CN102570656A

CN102570656A - 一种电励磁无刷起动、发电机

Info

Publication number: CN102570656A
Application number: CN2012100006579A
Authority: CN
Inventors: 李锋
Original assignee: DONGFENG AUTO PARTS (GROUP) Co Ltd
Current assignee: DONGFENG AUTO PARTS (GROUP) Co Ltd
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明是电励磁无刷起动、发电机，电机定子上设计有激磁绕组槽和相绕组槽，定子的激磁绕组槽和相绕组槽数量相同并和转子极数对应，在定子的激磁绕组槽上串联连接有激磁线圈，通以固定的直流电，使其在定子的极上产生N、S交替排列的磁场，并在激磁绕组槽的槽口安装有磁钢，激磁线圈通电后的磁场和磁钢的磁场方向在定子齿上产生的作用相互增强，在定子的相绕组槽内空间对称的放置有三相绕组；转子采用和开关磁阻电机一样的凸极结构。电机的电动状态采用和同步机一样的磁场定向控制策略或无刷直流电机的方波控制策略，发电状态采用桥式整流实现，通过控制激磁电流实现电压和负载的均衡。

Description

一种电励磁无刷起动、发电机

技术领域

本发明涉及航空发动机或汽车发动机用起动、发电机，具体是一种新型电励磁无刷起动、发电机。

背景技术

现有航空发动机用起动、发电机（以下简称电机）多采用传统的复激式直流电机，该电机在发动机起动阶段作为起动机完成发动机的起动工作，发动机起动后作为发电机并多机并联运行，为航电系统提供直流电源，该电机在使用中存在如下缺点：由于采用直流有刷结构，必须定期对电刷进行维护，维护工作不仅导致使用成本高而且也限制了飞机的定检周期，此外电刷磨损下的碳粉容易附着在电机内部从而影响整个电源系统的绝缘电阻。

如果采用其它常用的永磁同步电机、异步电机、开关磁阻电机虽然都可以实现无刷化和起动、发电运行，但是飞机使用场合需要多台电机在发电时并联运行，永磁同步电机和异步电机在并联发电运行时负载均衡实现上较为困难，开关磁阻电机则存在转矩波动较大，电源品质较差的问题。

南航提出的双凸极无刷起动、发电机，虽然可以解决以上问题，但由于三相绕组磁路物理上不对称（在电机起动状态由于磁路比较饱和这种物理不对称引起的磁场不对称就更加明显），电机的转矩波动（起动状态）和发电品质（发电状态）都会受到影响。

发明内容

本发明为了满足起动、发电机的起动性能和并联发电性能，同时实现无刷化，解决飞机定检维护周期短的问题，并且实现电机的低转矩波动，高发电品质，特提出一种新型电励磁无刷起动、发电机。

为此本发明的技术方案为，一种新型电励磁无刷起动、发电机，包括电机壳体，壳体内设有定子，定子内装有转子，转子的两端通过轴承和两个端盖成为一个整体，同时在壳体上还装有旋转变压器定子、在转子上还装有旋转变压器转子，空间上还保证旋转变压器轴向对齐；电机上壳体内部和转子同轴还安装有离心式风扇，其特征在于：电机的转子采用十个齿槽交替的凸极结构，用硅钢片叠压而成；电机的定子采用十二极结构并用硅钢片叠压而成，定子上在十二个极间设有十二个用于嵌放激磁绕组的槽，激磁绕组设计为六组或者十二组，通以固定的直流电，使其在定子的十二个极上产生的磁场沿圆周方向N、S交替排列；激磁绕组为集中绕组，激磁绕组采用串联方式连接于电源两端，和整个电机形成并激结构；在定子的十二个极的每个极的中轴线上靠近定子内圆一侧还设有十二个用于嵌放三相绕组的槽，三相绕组均为集中绕组，按相序进行排列和接线进而形成三相对称绕组；电机的电动状态采用和同步机一样的磁场定向控制和空间矢量pwm控制实现最大转矩运行，电机的发电状态采用桥式整流方式输出直流电，并通过控制激磁绕组的激磁电流实现电压和负载的均衡。

