CN103929031A - 复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极无刷直流发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双凸极无刷直流发电机，其特征在于：桥式整流电路为二极管D4和二极管D1串联，二极管D5和二极管D2串联，二极管D6和二极管D3串联，二极管D4的阳极和二极管D5的阳极、二极管D6的阳极连接，二极管D1的阴极和二极管D2的阴极、二极管D3的阴极连接；LA、LB、LC三相绕组的输出端分别与二极管D1的阳极、二极管D2的阳极、第二极管D3的阳极连接，第一套励磁绕组Lf1的一端与二极管D3的阴极连接，第一套励磁绕组Lf1的另一端与输出滤波电容C的一极连接，输出滤波电容C的另一极与二极管D6的阳极连接，第二套励磁绕组Lf2的两端与直流励磁电压源Uf连接；输出滤波电容C两端的电压为输出直流电压Udc；本发明显著降低发电机的电压调整率，提升发电机输出功率。

Description

复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极无刷直流发电机

技术领域

 本发明涉及复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极无刷直流发电机，属于无刷直流电机领域。

背景技术

分瓣转子磁通切换双凸极电机是在开关磁阻电机的基础上发展起来的新型双边凸极变磁阻电机。永磁分瓣转子磁通切换双凸极电机其定子，转子均为凸极结构，由硅钢片叠制而成，结构简单，转子上没有绕组，可靠性高，定子上嵌有永磁材料，具有功率密度高、效率高的优点，但气隙磁场难以调节，因而电压调节或恒功率弱磁控制困难。电励磁分瓣转子磁通切换双凸极电机以励磁绕组取代永磁体，使得电机的励磁磁场可以调节。转子上无绕组和永磁体，结构非常简单、运行可靠且成本低;发电状态负载变化时，可通过调节励磁绕组中的励磁电流大小以维持恒定电压输出，控制方便，在变速恒频发电等领域具有重要的应用价值。电励磁分瓣转子磁通切换双凸极无刷直流发电机的励磁绕组必需由单独的直流电源提供励磁源，其励磁功率完全由外接电源提供，因此，在中大功率应用场合，所需的励磁电源功率大，而且控制励磁电流所需的励磁控制器容量大，其功率器件设计要求大大提高，使得励磁控制器代价高、且可靠性降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极无刷直流发电机。本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：一种复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极无刷直流发电机，包括有复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极电机、桥式整流电路及滤波电容；复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极电机包括定子和转子，定子、转子均为凸极结构，其中所述定子由定子铁心、第一套励磁绕组及第二套励磁组成，所述转子装有转轴并且由转子铁心和隔磁衬套组成，嵌绕电枢绕组的电枢齿和嵌绕第一套励磁绕组及第二套励磁的励磁齿交错设置在定子铁心上；定子铁1上交错设置6个电枢齿和6个励磁齿，电枢齿两两相对设置，电枢齿上匝绕电枢绕组,励磁齿上匝绕第一套励磁绕组和第二套励磁绕组，隔磁衬套与电机轴相连，扇型转子铁心通过燕尾槽卡在隔磁衬套中，励磁绕组和电枢绕组均为集中式绕组在定子齿上，第一套励磁绕组Lf1的6个励磁绕组经一定方式串联，保证通直流电时，遵循右手定则；第二套励磁绕组Lf2的6个励磁绕组经一定方式串联，保证通直流电时，遵循右手定则；第一套励磁绕组Lf1励磁磁链方向与对应的第二套励磁绕组Lf2励磁磁链方向相同或相反：方向相同时，电机工作在增磁状态；方向相反时，电机工作在弱磁状态，三相电枢绕组分别为，A、X，B、Y，C、Z。其中，A、B、C为同名端，相差180°机械角的两个电枢绕组串联为一相电枢绕组；其特征在于：所述的桥式整流电路为第四整流二极管D4和第一整流二极管D1串联，第五整流二极管D5和第二整流二极管D2串联，第六整流二极管D6和第三整流二极管D3串联，第四整流二极管D4的阳极和第五整流二极管D5的阳极、第六整流二极管D6的阳极连接，第一整流二极管D1的阴极和第二整流二极管D2的阴极、第三整流二极管D3的阴极连接；LA、LB、LC三相电枢绕组的输入端连接在一起，LA、LB、LC三相绕组的输出端分别与第一整流二极管D1的阳极、第二整流二极管D2的阳极、第三整流二极管D3的阳极连接，第一套励磁绕组Lf1的一端与第三整流二极管D3的阴极连接，第一套励磁绕组Lf1的另一端与输出滤波电容C的一极连接，输出滤波电容C的另一极与第六整流二极管D6的阳极连接，第二套励磁绕组Lf2的两端与直流励磁电压源Uf连接；输出滤波电容C两端的电压为输出直流电压Udc。所述复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极无刷直流发电机中，桥式整流电路为不可控整流电路或者可控整流电路。

