空心杯电机电磁阻力矩特性的实验研究

罗玲，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亍二极；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—0001-02

0引言

    普通空心杯电机的电枢绕组由导线按一定方式绕制而成，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^[1]，吸收对接时产生的能量，缓冲对接时的碰撞。

电磁阻力矩与转子转速的关系称为空心杯电机的电磁阻力矩特性。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。

1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。

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极瓦片形结构的空心杯电机比2极环形结构的体积要小。

3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。

   4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

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。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49．5 mm、40 mm、30 mm、20 mm的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Micmsnft Excel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^[2]，对比线性回归和乘幂回归的R²可知,电磁阻力矩与转子长度成正比。

5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。