对上述方案的改进在于：在激磁绕组槽的槽口部嵌有永久磁钢，永久磁钢的放置方向为该磁钢在定子极上产生的进入气隙的磁场和激磁绕组在定子极上产生的进入气隙的磁场是相互增强的。

有益效果：

由于定子上设计了激磁绕组和相绕组，转子为简单的凸极结构，激磁电流和相电流可以直接通过定子施加，因此实现了电机的无刷化；又由于采用了电激磁结构，因此电机高速发电时仅仅通过调节激磁电流即可实现电压的稳定和负载的均衡，避免了永磁同步发电机和异步发电机为了维持电压平稳而必须进行的弱磁控制以及由此引起的效率降低，同时也避免了为了实现负载均衡而需要的有功功率调节的复杂线路。

并且由于电机每相磁路上均为独立励磁，因此电机各相磁路均衡对称，所以只要保证合适的极弧系数，电机感应电势波形便可做到正弦化（感应电压来自于转子旋转时凸极的磁阻变化和定子相绕组产生的磁通变化），便于对电机进行磁场定向矢量控制驱动，进而获得比较平稳的输出转矩。

用于减少漏磁的永磁钢在电机不加励磁电流时，大部分磁通通过定子轭部形成闭合的漏磁路回路，只有极少部分磁通通过转子和定子线圈形成主磁路回路，因此电机在极限转速运转时不会使定子绕组产生超出要求（整流后超出电源电压）的感应电势，但在电机激磁绕组满励时（包括起动状态和发电状态），由于其磁化方向和定子激磁绕组槽口漏磁场方向相反，因此可以降低定子激磁绕组槽口漏磁，提高电机出力。

激磁绕组在电路上全部串联为一体，该结构有利于在电机工作时因电枢磁场波动在其内部产生的感应电势方向闭合而抵消，从而减少电枢磁场波动而引起的激磁电流的波动，进而保证电机输出转矩的平稳性。

转子采用的凸极结构，十分有利于转子的轴向通风，电机不需要在定子和壳体之间设置轴向通风槽，也不需要在定子外表面设置散热筋。

电机的定子部位的热量直接利用风扇生成通过流过转子上的凸极之间的凹陷部分和定子内表面之间的空气带走。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明电机定子冲片的示意图。

图3是本发明电机转子冲片的示意图。

图4a是本发明电机定子激磁绕组排列方法的示意图。

图4b和4c是本发明电机定子相绕组排列方法的示意图。

图中1是轴承，2是旋转变压器转子，3是旋转变压器定子，4是端盖，5是壳体，6是定子冲片，7是转子冲片，8是风扇，9是轴，10是定子激磁绕组槽口，11是定子激磁绕组槽，12是定子相绕组槽，13是定子相绕组，14是磁钢，15是激磁绕组，16是A相绕组，17是C相绕组，18是B相绕组。

具体实施方式

本实用新型如图1、2、3、4a、4b、4c所示：

电励磁无刷起动、发电机，包括电机壳体5，壳体5内设有定子（包括定子冲片6和定子相绕组13、激磁绕组15、磁钢14），定子内装有转子（包括转子冲片7、轴9），转子的两端通过轴承1和两个电机的端盖4，以及旋转变压器定子3、旋转变压器转子2、风扇8组成为一个整体。

定子由定子冲片6以及定子相绕组13、磁钢14、激磁绕组15构成，其中激磁绕组按照图4a所示的极性串联连接起来（图示为六套绕组，也可以将六套绕组的每套绕组左右分成两半形成十二套绕组串联连接），十二块磁钢14采用如图4a所示极性嵌于定子激磁绕组槽口10处，需要说明的是，如果图4a中的绕组绕向或通电电流方向相反后，磁钢14的方向也必须相反。

