本發(fā)明涉及一種集中繞組電勵磁雙凸極電機，屬于特種電機技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

雙凸極電機因其具有轉(zhuǎn)子上無繞組，結(jié)構(gòu)簡單，適合高速運行的特點而成為繼開關(guān)磁阻電機之后交流電機及其控制領(lǐng)域又一新的研究方向。目前，國內(nèi)外對雙凸極電機的研究主要集中在永磁式雙凸極電機，電勵磁雙凸極電機鮮見文獻報道。

電勵磁雙凸極電機是在成熟產(chǎn)品開關(guān)磁阻電機和永磁雙凸極電機基礎(chǔ)上研制開發(fā)的產(chǎn)品。該電機具備了開關(guān)磁阻電機和永磁雙凸極電機的優(yōu)點，用電勵磁代替電機永磁結(jié)構(gòu)，使電機結(jié)構(gòu)和制造工藝都非常簡單，可靠性高、成本低，特別適用于高速運行。又由于電勵磁雙凸極電機的電磁特性不同于永磁式雙凸極電機，因此，對電勵磁雙凸極電機及其控制系統(tǒng)進行研究十分必要。

目前相關(guān)的專利主要集中在電機主體結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)上。例如授權(quán)的發(fā)明專利：一種電勵磁雙凸極電機定子沖片，專利號： 201410339438.2，發(fā)明了一種電勵磁雙凸極電機定子沖片，其在定子沖片的內(nèi)邊緣上均勻分布有兩種不同的槽型，第一種槽型呈梯形狀，槽底寬度大于槽口寬度，第二種槽型呈矩形狀，槽底寬度等于槽口寬度；這兩種槽型的槽口和槽底之間還分別設(shè)有槽肩，槽肩為圓角凸起；第一種槽型與第二種槽型間隔分布。與普通沖片相比，該發(fā)明設(shè)計的優(yōu)點在于不僅能夠降低成本，而且還能確保電機的性能。

另外，有與電勵磁雙凸極電機相關(guān)的專利，例如專利號：201410538070.2的發(fā)明專利：一種雙模電動發(fā)電機，提出了一種新型線圈結(jié)構(gòu)使電機既可以作為開關(guān)磁阻電機模式運行，又可以作為電勵磁雙凸極電機模式運行。該發(fā)明電動時工作在開關(guān)磁阻電機模式，發(fā)電時工作在電勵磁雙凸極電機模式。

目前傳統(tǒng)的三相雙凸極電機一個勵磁源（勵磁線圈或永磁體、本文以勵磁繞組為例進行介紹）給三個電樞繞組提供勵磁，該電機勵磁繞組的端部長度較長，因此勵磁損耗較大，占用的體積較大，成本也高。另外傳統(tǒng)的多相雙凸極電機還存在各相不對稱問題（詳見本申請作為第一發(fā)明人發(fā)表的論文《各相對稱的五相電勵磁雙凸極發(fā)電機電磁特性分析》. 中國電機工程學(xué)報2016. 36 (10)）。本申請作為第一發(fā)明人提出了跨一個定子極繞制的雙凸極電機“授權(quán)號ZL201510010867X，一種直驅(qū)電動滾筒用電機”，但這種電機勵磁繞組個數(shù)較多，因此軸向占用的漆包線多，空間大且勵磁效率低。因此打破常規(guī)思維，提出一種一個勵磁源能給多個定子極提供勵磁，且各相性能對稱的雙凸極電機。

本申請的技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)的不同主要體現(xiàn)在電機結(jié)構(gòu)方面。本申請的技術(shù)具有新型的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和超出已公開常理技術(shù)的特殊定轉(zhuǎn)子匹配參數(shù)，其極弧系數(shù)和偏角的組合也與傳統(tǒng)電機有著本質(zhì)的區(qū)別。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

所要解決的技術(shù)問題：提供一種設(shè)計合理、便于實施的一種集中繞組電勵磁雙凸極電機。

為了實現(xiàn)以上功能，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種集中繞組電勵磁雙凸極電機，包括定子鐵心(3)、轉(zhuǎn)子鐵心(1)、勵磁繞組(4)、電樞繞組(5)和軸(2)，其特征在于：

所述電機為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵心(1)固定在軸(2)上，轉(zhuǎn)子鐵心(1)上有10個均布的凸形轉(zhuǎn)子極，凸形轉(zhuǎn)子極的極弧系數(shù)為0.5；

所述定子鐵心(3)有9個凸形定子極，其中6個凸形定子極極弧的機械角為12°，稱為電樞定子極；另外3個凸形定子極極弧的機械角為24°，稱為勵磁定子極；在圓周方向上，兩個電樞定子極與一個勵磁定子極依次間隔排列；任意兩個凸形定子極之間皆有定子槽，所述定子槽極弧的機械角為24°；

每個勵磁定子極上繞有勵磁繞組(4)，所有勵磁繞組(4)的繞向一致；

每個電樞定子極上繞有電樞繞組(5)，所有電樞繞組(5)的繞向與勵磁繞組(4)相反；

兩個勵磁定子極之間的電樞繞組(5)串聯(lián)組成一相，電樞繞組(5)分為三相。

如上所述的一種集中繞組電勵磁雙凸極電機，其特征在于：兩個繞有同相電樞繞組(5)的電樞定子極之間沒有定子鐵心軛部(6)連接，即圓周方向上有三個定子子鐵心，每個定子子鐵心中間為勵磁定子極，兩側(cè)為電樞定子極，勵磁定子極和電樞定子極之間有定子鐵心軛部(6)連接。

