CN103730997A - 一种励磁集成式无刷同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明是励磁集成式无刷同步电机，其结构包括定子和转子二部分，其定子部分包括定子铁心，电枢绕组，定子励磁绕组，端盖，机壳，转子部分包括转子铁心、转轴、转子的励磁绕组和整流二极管。优点：1）省去了有刷电机励磁所必须的滑环和电刷，实现了转子励磁电励磁电机的无刷励磁；2）无需增加电机，只需在原电励磁电机方案的基础上，增加两组绕组即可实现无刷化励磁；3）转子上增添的转子脉振励磁绕组8不但起到了感应定子励磁绕组3产生的磁通为转子直流励磁绕组9提供直流励磁电流的作用，而且其本身产生的磁通与转子直流励磁绕组9共同作用于工作气隙，避免增添一套转子励磁绕组而降低励磁效率的问题；实现转子励磁混合励磁电机的无刷励磁。

Description

一种励磁集成式无刷同步电机

技术领域

本发明涉及的是一种励磁集成式无刷同步电机，属于无刷励磁同步电机技术领域。

背景技术

对于转子励磁电机，需要有两个滑环和电刷才能引入励磁电流。有电刷滑环就需要经常维护，而这种接触导电部件往往是电机中故障率最高的环节。在设计电机时实现无刷化励磁，可以提高整机的稳定性，可以长期运行，避免了旋转接触导电部分带来的电火花问题，维护简单，特别适合在恶劣条件下使用。

在现行的无刷化方案中，有三大类方法。1.可将励磁绕组安放于定子上，方便地实现无刷化。如电励磁爪极电机、双凸极电励磁电机、开关磁链电机等。2.在转子上通过轴向延伸至一端，与导磁桥上的励磁绕组构成轴向磁路。该种方案中转子必须使用整块的铁磁材料，涡流损耗较大，且漏磁现象明显，励磁效率不高。3.使用旋转电枢式交流励磁机和旋转整流器为主发电机励磁。该种方案存在电机轴向长，结构复杂的问题。

发明内容

本发明提出的是一种励磁集成式无刷同步电机，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，并针对转子励磁电机的无刷励磁问题，实现转子励磁电机的无刷化励磁。

本发明的技术解决方案：包括定子和转子二部分，所述的定子部分包括定子铁心，电枢绕组，定子励磁绕组，端盖，机壳，其中定子铁心上沿圆周开设定子槽，电枢绕组和定子励磁绕组嵌在定子槽中，端盖安装于机壳的两端；所述的转子部分包括转子铁心、转轴、转子的励磁绕组和整流二极管，其中转子铁心与转轴相连，转子铁心上开设转子槽，该槽内安放转子的励磁绕组，该转子的励磁绕组分为转子脉振励磁绕组和转子直流励磁绕组；每个转子极上分别绕制转子脉振励磁绕组元件和转子直流励磁绕组元件，各个极的直流励磁绕组串联连接，每个转子齿上的转子脉振励磁绕组与转子直流励磁绕组的绕组绕线方向相同，相邻转子齿上的励磁绕组绕线方向相反；在转子上同时设置整流二极管，各转子脉振励磁绕组与整流二极管串联连接；各转子脉振励磁绕组元件分别经二极管单波整流后为转子直流励磁绕组供电；电机的极对数由电机工作频率和转速要求所决定，电枢绕组和定子励磁绕组为两套绕组或共用一套绕组；

当转轴以同步速运转时，各转子脉振励磁绕组元件感应定子励磁绕组产生的磁场，产生感应电势；所产生的电流分别经二极管单波整流后为转子直流励磁绕组提供平滑的直流电；转子脉振励磁绕组产生脉振直流励磁电流；转子脉振励磁绕组与转子直流励磁绕组电流产生的磁通方向相同，两者共同作用于工作气隙；改变定子励磁绕组中电流的大小，即可控制电机的输出电压。

本发明的优点：1）省去了有刷电机励磁所必须的滑环和电刷，实现了转子励磁电励磁电机的无刷励磁。传统方案中，如需实现转子励磁电励磁发电机的无刷励磁需要采用三级式方案。即需要增加副励磁机和励磁机两台电机；2）本发明中无需增加电机，只需在原电励磁电机方案的基础上，增加两组绕组即可实现无刷化励磁；3）转子上增添的转子脉振励磁绕组8不但起到了感应定子励磁绕组3产生的磁通为转子直流励磁绕组9提供直流励磁电流的作用，而且其本身产生的磁通与转子直流励磁绕组9共同作用于工作气隙，从而避免了增添一套转子励磁绕组而降低励磁效率的问题；4）转子脉振励磁绕组8与转子直流励磁绕组9产生的磁通方向相同，两者共同作用于工作气隙；5）改变定子励磁绕组3中电流的大小，即可控制电机的输出电压。本发明无电刷滑环，结构简单，实现了转子励磁混合励磁电机的无刷励磁。

附图说明

图1是励磁集成式无刷同步电机剖面图。

图2是励磁集成式无刷同步电机截面图（以凸极结构，两对极为例）。

图3是励磁集成式无刷同步电机的绕组安装示意图（以凸极结构，两对极为例）。

图4 是励磁集成式无刷同步电机绕组连接图（以两对极为例）。

图5是励磁集成式无刷同步电机转子脉振绕组感应电流（以四个绕组为例）。

附图中1为定子铁心，2为电枢绕组，3为定子励磁绕组，4为定子槽，5为转子铁心，6为转子槽，7为转轴，8为转子脉振励磁绕组，9为转子直流励磁绕组，10为整流二极管，11为转子极靴，12为转子齿，13为定子齿，14为机壳，15为端盖。其中8(1)、8(2)、8(3)、8(4)分别代表各个转子脉振励磁绕组元件，9(1)、9(2)、9(3)、9(4)分别代表各个转子直流励磁绕组元件。

