同步電機(jī)之永磁同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

    1．表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

根據(jù)定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置的不同，表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又可分為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)兩種。內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子在內(nèi)、定子在外，如圖9一2 ( a）、（b）所示。外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子在外、定子在內(nèi)，如圖9一2 ( c）所示。表面式內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又分為表面凸出式結(jié)構(gòu)和表面插人式結(jié)構(gòu)。表面凸出式結(jié)構(gòu)如圖9一2 ( a）所示，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造等優(yōu)點(diǎn)，在永磁同步發(fā)電機(jī)、無刷直流電動(dòng)機(jī)、調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用廣泛。由于鐵氧體永磁和稀土永磁的相對(duì)回復(fù)磁導(dǎo)率都接近于1，可以近似認(rèn)為與空氣的相同，因此表面凸出式結(jié)構(gòu)的交直軸磁阻基本相等，在電磁性能上屬于隱極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。此外，還可通過改變永磁體形狀使氣隙磁密波形接近正弦，削弱輸出電壓中的諧波含量。表面插人式結(jié)構(gòu)如圖9一2 ( b）所示，相鄰永磁磁極之間為鐵心，永磁體安裝時(shí)易于定位，制造簡(jiǎn)單，但漏磁較大。此外，直軸磁阻大于交軸磁阻，在電磁上屬于凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，因轉(zhuǎn)子磁路不對(duì)稱而產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，可以提高發(fā)電機(jī)的過載能力。

在表面式結(jié)構(gòu)中，永磁體通常為瓦片形，貼在轉(zhuǎn)子鐵心表面。永磁體的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，在內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的離心力接近甚至超過永磁材料的抗拉強(qiáng)度，容易損壞永磁體，此外離心力和電磁力的作用可能會(huì)導(dǎo)致永磁體脫落，因此高速運(yùn)行時(shí)需要在轉(zhuǎn)子外加套環(huán)。套環(huán)是一個(gè)用高強(qiáng)度材料制成的圓筒，把轉(zhuǎn)子各部件緊緊包住，使其處于壓縮狀態(tài)，保證了轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度。套環(huán)分為非金屬套環(huán)、單金屬套環(huán)和雙金屬套環(huán)三種。非金屬套環(huán)是用碳纖維等材料綁扎轉(zhuǎn)子，然后經(jīng)加熱固化形成的高強(qiáng)度套環(huán)。單金屬套環(huán)由一種非導(dǎo)磁金屬材料制成。非金屬套環(huán)和單金屬套環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，但都增大了氣隙有效長(zhǎng)度，為保證一定的氣隙磁密，必須增加永磁體用量。雙金屬套環(huán)由一種導(dǎo)磁金屬材料和一種非導(dǎo)磁金屬材料制成，與永磁體對(duì)應(yīng)的位置采用導(dǎo)磁金屬材料，與極間區(qū)域?qū)?yīng)

的位置用非導(dǎo)磁金屬材料，其優(yōu)點(diǎn)是不增加氣隙長(zhǎng)度，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。圖9一2（。）所示為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生較大的每極磁通，離心力不會(huì)損壞永磁體，除非特殊需要，無需外加套環(huán)，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但整個(gè)電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。圖9一3為一臺(tái)表面凸出式結(jié)構(gòu)的8極永磁同步發(fā)電機(jī)采用不同磁極形狀時(shí)的氣隙磁場(chǎng)分布對(duì)比，可以看出，采用等半徑形狀的磁極后，氣隙磁密分布的正弦性大大改善。

2．內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

在內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，主要采用切向式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，如圖9一4所示。

每極永磁體提供一對(duì)極磁路上的磁壓降，每極磁通由兩個(gè)永磁體面積共同提供，是一種聚磁結(jié)構(gòu)，可以

產(chǎn)生較高的氣隙磁密，特別適合于極數(shù)較多的永磁同步發(fā)電機(jī)。由于永磁體在鐵心內(nèi)，需要采取隔磁措施，在轉(zhuǎn)軸和鐵心之間加非磁性金屬襯套。圖9一4 ( a）用套環(huán)將轉(zhuǎn)子各部件緊固在一起，機(jī)械強(qiáng)度好；圖9一4 ( b）用槽楔固定永磁體，工藝簡(jiǎn)單，適合于中、低速或小功率的永磁同步發(fā)電機(jī)。