如上所述的一種集中繞組電勵磁雙凸極電機，其特征在于：兩個繞有同相電樞繞組(5)的電樞定子極之間有定子鐵心軛部(6)連接，即圓周方向上定子鐵心(3)為一個整體。

如上所述的一種集中繞組電勵磁雙凸極電機，其特征在于：轉(zhuǎn)子極為斜極結(jié)構(gòu)，所述電機采用永磁同步電機所用的正弦波控制方法進行控制。

如上所述的一種集中繞組電勵磁雙凸極電機，其特征在于：轉(zhuǎn)子極為非斜極結(jié)構(gòu)，所述電機采用無刷直流電機所用的三相六拍控制方法進行控制。

本發(fā)明的有益效果是：

1電機采用特定的極弧系數(shù)和偏角與電機定轉(zhuǎn)子極數(shù)配合使電機高效、穩(wěn)定工作；

2定子上有集中繞組，容易冷卻，效率高，調(diào)速性能好；

3轉(zhuǎn)子無勵磁繞組，工作可靠；

4總的磁鏈較短，定子鐵心磁阻小，鐵耗少；

5繞組皆為集中式繞組，內(nèi)阻小，效率高；

6三相繞組可使用傳統(tǒng)的三相六拍控制方式進行電動控制，成本低。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明一種集中繞組電勵磁雙凸極電機第1實施例橫向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1、轉(zhuǎn)子鐵心，2、軸，3、定子鐵心，4、勵磁繞組，5、電樞繞組，6、定子鐵心軛部。

圖2是本發(fā)明一種集中繞組電勵磁雙凸極電機第2實施例橫向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1、轉(zhuǎn)子鐵心，2、軸，3、定子鐵心，4、勵磁繞組，5、電樞繞組，6、定子鐵心軛部。

圖3是本發(fā)明一種集中繞組電勵磁雙凸極電機的磁鏈波形圖。其中，A、B和C分別代表A相繞組的磁鏈波形、B相繞組的磁鏈波形和C相繞組的磁鏈波形。

圖4是本發(fā)明一種集中繞組電勵磁雙凸極電機的繞組嵌線圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種集中繞組電勵磁雙凸極電機，為使本發(fā)明的技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以及參照附圖并舉實例對本發(fā)明進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示一種集中繞組電勵磁雙凸極電機第1實施例橫向剖視結(jié)構(gòu)示意圖，該電機由定子鐵心(3)、轉(zhuǎn)子鐵心(1)、勵磁繞組(4)、電樞繞組(5)和軸(2)組成，轉(zhuǎn)子鐵心(1)固定在軸(2)上，轉(zhuǎn)子鐵心(1)上有10個均布的凸形轉(zhuǎn)子極，凸形轉(zhuǎn)子極的極弧系數(shù)為0.5；定子鐵心(3)有9個凸形定子極，其中6個凸形定子極極弧的機械角為12°，稱為電樞定子極，另外3個凸形定子極極弧的機械角為24°，稱為勵磁定子極；在圓周方向上，兩個電樞定子極與一個勵磁定子極依次間隔排列，任意兩個凸形定子極之間皆有定子槽，所述定子槽極弧的機械角為24°。

在電機的每個勵磁定子極上繞有勵磁繞組(4)，所有勵磁繞組(4)的繞向一致；每個電樞定子極上繞有電樞繞組(5)，所有電樞繞組(5)的繞向與勵磁繞組(4)相反，兩個勵磁定子極之間的電樞繞組(5)串聯(lián)組成一相，電樞繞組(5)分為三相。

圖2是本發(fā)明一種集中繞組電勵磁雙凸極電機第2實施例橫向剖視結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示該電機兩個繞有同相電樞繞組(5)的電樞定子極之間沒有定子鐵心軛部(6)連接，即圓周方向上有三個定子子鐵心，每個定子子鐵心中間為勵磁定子極，兩側(cè)為電樞定子極，勵磁定子極和電樞定子極之間有定子鐵心軛部(6)連接。

圖3是本發(fā)明一種集中繞組電勵磁雙凸極電機的磁鏈波形圖?？梢钥闯觯谕ㄒ詣畲烹娏鞯那闆r下，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時三相繞組的磁鏈會發(fā)生周期性的變化，因此可以感應(yīng)出感應(yīng)電動勢或者反電勢。

圖4是本發(fā)明一種集中繞組電勵磁雙凸極電機的繞組嵌線圖。其中1-9表示極數(shù)的序號。

下面對本發(fā)明提出的一種集中繞組電勵磁雙凸極電機進行工作原理的說明。

電機作為電動機運行時，在一個電周期內(nèi)，三相繞組自感磁鏈和三相繞組與勵磁繞組間互感磁鏈，總是處在一相上升，一相下降；當相繞組自感與勵磁繞組間互感磁鏈增大時繞組中通入正電流，互感磁鏈減小時繞組中通入負電流，在整個周期內(nèi)轉(zhuǎn)子上均產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩。

電機發(fā)電運行時，當勵磁繞組通有恒定電流時，在電機內(nèi)產(chǎn)生的磁通將經(jīng)過定子軛部、定子極、氣隙、轉(zhuǎn)子極、轉(zhuǎn)子軛部形成閉合磁路。外加機械力傳動轉(zhuǎn)子使其按某一方向旋轉(zhuǎn)時，由于每相電樞繞組所匝鏈的磁鏈發(fā)生變化，繞組將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，當繞組與外接負載連接時，則電機發(fā)電，向負載輸送電能。當負載或轉(zhuǎn)速變化時，可通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)勵磁繞組的電流大小來維持恒定電壓輸出。

可以理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。