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電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，通過(guò)改變勵(lì)磁繞組，控制電流能夠方便地調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)寬范圍輸出電壓和調(diào)速特性；斷開(kāi)勵(lì)磁回路能夠有效滅磁，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的短路和故障保護(hù)。但其存在勵(lì)磁繞組損耗使得系統(tǒng)效率相對(duì)較低，難以實(shí)現(xiàn)高功率密度，且由于使用電刷-集電環(huán)結(jié)構(gòu)，可靠性不高。

永磁發(fā)電機(jī)取消了電刷-集電環(huán)結(jié)構(gòu)，省去了產(chǎn)生磁場(chǎng)所需要的勵(lì)磁功率，因而效率更高，與同功率、同轉(zhuǎn)速的其他類型的電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)相比較，通常效率可以提高3%～5%，且沒(méi)有勵(lì)磁線圈及磁極鐵心，能使電機(jī)體積減小，減輕質(zhì)量。但永磁發(fā)電機(jī)電壓難以調(diào)節(jié)且故障時(shí)滅磁困難，在車輛中應(yīng)用較少。

混合勵(lì)磁電機(jī)自出現(xiàn)以來(lái)，就引起了國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的高度關(guān)注。前蘇聯(lián)學(xué)者最早提出混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，此類電機(jī)有兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)源：永磁磁動(dòng)勢(shì)源和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)源。兩種磁動(dòng)勢(shì)源共同產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁繞組電流實(shí)現(xiàn)氣隙磁場(chǎng)調(diào)節(jié)。

有學(xué)者研究了一種磁分路式切向磁鋼混合勵(lì)磁同步電機(jī)，在傳統(tǒng)徑向磁化結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)基礎(chǔ)上，N磁極組和S磁極組從同側(cè)沿軸向向外延伸，并在延伸端安裝導(dǎo)磁橋，勵(lì)磁繞組放在導(dǎo)磁橋開(kāi)槽中，軸向磁路不經(jīng)過(guò)機(jī)殼，利用磁分路結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流控制氣隙磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)刷化。有學(xué)者提出了一種雙端調(diào)磁型混合勵(lì)磁電機(jī)，永磁體切向磁化，在軸向兩端各放置一個(gè)勵(lì)磁繞組，N磁極組和S磁極組從不同側(cè)沿軸向向外延伸，軸向磁路經(jīng)過(guò)導(dǎo)磁橋、機(jī)殼和定子鐵心，電機(jī)為無(wú)刷結(jié)構(gòu)。有學(xué)者研究了一種并聯(lián)式混合勵(lì)磁爪極電機(jī)，永磁體呈圓環(huán)型夾在爪極中間，在軸向兩端放置勵(lì)磁繞組，也可以用圓環(huán)型永磁體代替，減少了爪極間的漏磁通，電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)刷化。結(jié)合上述電機(jī)特點(diǎn)，南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院的研究人員余俊月、曹煜、朱姝姝、劉闖，在2019年第22期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，提出了一種雙端混合勵(lì)磁無(wú)刷直流發(fā)電機(jī)，永磁磁路和勵(lì)磁磁路為并聯(lián)關(guān)系，其中永磁體是主要的勵(lì)磁源，勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)用來(lái)調(diào)節(jié)磁路的磁通。同時(shí)將勵(lì)磁繞組放在電機(jī)兩端，實(shí)現(xiàn)無(wú)刷結(jié)構(gòu)，不存在因接觸不良和磨損等造成的勵(lì)磁不穩(wěn)定問(wèn)題，兼有電勵(lì)磁電機(jī)調(diào)磁方便和永磁電機(jī)功率密度高的優(yōu)點(diǎn)。電機(jī)工作時(shí)，三相交流電通過(guò)二極管整流電路轉(zhuǎn)換成直流，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)刷硅整流。

研究者考慮到發(fā)電機(jī)的非對(duì)稱性，利用JMAG軟件搭建發(fā)電機(jī)三維有限元靜態(tài)和瞬態(tài)模型并仿真分析了其不同勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)下的磁場(chǎng)分布和氣隙磁通密度變化及發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。制造了DC 900V、10kW實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與原理分析和有限元計(jì)算相符合，表明這種新型雙端混合勵(lì)磁無(wú)刷直流發(fā)電機(jī)具有如下特點(diǎn)：

1）該發(fā)電機(jī)主要由永磁體作用于主氣隙磁通，勵(lì)磁繞組起輔助調(diào)節(jié)作用，使發(fā)電機(jī)同時(shí)具備高功率密度和調(diào)節(jié)電壓的優(yōu)點(diǎn)。2）將勵(lì)磁繞組放在軸向磁橋中，不僅實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)的無(wú)刷化，還使得勵(lì)磁路徑和永磁路徑形成并聯(lián)磁路，實(shí)現(xiàn)無(wú)刷勵(lì)磁。3）采用集中式雙三相整流，相對(duì)集中式三相發(fā)電機(jī)提高了發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)和功率容量，同時(shí)減小了輸出直流紋波，提高了發(fā)電機(jī)可靠性。

圖1 雙端HE-BLDCG結(jié)構(gòu)

圖13 樣機(jī)組件

圖14 電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)