爪极发电机产生轴电流的原因及对策
李立群，李明
(山东理工大学，山东淄博255049)
摘要：介绍了爪极发电机轴电流产生的原因及其危害，提出了解决这一问题的方法，并通过样机进行了验证，对改进和优化爪极发电机的工程设计具有一定的参考价值：
关键词：爪极发电机；漏磁；轴电势；气隙磁场
中图分类号：TM359．9 文献标识码：A 文章编号：1004—7018(2008)12—0020—02
o引言
爪极发电机因其转子磁极是爪形而得名，其特点是：结构简单、体积小、重量轻、省材料、易于批量生产，相应的制造成本较低。此外爪极发电机容易维护，运行可靠，且不受使用环境的限制，因此被广泛地应用在汽车、航空以及国民经济的其它领域，发挥着十分重要的作用。
1轴电流的产生及危害
目前，爪极发电机主要为有刷或无刷硅整流发电机。它们在使用中都有一个共同的特点，即有轴电流产生。这个电流使轴承滚道及与主机连接的轴伸表面均产生严重的电腐蚀痕迹，其深度可达O.08mm左右。它严重地影响了轴承的寿命和轴伸配合的紧密程度，因此有必要对轴电流产生的原因和抑制方法加以探讨[1]。
爪极式电机是凸极式电机的一种。但有自身的特点，其与凸极电机的区别在于励磁绕组是轴向安放的，其结构如图1所示[2]。
当励磁线圈有电流通过时，产生的磁通是轴向的，该磁通由磁轭经过极身到爪极，经定子后再回到另一端的爪极。此轴向磁通沿图中虚线闭合，这是电机的主磁通，它要经过定子的齿部和两个气隙，由于定子的齿槽作用而造成主磁通的脉动，其频率为：
式中:Q为定子槽数;n为转数;f1为齿槽造成的脉动磁通频率。
可见，此主磁通在定子中为脉动的旋转磁通，其脉动频率与转子的转速和槽数有关。由于定子中的磁场脉动使转轴中的磁通量发生变化，这就是转轴中产生轴电势的主要原因。除此之外，转轴在励磁线圈的中心，因此在转轴中必然会有漏磁通通过，它与主磁通是并联的，因此在主磁通脉动时漏磁通同样会发生变化，并且因谝磁通的变化而产生波动，这也是产生转轴电势的原因。该电势所产生的轴电流便会流经两个轴承，从而使电机的轴承接触面和与机相连接的轴伸表面产生电腐蚀，这两个零件的表面遭到损坏，严重时使发电机不能继续工作。
2样机实例分析
2.1有刷爪极发电机
本文以履带车辆所用的6 kw整流发电机为例，它的转子磁极即为爪极结构，额定电压28 V，转速为2 100～400O r／min，靠电压调节器使电压稳定在28 v。试验时发电机空载，经过滑环电刷向励磁绕组通以24 V电压，电机底座与托架绝缘，机座与端盖之间的止口绝缘，轴伸与联轴器绝缘，用高内阻电压表测出的轴电势为1.8～2.7 mV。而当负载为221 A时，即发电机满负载工作时，其定子绕组虽然采用了六相全波整流，抵消了部分高次谐波，但是电枢反应所造成的磁场波形畸变大于一般的凸极电机，因此更增强了轴向电势，负载下所测得的轴电势为3.3～4．8 mV，该电势的平均值较空载时电势增大了百分之45。
2.2无刷爪极发电机
为了进一步提高爪极电机运行的可靠性，减少维护的工作量，我们多采用无刷结构。此类电机没有电刷和滑环的接触，因而更加适合应用在有轻微腐蚀性的介质中和对高低温有一定要求的场合，也为进一步提高转速、减小体积，创造了条件。无刷爪极发电机结构如图2所示。
该发电机一侧的爪极通过极身与转轴配合，另一侧的爪极没有极身，只用一个环把各爪极相连。两侧的爪极交叉安放，并在爪极间用非导磁材料焊牢。这样，当转轴转动时，两侧的爪极与转轴同时旋转。磁场线圈放在转子不转动的支架上，可直接通入电流，进行励磁。它与转动的爪极环和转轴之间形成了两个气隙，所形成的这个磁场，在空间是不转动的，但是经过旋转的爪极组在定子中便形成了旋转磁场。这种电机的磁路特点就是主磁通又多通过两个气隙，空间不转动的磁通通过转动的转轴，产生单极效应，增强了轴电势。
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