专利名称：四相双凸极电机的制作方法
技术领域：
发明涉及一种四相双凸极电机，属于双凸极电机的技术领域。
背景技术：
双凸极电机是一种新型无刷直流电机，按励磁方式分主要有永磁、电励磁、混合励 磁双凸极电机等。双凸极电机作为一种低成本、高可靠性的电机，具有良好的电气特性，正 在受到广泛的关注。永磁双凸极电机是上世纪90年代美国学者提出的一种新型无刷电机。该电机属 于一种变磁阻电机，在开关磁阻电机的结构基础上加装了高性能永磁体，因此具有功率密 度高、效率高等优点。其定子，转子均为凸极结构，由硅钢片叠制而成，转子上没有绕组，结 构简单，可靠性高，适于高速运行。电励磁双凸极电机(“双凸极无刷直流发电机”，中国发明专利ZL99114250. 0)以 电励磁绕组取代永磁体，使得电机的励磁磁场可以调节。作发电机工作时，不需要转子位置 传感器，调节励磁绕组电流可调节输出电压，故障时可灭磁。作电动机时，可以实现宽的调 速性能。混合励磁双凸极电机是永磁双凸极电机和电励磁双凸极电机的有机结合，由永磁 体和励磁绕组共同组成励磁源，较好的解决了永磁双凸极电机磁场调节困难和电励磁双凸 极电机效率低的问题。传统的双凸极电机研究大都集中在三相结构如6/4、12/8等结构，而对于四相以 及多相结构的双凸极电机的研究尚处于起步阶段。传统三相双凸极电机定子的极弧系数为 1/2，定子槽面积较小，导致绕组铜损较大，此缺点在风力发电等大功率场合尤为明显。改善 策略是把电机设计成极弧系数为1/4的少齿电机，以增加定子槽面积，但输出功率明显降 低。针对以上问题，本发明提出一种定子的极弧系数为1/3的四相双凸极电机，以满足兆瓦 级风力发电机的功率要求。因此，对四相双凸极电机的结构和优点给出一个较明确的说明， 成为本发明的初衷。
发明内容
本发明的目的是在双凸极电机基本原理和结构特点的基础上，提出一种四相双 凸极电机，该电机与对应同尺寸同定子极数的三相6ηΛη极双凸极电机相比，能够提高功 率密度、降低绕组铜损、加宽调速范围以及减小转矩脉动。本发明为实现上述目的，采用如下技术方案本发明四相双凸极电机，由同转轴设置的定子和转子构成，其特征在于定子上均 布8η个凸极齿，定子上每隔4个凸极齿槽内嵌绕励磁绕组或永磁磁钢，此外每个定子的凸 极齿上分别套装有集中电枢绕组，处于磁场中相同位置的凸极齿上的电枢绕组串联构成一 相绕组；转子上均布6η个转子极，其中η为正整数，η彡1。电机单元为8/6结构。定子极 距为定子极弧长的3倍，转子极宽等于或大于定子极宽。当转子极加宽至极弧系数也为1/3时，电机作发电机时输出功率最大。所述的四相双凸极电机，其特征在于当所述四相双凸极电机作为发电机运行时， 电枢绕组输出经过四相半波共阴极整流电路或四相半波共阳极整流电路或全桥整流电路 整流后输出直流电压。所述的四相双凸极电机，其特征在于当所述四相双凸极电机作为电动机运行时， 定子凸极齿上电枢绕组由四相逆变器供电。本发明的四相双凸极电机具有如下有益的特点(1)转子上无任何绕组及永磁体，结构坚固，运行可靠。(2)当四相双凸极电机作为发电机运行时，适当加大转子极宽或者定子极根部宽 度，都能有效提高输出功率，此优点在兆瓦级风力发电机的研制方面有显著意义。(3)当四相双凸极电机作为电动机运行时，以单元结构为例，由于8/6结构极数比 6/4结构多，其输出转矩脉动较小。(4)电枢绕组可以采用三种整流电路拓扑，四相半波共阴极整流电路，四相半波共 阳极整流电路以及全桥整流电路。(5)四相双凸极电机定转子极数配合灵活，适用于不同功率、转速等场合。(6)与传统三相双凸极电机定子的极弧系数为1/2相比，四相双凸极电机的极弧 系数为1/3，其定子槽面积相对增大，有利于减少铜损。
图1是实施例四相8/6极永磁双凸极电机剖视图。图2是实施例四相8/6极电励磁双凸极电机剖视图。图3是实施例转子极弧系数为1/3时的四相8/6极电励磁双凸极电机剖视图。图4是实施例转子极弧系数为1/3且定子极根部加宽时的四相8/6极电励磁双凸 极电机剖视图。图5是四相双凸极电机发电运行四相半波共阳极整流电路原理图。图6是四相双凸极电机发电运行四相半波共阴极整流电路原理图。图7是四相双凸极电机发电运行四相全桥整流电路原理图。图8是四相双凸极电机电动运行逆变主电路原理图。上述图中标号名称列表
权利要求
1.一种四相双凸极电机，由同转轴( 设置的定子(1)和转子( 构成，其特征在于 定子(1)上均布8η个凸极齿，定子(1)上每隔4个凸极齿槽内嵌绕励磁绕组(4)或安放永 磁磁钢，此外每个定子(1)的凸极齿上分别套装有集中电枢绕组(3)，处于磁场中相同位置 的凸极齿上的电枢绕组串联构成一相绕组 ’转子( 上均布6η个转子极，其中η为正整数， η > 1。
2.根据权利要求1所述的四相双凸极电机，其特征在于定子极距为定子极弧长的3 倍，转子极宽等于或大于定子极宽，当转子极加宽至极弧系数也为1/3时，电机作发电机时 输出功率最大。
3.根据权利要求1所述的四相双凸极电机，其特征在于当所述四相双凸极电机作为 发电机运行时，电枢绕组输出经过四相半波共阴极整流电路或四相半波共阳极整流电路或 全桥整流电路整流后输出直流电压。
4.根据权利要求1所述的四相双凸极电机，其特征在于当所述四相双凸极电机作为 电动机运行时，定子(1)凸极齿上电枢绕组由四相逆变器供电。
全文摘要
一种四相双凸极电机，属双凸极电机。本发明由同转轴设置的定子和转子构成，定子上均布8n个凸极齿，定子上每隔4个凸极齿槽内嵌绕励磁绕组或安放永磁磁钢，此外每个定子的凸极齿上分别套装有集中电枢绕组，处于磁场中相同位置的凸极齿上的电枢绕组串联构成一相绕组；转子上均布6n个转子极，其中n为正整数，n≥1。电机单元为8/6结构。定子极距为定子极弧长的3倍，转子极宽等于或大于定子极宽。当转子极加宽至极弧系数也为1/3时，电机作发电机时输出功率最大。本发明与对应同尺寸的三相6n/4n极双凸极电机相比，具有更高的功率密度、更小的绕组铜损、更宽的调速范围以及更小的转矩脉动。
文档编号H02K29/00GK102130564SQ20111006287
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者严仰光, 张磊, 杭静宇, 陈志辉 申请人:南京航空航天大学