利用三维有限元法计算爪极电机的磁场分布(4)

很有用,希望可以帮到大家

176

　　　　　合肥工业大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　第25卷

3　计算结果

本文以一台传统结构的35A、75V汽车用爪极式发电机为例,计算其在空载下的磁场分布[1～4]。沿轴向不同的位置处气隙中的磁通密度波形,如图3所示。

从图3中可以看出,气隙磁通密度在不同的轴向位置处具有不同的波形,当处于正半周期内时,在

z=-0.002处,磁通密度波形较宽,而在z=0.002处,波形较窄,这是因为爪极的极面随着z的增大而

变窄的缘故。电机内的磁场分布具有明显的三维特性,而爪极形状的不规则性是造成这种三维特性的最根本的原因。图3中列出了z=0,z=±0.002处的磁通密度分布状况,同时可以看到气隙中的磁通密度远低于一般的异步电机,这主要是由于爪极间的漏磁很大,20%～30%。爪极中的磁场分布,如图4所示,电机定子中的磁场分布,

所示　　图3　磁通密度分布　　　　　　　　　　　　图4　爪极中磁场　　　　　　　　　图5　定子中磁场

4　爪极电机的补偿、改进和优化设计

爪极电机的改进一般采用两种方法:

(1)改变传统爪极电机的结构,可以收到明显的成效。

(2)在保留原来爪极结构的基础上,通过加入永磁体补偿由于爪极间的漏磁通所造成的气隙磁通

密度低的缺点。

通过不同的位置加入永磁体后与计算结果相比较,发现在爪极间放入永磁体可取得令人满意的效果。加入永磁体后爪极电机的实体模型,如图6所示,爪极内的磁场分布,如图7所示。从图7中可见,其爪极中磁通密度明显提高了许多。原理示意图,如图8所示。

图6　整体模型　　　　　　　图7　爪极中磁场　　　　　　　　　　　　图8　原理示意图　　　　　

可见,在爪极间放置磁钢,实际上增加了爪极的有效极面积,从而提高了主磁通。计算结果表明,电机的主磁通可提高20%左右。数值解的结果与采用MEC方法的结果相比较,电机的气隙磁通密度值具有较好的一致性

[5～7]

。