游标混合电机性能分析

崔智 王天祺 房远 董政

摘 要：游标混合机是可变磁阻永磁电机，为双凸极结构电机，主要由转子铁芯、调制齿、定子永磁体、定子铁芯和电枢绕组五部分组成。电枢绕组和永磁体均放置在定子上，转子铁芯由硅钢片叠压而成。在一般情况下，电机运行主要是电枢绕组发热，游标混合机的电枢绕组放置在定子上，使得电机散热快，结构简单，运行可靠，实现了低转速大转矩。因此，游标混合机具有广阔的应用前景，例如电动汽车、风力发电等。

关键词：游标混合机；可变磁阻；永磁电机

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.156

1 引言

与传统电机相比，游标混合机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗少等显著优点，几乎完美符合了电力驱动系统的要求[1]。作为基于磁齿轮效应的变磁阻永磁电机的一种，它常见有两种拓扑结构，分别为内转子和外转子两种。将三相对称绕组放置在电枢槽内，同时在电枢齿表面紧贴交替放置极性相反的永磁体，永磁体和电枢绕组均位于定子上的结构使得散热更容易：转子为齿槽结构，由硅钢片叠压而成，结构简单可靠[2]。

2 游标混合机的结构

本文所研究的游标混合机结构如图1所示，该电机由转子铁心、调制齿、定子永磁体、定子铁芯和电枢绕组五部分组成。转子有17个槽，由转子铁心和调制齿组成，定子有6个槽，由定子铁芯、电枢绕组和永磁体组成。永磁体紧贴电枢齿表面且N、S极交替排列，永磁体为径向充磁。该结构下的游标混合机结构简单可靠，运行稳定可靠。同时，与传统结构的磁齿轮电机相比，在运行过程中，具有显著优点，例如转矩密度高、驱动灵活、散热快等，应用范围更广且发展空间大。表1给出游标混合机各个结构参数及符号说明。

3 游标混合机的原理

游标混合电机为双凸极结构电机，电机运行原理为[3]：转子齿槽转动引起气隙磁导发生周期性变化，永磁體产生的磁动势与气隙磁导相互作用，调制出一系列空间谐波与电枢绕组产生的空间谐波作用产生电磁转矩。本节利用解析法和有限元法分析电机的气隙磁密分布及其谐波次数来阐述游标混合电机的磁场调制原理。下面对游标混合电机进行解析法分析：

若只考虑基波影响，永磁体的磁动势F可表示为：

（1）

式中，F为永磁体磁动势，Fpm为磁动势幅值，pm为永磁体基波的极对数，它由永磁体排列和磁化方向决定，θ为机械角度，θ0为磁动势初始角度。

随着转子的运动，气隙磁导么产生规律性变化，可表示为：

（2）

式中，?0为恒定值，?pr为pr次谐波气隙磁导的幅值，ω为转子角频率。

在转子转动过程中，气隙磁密Bpm可表示为：

（3）

式中，pr为转子调制齿个数，pm为定子永磁体等效极对数。

4 结论

转子转动过程中，磁通密度第一项为定子上的永磁体产生的静止 磁场；磁通密度第二项的代表一旋转磁场，（pm-pr）的大小是旋转磁场的极对数，如果它为正值，其方向与转子旋转方向相反，转速大小是转子转速的pr/（pm-pr）倍；磁通密度第三项代表一旋转磁场，（pm+pr）的大小是旋转磁场的极对数，如果它为正值，其方向与转子旋转方向相反，转速大小是转子转速的pr/（pm+pr）倍。

参考文献：

[1]刘振亚.全球能源互联网[M].中国电力出版社，2015.

[2]林鹤云，张洋，阳辉，房淑华，黄允凯.永磁游标电机的研究现状与最新进展[J].中国电机工程学报.

[3]王秀和，孙雨萍.电机学（第二版）[M].北京：机械工业出版社.

作者简介：崔智（1994-），男，辽宁营口人，硕士研究生，主要研究方向：电力系统及其自动化。