CN109149893A - 双感应式无刷励磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的是一种双感应式无刷励磁电机，其结构包括静止部分和旋转部分，其中静止部分包括定子铁芯、单相功率绕组、定子励磁绕组、端盖、机壳；机壳和呈端盖圆形，定子铁芯设于机壳内部，4个单相功率绕组设于定子铁芯的上部，每个单相功率绕组的上部设有定子励磁绕组；旋转部分包括转子铁芯、转轴、转子附加励磁绕组、转子励磁绕组和整流桥；转轴设于转子铁芯的圆心处，转子铁芯的边缘设有4组转子附加励磁绕组和转子励磁绕组，整流桥设于转子铁芯的内部。优点：省去了有刷电机励磁所必须的滑环和电刷，无需额外增加励磁机，即可实现转子励磁电励磁电机的无刷励磁。

Description

双感应式无刷励磁电机
技术领域
本发明涉及的是一种双感应式无刷励磁电机，属于无刷励磁同步电机技术领域。
背景技术
对于转子励磁型电机来说，需要采用电刷和滑环引入励磁电流。电枢和滑环在运行过程中由于长期摩擦，需要经常性维护和更换；同时，电刷和滑环容易产生电火花，使得有刷励磁电机不适于用在易燃易爆的石油化工和条件恶劣的航空航天场合。因此现有技术中，需要研究转子励磁型电机的无刷化方案一般采用如下几种方法：（1）将励磁绕组安放在定子上，产生轴向磁场：转子采用整块铁磁材料，开设导磁桥，在转子上形成旋转的NS极；但是该种励磁方式涡流损耗明显，漏磁较为严重：（2）将励磁绕组安放于定子上，如开关磁阻电机、双凸极电机和开关磁链电机等；（3）使用旋转电枢式的励磁机供电；但是该种电机的轴向长达较长，结构复杂，生产和维护成本非常高。
发明内容
本发明的目的是针对现有转子励磁电机的无刷励磁问题，设计一种双感应式无刷励磁电机，实现转子励磁电机的无刷化励磁。
本发明的技术解决方案：双感应式无刷励磁电机，其结构分为静止部分和旋转部分，其中静止部分包括定子铁芯7、单相功率绕组2、定子励磁绕组1、端盖、机壳；机壳和呈端盖圆形，定子铁芯7设于机壳内部，4个单相功率绕组2设于定子铁芯7的上部，每个单相功率绕组2的上部设有定子励磁绕组1；旋转部分包括转子铁芯8、转轴、转子附加励磁绕组3、转子励磁绕组4和整流桥5；转轴设于转子铁芯8的圆心处，转子铁芯8的边缘设有4组转子附加励磁绕组3和转子励磁绕组4，整流桥5设于转子铁芯8的内部；转子励磁绕组4安放于转子铁芯8表面的转子槽内，转子铁芯8的边缘开设转子附加槽；定子铁芯7周边均匀地开设定子槽，定子槽内安放单相功率绕组2和定子励磁绕组1，两套绕组相差90°电角度；定子励磁绕组1通过电容短接。
初始运行时，利用电机的剩磁在定子励磁绕组1中感应出脉振磁场，其中的负序部分在转子附加励磁绕组3和转子励磁绕组4上感应出电势。当转子附加励磁绕组3的感应电流通过整流桥5全波整流，为转子励磁绕组4提供电流；转子附加励磁绕组3上电流产生的磁通很小，当转子励磁绕组4感应出的电势方向可以使得整流桥5短路导通后，转子励磁绕组4上感应出的电流通过整流桥5实现半波整流，与转子附加励磁绕组3上的电流全波整流流过转子励磁绕组4上的电流相叠加。无论在何种工作状态下，转子励磁绕组4上的电流是固定不变的，产生的磁通与转子同步速旋转，建立励磁磁场。
