CN105305753A - 一种三相(6/5)k双凸极电机结构 - Google Patents

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侯丽钢
孟小利
刘建明
周倩云
杜幼芝
丁立伟
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Abstract

本发明提出一种三相(6/5)k双凸极电机结构,其中k为正整数,定转子均为凸极齿结构,由硅钢片冲压而成,定子极数目为6k,转子极数目为5k,定子极距为定子极弧长的2倍;转子极弧长等于或者略大于定子极弧长。该电机的特点是,每一个定子齿槽内都有励磁绕组,每相的磁通路径是相同的,其磁链和反电动势波形对称,可以消除多次谐波,得到正弦的磁链和反电动势波形,大幅度降低转矩脉动,提升转矩密度。该电机结构新颖,性能可靠,控制简单,适合用于中小功率对于输出要求较高的发电或电动场合。

Description

一种三相(6/5)k双凸极电机结构
技术领域
本发明涉及一种电机结构,尤其涉及一种三相(6/5)k双凸极电机结构。
背景技术
双凸极电机是近几年发展起来的一种新型特种电机,双凸极电机在发电状态下不需要功率变换器的参与,控制更为方便,因此双凸极电机在航空航天、船舶工业、绿色能源等领域的应用越来越广泛。现有的双凸极电机,其定、转子均为凸极齿槽结构,定子电枢绕组为集中式绕组,其中,电励磁双凸极结构中,励磁绕组也是集中式绕组,安在定子槽内,空间相对的定子齿上的绕组串联构成一相,转子上无绕组,结构简单,运行可靠,适合高速运行和恶劣的工作环境。但是,现有的双凸极电机输出的电压中含有大量谐波,因此稳定性较差,不适用于对输出平稳性有着较高要求的精密工业领域。
发明内容
发明目的:为了解决上述技术问题,本发明提出一种三相(6/5)k双凸极电机结构,其输出电压具有较高的平稳性。
技术方案:本发明提出的技术方案为:一种三相(6/5)k双凸极电机结构,包括:定子2、转子4、励磁绕组1和电枢绕组3,定子2和转子4均为凸极齿结构,其特征在于:定子极数目为6k,转子极数目为5k,其中,k=1,2,3...;定子2的每个凹槽内都分布有相同的励磁绕组1,各励磁绕组1串联连接,相邻两个凹槽内的励磁绕组1极性相反;定子极按照数目均匀分为六组,位置上相对于定子2圆心对称的两组定子极为一相;定子2的每个定子极上均绕有线圈,构成一相的定子极上的线圈串联形成一组电枢绕组3。
具体的,所述定子2的定子极距为定子极弧长度的2倍,所述转子4的极弧长度等于或者大于定子极弧长度。
具体的,所述定子3和转子4均为硅钢片冲压而成。
具体的,所述励磁绕组1和电枢绕组3均为集中式绕组。
有益效果:本发明相对于现有双凸极电机结构,具有以下优点:
1、本发明提出的三相(6/5)k双凸极电机结构中定子的每个定子槽都有相同的励磁绕组,励磁磁通的均匀分布,当转子转动时,任意时刻转子极与定子极重合部分相等,在忽略漏磁通的情况下,任意时刻铰链的磁势接近正弦,当通入与磁势相同相位的电枢电流,就能使得输出转矩变大,功率密度变高,同时脉动非常小,具有高稳定性;
2、本发明的定子极和转子极数目可以随k的取值不同而灵活变动,适用于不同功率、转速的场合。
附图说明
图1为k取值为1时本发明的实施例结构示意
图2为现有技术中三相6/4双凸极电机结构
图3为现有技术中三相6/4双凸极电机磁路示意
图4为实施例的磁链波形图;
图5为实施例的输出电压波形图;
图6为实施例输出转矩仿真
图7为现有技术中三相6/4双凸极电机输出转矩仿真
图中:1、励磁绕组,2、定子,3、电枢绕组,4、转子,5、电枢绕组A的磁链波形,6、电枢绕组B的磁链波形,7、电枢绕组C的磁链波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明提出的一种三相(6/5)k双凸极电机结构,包括:定子2、转子4、励磁绕组1和电枢绕组3,定子2和转子4均为凸极齿结构,其特征在于:定子极数目为6k,转子极数目为5k,其中,k=1,2,3...;定子2的每个凹槽内都分布有相同的励磁绕组1,各励磁绕组1串联连接,相邻两个凹槽内的励磁绕组1极性相反;定子极按照数目均匀分为六组,位置上相对于定子2圆心对称的两组定子极为一相;定子2的每个定子极上均绕有线圈,构成一相的定子极上的线圈串联形成一组电枢绕组3。
