專利名稱::少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機的制作方法
技術領域:
:發(fā)明涉及一種少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機,屬于雙凸極無刷直流電機的
技術領域:
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背景技術:
:永磁雙凸極電機是上世紀90年代美國學者提出的一種新型無刷電機,以高性能永磁體作為電機的磁勢源,隨著該新型電機的不斷發(fā)展,磁勢源發(fā)生變化,出現(xiàn)了電勵磁雙凸極電機,又稱雙凸極無刷直流電機(中國發(fā)明專利ZL99114250.0)。雙凸極電機的轉子上無繞組,無電刷,采用硅鋼片沖制疊壓而成即可,定子電樞繞組為集中式繞組,端部短,可以成型繞制好再嵌入定子槽內(nèi),安裝方便,故電機具有結構簡單、運行可靠的突出優(yōu)點,適合于高速運行。另外,雙凸極電機結構與開關磁阻電機同屬于變磁阻電機,但發(fā)電工作時無需要位置傳感器和有源功率變換器參與,控制更為簡便。因而,雙凸極電機是電工學科近年來繼開關磁阻電機之后出現(xiàn)的又一全新電機,已經(jīng)引起人們的很大關注,在航空航天、艦船、綠色能源等領域的動力系統(tǒng)及電源系統(tǒng)有廣泛的應用前旦豕。雙凸極無刷直流電機采用勵磁繞組代替永磁體作為電機的勵磁磁源,可以方便的通過調(diào)節(jié)勵磁電流實現(xiàn)電機的磁場控制。作為發(fā)電機運行時,可以實現(xiàn)調(diào)壓和短路故障滅磁;作為電動機運行時,不僅可在恒轉矩區(qū)工作,也可在恒功率區(qū)工作,擴大了電動機的調(diào)速范圍。然而雙凸極無刷直流電機也因勵磁繞組而存在損耗的問題,當電機極數(shù)增加時更為突出,降低了電機效率,難以實現(xiàn)高功率密度,因而限制了其在很多場合的應用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在雙凸極無刷直流電機基本原理和結構特點的基礎上,提出一種結構牢固、運行可靠、制造成本低、能夠有效減小勵磁損耗,勵磁功率小、功率密度高的少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的,采用如下技術方案本發(fā)明少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機,由同轉軸設置的定子和轉子構成,其特征在于定子上均布6n個凸極齒,定子上每隔3n個凸極齒槽內(nèi)嵌繞勵磁繞組,此外每個定子的凸極齒上分別套裝有集中電樞繞組,處于磁場中相同位置的凸極齒上的電樞繞組串聯(lián)構成一相繞組;轉子上均布4n個轉子極,其中n為正整數(shù),n>2。所述的少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機,其特征在于當所述少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機作為無刷直流發(fā)電機運行時,電樞繞組輸出經(jīng)過三相半波共陰極整流電路或相半波共陽極整流電路或全橋整流電路整流后輸出直流電壓。所述的少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機,其特征在于當所述少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機作為無刷直流電動機運行時,定子凸極齒上電樞繞組由三相逆變器供電。①具有少勵磁繞組的雙凸極結構形式,轉子上無任何繞組及永磁體,繼承了傳統(tǒng)雙凸極電機結構堅固、運行可靠的優(yōu)點;②勵磁繞組比傳統(tǒng)雙凸極無刷直流電機減少了(n-l)^套,勵磁繞組有效長度減小了約2(n-l)Nflk米,勵磁繞組用銅量減小2(n-l)NflksPcu,電機的功率密度和效率得到了提高。③電樞繞組可以靈活采用三種不同的整流電路拓撲,三相半波共陰極整流電路、三相半波共陽極整流電路以及全橋整流電路;④電樞繞組采用三相半波共陰極整流電路時,電樞反應磁場具有特別的增磁作用,負載越大,增磁效果越明顯,能有效減小勵磁功率,降低勵磁損耗;⑤勵磁損耗降低后,繞組發(fā)熱量明顯減小,整機溫度相對降低,使電機輸出功率得以進一步提高。進一步提高了功率密度和效率。圖1是實施例三相12/8極結構少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機剖視圖。圖2是實施例三相18/12極結構少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機剖視圖。