CN106849578B - 一种四相永磁双凸极电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种四相永磁双凸极电机，包括定子铁心、转子铁心、永磁体、四相电枢绕组和轴，属于特种电机技术领域。定子铁心具有6X个定子极，其中2X个极弧系数为45/X度机械角度定子极端部固定有永磁体；任意两个带永磁体的定子极之间有两个带电枢绕组的定子极，带电枢绕组的定子极极弧机械角为27/X度；带电枢绕组的定子极和带永磁体的定子极之间有电枢槽，所述电枢槽口弧长的机械角为27/X度。转子铁心具有5个均布的转子极，转子极弧机械角为36/X度。该电机定转子极极弧机械角的组合不仅使电机脉动噪声减小，而且具有更高效率和可靠性的特点。在本发明的另一实施例中在带永磁体的定子极上绕有励磁绕组，更进一步实现电机的高速弱磁控制和发电稳压控制。

Description

一种四相永磁双凸极电机
技术领域
本发明涉及一种四相永磁双凸极电机，属于特种电机技术领域。
背景技术
永磁电机性能优越，但是它驱动控制系统的成本、复杂度影响了它的应用。开关磁阻电机具有控制性能好，控制简单，成本低等诸多优点。通过在开关磁阻电机基础上引入永磁材料，就得到双凸极永磁电动机，它吸收了永磁电机和开关磁阻电机的优点，同时又克服了诸如驱动控制复杂、成本高、利用率低、脉动噪声等问题。
自上世纪90年代，随着新的高磁能积的永磁材料研制成功，一种新型的带有双凸极结构的永磁电机出现了。它继承了双凸极电机的简单性,同时兼备了永磁电机的诸多优点。各国学者对此进行了大量的研究工作，提出了各种构造形式的双凸极样机，并对电机的特性进行了深入的分析。
在目前公开的技术中，仅有少数涉及到永磁双凸极电机。在相近的专利中，专利号为201210088730.2的发明专利申请：一种自耦型永磁双凸极电机，提出了一种永磁双凸极电机，包括定子组合、转子组合以及驱动控制单元。该发明利用自然磁能与电磁驱动单元所产生的工作磁场相互间的直接作用，使机械动力装置产生更好的节能效果，以此降低对电力的消耗，对节能减排做出贡献。
另外，也有一些永磁电机的相关专利文献，例如专利号为201310283063.8的授权的专利：四相双面平板式横向磁场永磁电机，提出了一种永磁电机，由两个转子盘和四相定子组成，每个转子盘对应两相定子，用于解决现有盘式三相聚磁式横向磁场永磁电机定子电枢绕制困难的技术问题。
总之，传统的四相永磁双凸极电机一个励磁体给四个电枢绕组提供励磁，会存在各相不对称问题（原理详见本申请作为第一发明人发表的论文《各相对称的五相电励磁双凸极发电机电磁特性分析》. 中国电机工程学报2016. 36 (10)）。因此急需打破常规思维，提出一种一个励磁源能给多个定子极提供励磁，且各相性能对称的永磁双凸极电机。
目前已有四相、五相永磁双凸极电机的研究报道，也有不少关于双凸极电机定转子结构创新的研究报道，但至今未检索到关于永磁双凸极定转子极极弧机械角的组合创新的研究报道。同时定转子极极弧机械角的组合对于电机性能的提高有重要影响，特别是对于永磁双凸极这种磁阻型电机。因此需要提出一种新的定转子极极弧机械角的组合方案的新型永磁双凸极电机。
发明内容
所要解决的技术问题：提供一种两相互相隔离、故障不能传播的电动滚筒电机。
为了实现以上功能，本发明采取的技术方案是：
一种四相永磁双凸极电机，包括定子铁心(1)、转子铁心(3)、永磁体(4)、四相电枢绕组和轴(2)，转子铁心(3)固定在轴(2)上，其特征在于：
定子铁心(1)具有6X个定子极，X为正整数；其中2X个极弧机械角为45/X度的定子极端部固定有永磁体(4)；2X个永磁体(4)充磁方向相同；
任意两个带永磁体(4)的定子极之间有两个带电枢绕组的定子极，所有电枢绕组绕制方向相同；
沿圆周方向的电枢绕组依次分相为A相(8)、B相(5)、C相(6)、D相(7)，A相(8)、B相(5)、C相(6)、D相(7)，……，如此循环X次；
带电枢绕组的定子极极弧机械角为27/X度；
带电枢绕组的定子极和带永磁体(4)的定子极之间有放置电枢绕组的电枢槽，所述电枢槽口弧长的机械角为27/X度；
转子铁心(3)具有5X个均布的转子极，转子极弧机械角为36/X度。
如上所述一种四相永磁双凸极电机，其特征在于：转子极为斜极结构。
如上所述一种四相永磁双凸极电机，其特征在于：永磁体(4)由铝镍钴永磁材料制成，带永磁体(4)的定子极上绕有励磁绕组(9)，通过调节励磁绕组电流的大小能够实现电机的高速弱磁控制和发电稳压控制；通过改变励磁绕组电流的大小还能够实现永磁体(4)的充磁与退磁，实现永磁体(4)的磁场可调。
本发明的有益效果是：
1在本发明中采用四相绕组，即使有缺相故障时系统仍能维持工作，容错能力强；
2绕组皆为集中式绕组，内阻小（铜耗少），效率高；
3电机转子结构简单，不仅提高了电机转子机械强度，而且更适合高速转动；
