 和 斜 槽等 施 外 措 应 还 善气 隙改磁 场 形

波、、

,

,

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场波 形

与 隙 气的 状形 极 系

弧、

数有无 软极 靴 和 磁 稳处理 方 法等 有

关,

微型 和

小 功率的永 磁同 步 电 机发 对如电压 波 形 要求不 高

通 时 常用 均 匀 采隙 当 气发 电 容 机量较 大或 对

压电波 要 形求 格 时 需 严极 将靴加工 不 均匀气 隙并

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磁钢

图2

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构 无上防 护 措施当 发 电机 子 直 转 径较大 或 高 速运

转 时 转子 表面 承所 的受离 心 将力使 永磁 体 出 现 损 坏所 以 一 般 在高速 运 的转同 步 电发机 转 子

外 表面加一 个 套 环通过套 环把 永磁 和体软 铁 极

,, ,

,

对相 于励 磁 同 步电 发电 机 来说 永 磁 发 机电

消取了 集 电 环 和 电刷实 现 了无 刷 化

,

,

,

。但 由于

,

土永 磁体 的 高矫 顽 使力 永 得磁 发 电机 磁的 难

以调场节 同 时 永磁 材 料 的 温 度 系数较 大发 当

,

,电

都 固 在定相 的 位应置

,,

一 。地 在 满 般 足 速 时高,

,

的 负载或转速 变 化 时 引 输 起 出 电 压的变化 影负响 的载正 工 常作,

,

转子能

安 全可 靠运 的行条 件下 套环 壁厚应 可能 薄

这 样 减可少 漏 磁 应相 的 减 永少磁 磁 的钢 用任〕

此 永 磁 因同 步发 电 机压电

:,

调成 为节 制约 永 同 步 磁 电发 机发展的一 个 瓶颈

鳌。)奎

问 下题 介面 绍 种 比几 较 用 常的 压方 法调,

考虑 到

容 量较 大 的永磁 同步 发机 的 电体整装 配比

困较 难 以可 将发 机电的 永磁 体沿轴 向 分 为 几 段 每

段 为 一 个磁 盘 配装 时再将 有所的 磁盘

,,

,

) l ( 联串 容调电 串压 联 电 的容压方调法是 在

,

发机电 的 出输 串联端 电容 器 依 靠 容抗 龙 补 偿发

电机 同 电步伉 戈的作 来 用达到调 压 目的的,

组 装, 在 轴 转即上可

(2) 利 用 力电电 变换子器 调 压 这 种 方 法是

33.

电磁 设 计

点特

靠1 电发 机输 端 出 电 力 电的子 变 器及 其控换 制 统

系 来调节电 压 比 常 较用 的交 直是一

,

案方 交

,

改-善 电 波压

形 交方 是案 将磁永发 电 机 输的 电 出 通压 过 流整

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整器流 成 直 流 再 通过逆 变器 直将流 变 成 所 的 电压需

,由

图3 可 以出看

、。

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利 电 力 电 用 变换子 调 压 的器 方法 技 复术,

,

, 、。

,

,

=杂 而 相对且 永干磁 电机 来说 用 变逆器和 整 器

来流 压调 也 不是 算 合 但 是的 在航 航空天 上 于由对 电发机 的 出 电输压 频和率 有 严 格的要 求 用 电力 电 子变换 器可以 到达恒频 压恒的 目的

,

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故,

用 标 么 值表 示 则 具 有 最 时大 有效 磁能 的 永

(3

复 励 合 永 磁 同磁步 发 电机 近 几 年 来 很

,)

