空心杯电机电磁阻力矩特性的实验研究

…，堕壁皇塑…２…００８耋苎艘……………………………………．缎塑％“．一空心杯电机电磁阻力矩特性的实验研究罗：ｉ玲，刘景林，罗兵（西北工业大学，陕西西安７１００７２）摘要：一种特殊空心杯电机的电枢是由导电材料制成的杯子，为了研究其电磁阻力矩特性，研制了不同磁路结构、转子材料和转子长度的样机。样机实验表明：四极空心杯电机的电磁阻力矩大于二极；电磁阻力矩和转子长度成正比；电磁阻力矩与转子材料电导率的关系与理论分析尚有出入，有待进一步验证。关键词：空心杯电机；电磁阻力矩特性；实验；转子长度；电导率中图分类号：ＴＭ３３文献标识码：Ａ文章编号：１００４—７０１８（２００８）０４—０００１－０２ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＴｏｒｑｕｅ—－ＳｐｅｅｄＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆａＭｏｖｉｎｇ—－ＣｏｉｌＭａｃｈｉｎｅｂｙＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＬＵＯＬｉｎｇ，ＬＩＵＪｉｎｇ—ｌｉｎ，ＬＵＯＢｉｎｇ（ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＸｉｈｎＷａＳａ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）ｔｏＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｒｍａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｍｏｖｉｎｇ—ｃｏｉｌｍａｃｈｉｎｅｓｔｕｄｙｔｈｅｔｏｒｑｕｅ—ｓｐｅｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｍｏｖｉｎｇ—ｃｏｉｌｒｏｔｏｒｃｙｌｉｎｄｅｒｃｕｐｍａｄｅｏｆｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｍｅｔａｌ．Ｉｎｏｒｄｅｒｍａｃｈｉｎｅ，ａｆｅｗｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｌｅｓｎｕｍｂｅｒｒｏｔｏｒａｎｄｓｈａｐｅｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓｗｅｒｅｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｎｇｔｈｗｅｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｔｈｅｔｏｒｑｕｅ—ｓｐｅｅｄｃｈａｒａｃ—ｍａｃｈｉｎｅｔｏｒｑｕｅ—ｓｐｅｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｔｅｓｔｅｄ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｍｏｖｉｎｇ—ｃｏｉｌｒｏｔｏｒｗｉｔｈｔｈｅｐｏｌｅｓｎｕｍｂｅｒａｎｄｓｈａｐｅｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ，ｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｔｈｅｒｏｔｏｒｌｅｎｇｔｈｗｅｒｅａｎａ・ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｏｒｑｕｅｏｆｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅｗｉｔｈｆｏｕｒｍａｇｎｅｔｐｏｌｅｔｗｏｎｕｍｂｅｒｗａｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅｗｉｔｈｍａｇｎｅｔｐｏｌｅｎｕｍｂｅｒ，ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｏｒｑｕｅｒｏｔｏｒｗａｓｃｈａｎｇｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｏｔｏｒｌｅｎｇｔｈｌｉｎｅａｒｌｙ，ｔｈｅｒｅｌａ－ｔｏｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｏｒｑｕｅｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｎｅｅｄｂｅｔｅｓｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｆｕｒｔｈｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｖｉｎｇ—ｃｏｉｌｍａｃｈｉｎｅ；ｔｏｒｑｕｅ—ｓｐｅｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｔｅｓｔ；ｒｏｔｏｒｌｅｎｇｔｈ；ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ０引言普通空心杯电机的电枢绕组由导线按一定方式的电磁阻力矩特性。