空心杯電機(jī)電磁阻力矩特性的實(shí)驗(yàn)研究
羅玲，劉景林，羅兵
(西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072)
摘要：一種特殊空心杯電機(jī)的電樞是由導(dǎo)電材料制成的杯子，為了研究其電磁阻力矩特性，研制了不同磁路結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子材料和轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度的樣機(jī)。樣機(jī)實(shí)驗(yàn)表明：四極空心杯電機(jī)的電磁阻力矩大亍二極；電磁阻力矩和轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度成正比；電磁阻力矩與轉(zhuǎn)子材料電導(dǎo)率的關(guān)系與理論分析尚有出入，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：空心杯電機(jī)；電磁阻力矩特性；實(shí)驗(yàn)；轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度；電導(dǎo)率
中圖分類號(hào)：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)04—0001-02
0引言
普通空心杯電機(jī)的電樞繞組由導(dǎo)線按一定方式繞制而成，其電磁轉(zhuǎn)矩與電樞繞組的匝數(shù)成正比。本文研究的是一種特殊結(jié)構(gòu)的空心杯電機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。電樞是由導(dǎo)電材料做成的轉(zhuǎn)子杯，位于內(nèi)、外定子之間。當(dāng)轉(zhuǎn)子杯被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子杯切割內(nèi)、外定子間的氣隙磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子杯中感應(yīng)出渦流，該渦流與氣隙磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生阻止轉(zhuǎn)子杯旋轉(zhuǎn)的電磁阻力矩。這種空心杯電機(jī)被俄羅斯成功應(yīng)用于多個(gè)載人飛船和宇宙空間站的周邊式對(duì)接機(jī)構(gòu)[1]，吸收對(duì)接時(shí)產(chǎn)生的能量，緩沖對(duì)接時(shí)的碰撞。
電磁阻力矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的關(guān)系稱為空心杯電機(jī)的電磁阻力矩特性。本文研制不同磁路結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子材料和轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度的空心杯電機(jī)樣機(jī)，通過這些樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)對(duì)其電磁阻力矩特性進(jìn)行了研究。
1樣機(jī)結(jié)構(gòu)及參數(shù)
本文研制的空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，定子由內(nèi)定子、外定子兩部分組成，磁鋼僅安放在內(nèi)定子上，轉(zhuǎn)子杯位于內(nèi)、外定子之間。樣機(jī)參數(shù)如表1所示。
2電磁阻力矩特性與磁路結(jié)構(gòu)的關(guān)系
1～6號(hào)樣機(jī)磁路結(jié)構(gòu)分別為2極環(huán)形和4極瓦片形結(jié)構(gòu)，4極的極弧系數(shù)為0．8，轉(zhuǎn)子杯材料分別為超硬鋁LC9、黃銅96和硬鋁LYl2，測(cè)得的電磁阻力矩特性曲線如圖2所示。測(cè)試結(jié)果表明在其他條件相同的情況下，4極瓦片形結(jié)構(gòu)的電磁阻力矩比2極環(huán)形的大，即要達(dá)到同樣的電磁阻力矩，采用4極瓦片形結(jié)構(gòu)的空心杯電機(jī)比2極環(huán)形結(jié)構(gòu)的體積要小。
3電磁阻力矩特性與轉(zhuǎn)子電導(dǎo)率的關(guān)系
轉(zhuǎn)子渦流越大，電磁阻力矩越大。轉(zhuǎn)子杯結(jié)構(gòu)尺寸相同，但轉(zhuǎn)子杯材料不同，其電導(dǎo)率不一樣，電阻不相同，則在同樣的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子杯中的渦流不一樣。電導(dǎo)率越大，渦流越大，電磁阻力矩越大。
超硬鋁LC9、黃銅96和硬鋁LYl2三種材料的電導(dǎo)率如表2所示。
4極瓦片形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子杯材料分別為超硬鋁
Lc9、黃銅96和硬鋁LYl2的4、5、6號(hào)樣機(jī)，測(cè)得的電磁阻力矩特性曲線如圖3所示。理論上黃銅96
的電磁阻力矩****，硬鋁LYl2的電磁阻力矩最小，但圖3的測(cè)試結(jié)果表明黃銅96的電磁阻力矩****，而超硬鋁Lc9的電磁阻力矩最小。由于缺乏相應(yīng)的設(shè)備，未能檢測(cè)實(shí)際各樣機(jī)材料的電導(dǎo)率，其中的原因尚待進(jìn)一步分析。4電磁阻力矩特性與轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度的關(guān)系.
4極瓦片形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子杯材料為硬鋁LYl2，轉(zhuǎn)子杯長(zhǎng)度分別為49．5 mm、40 mm、30 mm、20 mm的6、7、8、9號(hào)樣機(jī)，測(cè)得的電磁阻力矩特性曲線如圖4所示。對(duì)圖4中曲線進(jìn)行線性回歸求得的電磁阻力矩特性斜率如表3所示。運(yùn)用Micmsnft Excel對(duì)如圖5所示的電磁阻力矩特性斜率與轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度的關(guān)系曲線進(jìn)行回歸分析[2]，對(duì)比線性回歸和乘冪回歸的R2可知,電磁阻力矩與轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度成正比。
5結(jié)論
通過測(cè)試分析不同磁路結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子材料和轉(zhuǎn)子杯長(zhǎng)度的空心杯電機(jī)樣機(jī)的電磁阻力矩特性，得出以下結(jié)論：
(1)4極瓦片形結(jié)構(gòu)的電磁阻力矩比2極環(huán)形結(jié)構(gòu)的大；
(2)電磁阻力矩與轉(zhuǎn)子材料電導(dǎo)率 |