磁最 佳 工 作体 点 的标么值 b

=

多 研的 单 位 提 究 了出一 种 的解新决 永 磁 步同 电

发粤

2

,机 电 压调的 的节 方 法

—。 复合 励 磁永磁 同步 发 电机 采 稀用土 磁 永体和,

,复 合

励磁永 磁步 发同 电

式中

永 磁同 发 电 步 机的负载 漏 磁系数 此 可知由为 求了永磁 体的得 佳最利用必须

正,

,

,

,

励电磁绕组 组合 励 磁发电 气 机磁 场 隙 主 的要

部选确择永 磁 体 寸 尺磁外 结 构和路 尺寸之间 的配

分合稀由土 永磁体 建 立 电 而 压调 所 节 需的磁 变场化部 由辅分助的 电 励磁 绕 组 来实 现

,

,

种 这发 机电

系以

瓤的 作工

点“

恰好

位于

,

号 撇

,

具有 既永 磁 同步发 机电 的 特点 而 很 方且便 的解 决 了 永 磁发 机电的 电压 调 节问 题 它具 有以 下 优占

.以上

析分 是 的理想 况情在 实 际 应 用 中 到受

其许他 多 素因的 制约 有时 就不 得 不 偏最离佳 工 作点 永 磁当 料 的材退 磁 曲线 具 有 拐点 时 首先要

,

,

¹实 现了无 刷化 结 简构单 ;,

进 行 最大 去 磁 作 点 (工 呱 鲡)的 核 校 使其高 于

,

,

º电 励磁 分部损 耗 小 有具永 磁发 电 机 效

,退 磁 曲 的线拐 点 (b

,

h

)并 留 有分充的 地 余

,以 ,

率的特 点

; 通» 过 节调电 励磁 绕 组部分 调来节 磁通 达

,

止永 防磁体 产 不 生 可退 磁

逆。

到 了压的调目的

3 3

4

结本文 对 磁永 步发同电机 的计设特 点行进 了简

, 水 磁体的 工 点

U j作 在没 计磁永电扫 为了 充 分卜利 永磁 用材料缩

,

,

要 的述概得 到 了 一 些 用有的 结论 ,

,

设 计稀 土

小: 磁水 和体整个电 机 尺的寸 应该 力求 最用小 的 永 体磁体 积 在 气隙 中建 立具 有最 大磁 能磁的场 。

,

磁永同步 发电 机 时要 根据 所 计 的永 磁 发 电设 机的 要 求重点 考 和虑解 决以 下 的 个 几题

( 问1 电 机 的)调 以 压及 相关的 控 制 问题 ; 2 转 (子 构 结的 选 以取 及 电对动 势 波形 变畸

)

,

3可图知有 效 磁能正比 于 边形

四,

J

4

1了

’A , 的积面

,为

四边使

形月

召, A召

’ 口面 的积舀大 由 数 学 知 识可矢永 磁

。,

最 佳的 作点应工 舜K 的中点

是率的 影响 ;)

( 3 设计 理论 以及 分析 方 法 上 的改 进 得使

,所

设计的 土稀 永 同磁 步发 电 机具 有 少 最 的 尺寸 最

低价 格以 及 最佳 的 作工

参考 文献

仁l 唐 〕任

.远

现 代 永 磁 电

理机论 与 设

,计.

.

.

北 机械京 工

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钟李明

稀.土 永 磁电机

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京北 国防 工 出业 社版

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5 最大有效磁能 时的磁永体 作 工

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需选要择不 同 结 的 型构式 通 按 常永磁 体 磁化 方向

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稀来土 永磁同 步 发电 的 机发展 进人了一 个 的新阶

一段 面 方 正向 大 功率 高 化转 高速转 高

矩功能 化和微型 化 方向 发 展 ; 另一方 面 永 磁 同步 发 ,

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隙气 磁 因 通此气 磁 密隙 相对较 低; 切 式转向

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在大 切 向 磁 化 构结中 永 磁 体 呈 联 并状态 由 两 ,

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严 格的要 求实 电 压际 波形 与 正弦 形波之 间 的偏 用 差电 压波形 弦 畸正变率 来 表

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块稀 土, 永 磁提体供 电 机发的 每 极磁 通 提可高

气隙 磁密 其在 尤 数 多极 情况的下 更为 突 出,

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高值 越小

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了消除 谐齿 的波影 响改 波善 形子定 铁心

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可以采 用斜 槽 半 闭 口 槽结 构绕 采组用 分数 槽 绕 。

,

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与 隙 气的 状形 极 系

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关,

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通 时 常用 均 匀 采隙 当 气发 电 容 机量较 大或 对

压电波 要 形求 格 时 需 严极 将靴加工 不 均匀气 隙并

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以调场节 同 时 永磁 材 料 的 温 度 系数较 大发 当

,

,电

都 固 在定相 的 位应置

,,

一 。地 在 满 般 足 速 时高,

,

的 负载或转速 变 化 时 引 输 起 出 电 压的变化 影负响 的载正 工 常作,

,

转子能

安 全可 靠运 的行条 件下 套环 壁厚应 可能 薄

这 样 减可少 漏 磁 应相 的 减 永少磁 磁 的钢 用任〕

此 永 磁 因同 步发 电 机压电

:,

调成 为节 制约 永 同 步 磁 电发 机发展的一 个 瓶颈

鳌。)奎

问 下题 介面 绍 种 比几 较 用 常的 压方 法调,

考虑 到

容 量较 大 的永磁 同步 发机 的 电体整装 配比

困较 难 以可 将发 机电的 永磁 体沿轴 向 分 为 几 段 每

段 为 一 个磁 盘 配装 时再将 有所的 磁盘

,,

,

) l ( 联串 容调电 串压 联 电 的容压方调法是 在

,

发机电 的 出输 串联端 电容 器 依 靠 容抗 龙 补 偿发

电机 同 电步伉 戈的作 来 用达到调 压 目的的,

组 装, 在 轴 转即上可

(2) 利 用 力电电 变换子器 调 压 这 种 方 法是

33.

