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CN113489203A - 一种四相电励磁双凸极电机 - Google Patents

一种四相电励磁双凸极电机 Download PDF

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CN113489203A CN202110743627.6A CN202110743627A CN113489203A CN 113489203 A CN113489203 A CN 113489203A CN 202110743627 A CN202110743627 A CN 202110743627A CN 113489203 A CN113489203 A CN 113489203A
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唐文财
孟小利
郭龙建
穆俊杰
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本发明公开了一种四相电励磁双凸极电机，包括定子铁心、定子、转子和励磁绕组，所述定子铁心内腔为中空的圆形，所述定子为凸极结构，数量为8N个，在该定子铁心的内腔圆周内均匀分布，其中N为正整数；每个所述励磁绕组跨两个相邻定子绕制；所述转子也为凸极结构，同心设置于定子铁心的内腔内；在所述定子的齿槽内放置电枢绕组，各相电枢绕组离励磁绕组分布位置相同，磁路一致，每相磁链变化率相等，相邻电枢绕组的相位角相差90°，将相位相差180°的各相绕组反向串联组合，构成各相磁链变化率相同的四相绕组，从而实现四相反电势对称。

Description

一种四相电励磁双凸极电机
技术领域
本发明涉及特种电机本体设计技术领域，具体为一种四相电励磁双凸极电机。
背景技术
双凸极电机是变磁阻电机的一种类型，它的定转子均为凸极结构，转子上无绕组，结构简单，能在高温高速下运行。电励磁双凸极电机定子上各相绕组相互独立，且通过励磁绕组励磁。由于没有永磁体的存在，在高温高速下运行时不存在退磁问题。同时，电励磁双凸极电机在发电状态下具有控制电路简单、可靠性高等优点，因此，电励磁双凸极电机在航空航天、汽车船舶、风力发电等领域的应用越来越频繁。现有技术中的双凸极电机发电电压脉动大，在电机运行时容错控制能力较差，不能适应于航空航天、汽车船舶领域。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种四相电励磁双凸极电机，旨在反向串联相位间隔180°的各相定子绕组以减小电压脉动，通过四相H桥变换器，提高电机运行时的容错能力。
本发明的技术方案如下：一种四相电励磁双凸极电机，包括定子铁心、定子、转子和励磁绕组，所述定子铁心内腔为中空的圆筒形，所述定子为凸极结构，在该定子铁心的内腔圆周内均匀分布，数量为8N个，其中N为正整数。转子也为凸极结构，同心设置于定子铁心的内腔内，数量为6N个，其中N为正整数。励磁绕组的数目为定子数量的一半为4N个，其中N为正整数，每隔两个定子极放置该励磁绕组，且相邻励磁绕组极性相反，同时各励磁绕组相互串联。在定子的齿槽内放置电枢绕组，各相电枢绕组离励磁绕组分布位置相同，磁路一致，每相磁链变化率相等；相邻电枢绕组的相位角相差90°，将相位相差180°的各相绕组反向串联组合，构成各相磁链变化率相同的四相绕组。
作为优选，定子的定子极弧是定子极距的2/3，所述转子的转子极弧大于或等于定子极弧。
作为优选，双凸极电机作为电动机时，四相绕组分别与四相H桥变换器的桥臂中点连接，四相H桥变换器各相独立控制，在给励磁绕组通以正向的励磁电流后，给磁链上升的相通入正电流，下降的相通入负电流。
作为优选，定子极数量为8个，转子极数量为6个，所述励磁绕组为4个。
作为优选，定子和转子均由硅钢片冲压而成。
有益效果：
(1)本发明双凸极电机定子和转子均采用凸极结构，转子无绕组，结构简单、运行可靠；
(2)本发明的双凸极电机各相反电势完全对称，解决了电励磁双凸极电机电压脉动大、转矩脉动大等问题，降低了电机在换相时的转矩脉动；
(3)本发明的将相位差180°各相定子绕组反向串联，构成了四相绕组，四相绕组互相隔离，控制电路采用四相H桥变换器，进一步提高容错运行能力；
(4)本发明的双凸极电机各相离励磁绕组分布位置相同，磁路一致，每相磁链变化率相等。
附图说明
图1为本发明一个实施例的四相电励磁双凸极电机8/6结构的剖面示意图；
图2为本发明一个实施例的绕组反向串联连接示意图；
图3为本发明一个实施例的四相电励磁双凸极电机各相反电势波形图；
图4为本发明一个实施例的电机电枢绕组与四相H桥变换器的连接图。