定子三相绕组A相绕组16，C相绕组17，B相绕组18按照相位分别对称嵌于定子相绕组槽12中，则每相各占1/3定子槽（如图4c所示），具体嵌法如图4b所示：A相绕组由1S1（1S为第一相绕组槽，为描述方便上层边用1表示，下层边用2表示，1S1表示为第一相绕组槽上层边,1S2表示为第一相绕组槽下层边）-2S2-4S1-5S2-7S1-8S2-10S1-11S2构成，B相和C相以此类推。

定子三相绕组A相绕组16，C相绕组17，B相绕组18按需接成三角形接法或星型接法，如图4b所示，以转子逆时针旋转为例，某一时刻转子齿和定子第一相绕组槽中心对齐时，磁场由定子穿过A相绕组进入转子，下一时刻，同一转子齿和定子的第二相绕组槽中心对齐时，磁场由转子穿过A相绕组进入定子，如此反复，定子绕组中就形成了交变的感应电势，通过极弧系数的合理选取，该感应电势可以做到正弦形状，通过旋转变压器的位置解码，即可采用永磁电机的磁场定向矢量控制方法使电机进入电动机工作状态。

本发明中转子的设计与制造方法和常规的产品一致，定子的铁心制造也与常规产品一致，定子的设计与加工有以下不同：

如图4a所示，定子必须采用和转子极数配合恰当的极数比如定子十二极转子十极，定子激磁绕组槽11和相绕组槽交替分布形状，保证合理的定转子极弧系数，定子的激磁绕组槽11用于嵌放激磁绕组，定子相绕组槽12用于分别嵌放A相绕组16，C相绕组17，B相绕组18，定子激磁绕组槽口10放置永久磁钢，相绕组和激磁绕组均采用集中绕组，嵌置于对应槽中。

除了旋转变压器还可以采用霍尔传感器、光电编码器等位置检测方法，如果采用无位置传感器控制策略，那么也可以不需要传感器，另外除了磁场定向矢量控制外，采用120度方波控制的无刷直流电机驱动方式也可以实现电机的电动运行，它的缺点是转矩波动较大，所以上述控制方法都可以实现本发明的效果。除此之外，本发明虽以定子十二极（齿）转子十齿来进行描述，但采用其它定转子齿槽配合的方式比如定子六齿转子五齿、定子十八齿转子十五齿，定子二十四齿转子二十齿等也可以实现该效果。

Claims

1.一种电励磁无刷起动、发电机，包括电机壳体，壳体内设有定子，定子内装有转子，转子的两端通过轴承和两个端盖成为一个整体，同时在壳体上还装有旋转变压器定子、在转子上还装有旋转变压器转子，空间上还保证旋转变压器定子和转子轴向对齐；电机上壳体内部和转子同轴还安装有离心式风扇，其特征在于：电机的转子采用十个齿槽交替的凸极结构，用硅钢片叠压而成；电机的定子采用十二极结构并用硅钢片叠压而成，定子上在十二个极间设有十二个用于嵌放激磁绕组的槽，激磁绕组设计为六组或者十二组，通以固定的直流电，使其在定子的十二个极上产生的磁场沿圆周方向N、S交替排列；激磁绕组为集中绕组，激磁绕组采用串联方式连接于电源两端，和整个电机形成并激结构；在定子的十二个极的每极中轴线上靠近定子内圆一侧还设有十二个用于嵌放三相绕组的槽，三相绕组均为集中绕组，按相序进行排列和接线进而形成三相对称绕组；电机的电动状态采用和同步机一样的磁场定向控制和空间矢量pwm控制实现最大转矩运行，电机的发电状态采用桥式整流方式输出直流电，并通过控制激磁绕组的激磁电流实现电压和负载的均衡。

2.根据权利要求1所述的一种电励磁无刷起动、发电机，其特征在于：在激磁绕组的槽口嵌放有永久磁钢，永久磁钢的放置方向为该磁钢在定子极上产生的进入气隙的磁场和激磁绕组在定子极上产生的进入气隙的磁场是相互增强的。