CN109167497A - 一种四相三绕组的电励磁双凸极电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四相三绕组的电励磁双凸极电机，包括同转轴设置的定子和转子，所述的定子上设有多个定子极，每个定子极上绕有两套电枢绕组和一套励磁绕组，每个定子极上的两套电枢绕组分别在定子极的两端绕制，两套电枢绕组间互相没有重叠。与现有技术相比，本发明在同一定子极上加入两套电枢绕组和一套励磁绕组的结构，两套电枢绕组分别采用不同的整流电路的方法进行双凸极电机的发电运行控制，由于两套绕组分离，流过二极管的电流大大降低，降低了损耗，两套电枢绕组互相增磁，增加了反电势，增加了输出功率，提高了双凸极电机的功率密度。

Description

一种四相三绕组的电励磁双凸极电机

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，尤其是涉及一种四相三绕组的电励磁双凸极电机。

背景技术

20世纪90年代以来，高性能永磁材料和电力电子技术迅速发展，美国著名学者提出了一种新型永磁双凸极电机并进行了初步的理论分析和实验研究。电励磁双凸极电机是在永磁双凸极电机的基础上发展而来，结合了永磁电机和开关磁阻电机的优点，用励磁绕组取代永磁双凸极电机上的定子磁钢，定子和转子都是采用凸极结构，所有的电枢绕组和励磁绕组全部在定子上，转子上没有绕组和永磁体，结构简单，可靠，容易实现电动过程中的弱磁控制和发电过程的调压控制，在航空航天，汽车舰船，风力发电等领域具有广阔的应用前景。

但是目前的常见的电励磁双凸极电机中，定子分布励磁双凸极电机存在着三相磁路不对称的问题，而且整流输出电压脉动大、相电流不对称，电机的体积较大，噪声较大；单电枢绕组双凸极电机故障时容错能力较弱，五相电励磁双凸极电机功率密度较低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种四相三绕组的电励磁双凸极电机。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种四相三绕组的电励磁双凸极电机，包括同转轴设置的定子和转子，所述的定子上设有多个定子极，每个定子极上绕有两套电枢绕组和一套励磁绕组，每个定子极上的两套电枢绕组分别在定子极的两端绕制，两套电枢绕组间互相没有重叠。

进一步地，还包括整流装置，每个定子极上的两套电枢绕组其中的一套电枢绕组的正端连接负载，负端连接整流装置中整流管的阳极，整流管的阴极连接负载；另一套电枢绕组的负端连接负载，正端连接整流装置中另一整流管的阳极，该整流管的阴极连接负载。

进一步地，所述的励磁绕组和电枢绕组均为集中绕组。

进一步地，还包括非导磁材料制成的外壳。

进一步地，所述的定子极的级数为4N，其中，N为正整数。

进一步地，所述的转子上设有3N个转子极。

进一步地，N优选3。

进一步地，所述定子极为硅钢片制成的定子铁心。

进一步地，所述电励磁双凸极电机可作为发电机或电动机运行。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明在同一定子极上加入两套电枢绕组和一套励磁绕组的结构，两套电枢绕组分别采用不同的整流电路的方法进行双凸极电机的发电运行控制，同时，同一极上两套电枢绕组同时给负载供电，确保电机转子离开和滑入定子极时，该相定子极均向负载供电，由于两套绕组分离，流过二极管的电流大大降低，降低了损耗，两套电枢绕组互相增磁，增加了反电势，增加了输出功率，提高了双凸极电机的功率密度。

2、本发明的定子采用径向极结构，在气隙圆周围方向呈现集中励磁磁势的特点，即集中励磁双凸极电机每个定子极都有一套励磁绕组，具有磁路对称的相磁路，没有横向不平衡磁力。

3、本发明一个定子极包含两套电枢绕组，同一时刻有两套绕组向负载输出电能，当一套电枢绕组发生开路或短路等故障时，电流仍能够通过另外一套电枢绕组像负载供电，能够维持电机正常的工作，具有容错性。

4、本发明采用了集中励磁绕组，结构对称，电机反电势谐波含量较低。

5、本发明采用集中励磁，结构对称，励磁绕组和每一项的互感都相等，解决了整流输出脉动大，电流不对称的问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为显示具体绕组结构的示意图；

图3为本发明的整流电路图；

图4为四相绕组磁链仿真图；

图5为另一四相绕组磁链仿真图；

图6为四相绕组反电动势仿真图；

图7为另一四相绕组反电势仿真图；

图8是整流输出电压仿真图。

附图标记：1、定子，2、转子，3、励磁绕组，4、电枢绕组，5、定子极，6、转子极，7、外壳。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1示，本实施例提供了一种4N/3N(N是正整数)四相三绕组的电励磁双凸极电机，N的数值取3，包括非导磁材料制成的外壳7、转轴、定子1、转子2、励磁绕组3、电枢绕组4和整流装置。定子1和转子2同转轴设置，定子1上设有12个定子极5，转子2上设有9个转子极6，每个定子极5上绕有两套电枢绕组4和一套励磁绕组3。励磁绕组3和电枢绕组4均为集中绕组。定子极5为硅钢片的定子铁心。该电励磁双凸极电机即可作为发电机也可电动机运行，本实施例中作为发电机使用。

每个定子1上的两套电枢绕组4采用上下机构的绕制，如图2所示，电枢绕组4从定子极5的底部开始依次绕制，分别绕在同一定子极5的上、下位置，两套绕组间互相没有重叠。两套电枢绕组4采用不同的整流方式。第一套电枢绕组4的正端直接引出作为这个发电系统的负端连接负载，这套绕组的负端直接整流装置的整流管的阳极，整流管的负极连接负载。第二套电枢绕组4的连接与第一套相反，将第二套电枢绕组4的负端引出作为此发电系统的负端，该绕组的正端引出接到整流管的阳极，然后，将所有整流管负端引出的线接在一起作为此发电系统的正端连接负载。

