通常来说, 在永磁体单独励磁的永磁同步电机中,
当永磁材料的牌号、 形状尺寸及永磁体安置方式确定
后, 它的励磁系统就已经确定, 无法根据实际需要调
节励磁磁场的大小, 这种结构相对来说比较简单, 适
用于不需要调节励磁磁场大小的场合。 其结构可以分
为永磁体径向充磁、切向充磁、横向充磁等几种结构。
图 1 为径向式表面单独励磁结构, 此种结构的电
机次极结构最为简单, 磁极的永磁体直接面对空气隙,
有加工和安装方便的优点, 而且漏磁比较小, 但是需
永磁体直接承受电枢反应的去磁作用。
图 2、图 3 分别为径向式、切向式内置单独励磁结
构, 并增加了阻尼条, 这种次极结构的电机称之为异步
启动永磁同步电动机。它具有自启动能力, 兼有感应电
机和电励磁同步电机的特点, 依靠行波磁场与阻尼条相
互作用产生的异步推力实现启动, 避免了永磁体直接面
对空气隙, 大大降低了与电枢反应的去磁作用, 并且增
加的阻尼条增强了永磁同步电机的走动推力。
1
—主极铁芯
; 2
—主极绕组
; 3
—气隙
; 4
—永磁体
; 5
—次极铁芯
图
1
径向式表面单独励磁结构
1
—主极铁芯
; 2
—主极绕组
; 3
—气隙
;
4
—阻尼条
; 5
—永磁体
; 6
—次极铁芯
图
2
径向式内置单独励磁结构
1
—主极铁芯
; 2
—主极绕组
; 3
—气隙
; 4
—阻尼条
;
5
—永磁体
; 6
—次极铁芯
; 7
—隔磁材料
图
3
切向式内置单独励磁结构
图 1、图 2、图 3 所示结构的永磁直线同步电动机
次级运行速度
Τ
R
和初级绕组产生的行波磁场速度
Τ
s
同方向、 同大小, 即:
Τ
R
=
Τ
s
= 2
Σ
f
。
(7)
………………………………
其中:
Σ为极距;
f
为电源频率。
由 (7) 式可知, 电机的运行速度正比于电源频率
f
和极距
Σ。由于初级有绕组的嵌绕, 有最小的尺寸限
制, 使极距不可能太小, 所以一般的永磁直线电动机
实现低速的方法是要通过降低电源频率。 图 4 为低速
电机的励磁结构, 当初级绕组通以交流电流时, 气隙
中产生行波磁场。 次级横向装有一段横向充磁的永久
磁钢, 两端为由硅钢片叠成的次级, 上面开有齿槽, 2
段次级相互错开半个次级齿距。 初级、 次级槽数与初
级绕组极对数之间满足如下关系:
z
R
-
z
s
= ±
p
。
(8)
………………………………
其中:
z
R
为次极槽数;
z
s
为初极槽数;
p
为次极有效极
对数, 取正号时次级运行方向与初级绕组产生的行波
磁场方向相同, 取负号时则相反。动子的同步速度为:
Τ
R
=
Τ
s
ϑ
R
。
(9)
……………………………………
其中:
ϑ
R
为减速系数,
ϑ
R
=
z
R
gÙ(
z
R
-
z
s
)。 于是可得:
Τ
R
=
Σ
R
f
。
(10)
…………………………………
其中:
Σ
R
为次极齿间距。
1
—主极绕组
; 2
—主极铁芯
; 3
—次极铁芯
; 4
—永磁体
; 5
—隔磁材料
图
4
低速电机的励磁结构
2
12 永磁电励混合励磁
混合励磁直线同步电机就是为了解决永磁体单独
励磁无法根据实际需要调节励磁磁场的大小的问题而
提出来的。 所谓混合励磁直线同步电机, 是指直线同
步电机次级上除了永磁体提供的励磁外, 还装有一套
直流励磁绕组产生磁通, 两者在气隙中合成。 调节直
流励磁电流的大小就可以调节气隙合成磁场的强弱。
混合励磁直线同步电机的优点是: 在结构上电机仍
然是无刷的, 磁场的强弱可以调节, 磁场的控制容易实
现。其结构有两种方案: ①均匀混合式励磁结构: 电励
磁绕组与永磁体交替放置, 见图 5, 其中一对极为电励
磁, 另一对极为永磁体励磁; ②交替混合式励磁结构: 每
对磁极上既有永磁体励磁又存在电励磁, 气隙中的磁通
由两者共同产生, 其结构见图 6。
1
—主极铁芯
; 2
—气隙
; 3
—永磁体
;
4
—次极铁芯
; 5
—次极绕组
; 6
—主极绕组
图
5
均匀混合式励磁结构
交替混合式励磁方式的优点是只需改变一般永磁
直线同步电机结构的一半, 其缺点是磁场分布不均匀。
而均匀混合式励磁方式在稳定运行时, 电励磁绕组不
通电, 只依靠永磁体产生的磁场提供电机运行所需的
驱动力, 电励磁绕组只起调节作用, 提供可变的磁通,
在诸如启动、停车、突然加减速等一些特殊的情况下,
电励磁绕组才通入电流。 均匀混合励磁直线同步电机
・
9
9
1
・
2009
年第
2
期 刘冲
,
等
:
永磁同步直线电机次极结构设计及分析