该电机还可以在相邻转子极靴之间安放永磁体6，永磁体6为径向磁通。形成的极对数与转子附加励磁绕组3和转子励磁绕组4相同。永磁体6的磁势方向与转子励磁绕组4产生的磁势方向相同。转子励磁绕组4上的电流产生的磁通将在功率绕组2上产生感应电势。同时，在定子励磁绕组1上感应出更大的电势。如此反复，建立起需要的输出电压。当电机起动时，永磁体6产生的绝大部分磁通通过转子铁芯8短路。剩磁部分穿过气隙与功率绕组2和定子励磁绕组1匝链。永磁体6剩磁使定子励磁绕组1建立电势。在定子励磁绕组1中感应出脉磁场，其中的负序部分在转子附加励磁绕组3和转子励磁绕组4上感应出电势。转子附加励磁绕组3的电流通过整流桥5全波整流。当转子励磁绕组4感应出的电势方向可以使得整流桥5短路导通后，转子励磁绕组4上感应出的电流通过整流桥5实现半波整流，与转子附加励磁绕组3上的电流全波整流后流过转子励磁绕组4上的电流相叠加。无论在何种工作状态下，转子励磁绕组4上的电流是固定不变的。产生的磁通与转子同步速旋转，建立励磁磁场。该磁场改变了原永磁体6短路磁通的方向，使得这部分磁通和转子励磁绕组4电流产生的磁通共同进入气隙，在功率绕组2上感应出电势，并加强定子励磁绕组1上的磁通，建立更强的励磁磁通。
本发明的优点：省去了有刷电机励磁所必须的滑环和电刷，无需额外增加励磁机，即可实现转子励磁电励磁电机的无刷励磁。
附图说明
附图1双感应式无刷励磁电机结构示意图。
附图2是绕组连接结构示意图。
附图3-1、3-2是转子励磁绕组自身未产生励磁电流时，转子附加绕组和转子励磁绕组电流方向示意图。
附图4是转子励磁绕组自身产生了励磁电流时，转子附加绕组和转子励磁绕组电流方向示意图。
附图5是混合励磁双感应式无刷励磁电机结构示意图。
图中1是定子励磁绕组，2是功率绕组，3是转子附加励磁绕组，4是转子励磁绕组，5是整流桥，6是永磁体，7是定子铁芯，8是转子铁芯。
具体实施方式
如图1所示，双感应式无刷励磁电机，其结构分为静止部分和旋转部分，其中静止部分包括定子铁芯7、单相功率绕组2、定子励磁绕组1、端盖、机壳；机壳和呈端盖圆形，定子铁芯7设于机壳内部，4个单相功率绕组2设于定子铁芯7的上部，每个单相功率绕组2的上部设有定子励磁绕组1；旋转部分包括转子铁芯8、转轴、转子附加励磁绕组3、转子励磁绕组4和整流桥5；转轴设于转子铁芯8的圆心处，转子铁芯8的边缘设有4组转子附加励磁绕组3和转子励磁绕组4，整流桥5设于转子铁芯8的内部。
所述的转子励磁绕组4安放于转子铁芯8表面的转子槽内，转子铁芯8的边缘开设转子附加槽。
所述的定子铁芯7周边均匀地开设定子槽，定子槽内安放单相功率绕组2和定子励磁绕组1，两套绕组相差90°电角度；定子励磁绕组1通过电容短接。
如图2~图4所示，所述的转子附加励磁绕组3和转子励磁绕组4相差90°电角度，转子上转子附加励磁绕组3接整流桥5输入端，转子励磁绕组4接整流桥5输出端。利用电机的剩磁在定子励磁绕组1中感应出脉振磁场，其中的负序部分在转子附加励磁绕组3和转子励磁绕组4上感应出电势；当转子附加励磁绕组3的感应电流通过整流桥5全波整流，为转子励磁绕组4提供电流；转子附加励磁绕组3上电流产生的磁通很小。当转子励磁绕组4感应出的电势方向可以使得整流桥5短路导通后，转子励磁绕组4上感应出的电流通过整流桥5实现半波整流，与转子附加励磁绕组3上的电流全波整流流过转子励磁绕组4上的电流相叠加；无论在何种工作状态下，转子励磁绕组4上的电流是固定不变的，产生的磁通与转子同步速旋转，建立励磁磁场。