本实施例中，定子1采用径向极结构，在气隙圆周围方向呈现集中励磁磁势的特点，即集中励磁双凸极电机每个定子极5都有一套励磁绕组3，具有磁路对称的相磁路，且继承了传统分布励磁双凸极电机转子2结构简单，磁场调节方便的优点，转矩密度高。使得电机避免了横向不平衡电磁力，具有容错特性，反电势谐波含量低，功率密度高，整流输出电压脉动小且相电流对称。

具体地说，当励磁绕组3中通入励磁电流，在电机内部产生主磁场。每个定子极5上都有两套电枢绕组4和一套励磁绕组3。励磁绕组3在每个定子极5上相互反向串联构成励磁绕组3回路，工作时通入直流励磁电流。相对应定子极5上的每套电枢绕组4相互反向串联构成一相电枢绕组4，故有八相电枢绕组4存在，分别是A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2。A1和A2两相的绕线方式如图2所示，其他四相的绕线方式与A1和A2相类似。每个齿上两套电枢绕组4所构成的两相电枢绕组4中分别有一相电枢绕组4的正端连接在一起，这里是A1、B1、C1、D1四相的正端连接在一起，经导线引出，作为双凸极发电系统的负极，这四相的负极分别是Y1、W1、Z1、X1，A1、B1、C1、D1四相的负端接整流管的阳极。每个齿上两套电枢绕组4所构成的两相电枢绕组4中分别有另一相电枢绕组4的负端连接在一起，这里是A2、B2、C2、D2四相的负端连接在一起，这三相的负端分别是Y2、W2、Z2、X2，经导线引出，作为双凸极发电系统的负极，正端接整流管的阳极，所有整流管的阴极连接到一点，经导线引出，作为双凸极发电系统的正极接入负载。

如图3所示，本实施例的整流装置为半桥不控整流电路，A1、B1、C1、D1相电枢绕组4的正端连接到一点，经导线引出作为双凸极发电系统的负极，A1、B1、C1、D1相电枢绕组4的负端分别与二极管DA1、DB1、DC1、DD1的阳极相连，A2、B2、C2、DD2相电枢绕组4的负端连接到一点，经导线引出与A1、B1、C1、D1相电枢绕组4的正端一起作为双凸极发电系统的负极，A2、B2、C2、D2相电枢绕组4的正端分别与二极管DA2、DB2、DC2、DD2的阳极相连，二极管DA1、DB1、DC1、DD1、DA2、DB2、DC2、DD2的阴极连接到一点用导线引出，作为电励磁双凸极电机的正极对负载供电。

同一极上两套电枢绕组4同时给负载供电，确保电机转子2离开和滑入定子极5时，该相定子极5均向负载供电，由于两套电枢绕组4分离，流过二极管的电流大大降低，降低了损耗。两套电枢绕组4互相增磁，增加了反电势，增加了输出功率。

电机的初始位置如图2所示，此时A1、B1、C1、D1的四相磁链如图4所示，A2、B2、C2、D2的四相磁链如图5所示，A1、B1、C1、D1的四相反电势如图6所示，A2、B2、C2、D2的四相反电势如图7所示。从图4～图7可知两套电枢绕组4互补输出电能。根据绕组与二极管的连接方式可知，A1、B1、C1、D1四相绕组在转子极6滑入对应的定子极5时向负载输出电能，即A1、B1、C1、D1四相绕组反电势为负时向负载输出电能，A2、B2、C2、D2四相绕组在转子极6滑出对应的定子极5时向负载输出电能，即A2、B2、C2、D2四相绕组反电势为正时向负载输出电能。图8是未滤波的整流输出电压波形，从图中可以看出输出电压幅值较大，脉动较小。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种四相三绕组的电励磁双凸极电机，包括同转轴设置的定子和转子，所述的定子上设有多个定子极，其特征在于，每个定子极上绕有两套电枢绕组和一套励磁绕组，每个定子极上的两套电枢绕组分别在定子极的两端绕制，两套电枢绕组间互相没有重叠。

2.根据权利要求1所述的四相三绕组的电励磁双凸极电机，其特征在于，还包括整流装置，每个定子极上的两套电枢绕组的其中一套电枢绕组的正端连接负载，负端连接整流装置中整流管的阳极，整流管的阴极连接负载；另一套电枢绕组的负端连接负载，正端连接整流装置中另一整流管的阳极，该整流管的阴极连接负载。

3.根据权利要求1所述的四相三绕组的电励磁双凸极电机，其特征在于，所述的励磁绕组和电枢绕组均为集中绕组。

4.根据权利要求1所述的四相三绕组的电励磁双凸极电机，其特征在于，还包括非导磁材料制成的外壳。

5.根据权利要求1所述的四相三绕组的电励磁双凸极电机，其特征在于，所述的定子极的级数为4N，其中，N为正整数。

6.根据权利要求5所述的四相三绕组的电励磁双凸极电机，其特征在于，所述的转子上设有3N个转子极。

7.根据权利要求5或6所述的四相三绕组的电励磁双凸极电机，其特征在于，N优选3。

8.根据权利要求1～7任一所述的四相三绕组的电励磁双凸极电机，其特征在于，所述定子极为硅钢片制成的定子铁心。

9.根据权利要求1～7任一所述的的四相三绕组的电励磁双凸极电机，其特征在于，所述电励磁双凸极电机可作为发电机或电动机运行。