專利名稱：四相雙凸極電機的制作方法
技術領域：
發明涉及一種四相雙凸極電機，屬于雙凸極電機的技術領域。
背景技術：
雙凸極電機是一種新型無刷直流電機，按勵磁方式分主要有永磁、電勵磁、混合勵 磁雙凸極電機等。雙凸極電機作為一種低成本、高可靠性的電機，具有良好的電氣特性，正 在受到廣泛的關注。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。該電機屬 于一種變磁阻電機，在開關磁阻電機的結構基礎上加裝了高性能永磁體，因此具有功率密 度高、效率高等優點。其定子，轉子均為凸極結構，由硅鋼片疊制而成，轉子上沒有繞組，結 構簡單，可靠性高，適于高速運行。電勵磁雙凸極電機(“雙凸極無刷直流發電機”，中國發明專利ZL99114250. 0)以 電勵磁繞組取代永磁體，使得電機的勵磁磁場可以調節。作發電機工作時，不需要轉子位置 傳感器，調節勵磁繞組電流可調節輸出電壓，故障時可滅磁。作電動機時，可以實現寬的調 速性能。混合勵磁雙凸極電機是永磁雙凸極電機和電勵磁雙凸極電機的有機結合，由永磁 體和勵磁繞組共同組成勵磁源，較好的解決了永磁雙凸極電機磁場調節困難和電勵磁雙凸 極電機效率低的問題。傳統的雙凸極電機研究大都集中在三相結構如6/4、12/8等結構，而對于四相以 及多相結構的雙凸極電機的研究尚處于起步階段。傳統三相雙凸極電機定子的極弧系數為 1/2，定子槽面積較小，導致繞組銅損較大，此缺點在風力發電等大功率場合尤為明顯。改善 策略是把電機設計成極弧系數為1/4的少齒電機，以增加定子槽面積，但輸出功率明顯降 低。針對以上問題，本發明提出一種定子的極弧系數為1/3的四相雙凸極電機，以滿足兆瓦 級風力發電機的功率要求。因此，對四相雙凸極電機的結構和優點給出一個較明確的說明， 成為本發明的初衷。
發明內容
本發明的目的是在雙凸極電機基本原理和結構特點的基礎上，提出一種四相雙 凸極電機，該電機與對應同尺寸同定子極數的三相6ηΛη極雙凸極電機相比，能夠提高功 率密度、降低繞組銅損、加寬調速范圍以及減小轉矩脈動。本發明為實現上述目的，采用如下技術方案本發明四相雙凸極電機，由同轉軸設置的定子和轉子構成，其特征在于定子上均 布8η個凸極齒，定子上每隔4個凸極齒槽內嵌繞勵磁繞組或永磁磁鋼，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構成一 相繞組；轉子上均布6η個轉子極，其中η為正整數，η彡1。電機單元為8/6結構。定子極 距為定子極弧長的3倍，轉子極寬等于或大于定子極寬。當轉子極加寬至極弧系數也為1/3時，電機作發電機時輸出功率最大。所述的四相雙凸極電機，其特征在于當所述四相雙凸極電機作為發電機運行時， 電樞繞組輸出經過四相半波共陰極整流電路或四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。所述的四相雙凸極電機，其特征在于當所述四相雙凸極電機作為電動機運行時， 定子凸極齒上電樞繞組由四相逆變器供電。本發明的四相雙凸極電機具有如下有益的特點(1)轉子上無任何繞組及永磁體，結構堅固，運行可靠。(2)當四相雙凸極電機作為發電機運行時，適當加大轉子極寬或者定子極根部寬 度，都能有效提高輸出功率，此優點在兆瓦級風力發電機的研制方面有顯著意義。(3)當四相雙凸極電機作為電動機運行時，以單元結構為例，由于8/6結構極數比 6/4結構多，其輸出轉矩脈動較小。(4)電樞繞組可以采用三種整流電路拓撲，四相半波共陰極整流電路，四相半波共 陽極整流電路以及全橋整流電路。(5)四相雙凸極電機定轉子極數配合靈活，適用于不同功率、轉速等場合。(6)與傳統三相雙凸極電機定子的極弧系數為1/2相比，四相雙凸極電機的極弧 系數為1/3，其定子槽面積相對增大，有利于減少銅損。
圖1是實施例四相8/6極永磁雙凸極電機剖視圖。圖2是實施例四相8/6極電勵磁雙凸極電機剖視圖。圖3是實施例轉子極弧系數為1/3時的四相8/6極電勵磁雙凸極電機剖視圖。圖4是實施例轉子極弧系數為1/3且定子極根部加寬時的四相8/6極電勵磁雙凸 極電機剖視圖。圖5是四相雙凸極電機發電運行四相半波共陽極整流電路原理圖。圖6是四相雙凸極電機發電運行四相半波共陰極整流電路原理圖。圖7是四相雙凸極電機發電運行四相全橋整流電路原理圖。圖8是四相雙凸極電機電動運行逆變主電路原理圖。上述圖中標號名稱列表
權利要求
1.一種四相雙凸極電機，由同轉軸( 設置的定子(1)和轉子( 構成，其特征在于 定子(1)上均布8η個凸極齒，定子(1)上每隔4個凸極齒槽內嵌繞勵磁繞組(4)或安放永 磁磁鋼，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構成一相繞組 ’轉子( 上均布6η個轉子極，其中η為正整數， η > 1。
2.根據權利要求1所述的四相雙凸極電機，其特征在于定子極距為定子極弧長的3 倍，轉子極寬等于或大于定子極寬，當轉子極加寬至極弧系數也為1/3時，電機作發電機時 輸出功率最大。
3.根據權利要求1所述的四相雙凸極電機，其特征在于當所述四相雙凸極電機作為 發電機運行時，電樞繞組輸出經過四相半波共陰極整流電路或四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。
4.根據權利要求1所述的四相雙凸極電機，其特征在于當所述四相雙凸極電機作為 電動機運行時，定子(1)凸極齒上電樞繞組由四相逆變器供電。
全文摘要
一種四相雙凸極電機，屬雙凸極電機。本發明由同轉軸設置的定子和轉子構成，定子上均布8n個凸極齒，定子上每隔4個凸極齒槽內嵌繞勵磁繞組或安放永磁磁鋼，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構成一相繞組；轉子上均布6n個轉子極，其中n為正整數，n≥1。電機單元為8/6結構。定子極距為定子極弧長的3倍，轉子極寬等于或大于定子極寬。當轉子極加寬至極弧系數也為1/3時，電機作發電機時輸出功率最大。本發明與對應同尺寸的三相6n/4n極雙凸極電機相比，具有更高的功率密度、更小的繞組銅損、更寬的調速范圍以及更小的轉矩脈動。
文檔編號H02K29/00GK102130564SQ20111006287
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月16日 優先權日2011年3月16日
發明者嚴仰光, 張磊, 杭靜宇, 陳志輝 申請人:南京航空航天大學