技术领域
[0001] 本
发明涉及一种双凸极电机,尤其是一种隔离式容错电励磁双凸极电机。
背景技术
[0002] 电励磁双凸极电机,它不仅结构简单,而且控制灵活,通过改变励磁
电流可以方便地调节气隙
磁场强度,既可以做发电机,也可以作为
电动机运行,自提出以来,得到广泛的关注,在
汽车驱动和车载系统,飞机起动/发电系统,
风力发电等场合得到大量应用。
[0003] 在
开关磁阻电机的
基础上得到了永磁双凸极电机,
永磁体作为励磁源。由永磁双凸极电机发展至电励磁双凸极电机,电励磁双凸极电机保留了开关磁阻电机
转子结构简单,成本低廉且调磁方便的优点。电励磁双凸极电机的特点:1电励磁采用直流励磁,调磁方便,相较永磁双凸极电机,不存在永磁体,降低了电机的成本,因为没有永磁体所以不存在退磁的问题。 2
电枢绕组和励磁绕组全部集中在
定子极上,转子极上无绕组,转子是由
硅钢片叠压而成,没有线圈和磁钢,电机结构简单可靠。3电励磁双凸极电机的所有电枢绕组和励磁绕组全部都在定子上,适合高速运转,绕组靠近
外壳易于
散热。4电励磁双凸极电机励磁调节方便,改变直流励磁电源大小即可调节
输出电压,使输出电压保持恒定,省去了
变频器,外
电路结构简单,提高了双凸极电机的可靠性,降低了成本。
[0004] 双凸极电机一般都应用在大飞机起动/发电系统,新
能源发电,车辆驱动系统和燃油
泵系统,并且具有多相冗余容错能力,适用于航空航天,汽车,
风力发电等对可靠性,电源
质量要求高的领域。
[0005] 传统双凸极电励磁电机的励磁一般采用的是分布励磁,励磁绕组绕制在多个双凸极电机的定子极上,存在相磁路不对称的问题,会导致电机电枢绕组损耗和
整流桥损耗分布不均的问题。与此同时,也增加了电机的电机整流输出电压脉动。而这里没有采用这种方式,电枢绕组和励磁绕组定子极上交替出现,不出现重叠,互不干扰,励磁绕组和电枢绕组均匀分布在定子极上,产生对称的相磁路,电磁力平衡。并且保持了传统电励磁双凸极电机,调磁方便,结构简单,易于散热,可靠高的优点。
发明内容
[0006] 本发明在传统的电励磁双凸极电机的基础上,结合双凸极电机的本体特性,提出了一种新颖的四相4N/3N(N是正整数)绕组隔离式结构容错电励磁双凸极电机,该电机产生对称的相磁路,电磁力平衡,减小电枢绕组,励磁绕组之间的互感,因为间隔一个无绕组的定子,相与相之间存在物理隔离,避免了相与相之间的
匝间
短路,增加电机的容错性,相电流对称。为更好的利用双凸极电机发电运行特性奠定了基础。
[0007] 本发明为实现上述目的,采用如下技术方案:
[0008] 一种四相4N/3N极绕组隔离式容错电励磁双凸极电机,包括定子、转子,所述定子的定子极上交替绕有电枢绕组和励磁绕组,相邻的励磁绕组之间,间隔一个无绕组的定子极,使相邻的励磁绕组之间物理隔离,减小相间互感,避免匝间短路,增加电机的容错性,产生对称的相磁路,使电磁力平衡。
[0009] 进一步,所述定子上的电枢绕组,励磁绕组,无绕组定子极均匀排列在定子极上。
[0010] 进一步,所述电枢绕组的一端引出接在一起,另一端接在全桥电路两个
二极管之间。
[0011] 本发明采取以上技术方案,具有以下有益效果:
[0012] (1)避免匝间短路,容错性大大增加;
[0013] (2)绕组绕制简单,易于散热,不易损坏;
[0014] (3)相磁路对称,电励磁平衡;
[0015] (4)增加绕组线径,降低
铜损。
附图说明
[0016] 图1是12/9结构电励磁同步电机二维结构图;
[0017] 图2是12/9结构电励磁同步电机整流电路图;
[0018] 图3是四相绕组磁链仿真图;
[0019] 图4四相绕组反电动势仿真图;
[0020] 图中的主要符号名称:Z为整流电路所接的负载;LA1、LB1、LC1、LD1分别为12/9 结构电励磁同步电机的A相、B相、C相、D相绕组电感;D1、D2、D3、D4、D5、D6、 D7、D8为整流电路二极管;EA1、EB1、EC1、ED1分别为12/9结构电励磁同步电机的A 相、B相、C相、D相反电势;A、B、C、D分别为12/9电励磁同步电机的A相、B相、C 相、D相电枢绕组;F为12/9电励磁同步电机励磁绕组。