圖3是少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機發(fā)電運行三相半波共陽極整流電路原理圖。圖4是少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機發(fā)電運行三相半波共陰極整流電路原理圖。圖5是少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機發(fā)電運行三相全橋整流電路原理圖。圖6是少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機電動運行逆變主電路原理圖。上述圖中標號名稱列表<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>具體實施例方式下面結合附圖對發(fā)明的技術方案進行詳細說明本發(fā)明的少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機定轉子均為凸極結構,定轉子極數(shù)滿足一定的配合關系。三相少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機的定轉子配合關系為6n□k/4n□k,基本結構型式為6n/4n結構,其中n、k為正整數(shù),n>2。電機的定子在圓周上均勻分布有6n個向內(nèi)的定子極,定子上每隔3n個極的槽內(nèi)嵌繞有勵磁繞組,此外每個定子極的齒上分別套裝有集中電樞繞組,處于磁場中相同位置的極上的電樞繞組串聯(lián)構成一相繞組;轉子上有4nk個均勻分布的向外的轉子極,轉子極上沒有繞組,保留了開關磁阻電機結構簡單可靠,價格便宜的優(yōu)點。本發(fā)明的少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機當n=2時,電機基本結構為12/8極,定子每隔6個極嵌繞勵磁繞組,比傳統(tǒng)雙凸極無刷直流電機的基本結構少一套勵磁繞組,由于端部長度變化不大,因此勵磁繞組有效長度減小了約2Nfl米,Nf為勵磁繞組匝數(shù),1為電機有效長度;當n=3時,電機基本結構為18/12極,定子每隔9個極嵌繞勵磁繞組,比傳統(tǒng)雙凸極無刷直流電機的基本結構少兩套勵磁繞組,勵磁繞組有效長度減小了約4Nfl米;由此可知,少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機的勵磁繞組比傳統(tǒng)雙凸極無刷直流電機減少了(n-l)"k套,勵磁繞組有效長度減小了約2(n-l)Nfl'k米,勵磁繞組用銅量減小2(n-l)NflksP。u,P。u為銅密度,s為勵磁繞組導線截面積,在滿足發(fā)電要求和電機出力的情況下,勵磁損耗明顯減小,在電機極數(shù)增多時減小量成倍增加,且因用銅總量減少,進一步提高了電機的功率密度和效率。本發(fā)明的少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機用作無刷直流發(fā)電機時,定子上的電樞繞組經(jīng)過二極管整流電路后,輸出脈動直流電壓,通過輸出濾波器后轉為光滑直流電。電樞繞組有三種不同的整流方式,一種為三相半波共陰極整流方式,一種為三相半波共陽極整流方式,另一種為全橋整流方式。采用三相半波共陰極整流方式時,電勢較高相導通,此時該相繞組磁鏈減小,對應轉子齒滑出定子齒階段,該發(fā)電狀態(tài)電樞反應磁場起特別的增磁作用,且負載越大則電樞電流越大,增磁效果越明顯,故所需勵磁磁勢小,電壓調(diào)整率小;對于三相半波共陽極整流電路,電勢較低相導通,此時該相繞組磁鏈增大,對應轉子齒滑入定子齒階段,該狀態(tài)電樞電流起去磁作用,故發(fā)電機外特性較軟,電壓調(diào)整率大;全橋整流電路電樞繞組正負半周均發(fā)電,故電機輸出電壓較高,但電壓調(diào)整率介于前述兩種整流結構之間。可見,對于本發(fā)明的少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機,電樞繞組采用三相半波共陰極整流方式,因增磁效應而進一步降低了所需勵磁功率、減小了勵磁損耗。本發(fā)明少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機用作無刷直流電動機時,電樞繞組由逆變器供電。