附图标记：1-定子铁心，2-转子铁心，3-转轴，4-A相电枢绕组，5-B相电枢绕组，6-C相电枢绕组，7-D相电枢绕组，8-励磁绕组。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种四相电励磁双凸极电机，如图1所示，为本发明四相电励磁双凸极电机8/6结构的剖面示意图，包括定子铁心1、定子、转子和励磁绕组8。定子铁心1内腔为中空的圆形，定子为凸极结构，数量为8个，在该定子铁心1的内腔圆周内均匀分布，转子也为凸极结构，数量为6个，定转子均由导磁率比较高的硅钢片冲压而成，同心设置于定子铁心1的内腔内，随着转轴的转动而转动。转子极弧系数为0.5，即转子极的弧长度与极间槽口弧长度一样，定子极弧宽度是定子极距的2/3，转子极弧宽度等于或者大于定子极弧宽度。在每个定子的齿槽内绕制电枢绕组，各相离励磁绕组分布位置相同，磁路一致，每相磁链变化率相等，相邻电枢绕组的相位角相差90°，将相位相差180°的各相绕组反向串联组合，构成各相磁链变化率相同、反电势对称的四相绕组。在每两个相邻的定子上绕制励磁绕组8，则励磁绕组8的个数为定子数量的一半，为4个，且相邻励磁绕组极性相反。各励磁绕组采用串联的连接方式，电枢绕组按照所匝链的励磁绕组极性进行绕制，给励磁绕组8通入相应地励磁电流，在电机内部产生励磁磁场。
如图2所示，为绕组反向串联连接示意图。结合图1与图2，定子数量为8个，每个定子槽内放置电枢绕组，则相邻电枢绕组相位角相差90°。将相位角相差180°的电枢绕组反向串联，令电枢绕组按顺时针命名为A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2，则反向串联构成的四相定子绕组的绕组连接方法为A1与C2反相串联构成A相绕组，B1与D2反向串联构成B相绕组，C1与A2反向串联构成C相绕组，D1与B2反向串联构成D相绕组。本实施例将相位相差180°的各相电枢绕组进行组合，当电机以一定速度运行时，即转子以一定速度逆时针旋转时，对于四相绕组来说，每相总有一个定子极转入转子极，一个定子极转出转子极，并且每个励磁绕组隔两个定子极绕制，每个定子线圈即电枢绕组距励磁绕组位置相同，各相磁链变化率相等，反电势对称。
如图3所示，为四相电励磁双凸极电机各相反电势波形图。双凸极电机各相离励磁绕组分布位置相同，磁路一致，每相磁链变化率相等，各相通过反向串联构成了各相磁链变化率相同的四相绕组，从而实现四相反电势对称。各相反电势对称解决了传统电励磁双凸极电机由于各相不对称导致的电机转矩脉动大、电压波动大和电流不均衡等问题。
如图4所示，为电机电枢绕组与四相H桥变换器的连接图。作为电动机时，四相定子绕组分别与四相H桥变换器的桥臂中点连接。四相H桥变换器各相独立控制，本实施例当电机以一定速度运行时，即转子以一定速度逆时针旋转时，给励磁绕组通以正向的励磁电流后，此时C相和D相绕组磁链上升，导通C相上管Q5和下管T6，D相上管Q7和T8，流入相应的正电流，A相和B相磁链下降，导通A相上管T1和下管Q2，B相上管T3和下管Q4，流入相应的负电流；当转子转过90°的电角度时，此时A相和D相磁链上升，导通A相上管Q1和下管T2，D相上管Q7和T8，流入相应的正电流，B相和C相磁链下降，导通B相上管T3和下管Q4，C相上管T5和下管Q6，流入相应的负电流；当转子转过180°电角度时，此时A相和B相磁链上升，导通A相上管Q1和下管T2，B相上管Q3和下管T4，流入相应的正电流；C相和D相磁链下降，导通C相上管T5和下管Q6，D相上管T7和下管Q8，流入相应的负电流；当转子转过270°电角度时，此时B相和C相磁链上升，导通B相上管Q3和下管T4，C相上管Q5和下管T6，流入相应的正电流；当转子转过360°电角度时，和转子初始时刻四相绕组磁链变化相同，A相和D相磁链下降，导通A相上管T1和下管Q2，D相上管T7和下管Q8，流入相应的负电流，电机即可作为电动机运行，四相绕组的绕组之间相互隔离。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种四相电励磁双凸极电机，其特征在于：包括定子铁心、定子、转子和励磁绕组，所述定子铁心内腔为中空的圆筒形，所述定子为凸极结构，在该定子铁心的内腔圆周内均匀分布，数量为8N个，其中N为正整数；
所述转子也为凸极结构，同心设置于定子铁心的内腔内，数量为6N个，其中N为正整数；
所述励磁绕组的数目为所述定子数量的一半为4N个，其中N为正整数，每隔两个定子极放置该励磁绕组，且相邻励磁绕组极性相反，同时各励磁绕组相互串联；
在所述定子的齿槽内放置电枢绕组，各相电枢绕组离励磁绕组分布位置相同，磁路一致，每相磁链变化率相等；相邻电枢绕组的相位角相差90°，将相位相差180°的各相绕组反向串联组合，构成各相磁链变化率相同的四相绕组。
2.根据权利要求1所述的四相电励磁双凸极电机，其特征在于：所述定子的定子极弧是定子极距的2/3，所述转子的转子极弧大于或等于定子极弧。
3.根据权利要求2所述的四相电励磁双凸极电机，其特征在于：所述双凸极电机作为电动机时，所述四相绕组分别与四相H桥变换器的桥臂中点连接，四相H桥变换器各相独立控制，在给励磁绕组通以正向的励磁电流后，给磁链上升的相通入正电流，下降的相通入负电流。
4.根据权利要求3所述的四相电励磁双凸极电机，其特征在于：所述定子极数量为8个，转子极数量为6个，所述励磁绕组为4个。
5.根据权利要求4所述的四相电励磁双凸极电机，其特征在于：所述定子和转子均由硅钢片冲压而成。
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