具体实施方式
[0021] 本发明公布了一种新型四相4N/3N(N是正整数)绕组隔离式结构容错电励磁双凸极电机,该电机定子极上有一套电枢绕组和励磁绕组,励磁绕组与电枢绕组均匀的分布在定子极上,转子极上无绕组。在定子极上按照电枢绕组,励磁绕组,无绕组定子极三种情况均匀地排列在定子极上。电枢绕组的一端引出接在一起,另一端接在全桥电路两个二极管之间,A 相绕组接在二极管D1正端和二极管D8负端之间,B相绕组接在二极管D2正端和二极管D7 负端之间,C相绕组接在二极管D3正端和二极管D6负端之间,D相绕组接在二极管D4正端和二极管D5负端之间。传统的集中式励磁或分布式励磁方式,在一个定子极上同时绕有电枢绕组和励磁绕组,相较于传统的双凸极极电机,对于每个电枢绕组之间间距较大,减小电枢绕组之间的互感。同理而言,励磁绕组之间的互感减小。因为间隔一个无绕组的定子,相与相之间存在物理隔离,避免了相与相之间的匝间短路,增加电机的容错性。励磁绕组均匀的分布在定子极上,对于每一个电枢绕组而言出力相同,产生对称的相磁路,电磁力平衡。并且保持了传统分布励磁双凸极电机,调磁方便,成本低廉,转子结构简单可靠的优点。本发明中的电机产生对称的相磁路,电磁力平衡,互感减小,大大增加电机的容错性,相电流对称。
[0022] 本发明适用于各种4N/3N(N是正整数)绕组隔离式结构的容错电励磁双凸极电机,下面将结合附图以四相12/9结构的电励磁双凸极电机为例对发明技术方案进行详细说明:
[0023] 本发明中的四相12/9结构的电励磁双凸极电机的平面结构如图1所示,定子1、转子3 均为双凸极结构,励磁绕组4中通入励磁电流,在电机内部产生主磁场。电枢绕组3和励磁绕组4均匀分布在定子极上。在定子极上按照电枢绕组3,励磁绕组4,无绕组定子极三种情况均匀地排列在定子极上,相较于传统的双凸极电机,对于每个电枢绕组之间间距较大,减小电枢绕组之间的互感。电枢绕组的一端引出接在一起,另一端接在全桥电路两个二极管之间,A相绕组接在二极管D1正端和二极管D8负端之间,B相绕组接在二极管D2正端和二极管D7负端之间,C相绕组接在二极管D3正端和二极管D6负端之间,D相绕组接在二极管D4正端和二极管D5负端之间。传统的集中式励磁或分布式励磁方式,在一个定子极上同时绕有电枢绕组和励磁绕组,相较于传统的双凸极极电机,对于每个电枢绕组之间间距较大,减小电枢绕组之间的互感。同理而言,励磁绕组之间的互感减小,因为间隔一个无绕组的定子,相与相之间存在物理隔离,避免了相与相之间的匝间短路,增加电机的容错性。励磁绕组均匀的分布在定子极上,对于每一个电枢绕组而言出力相同,产生对称的相磁路,电磁力平衡。并且保持了传统分布励磁双凸极电机,调磁方便,成本低廉,转子结构简单可靠的优点。本文电机有四相电枢绕组存在,分别是A、B、C、D。这四相的负极分别是X、Y、W、 D。电枢绕组的绕线方式如图1所示。电枢绕组和励磁绕组共同构成新型双凸极电机发电系统。
[0024] 与12/9结构容错电励磁双凸极电机相对应的发电系统的整流电路如图2所示,本文以全桥不控整流电路为例进行说明,电枢绕组的一端引出接在一起,另一端接在全桥电路两个二极管之间,A相绕组接在二极管D1正端和二极管D8负端之间,B相绕组接在二极管D2正端和二极管D7负端之间,C相绕组接在二极管D3正端和二极管D6负端之间,D相绕组接在二极管D4正端和二极管D5负端之间。
[0025] 电机的初始
位置如图1所示,A、B、C、D四相磁链如图3所示,A、B、C、D四相反电势如图4所示,根据绕组与二极管的连接方式可知,A、B、C、D四相绕组在转子极滑入对应的定子极时向负载输出
电能,即A、B、C、D四相绕组反电势为负时向负载输出电能。
[0026] 这种绕组结构和整流方式实现方便,结构简单,具有良好的应用前景。