4总的磁链较短，硅钢片磁阻小，铁耗少。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明一种四相永磁双凸极电机第1实施例结构纵剖图。其中，1、定子铁心，2、轴，3、转子铁心，4、永磁体，5、B相绕组， 6、C相绕组，7、D相绕组，8、A相绕组。
图2是本发明一种四相永磁双凸极电机极弧示意图。
图3是本发明一种四相永磁双凸极电机第2实施例结构纵剖图。其中，1、定子铁心，2、轴，3、转子铁心，4、永磁体，5、B相绕组， 6、C相绕组，7、D相绕组，8、A相绕组，9、励磁绕组。
图4 是本发明中绕组与变换器的电路连接示意图。
图5是本发明电机两相绕组反电势仿真波形。
具体实施方式
本发明提供一种四相永磁双凸极电机，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示的一种四相永磁双凸极电机第1实施例结构纵剖图，本例中取X=1。一种四相永磁双凸极电机由定子铁心(1)、转子铁心(3)、永磁体(4)、四相电枢绕组和轴(2)组成。转子铁心(3)固定在轴(2)上，转子铁心(3)具有5个均布的转子极；定子铁心(1)具有6个定子极；其中2个极弧系数为45度机械角度定子极端部固定有永磁体(4)，永磁体(4)充磁方向相同；任意两个带永磁体(4)的定子极之间有两个带电枢绕组的定子极，所有电枢绕组绕制方向相同；沿圆周方向的电枢绕组依次分相为A相(8)、B相(5)、C相(6)、D相(7)。
图2是本发明一种四相永磁双凸极电机极弧示意图。如图所示，图中上述X取值为1，定子铁心(1)具有6个定子极，其中定子极端部固定永磁体(4)的定子极极弧系数为为45度机械角度，带电枢绕组的定子极极弧机械角为27度；带电枢绕组的定子极和带永磁体(4)的定子极之间有电枢槽，所述电枢槽口弧长的机械角为27度；转子极弧机械角为36度。
图3是本发明一种四相永磁双凸极电机第2实施例结构纵剖图。如图所示，图3中一种四相永磁双凸极电机带永磁体(4)的定子极上绕有励磁绕组(9)，可以通过调节励磁绕组电流的大小来实现电机的高速弱磁控制和发电稳压控制。永磁体(4)由铝镍钴永磁材料制成，通过改变励磁绕组电流的大小还能够实现永磁体(4)的充磁与退磁，实现永磁体(4)的磁场可调。
图4 是本发明中绕组与变换器的电路连接示意图。该变换器可以给两相绕组单独通电，以实现两相绕组的电隔离。
图5是本发明电机两相绕组反电势仿真波形。由于上述定子极数和转子极数的独特性，可以得到相差90°电角度的两相绕组。
下面对本发明提出的一种四相永磁双凸极电机进行工作原理的说明。
在本发明的第1实施例中磁通从永磁体N极，通过气隙经过转子极，再经过带电枢绕组的定子极、带永磁体的定子极，最后回到永磁体S极，形成闭合磁路。如图1所示，假设转子极滑入带A相绕组的定子极，并滑出带B相绕组的定子极，带A相绕组的定子极的绕组磁链开始上升，带B相绕组的定子极的绕组磁链开始下降，此时给A相绕组通以正向电流给B相绕组通负电流，可产生正的输出转矩。与此同时，转子极也会滑入带D相绕组的定子极，并滑出带C相绕组的定子极，带D相绕组的定子极的绕组磁链开始上升，带C相绕组的定子极的绕组磁链开始下降，此时给D相绕组通以正向电流给C相绕组通负电流，也可产生正的输出转矩。
在本发明的第2实施例中，如图3所示一种四相永磁双凸极电机在带永磁体的定子极上绕有励磁绕组，可以通过调节励磁绕组电流的大小来实现电机的高速弱磁控制和发电稳压控制。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种四相永磁双凸极电机，包括定子铁心(1)、转子铁心(3)、永磁体(4)、四相电枢绕组和轴(2)，转子铁心(3)固定在轴(2)上，其特征在于：
定子铁心(1)具有6X个定子极，X为正整数；其中2X个极弧机械角为45/X度的定子极端部固定有永磁体(4)；2X个永磁体(4)充磁方向相同；
任意两个带永磁体(4)的定子极之间有两个带电枢绕组的定子极，所有电枢绕组绕制方向相同；
沿圆周方向的电枢绕组依次分相为A相(8)、B相(5)、C相(6)、D相(7)，A相(8)、B相(5)、C相(6)、D相(7)，……，如此循环X次；
带电枢绕组的定子极极弧机械角为27/X度；
带电枢绕组的定子极和带永磁体(4)的定子极之间有放置电枢绕组的电枢槽，所述电枢槽口弧长的机械角为27/X度；
转子铁心(3)具有5X个均布的转子极，转子极极弧机械角度为36/X度。
2.如权利要求1所述的一种四相永磁双凸极电机，其特征在于：转子极为斜极结构。
3.如权利要求1所述的一种四相永磁双凸极电机，其特征在于：永磁体(4)由铝镍钴永磁材料制成，带永磁体(4)的定子极上绕有励磁绕组(9)，通过调节励磁绕组电流的大小能够实现电机的高速弱磁控制和发电稳压控制；通过改变励磁绕组电流的大小还能够实现永磁体(4)的充磁与退磁，实现永磁体(4)的磁场可调。
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