一种不对称励磁定子错角双凸极电机及其控制方法与流程

本发明属于电机及其控制技术领域，具体涉及一种不对称励磁定子错角双凸极电机及其控制方法。

背景技术：

转矩脉动和大噪声是限制电机应用时的两大因素。转矩脉动即在电机的一个换相周期内，输出转矩的最大值与最小值相差过大，导致电机振动，在电机远离设计点时转矩脉动体现的更加明显，尤其在电动车、纺织等对电机输出转矩要求较高的行业。造成转矩脉动的原因主要有两个：一个是电机的特殊的双凸极结构决定了必然有较大的转矩脉动，尤其在定转子对齐位置，此时磁阻最小，磁链饱和，相转矩输出最小；二是由于电机应用在需要功率变换器频繁开关的运行环境当中，即在频繁开关是会产生除基波外的复杂的电压谐波分量，也会造成电机的脉动。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种6/4结构的不对称励磁定子错角双凸极电机及其控制方法。利用在两组定子中间加电励磁线圈，且采用定子周向错位结构运行，改善转矩脉动，并且通过调节电励磁线圈的直流电流增减气隙磁通密度，进而可增大输出转矩、增加调速范围。

本发明的技术方案：

一种不对称励磁定子错角双凸极电机，包括：电机机壳、电机转轴、覆盖于电机转轴的导磁材料、中央电励磁线圈、两组凸极定子、两组凸极转子和定子绕组；所述电机机壳的一端设置有电机前端盖，电机机壳的另一端设置有电机后端盖，电机前端盖和电机后端盖分别设有中间孔，电机转轴的一端穿过电机前端盖的中间孔，电机转轴的另一端穿过电机后端盖的中间孔；两组凸极定子分别固定于电机机壳内部两端，中央电励磁线圈环绕电机转轴且位于两组凸极定子中间，中央电励磁线圈连接直流电源，两组凸极转子固定于电机转轴的导磁材料上；两组凸极定子分别位于两组凸极转子外侧，且凸极定子与凸极转子间有空隙；每组凸极转子上均匀分布有4个凸极齿即转子齿，每组凸极定子上均匀分布有6个凸极齿定子齿，转子极弧为30°，定子极弧为40°，第二组凸极定子相对于第一组凸极定子错开30°机械角度放置，两组凸极转子相对于电机转轴中垂面对称，定子凸极绕有定子绕组，每组凸极定子上定子绕组分为a、b、c三相，且电机两侧凸极定子a、b、c三相交错，即电机一侧凸极定子a相凸极齿对应电机另一侧凸极定子b相凸极齿和c相凸极齿中间位置。

所述不对称励磁定子错角双凸极电机的控制方法，包括：

根据转子位置选择通电绕组，通电后电机旋转，当转子齿中心线与一侧定子齿中心线相差40度时换相，之后，以换相角度为30度进行换相，电机持续旋转。

有益效果：本发明的一种不对称励磁定子错角双凸极电机与现有技术相比，具有如下优势：

两组错开一定机械角度的凸极定子基于转矩叠加原理，两边绕组分别产生的转矩相互叠加，不仅合成转矩增加，电机输出转矩脉动也会减小，增加了轴向励磁双凸极电机的转矩，并减小了其转矩脉动。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的不对称励磁定子错角双凸极电机整体结构示意图；

图2为本发明一种实施方式的不对称励磁定子错角双凸极电机周向错角示意图；

图3为本发明一种实施方式的不对称励磁定子错角双凸极电机周向错角左视图；

图4为本发明一种实施方式的不对称励磁定子错角双凸极电机定子结构图，其中，(a)为定子结构左视图，(b)为定子结构立体图；

图5为本发明一种实施方式的不对称励磁定子错角双凸极电机三相绕组分配方式及启动位置示意图；

图6为本发明一种实施方式的不对称励磁定子错角双凸极电机的磁通路径示意图；

其中，1-电机机壳，2-电机转轴，3-导磁材料，4-中央电励磁线圈，5a-第一组凸极定子，5b-第二组凸极定子，6-定子绕组，7a-第一组凸极转子，7b-第二组凸极转子，8-电机前端盖，9-电机后端盖；