本发明具有以下有益效果：

a.第一套励磁绕组的励磁电流取决于负载电流大小，起到自励作用，可显著降低发电机的电压调整率，提升发电机输出功率。

b.由于第一套励磁绕组中励磁电流产生的磁势作用，使得第二套励磁绕组所需外加的励磁功率小、励磁损耗低，降低了励磁控制器容量，设计简便、可靠性高。

c.第一套励磁绕组有输出滤波作用，有利于提高无刷直流发电机的输出电能特别是输出电流品质。

附图说明

图1为本发明中复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极电机电机的结构示意图；

图2为本发明中电枢绕组和励磁绕组布置示意图；

图3为本发明采用全桥整流电路之一时的示意图；

图4为本发明采用全桥整流电路之二时的示意图。

图中，1、定子铁心，2、第一套励磁绕组，3、第二套励磁绕组，4、电枢绕组，5、扇型转子铁心，6、隔磁衬套，7、转轴，8、电枢齿，9、励磁齿，LA、LB、LC为三相电枢绕组， A、X，B、Y，C、Z分别为三相电枢绕组；其中，A、B、C为同名端，Lf1为第一套励磁绕组，Lf2为第二套励磁绕组，D1,D2,D3,D4,D5,D6为第一至第六整流二极管，C为输出滤波电容，Uf为直流励磁电源，Udc为输出直流电压。

具体实施方式

该复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极无刷直流发电机包括有复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极电机、桥式整流电路及滤波电容。本发明采用了如图1所示的12/8极复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极电机：复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极电机包括定子和转子，定子、转子均为凸极结构，其中所述定子由定子铁心1、第一套励磁绕组2及第二套励磁3组成，所述转子装有转轴7并且由转子铁心5和隔磁衬套6组成，嵌绕电枢绕组4的电枢齿8和嵌绕第一套励磁绕组2及第二套励磁3的励磁齿9交错设置在定子铁心1上；定子铁心1上交错设置6个电枢齿8和6个励磁齿9，电枢齿8两两相对设置，电枢齿上匝绕电枢绕组4,励磁齿上匝绕第一套励磁绕组2和第二套励磁绕组3，隔磁衬套6与电机轴7相连，扇型转子铁心5通过燕尾槽卡在隔磁衬套6中。励磁绕组和电枢绕组均为集中式绕组在定子齿上，按照图2所示的布置方式。第一套励磁绕组Lf1的6个励磁绕组经一定方式串联，保证通直流电时，遵循右手定则；第二套励磁绕组Lf2的6个励磁绕组经一定方式串联，保证通直流电时，遵循右手定则；第一套励磁绕组Lf1励磁磁链方向与对应的第二套励磁绕组Lf2励磁磁链方向相同或相反：方向相同时，电机工作在增磁状态；方向相反时，电机工作在弱磁状态。三相电枢绕组分别为，A、X，B、Y，C、Z。其中，A、B、C为同名端。相差180°机械角的两个电枢绕组串联为一相电枢绕组。其特征在于：所述的桥式整流电路为第四整流二极管D4和第一整流二极管D1串联，第五整流二极管D5和第二整流二极管D2串联，第六整流二极管D6和第三整流二极管D3串联，第四整流二极管D4的阳极和第五整流二极管D5的阳极、第六整流二极管D6的阳极连接，第一整流二极管D1的阴极和第二整流二极管D2的阴极、第三整流二极管D3的阴极连接；LA、LB、LC三相电枢绕组的输入端连接在一起，LA、LB、LC三相绕组的输出端分别与第一整流二极管D1的阳极、第二整流二极管D2的阳极、第三整流二极管D3的阳极连接，第一套励磁绕组Lf1的一端与第三整流二极管D3的阴极连接，第一套励磁绕组Lf1的另一端与输出滤波电容C的一极连接，输出滤波电容C的另一极与第六整流二极管D6的阳极连接，第二套励磁绕组Lf2的两端与直流励磁电压源Uf连接；输出滤波电容C两端的电压为输出直流电压Udc。第一套励磁绕组Lf1、输出滤波电容的C的位置可以交换。桥式整流电路的输出端线连接第一套励磁绕组Lf1再连接输出滤波电容C的情况如图3所示，第一套励磁绕组Lf1、输出滤波电容的C的位置可以交换；即桥式整流电路的两输出端分别连接输出滤波电容C的两端，输出滤波电容C的的一端再连接第一套励磁绕组Lf1的一端； Lf1的另一端与输出滤波电容C的另一端为输出直流电压Udc；参照图4所示；。 整流电路可以是不控整流电路，也可以是可控整流电路。当发电机为外接电气负载供电时，第一套励磁绕组的励磁电流取决于负载电流的大小，起到自励作用，可显著降低发电机的电压调整率，提升发电机输出功率。第一套励磁绕组励磁电流产生的励磁磁势与第二套励磁绕组中励磁电流产生的励磁磁势共同作用，为发电机提供工作磁场。第一套励磁绕组有输出滤波作用，有利于提高无刷直流发电机的输出电压或输出电流品质。调节气隙磁场强弱，只需调节第二套励磁绕组中的励磁电流大小，而由于第一套励磁绕组中励磁电流产生的磁势作用，使得第二套励磁绕组所需外加的励磁功率小、励磁损耗低，降低了励磁控制器容量。可见，本发明所涉及的复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极无刷直流发电机可靠性高、易于控制。

