车用轴向永磁混合励磁发电机结构设计

　　0　前言

　　混合励磁发电机是一种永磁和电励磁结合的发电机,兼有永磁发电机和电励磁发电机的优点,可以解决永磁发电机磁场不可调节的缺点,通过电励磁的调节,以实现发电机在转速及负载变化范围内满足输出恒定电压的技术要求[1].其转子磁场以永磁体磁场为主,以电励磁场作为调节磁场,通过控制电励磁部分的励磁电流的大小和方向来控制转子总磁场的大小.

　　混合励磁发电机与永磁发电机相比有许多优点:1)磁场调节方便,解决了永磁电机电压调节难的问题;2)节省了永磁材料,降低了发电机的成本;3)采用永磁体励磁使电机的磁通波形更接近于矩形,致使电机的电动势中谐波含量较大,混合励磁发电机没有这种问题.与电励磁发电机相比:1)电枢反应低,不会产生电火花,电枢绕组元件的换向正常;2)磁通大部分由永磁体产生,电励磁部分只起到辅助励磁从而调节发电机输出电压,所以要求的电流不大,铜损较小,效率高.该发电机有较高的理论研究和实际应用价值.

　　1　电机的结构方案设计

　　1.1　混合励磁发电机的转子设计

　　轴向爪极式转子永磁部分由两个带爪的法兰盘和一个圆环形永久磁铁组成,左右两个带爪的法兰盘爪数相等,等于极数之半.圆环形永久磁铁夹在两个带爪法兰盘中间,使一个法兰盘上的爪极皆为N极性,另一个法兰盘上的爪极皆为S极性,左右两个法兰盘对合后,爪极互相错开,永磁磁场沿圆周均匀分部,形成多极转子.法兰盘上的爪子起了极靴的作用.

　　爪极式转子的电励磁部分采用与普通电励磁发电机相同的绕线结构,如图3所示,电励磁线圈绕组安装在前法兰盘的大轴上,励磁电流通过电刷导入铜制励磁线圈;永磁体选用圆环型磁钢,安装在前法兰盘的小轴上,为了防止永磁体漏磁,在永磁体和爪极轴间用非导磁铝套隔开,用螺钉将后法兰盘与前法兰盘固定在一起,防止励磁绕组和永磁体轴向攒动.

　　1.2　混合励磁发电机的磁通

　　混合励磁发电机有两个磁动势源:永磁体和电励磁线圈.二者的磁路是基本上相互独立的,在气隙里相互叠加发挥能.永磁体产生的磁通经爪极磁极N极--气隙(径向)--定子铁心--气隙(径向)--爪极磁极S极--爪极水平磁极--永磁体--电励磁绕组铁心--爪极水平磁极--爪极磁极N极.励磁绕组产生的磁通经导磁支架的内圆简(轴向)--导磁支架底部(径向)-导磁支架外圆简(轴向)--非工作气隙(径向)--水平磁极(轴向)--气隙(径向)--定子铁心(径向)--气隙(径向)--爪极磁极N极(径向)--导磁轴套(轴向)--非工作气隙(径向)--永磁体--导磁支架内圆简,形成磁路.本设计中,永磁体的磁路较长,其磁路通过前法兰盘的大轴导到爪极上,减少了磁漏.当控制电路采集到发电机输出电压改变的信号后,调节励磁线圈磁通的大小,必要时改变磁路的的方向(磁路的走向不变),两路磁通在爪极处叠加,最终达到使发电机输出电压稳定的目的.