李开成  张健梅（华中理工大学武汉430074）

 

    【摘  要】介绍爪极永磁同步电机转子的结构及设计特点，并说明了一些主要结构尺寸间的关系。

    【叙  词】永磁电机同步电机设计

     爪极永磁同步电机的****磁铁形状简单，极间漏磁大，磁铁过载能力强，机械强度高，普遍用于变流机和变频机，发电机的制造容量自数百瓦到数千瓦。当频率在1000hz以内时，制造容量可达数十千伏安。这种电机由于转子采用爪极结构，而爪极的形状又可多种多样，因此，较普通永磁同步电机计算复杂。这种电机的分析和设计，在国内外文献中介绍较少。本文介绍爪极永磁同步电机的设计特点及爪极转子的设计。

    爪极式转子通常由两个带爪的法兰盘和一个圆环形****磁铁组成，如图1所示。图la和c为左右两个带爪子的法兰盘，二者爪数相等，且等于极数的1/2。图lb为圆环形磁铁沿转子轴向充磁。图ld为装配图，左右为两个法兰盘对合，二者爪子互相错开，沿圆周均匀分布。圆环形****磁铁夹在两个带爪法兰盘中间，使一个法兰盘上的爪子皆为n极性，另一个法兰盘上的爪子皆为s极性，形成如图le所示的多极转子结构。显然，法兰盘上的爪子起了极靴的作用。

       爪极永磁同步电机中，电机的全部磁通 (p对极)轴向穿过圆环形磁铁，进入爪极，经气隙进入定子，爪极中的磁路如图2所示。

    爪极通常由10号钢制成，或由钢板冲成，也可由粉末冶金直接压制成形。由于磁通轴向通过爪子，爪子的每一截面通过的磁通不相等，爪尖最少，爪根最多。爪子的截面积沿电机轴向是变化的，爪尖部分的面积最小，爪根部分****。爪极的形状多种多样，有等宽爪极、梯形爪极，还有正弦爪极。图3为梯形爪极形状。

     爪极永磁同步电机中的爪极式转子的优点为：

    ①****磁铁形状简单，易加工，磁化状态均匀，磁性好，利用程度高。

    ②横向电枢反应在爪极中闭合，磁铁几乎不受影响，气隙磁场稳定，不会发生不可逆畸变。

    ③爪极之间的漏磁较大，纵轴电枢反应对电机的去磁作用较小，磁铁具有较强的过载能力。

    ④爪极系统结构有良好的阻尼作用，瞬态短路电流对磁铁的作用近似于稳态短路屯泫的作用，可以采用稳态短路电流稳定。

    ⑤机械强度高，结构牢固，磁铁外径较小，表面线速度不高。

    ⑥圆环形磁铁的充磁和利用程度与极靴无关，适合于极数较多或频率较高的中频发电机。

    然而，爪极式转子也存在一些缺点，主要表现在：

    ①爪极法兰盘结构比较复杂，制造困难、费时。

    ②当发电机速度较高或容量较大时，爪极昀离心力很大，爪子可能向外弯曲，甚至根部发生断裂。

    ③爪极和法兰盘所占的整个转子体积的比例较大，在容量相同的条件下，电机重量增加百分之20～25，不宜作为工频发电机。

    ④由于爪极部分有轴向磁通，爪极截面积又不宜过大，因此爪极部分的磁势降较大。

    ⑤爪极必须采取整体结构，不能用叠片，爪极中涡流及磁滞损耗较大，导致效率下降。

    ⑥爪极之间漏磁较大，不宜采用总装配后充磁，一般采用组件充磁，充磁机的容量较大。

    爪极式转子的