具体实施方式

励磁集成式无刷同步电机，由图1和2可知，其结构包括定子和转子二部分，所述的定子部分包括定子铁心1，电枢绕组2，定子励磁绕组3，端盖15，机壳14，其中电枢绕组2和定子励磁绕组3可以为两套绕组，也可以共用一套绕组，定子铁心1上沿圆周开设定子槽4，电枢绕组2和定子励磁绕组3嵌在定子槽4中，端盖15安装于机壳14的两端；所述的转子部分包括转子铁心5、转轴7、转子的励磁绕组和整流二极管10，其中转子铁心5与转轴7相连，转子铁心5上开设转子槽6，该槽内安放转子的励磁绕组，如图3和图4所示，转子的励磁绕组分为转子脉振励磁绕组8和直流励磁绕组9，每个转子极上分别绕制转子脉振励磁绕组8元件和转子直流励磁绕组9元件，各个极的直流励磁绕组9串联连接，各转子脉振励磁绕组8与整流二极管10串联连接；每个转子齿上的转子脉振励磁绕组8与转子直流励磁绕组9的绕组绕线方向相同，相邻转子齿上的励磁绕组绕线方向相反。在转子上同时设置整流二极管10；各转子脉振励磁绕组8元件分别经二极管10单波整流后为转子直流励磁绕组9供电；电机的极对数由电机工作频率和转速要求所决定，电枢绕组2和定子励磁绕组3为两套绕组或共用一套绕组。

当转轴7以同步速运转时，各转子脉振励磁绕组8元件感应定子励磁绕组3产生的磁场，产生感应电势。所产生的电流分别经二极管10单波整流后为转子直流励磁绕组9提供平滑的直流电。转子脉振励磁绕组8产生脉振直流励磁电流如图5所示；转子脉振励磁绕组8与转子直流励磁绕组9电流产生的磁通方向相同，两者共同作用于工作气隙；改变定子励磁绕组3中电流的大小，即可控制电机的输出电压。

所述的定子和转子为隐极结构或凸极结构，定子电枢绕组2设计为交流绕组，该交流绕组包括集中绕组和分布绕组，单相、三相和多相，单层绕组和双层绕组交流绕组；定子励磁绕组3为集中绕组或分布绕组，单相、三相和多相，为单层绕组或双层绕组。

所述的转子脉振励磁绕组8和转子直流励磁绕组9为集中绕组或分布绕组。

所述的电机的励磁方式为向定子励磁绕组通入直流电。

所述的转子是内转子或外转子。

本发明用做发电机时，定子电枢绕组2与负载相连；用做电动机时，定子电枢绕组2与驱动电源相连。

转子极靴11表面也可以嵌入阻尼绕组以改善电机启动以及带不对称负载时的性能。

Claims (6)

1.励磁集成式无刷同步电机，其特征是包括定子和转子二部分，所述的定子部分包括定子铁心，电枢绕组，定子励磁绕组，端盖，机壳，其中定子铁心上沿圆周开设定子槽，电枢绕组和定子励磁绕组嵌在定子槽中，端盖安装于机壳的两端；所述的转子部分包括转子铁心、转轴、转子的励磁绕组和整流二极管，其中转子铁心与转轴相连，转子铁心上开设转子槽，该槽内安放转子的励磁绕组，该转子的励磁绕组分为转子脉振励磁绕组和转子直流励磁绕组；每个转子极上分别绕制转子脉振励磁绕组元件和转子直流励磁绕组元件，各个极的直流励磁绕组串联连接，每个转子齿上的转子脉振励磁绕组与转子直流励磁绕组的绕组绕线方向相同，相邻转子齿上的励磁绕组绕线方向相反；在转子上同时设置整流二极管，各转子脉振励磁绕组与整流二极管串联连接；各转子脉振励磁绕组元件分别经二极管单波整流后为转子直流励磁绕组供电；电机的极对数由电机工作频率和转速要求所决定，电枢绕组和定子励磁绕组为两套绕组或共用一套绕组；

当转轴以同步速运转时，各转子脉振励磁绕组元件感应定子励磁绕组产生的磁场，产生感应电势；所产生的电流分别经二极管单波整流后为转子直流励磁绕组提供平滑的直流电；转子脉振励磁绕组产生脉振直流励磁电流；转子脉振励磁绕组与转子直流励磁绕组电流产生的磁通方向相同，两者共同作用于工作气隙；改变定子励磁绕组中电流的大小，即可控制电机的输出电压。

2.根据权利要求1所述的励磁集成式无刷同步电机，其特征是所述的定子和转子为隐极结构或凸极结构，定子电枢绕组设计为交流绕组，该交流绕组包括集中绕组和分布绕组，单相、三相和多相，单层绕组和双层绕组交流绕组；定子励磁绕组为集中绕组或分布绕组，单相、三相和多相，为单层绕组或双层绕组。

3.根据权利要求1所述的励磁集成式无刷同步电机，其特征是所述的转子脉振励磁绕组和转子直流励磁绕组为集中绕组或分布绕组。

4.根据权利要求1所述的励磁集成式无刷同步电机，其特征是所述的电机的励磁方式为向定子励磁绕组通入直流电。

5.根据权利要求1所述的励磁集成式无刷同步电机，其特征是所述的电机的转子极靴表面以改善电机启动以及带不对称负载时的性能的嵌入阻尼绕组。

6.根据权利要求1所述的励磁集成式无刷同步电机，其特征是所述的转子是内转子或外转子。

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