本文研制不同磁路结构、转子材料和转子长度的空心杯电机样机，通过这些样机的实验对其电磁阻力矩特性进行了研究。绕制而成，其电磁转矩与电枢绕组的匝数成正比。本文研究的是一种特殊结构的空心杯电机，其结构如图１所示。电枢是由导电材料做成的转子杯，位于内、外定子之间。当转子杯被驱动旋转时，转子杯切割内、外定子间的气隙磁场，在转子杯中感应出涡流，该涡流与气隙磁场相互作用，产生阻止转子杯旋转的电磁阻力矩。这种空心杯电机被俄罗斯成功应用于多个载人飞船和宇宙空间站的周边式对接机构…，吸收对接时产生的能量，缓冲对接时的碰撞。编号ｌ２３４５１样机结构及参数本文研制的空心杯电机结构如图１所示，定子由内定子、外定子两部分组成，磁钢仅安放在内定子上，转子杯位于内、外定子之间。样机参数如表１所示。表１空心杯电机参数磁路结构２极环形２极环形２极环形４极瓦片形４极瓦片形４极瓦片形４极瓦片形４极瓦片形４极瓦片形转子材料超硬铝ＬＣ９黄铜９６硬铝ＬＹｌ２超硬铝ＬＣ９黄铜９６硬铝ＬＹｌ２硬铝ＬＹｌ２硬铝ＬＹｌ２硬铝ＬＹｌ２转子长度／ｍｍ４９．５４９．５４９．５４９．５４９．５６７４９．５４０３０８图１空心杯电机结构９２０电磁阻力矩与转子转速的关系称为空心杯电机２电磁阻力矩特性与磁路结构的关系１～６号样机磁路结构分别为２极环形和４极瓦片形结构，４极的极弧系数为０．８，转子杯材料分１收稿日期：２００７—０８—１８改稿日期：２００７—０９—１８万方数据　亏歹设计筘靳∥．微持志棚：一占级４略翰ｚ璧／ｚ嚼ｚ荔｛；≥……………………～………………………………………一ｊ一．。．二ｌ一一一：。二…二：…－∑：：…＝：一．．２００８年第４期！别为超硬铝ＬＣ９、黄铜９６和硬铝ＬＹｌ２，测得的电磁阻力矩特性曲线如图２所示。测试结果表明在其他条件相同的情况下，４极瓦片形结构的电磁阻力矩比２极环形的大，即要达到同样的电磁阻力矩，采用４电磁阻力矩特性与转子长度的关系４极瓦片形结构，转子杯材料为硬铝ＬＹｌ２，转子杯长度分别为４９．５ｍｍ、４０ｍｍ、３０ｍｍ、２０ｍｍ的４极瓦片形结构的空心杯电机比２极环形结构的体积要小。６、７、８、９号样机，测得的电磁阻力矩特性曲线如图４所示。对图４中曲线进行线性回归求得的电磁阻力矩特性斜率如表３所示。运用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ对如图５所示的电磁阻力矩特性斜率与转子长度的关系曲线进行回归分析【２１，对比线性回归和乘幂回归的形可知，电磁阻力矩与转子长度成正比。百善０１０００２０００３０００４０００５０００ｎ／（ｒ－ｍｉｎ。）（ａ）超硬铝ＬＣ９（ｂ）黄铜９６百善图４不同转子长度的电磁阻力矩特性曲线表３硬铝ＬＹｌ２转子电磁阻力矩特性曲线的斜率图２不同磁路结构的电磁阻力矩特性曲线转子杯长度／ｍｍ４９．５４０３０８２０曲线斜彰［Ｎ・ｃｍ・（ｒ・ｍｉｎ’１）“】０．０１７６，，．目昌ｆ０．０１４４』０．００９ｉ０．００４１３电磁阻力矩特性与转子电导率的关系转子涡流越大，电磁阻力矩越大。转子杯结构尺寸相同，但转子杯材料不同，其电导率不一样，电阻不相同，则在同样的磁场和转速下，转子杯中的涡流不一样。电导率越大，涡流越大，电磁阻力矩越大。超硬铝ＬＣ９、黄铜９６和硬铝ＬＹｌ２三种材料的电导率如表２所示。表２超硬铝ＬＣ９、黄铜９６和硬铝ＬＹｌ２的电导率材料图５Ｖ目？邑静璃缀雹电磁阻力矩特性曲线斜率与转子长度的关系Ｉ超硬铝ＬＣ９Ｉ黄铜９６ｌ硬铝ＬＹｌ２１９．１４５结论通过测试分析不同磁路结构、转子材料和转子杯长度的空心杯电机样机的电磁阻力矩特性，得出以下结论：（１）４极瓦片形结构的电磁阻力矩比２极环形结构的大；（２）电磁阻力矩与转子材料电导率的关系尚待进一步分析；（３）电磁阻力矩与转子杯长度成正比。参考文献电导率／（Ｓ・ｎｌ“）Ｉ｝３３．０６１７．４０４极瓦片形结构，转子杯材料分别为超硬铝ＬＣ９、黄铜９６和硬铝ＬＹｌ２的４、５、６号样机，测得的电磁阻力矩特性曲线如图３所示。理论上黄铜９６图３不同转子材料的电磁阻力矩特性［１］杨芳，曲广吉．空间对接机构差动式机电缓冲阻尼系统机构传动原理分析［Ｊ］．力学与实践，２０００，６：５１—５４．的电磁阻力矩最大，硬铝ＬＹｌ２的电磁阻力矩最小，但图３的测试结果表明黄铜９６的电磁阻力矩最大，而超硬铝ＬＣ９的电磁阻力矩最小。由于缺乏相应作者简介：罗玲（１９７０一），女，博士，副教授，主要从事稀土永磁电机设计、电机ＣＡＤ的研究。的设备，未能检测实际各样机材料的电导率，其中的原因尚待进一步分析。万方数据　２