本发明的定子极和转子极数目可以随k的取值不同而灵活变动,从而适用于不同功率、转速的需求,每一个定子齿槽内都有励磁绕组,每相的磁通路径是相同的,其磁链和反电动势波形对称,可以消除多次谐波,得到正弦的磁链和反电动势波形,大幅度降低转矩脉动,提升转矩密度。
实施例:如图1所示为k取值为1时本发明的结构示意,定子极数目为6,分别为A1、A2、B1、B2、C1、C2,转子极数目为5;定子2的6个凹槽内都分布有相同的励磁绕组1,各励磁绕组1串联连接,相邻两个凹槽内的励磁绕组1极性相反;定子2的每个定子极上均绕有线圈,A1、A2上所绕的线圈串联作为电枢绕组A,B1、B2上所绕的线圈串联作为电枢绕组B,C1、C2上所绕的线圈串联作为电枢绕组C,每个电枢绕组3对应的定子极构成一相,即A1、A2为一相,B1、B2为一相,C1、C2为一相。
上述实施例的磁链波形如图4所示,图中,曲线5为电枢绕组A的磁链波形,曲线6为电枢绕组B的磁链波形,曲线7为电枢绕组C的磁链波形。该实施例的输出电压波形如图5所示。
图2所示为现有技术中三相6/4双凸极电机结构,该结构包括6个定子极和4个转子极,关于定子圆心中心对称的2个定子齿上的线圈串联构成一相电枢绕组,励磁绕组只有一对,所述三相6/4双凸极电极结构有A-A、B-B、C-C三相电枢绕组,转子有6个凸极齿,每个凸极齿上均无任何绕组,定子齿宽和转子齿宽相等。
本发明与三相6/4双凸极电机结构相比,三相6/4双凸极电机结构不是每个定子槽都有励磁绕组,而本发明提出的三相(6/5)k双凸极电机结构每个定子槽都有励磁绕组。其不同而引起的区别是,三相6/4双凸极电机结构在不同阶段定子极和转子极的重合面积不同,因此三相6/4双凸极电机结构在不同阶段的磁通路径是不同的,其磁通路径呈轴对称,其磁路示意图如图3所示;而三相(6/5)k双凸极电机结构因为任意时刻定子极和转子极的重合面积相等,因此每个阶段的磁通路径都是相同的,其磁通路径呈中心对称。因而三相(6/5)k双凸极电机结构的磁链相比三相6/4双凸极电机结构更加对称,其输出谐波更小,输出更加稳定。
另一方面,转子极数为偶数的双凸极电机结构,如双凸极6/4电机结构,由于定转子均为凸极齿槽结构,齿槽转矩较大,本实施例的电机输出转矩仿真图如图6所示,现有技术中的三相6/4双凸极电机输出转矩仿真图如图7所示。两比较可知,奇数的转子极数可以大大的减小电机的齿槽转矩。本发明提出的三相(6/5)k双凸极电机结构为了适应奇数的转子极数结构,励磁磁通回路以每个定子齿槽为一个回路,因而在每个定子槽内放置励磁线圈。其电枢匝链磁链呈双极性变化,因而用标准的正弦波供电,可以提高电机磁的利用率和运行效率。
作为优选,本发明中的定子2和转子4均由硅钢片冲压而成,定子2的定子极距为定子极弧长度的2倍,转子4的极弧长度等于或者大于定子极弧长度,励磁绕组1和电枢绕组3均为集中式绕组,这样可以使得电机在任意位置时每相的定、转子重叠角之和为常数,理论上可以使永磁体的工作点恒定,减小永磁电机的定位力矩。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种三相(6/5)k双凸极电机结构,包括:定子(2)、转子(4)、励磁绕组(1)和电枢绕组(3),定子(2)和转子(4)均为凸极齿结构,其特征在于:定子极数目为6k,转子极数目为5k,其中,k=1,2,3...;定子(2)的每个凹槽内都分布有相同的励磁绕组(1),各励磁绕组(1)串联连接,相邻两个凹槽内的励磁绕组(1)极性相反;定子极按照数目均匀分为六组,位置上相对于定子(2)圆心对称的两组定子极为一相;定子(2)的每个定子极上均绕有线圈,构成一相的定子极上的线圈串联形成一组电枢绕组(3)。
2.根据权利要求1所述的一种三相(6/5)k双凸极电机结构,其特征在于,所述定子(2)的定子极距为定子极弧长度的2倍,所述转子(4)的极弧长度等于或者大于定子极弧长度。
3.根据权利要求1所述的一种三相(6/5)k双凸极电机结构,其特征在于,所述定子(3)和转子(4)均为硅钢片冲压而成。
4.根据权利要求1所述的一种三相(6/5)k双凸极电机结构,其特征在于,所述励磁绕组(1)和电枢绕组(3)均为集中式绕组。
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