本發(fā)明的少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機為三相電機時,基本結構為6n/4n極結構,即定子極數(shù)6n,轉子極數(shù)4n,定子每隔3n個極的槽內(nèi)嵌繞的勵磁繞組而傳統(tǒng)雙凸極無刷直流電機每隔3個極的槽內(nèi)嵌繞勵磁繞組,因此本發(fā)明的少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機比傳統(tǒng)雙凸極無刷直流電機的勵磁繞組減少了n-l套,勵磁繞組有效長度減小了約2(n-l)Nfl米,作為一個實施例,為便于說明,附圖l給出了基本結構三相12/8極少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機的剖面示意圖,定子1有12個向內(nèi)的凸極齒,轉子2有8個向外的凸極齒,定子極寬等于轉子極寬,以保證定轉子極間氣隙磁導之和基本不變,定轉子重合位置定義為0°電角度,定子1每個齒上套裝有集中電樞繞組3,相對的兩個齒上的電樞繞組串聯(lián)構成一相,組成A-X、B-Y、C-Z三相繞組,定子1每隔6個極槽內(nèi)嵌繞有勵磁繞組4,少用了一套勵磁繞組,勵磁繞組通入直流電提供電機磁勢源。附圖2給出了基本結構三相12/8極少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機的剖面示意圖,定子l有18個向內(nèi)的凸極齒,轉子2有12個向外的凸極齒,定子極寬等于轉子極寬,三相繞組構成方法與基本結構12/8極相同,定子1每隔9個極槽內(nèi)嵌繞有勵磁繞組4,少用了兩套勵磁繞組。本發(fā)明的少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機作為無刷直流發(fā)電機運行時,定子上的電樞繞組與外部整流電路的連接方式有3種,如圖3、圖4和圖5所示。圖3為發(fā)電運行采用三相半波共陰極整流電路方式,定子上三相電樞繞組A-X、B-Y、C-Z的輸出經(jīng)三個共陰極連接的整流二極管D7、D8、D9半波整流。圖4為發(fā)電運行采用三相半波共陽極整流電路方式,外定子上三相電樞繞組A-X、B-Y、C-Z的輸出經(jīng)三個共陽極連接的整流二極管D10、D11、D12半波整流。圖5為發(fā)電運行采用三相全橋整流方式,外定子上三相電樞繞組A-X、B-Y、C-Z的輸出經(jīng)功率二極管DlD6組成的全橋整流電路整流。本發(fā)明少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機作為無刷直流電動機工作時,輸入電源分別經(jīng)三相逆變器對電樞繞組供電。如圖6所示,為定子外側三相電樞繞組A-X、B-Y、C-Z供電的逆變器主電路由功率開關管QlQ6構成。權利要求一種少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機,由同轉軸(5)設置的定子(1)和轉子(2)構成,其特征在于定子(1)上均布6n個凸極齒,定子(1)上每隔3n個凸極齒槽內(nèi)嵌繞勵磁繞組(4),此外每個定子(1)的凸極齒上分別套裝有集中電樞繞組(3),處于磁場中相同位置的凸極齒上的電樞繞組串聯(lián)構成一相繞組;轉子(2)上均布4n個轉子極,其中n為正整數(shù),n≥2。2.根據(jù)權利要求1所述的少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機,其特征在于當所述少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機作為無刷直流發(fā)電機運行時,電樞繞組輸出經(jīng)過三相半波共陰極整流電路或相半波共陽極整流電路或全橋整流電路整流后輸出直流電壓。3.根據(jù)權利要求1所述的少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機,其特征在于當所述少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機作為無刷直流電動機運行時,定子(1)凸極齒上電樞繞組由三相逆變器供電。全文摘要本發(fā)明公布了一種少勵磁繞組雙凸極無刷直流電機,屬雙凸極無刷直流電機。本發(fā)明由同轉軸設置的定子和轉子構成,定子上均布6n個凸極齒,定子上每隔3n個凸極齒槽內(nèi)嵌繞勵磁繞組,此外每個定子的凸極齒上分別套裝有集中電樞繞組,處于磁場中相同位置的凸極齒上的電樞繞組串聯(lián)構成一相繞組;轉子上均布4n個轉子極,其中n為正整數(shù),n≥2。本發(fā)明結構牢固、運行可靠、制造成本低、能夠有效減小勵磁損耗,勵磁功率小、功率密度高。文檔編號H02K1/14GK101719710SQ200910263109公開日2010年6月2日申請日期2009年12月16日優(yōu)先權日2009年12月16日發(fā)明者嚴仰光,劉建紅,周楠,孟小利,陳志輝申請人:南京航空航天大學