图7为本发明一种实施方式的不对称励磁定子错角双凸极电机控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种实施方式作详细说明。

如图1所示，本实施方式的不对称励磁定子错角双凸极电机，包括：电机机壳1、电机转轴2、覆盖于电机转轴的导磁材料3、中央电励磁线圈4、第一组凸极定子5a、第二组凸极定子5b、定子绕组6、第一组凸极转子7a和第二组凸极转子7b；所述电机机壳的一端设置有电机前端盖8，电机机壳的另一端设置有电机后端盖9，电机前端盖8和电机后端盖9分别设有中间孔，电机转轴2的一端穿过电机前端盖8的中间孔，电机转轴2的另一端穿过电机后端盖9的中间孔；两组凸极定子5a和5b分别固定于电机机壳1内部两端，中央电励磁线圈4环绕电机转轴且位于两组凸极定子5a和5b中间，两组凸极转子7a和7b固定于电机转轴的导磁材料3上，如图2-3所示，两组凸极定子分别位于两组凸极转子外侧，且凸极定子与凸极转子间有气隙；每组凸极转子上均匀分布有4个凸极齿，每组凸极定子上均匀分布有6个凸极齿，转子极弧为30°，定子极弧为40°，如图4(a)-4(b)所示，第二组凸极定子5b相对于第一组凸极定子5a错开30°机械角度放置，两组凸极转子7a和7b相对于电机转轴中垂面对称。中央电励磁线圈连接直流电源，通入8a电流。

定子凸极绕有定子绕组6，其中，每组凸极定子上定子绕组分为a、b、c三相，且电机两侧凸极定子a、b、c三相交错，即电机一侧凸极定子a相凸极齿对应电机另一侧凸极定子b相凸极齿和c相凸极齿中间位置，a相、b相、c相绕组的分配方式如图5所示。在电机的左视图方向由于另一侧的凸极定子被遮挡，为了方便观看，画出了定转子的简易示意图，将两组凸极定子分开画，距离观看侧近的一侧定子为内侧的定子，距离远的一侧定子为外侧定子，三相绕组的缠绕形式会形成如图6所示的磁路图。

如图7所示，本实施方式所述不对称励磁定子错角双凸极电机的控制方法，以如图5所示的电机定、转子位置启动，包括如下过程：

由电机定、转子位置，电机启动时，a相绕组通电，电机转轴顺时针旋转，旋转25度后，转子齿中心线与b相定子齿中心线相差40度，a相绕组断电，b相绕组通电，电机转轴继续顺时针旋转，旋转30度之后b相断电，c相通电，电机转轴再旋转30度之后，c相绕组断电，a相绕组通电，循环进行上述换相，构成一个30度导通角的角度控制方式，在一相断电的时候另一相通电，大幅度减小了轴向导磁双凸极电机的转矩脉动。此外，在中央线圈中通入8a电流可拟补漏磁，对转矩和转速会有一定提升。

技术特征：

技术总结
一种不对称励磁定子错角双凸极电机及其控制方法，属于直流电机技术领域；电机包括：电机转轴、导磁材料、中央电励磁线圈、两组凸极定子、两组凸极转子和定子绕组，转子分布4个凸极齿，定子分布6个凸极齿，第二组凸极定子相对于第一组凸极定子错开30°机械角度，定子绕组分A、B、C三相，两侧凸极定子A、B、C三相交错；方法包括：根据转子位置选择通电绕组，通电后电机旋转，当转子齿中心线与一侧定子齿中心线相差40度时换相，之后，以换相角度为30度进行换相，电机持续旋转；本发明两组错开一定机械角度的凸极定子基于转矩叠加原理，两边绕组分别产生的转矩相互叠加，增加了轴向励磁双凸极电机的转矩，并减小了其转矩脉动。

技术研发人员：刘爱民;孙鹏;娄家川;任达;高智超;李家尧;李博;韦有帅
受保护的技术使用者：沈阳工业大学
技术研发日：2017.07.19
技术公布日：2017.10.24