如图5所示，所述的定子或者转子上可安放永磁体6，形成混合励磁结构；可以在相邻转子极靴之间安放永磁体6，永磁体6为径向磁通，形成的极对数与转子附加励磁绕组3和转子励磁绕组4相同，永磁体6的磁势方向与转子励磁绕组4产生的磁势方向相同，转子励磁绕组4上的电流产生的磁通将在功率绕组2上产生感应电势；同时，在定子励磁绕组1上感应出更大的电势。如此反复，建立起需要的输出电压。当电机起动时，永磁体6产生的绝大部分磁通通过转子铁芯8短路。剩磁部分穿过气隙与功率绕组2和定子励磁绕组1匝链，永磁体6剩磁使定子励磁绕组1建立电势，在定子励磁绕组1中感应出脉磁场，其中的负序部分在转子附加励磁绕组3和转子励磁绕组4上感应出电势。转子附加励磁绕组3的电流通过整流桥5全波整流，当转子励磁绕组4感应出的电势方向可以使得整流桥5短路导通后，转子励磁绕组4上感应出的电流通过整流桥5实现半波整流，与转子附加励磁绕组3上的电流全波整流后流过转子励磁绕组4上的电流相叠加。无论在何种工作状态下，转子励磁绕组4上的电流是固定不变的。产生的磁通与转子同步速旋转，建立励磁磁场。该磁场改变了原永磁体6短路磁通的方向，使得这部分磁通和转子励磁绕组4电流产生的磁通共同进入气隙，在功率绕组2上感应出电势，并加强定子励磁绕组1上的磁通，建立更强的励磁磁通。

Claims (3)

1.双感应式无刷励磁电机，其特征是包括静止部分和旋转部分，其中静止部分包括定子铁芯（7）、单相功率绕组（2）、定子励磁绕组（1）、端盖、机壳；机壳和呈端盖圆形，定子铁芯（7）设于机壳内部，4个单相功率绕组（2）设于定子铁芯（7）的上部，每个单相功率绕组（2）的上部设有定子励磁绕组（1）；旋转部分包括转子铁芯（8）、转轴、转子附加励磁绕组（3）、转子励磁绕组（4）和整流桥（5）；转轴设于转子铁芯（8）的圆心处，转子铁芯（8）的边缘设有4组转子附加励磁绕组（3）和转子励磁绕组（4），整流桥（5）设于转子铁芯（8）的内部；所述的转子励磁绕组（4）安放于转子铁芯（8）表面的转子槽内，转子铁芯（8）的边缘开设转子附加槽；所述的定子铁芯（7）周边均匀地开设定子槽，定子槽内安放单相功率绕组（2）和定子励磁绕组；定子励磁绕组（1）通过电容短接，转子附加励磁绕组（3）和转子励磁绕组（4）极对数相同，利用电机的剩磁在定子励磁绕组（1）中感应出脉振磁场，其中的负序部分在转子附加励磁绕组（3）和转子励磁绕组（4）上感应出电势，无论转子附加励磁绕组（3）上的电势正负如何变化，都通过整流桥（5）形成全波整流，转子励磁绕组（4）上的电流方向固定不变；转子附加励磁绕组（3）上电流产生的磁通很小，当转子励磁绕组（4）感应出的电势方向使得整流桥（5）短路导通后，转子励磁绕组（4）上感应出的电流通过整流桥（5）实现半波整流，与转子附加励磁绕组（3）上的电流经全波整流流过转子励磁绕组（4）上的电流相叠加，无论在何种工作状态下，转子励磁绕组（4）上的电流固定不变，产生的磁通与转子同步速旋转，建立励磁磁场。
2.根据权利要求1所述的双感应式无刷励磁电机，其特征是所述的转子附加励磁绕组（3）和转子励磁绕组（4）相差90°电角度，单相功率绕组（2）和定子励磁绕组（1）差90°电角度；转子上的转子附加励磁绕组（3）接整流桥（5）的输入端，转子励磁绕组（4）接整流桥（5）的输出端。
3.根据权利要求1所述的双感应式无刷励磁电机，其特征是所述的定子励磁绕组（1）上可安放永磁体（6），形成混合励磁结构；在相邻转子极靴之间安放永磁体（6），永磁体（6）为径向磁通，形成的极对数与转子附加励磁绕组（3）和转子励磁绕组（4）相同，永磁体（6）的磁势方向与转子励磁绕组（4）产生的磁势方向相同，起动时，永磁体（6）产生的绝大部分磁通通过转子铁芯8短路，剩磁部分穿过气隙与功率绕组（2）和定子励磁绕组（1）匝链，永磁体（6）剩磁使定子励磁绕组（1）建立电势，如此反复建立输出电压，混合励磁结构为起动励磁时提供剩磁，保证顺利起励。
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