本发明可以应用于其它复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极无刷直流发电机，如:

a.定子齿数为12(6个电枢齿,6个励磁齿)，转子极数(分瓣导磁块数)为5；

b.定子齿数为12(6个电枢齿,6个励磁齿)，转子极数为7；

c.定子齿数为12(6个电枢齿,6个励磁齿)，转子极数为8；

d.定子齿数为12(6个电枢齿,6个励磁齿)，转子极数为10；

e.定子齿数为12(6个电枢齿,6个励磁齿)，转子极数为11；

f.定子齿数为24(12个电枢齿,12个励磁齿)，转子极数为10；

g.定子齿数为24(12个电枢齿,12个励磁齿)，转子极数为14；

h.定子齿数为24(12个电枢齿,12个励磁齿)，转子极数为16；

i.定子齿数为24(12个电枢齿,12个励磁齿)，转子极数为20；

j.定子齿数为24(12个电枢齿,12个励磁齿)，转子极数为22。

上述拓扑中，a、b、e可使电机空载反电势具有较高的正弦度，但是由于转子极数为奇数，电机具有不对称磁拉力；c、d结构不存在转子不对称磁拉力，但是反电势正弦对不如结构a、b、e。f一j则可使电机在反电势正弦的同时，不存在不对称磁拉力。

Claims (4)

1.一种复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极无刷直流发电机，包括有复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极电机、桥式整流电路及滤波电容；复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极电机包括定子和转子，定子、转子均为凸极结构，其中所述定子由定子铁心1、第一套励磁绕组2及第二套励磁3组成，所述转子装有转轴7并且由转子铁心5和隔磁衬套6组成，嵌绕电枢绕组4的电枢齿8和嵌绕第一套励磁绕组2及第二套励磁3的励磁齿9交错设置在定子铁心1上；定子铁心1上交错设置6个电枢齿8和6个励磁齿9，电枢齿8两两相对设置，电枢齿上匝绕电枢绕组4,励磁齿上匝绕第一套励磁绕组2和第二套励磁绕组3，隔磁衬套6与电机轴7相连，扇型转子铁心5通过燕尾槽卡在隔磁衬套6中，励磁绕组和电枢绕组均为集中式绕组在定子齿上，第一套励磁绕组Lf1的6个励磁绕组经一定方式串联，保证通直流电时，遵循右手定则；第二套励磁绕组Lf2的6个励磁绕组经一定方式串联，保证通直流电时，遵循右手定则；第一套励磁绕组Lf1励磁磁链方向与对应的第二套励磁绕组Lf2励磁磁链方向相同或相反：方向相同时，电机工作在增磁状态；方向相反时，电机工作在弱磁状态，三相电枢绕组分别为，A、X，B、Y，C、Z；其中，A、B、C为同名端，相差180°机械角的两个电枢绕组串联为一相电枢绕组；其特征在于：所述的桥式整流电路为第四整流二极管D4和第一整流二极管D1串联，第五整流二极管D5和第二整流二极管D2串联，第六整流二极管D6和第三整流二极管D3串联，第四整流二极管D4的阳极和第五整流二极管D5的阳极、第六整流二极管D6的阳极连接，第一整流二极管D1的阴极和第二整流二极管D2的阴极、第三整流二极管D3的阴极连接；LA、LB、LC三相电枢绕组的输入端连接在一起，LA、LB、LC三相绕组的输出端分别与第一整流二极管D1的阳极、第二整流二极管D2的阳极、第三整流二极管D3的阳极连接，第一套励磁绕组Lf1的一端与第三整流二极管D3的阴极连接，第一套励磁绕组Lf1的另一端与输出滤波电容C的一极连接，输出滤波电容C的另一极与第六整流二极管D6的阳极连接，第二套励磁绕组Lf2的两端与直流励磁电压源Uf连接；输出滤波电容C两端的电压为输出直流电压Udc。

2.按照权利要求1所述的复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极无刷直流发电机，其特征在于：第一套励磁绕组Lf1、输出滤波电容的C的位置可以交换；即桥式整流电路的两输出端分别线连接输出滤波电容C的两端，输出滤波电容C的的一端再连接第一套励磁绕组Lf1的一端；Lf1的另一端与输出滤波电容C的另一端为输出直流电压Udc。

3.根据权利要求1所述的复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极无刷直流发电机，其特征在于：所述桥式整流电路为不可控整流电路或者可控整流电路。

4.根据权利要求1所述的复励双励磁绕组分瓣转子磁通切换双凸极无刷直流发电机，其特征在于:定子齿数和转子极数拓展为:12/5，12/7，12/8，12/10，12/11，24/10，24/14，24/16,24/20，24/22，其中斜杠前面为定子齿数，斜杠后面为分瓣转子极数。