[科普中国]-爪极永磁测速发电机

简介

爪极永磁测速发电机，当转子被拖动以额定速度旋转时，其定子绕组将输出与转速呈线性关系的交流电势 该电机在控制系统中常作速度反馈元件。该电机的特点是结构简单，工作可靠，性能稳定 可适用环境较差的场合，且制造成本低。该类电机的结构和工作原理与传统式的测速机有较大的区别。1

结构简述爪极永磁测速发电机，一般情况下为分装式结构。其定子由机壳，2个相同的定子极爪，相对放置，极爪相交错，圆周间隔均布，如图所示，中间夹放着一个环形绕组组成。转子由带有安装轴孔的轴套，2个相同的转子极爪(放置同定子极爪)，中间夹着一个空心圆柱状永磁体组成，如图所示。2

工作原理转子磁钢以轴向充磁，由磁钢的一端N极发出的磁力线，主要路径如右图所示(当定、转子同一端的极爪相对齐状态)。

当转子以一恒速旋转，定、转子极爪的相对位置将按两倍于一端转子极爪数重复周期变化。

假设转子起始位置为：转子一端的极爪与同端的定子极爪对齐，同时，另一端的定、转子极爪也对齐。这时磁路的磁导最大，穿过定子线圈平面的磁通量最大。当转子转过一个极距时( 电角度)，转子一端的极爪正好与另一端的定子极爪对齐，这时，穿过线圈的磁通量仍是最大，但方向相反。如右图。

当转子转过半个极距(电角度)时，转子极爪正好处在相邻的两定子极爪的中间位置，这时穿过线圈平面的磁通最小。显然，当转子以角速度旋转时，穿过线圈平面的磁通按接近正弦规律交变。在定子线圈中将感应电势。当整个磁路设计不饱和时，盛应电势幅值将与转速成线性关系这就是此类电机的工作原理。2

输出电势计算在定子绕组中感应电势，可利用法拉弟定律，推导出下到计算公式：

式中

E——感应电势有效值(V)；

p——极对数；

n——转速（r/min）；

W一定子绕组匝数(匝)；

——气隙主磁通(Wb)。

电机的极对数，也是输出电势变化周期数。它取决于转子的极对数。它等于转子两端的极爪数之和的一半。定子绕组为集中绕组，故。要求出E值，必须求出，那就要解整个电机磁场 要精确求解，相当复杂，需用有限元法。但是，在工程上较为实用的方法，是从等效磁路图入手，求出各部分的磁导，然后，用作图法求出 。

设计要点爪极永磁冽速发电机的设计，一般在给定的外形尺寸情况下，要求在额定转速下，获得一定的输出电势。在设计时，先确定其基本尺寸，选取主要用材，再进行核算输出电势。一般设计基本原则如下。

（1）细长比λ

即电机外径与轴向长之比：

λ==5~6

（2）定、转子外径比

要使定、转子结构和磁路分布安排合理，一般取定、转子外径比约等于0.5；

（3）极爪数的确定

电机的极对数确定后，一端转子的极爪数也确定了，即等于极对数。一般定、转子极爪数相等。

（4）气隙长度g

考虑使用环境较差．且受制造模具工艺限制，一般 g=0．5～0．8(mm)。

（5）主要材料

选取永久磁钢一般用铝镍钻5(结晶方向)。

定、转子机壳，极爪是磁路的一部分，且有磁导性能，具有一定的机械强度。一般采用厚度0．8～1.0mm钢板，经表面电镀处理。2