电磁 设 计

点特

靠1 电发 机输 端 出 电 力 电的子 变 器及 其控换 制 统

系 来调节电 压 比 常 较用 的交 直是一

,

案方 交

,

改-善 电 波压

形 交方 是案 将磁永发 电 机 输的 电 出 通压 过 流整

2( X乃

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4年 第l期 ( 总 1 第1期 ) 1年 月33 出日版

,

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防 爆 电机

整器流 成 直 流 再 通过逆 变器 直将流 变 成 所 的 电压需

,由

图3 可 以出看

、。

=

:

利 电 力 电 用 变换子 调 压 的器 方法 技 复术,

,

, 、。

,

,

=杂 而 相对且 永干磁 电机 来说 用 变逆器和 整 器

来流 压调 也 不是 算 合 但 是的 在航 航空天 上 于由对 电发机 的 出 电输压 频和率 有 严 格的要 求 用 电力 电 子变换 器可以 到达恒频 压恒的 目的

,

,合

“,

,

” =。

A

C

=。中=

故,

用 标 么 值表 示 则 具 有 最 时大 有效 磁能 的 永

(3

复 励 合 永 磁 同磁步 发 电机 近 几 年 来 很

,)

磁最 佳 工 作体 点 的标么值 b

=

多 研的 单 位 提 究 了出一 种 的解新决 永 磁 步同 电

发粤

2

,机 电 压调的 的节 方 法

—。 复合 励 磁永磁 同步 发 电机 采 稀用土 磁 永体和,

,复 合

励磁永 磁步 发同 电

式中

永 磁同 发 电 步 机的负载 漏 磁系数 此 可知由为 求了永磁 体的得 佳最利用必须

正,

,

,

,

励电磁绕组 组合 励 磁发电 气 机磁 场 隙 主 的要

部选确择永 磁 体 寸 尺磁外 结 构和路 尺寸之间 的配

分合稀由土 永磁体 建 立 电 而 压调 所 节 需的磁 变场化部 由辅分助的 电 励磁 绕 组 来实 现

,

,

种 这发 机电

系以

瓤的 作工

点“

恰好

位于

,

号 撇

,

具有 既永 磁 同步发 机电 的 特点 而 很 方且便 的解 决 了 永 磁发 机电的 电压 调 节问 题 它具 有以 下 优占

.以上

析分 是 的理想 况情在 实 际 应 用 中 到受

其许他 多 素因的 制约 有时 就不 得 不 偏最离佳 工 作点 永 磁当 料 的材退 磁 曲线 具 有 拐点 时 首先要

,

,

¹实 现了无 刷化 结 简构单 ;,

进 行 最大 去 磁 作 点 (工 呱 鲡)的 核 校 使其高 于

,

,

º电 励磁 分部损 耗 小 有具永 磁发 电 机 效

,退 磁 曲 的线拐 点 (b

,

h

)并 留 有分充的 地 余

,以 ,

率的特 点

; 通» 过 节调电 励磁 绕 组部分 调来节 磁通 达

,

止永 防磁体 产 不 生 可退 磁

逆。

到 了压的调目的

3 3

4

结本文 对 磁永 步发同电机 的计设特 点行进 了简

, 水 磁体的 工 点

U j作 在没 计磁永电扫 为了 充 分卜利 永磁 用材料缩

,

,

要 的述概得 到 了 一 些 用有的 结论 ,

,

设 计稀 土

小: 磁水 和体整个电 机 尺的寸 应该 力求 最用小 的 永 体磁体 积 在 气隙 中建 立具 有最 大磁 能磁的场 。

,

磁永同步 发电 机 时要 根据 所 计 的永 磁 发 电设 机的 要 求重点 考 和虑解 决以 下 的 个 几题

( 问1 电 机 的)调 以 压及 相关的 控 制 问题 ; 2 转 (子 构 结的 选 以取 及 电对动 势 波形 变畸

)

,

3可图知有 效 磁能正比 于 边形

四,

J

4

1了

’A , 的积面

,为

四边使

形月

召, A召

’ 口面 的积舀大 由 数 学 知 识可矢永 磁

。,

最 佳的 作点应工 舜K 的中点

是率的 影响 ;)

( 3 设计 理论 以及 分析 方 法 上 的改 进 得使

,所

设计的 土稀 永 同磁 步发 电 机具 有 少 最 的 尺寸 最

低价 格以 及 最佳 的 作工

参考 文献

仁l 唐 〕任

.远

现 代 永 磁 电

理机论 与 设

,计.

.

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5 最大有效磁能 时的磁永体 作 工

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