五相5N/4N极电枢励磁分散式容错电励磁双凸极电机的制作方法

本发明涉及一种双凸极电机，尤其是一种电励磁双凸极电机。

背景技术：

双凸极电机结构是上世纪90年代出现的一种新型电机，相较于传统电机，双凸极电机转子上无绕组，所有的电枢绕组和励磁绕组全部集中在定子上，电机的这种简单结构使其特别适合高速运行场合，发电工作时不需要位置传感器和可控功率变换器，结构简单可靠，其高可靠性使其构成航空电源的优良品质。

在开关磁阻电机的基础上得到了永磁双凸极电机，永磁体作为励磁源。由永磁双凸极电机发展至电励磁双凸极电机，电励磁双凸极电机保留了开关磁阻电机转子结构简单，成本低廉且调磁方便的优点。电励磁双凸极电机的特点：1电励磁采用直流励磁，调磁方便，相较永磁双凸极电机，不存在永磁体，降低了电机的成本，因为没有永磁体所以不存在退磁的问题。2电枢绕组和励磁绕组全部集中在定子极上，转子极上无绕组，转子是由硅钢片叠压而成，没有线圈和磁钢，电机结构简单可靠。3电励磁双凸极电机的所有电枢绕组和励磁绕组全部都在定子上，适合高速运转，绕组靠近外壳易于散热。4电励磁双凸极电机励磁调节方便，改变直流励磁电源大小即可调节输出电压，使输出电压保持恒定，省去了变频器，外电路结构简单，提高了双凸极电机的可靠性，降低了成本。

双凸极电机一般都应用在大飞机起动/发电系统，新能源发电，车辆驱动系统和燃油泵系统，并且具有多相冗余容错能力，适用于航空航天，汽车，风力发电等对可靠性，电源质量要求高的领域。

传统双凸极电励磁电机的励磁一般采用的是分布励磁，励磁绕组绕制在多个双凸极电机的定子极上，存在相磁路不对称的问题，会导致电机电枢绕组损耗和整流桥损耗分布不均的问题。与此同时，也增加了电机的电机整流输出电压脉动。而需要采用一种方式：电枢绕组和励磁绕组定子极上交替出现，不出现重叠，互不干扰，励磁绕组和电枢绕组均匀分布在定子极上，产生对称的相磁路，电磁力平衡，并且保持了传统电励磁双凸极电机，调磁方便，结构简单，易于散热，可靠高的优点。

技术实现要素：

本发明在传统的电励磁双凸极电机的基础上，结合双凸极电机的本体特性，提出了一种新颖的五相5n/4n(n是正整数)结构容错电励磁双凸极电机，该方法相磁路对称，电磁力平衡，电机互感较小，容错性较高，相电流对称。为更好的利用双凸极电机发电运行特性奠定了基础。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种五相5n/4n极电枢励磁分散式容错电励磁双凸极电机，包括定子、转子，所述定子的定子极上交替分布有电枢绕组和励磁绕组，电枢绕组和励磁绕组不在同一个定子极上，使电枢绕组与励磁绕组之间物理隔离，避免电枢绕组与励磁绕组之间的匝间短路，增加电机的容错性。

进一步，所述电枢绕组和励磁绕组在定子极上均匀分布。

进一步，所述电枢绕组的一端引出接在一起，另一端接在全桥电路两个二极管之间。

本发明的新型五相5n/4n(n是正整数)结构电励磁同步电机采取以上技术方案，具有以下有益效果：

(1)绕组空间较大，增加了线径，降低损耗；

(2)具有很强的容错能力；

(3)绕组绕制简单，易于散热，不易损坏；

(4)相磁路对称，电磁力平衡；

附图说明

图1是10/8结构电励磁同步电机二维结构图；

图2是10/8结构电励磁同步电机整流电路图；

图3是五相绕组磁链仿真图；

图4五相绕组反电动势仿真图；

图5是整流输出电压仿真图；

图中的主要符号名称：z为整流电路所接的负载；la1、lb1、lc1、ld1、le1分别为10/8结构电励磁同步电机的a相、b相、c相、d相、e相绕组电感；d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9、d10为整流电路二极管；ea1、eb1、ec1、ed1、ee1分别为10/8结构电励磁同步电机的a相、b相、c相、d相、e相反电势；a、b、c、d、e分别为10/8电励磁同步电机的a相、b相、c相、d相、e相电枢绕组；f为电励磁同步电机的励磁绕组。

具体实施方式

本发明公布了一种新型五相5n/4n(n是正整数)结构容错电励磁双凸极电机，该电机定子极上有一套电枢绕组和励磁绕组，励磁绕组与电枢绕组均匀的分布在定子极上，转子极上无绕组。电枢绕组和励磁绕组均匀分布在不同的定子极上，在定子极上交替出现，彼此之间不存在交叉重叠。电枢绕组的一端引出接在一起，另一端接在全桥电路两个二极管之间，a相绕组接在二极管d1正端和二极管d10负端之间，b相绕组接在二极管d2正端和二极管d9负端之间，c相绕组接在二极管d3正端和二极管d8负端之间，d相绕组接在二极管d4正端和二极管d7负端之间，e相绕组接在二极管d5正端和二极管d6负端之间。传统的集中式励磁或分布式励磁方式，在一个定子极上同时绕有电枢绕组和励磁绕组，相对于传统的电励磁双凸极电机，本文提出的新型结构减小了电枢绕组和励磁绕组之间的耦合，电枢绕组和励磁绕组不在同一个定子极上，相与相之间存在物理隔离，避免了相与相之间的匝间短路，增加电机的容错性。励磁绕组相对于电枢绕组位置相同，导致每一相励磁绕组出力均匀，产生对称的相磁路，电磁力平衡。并且保持了传统分布励磁双凸极电机，调磁方便，成本低廉，转子结构简单可靠的优点。本发明中的电机互感较小，容错性较高，相电流对称。

本发明适用于各种5n/4n(n是正整数)结构的容错电励磁双凸极电机，下面将结合附图以五相10/8结构的电励磁双凸极电机为例对发明技术方案进行详细说明：

本发明中的五相10/8结构的电励磁双凸极电机的平面结构，如图1所示，定子1、转子2均为双凸极结构，励磁绕组4中通入励磁电流，在电机内部产生主磁场。电枢绕组3和励磁绕组4均匀分布在不同的定子极上，在定子极上交替出现，彼此之间不存在交叉重叠。电枢绕组3的一端引出接在一起，另一端接在全桥电路两个二极管之间，a相绕组接在二极管d1正端和二极管d10负端之间，b相绕组接在二极管d2正端和二极管d9负端之间，c相绕组接在二极管d3正端和二极管d8负端之间，d相绕组接在二极管d4正端和二极管d7负端之间，e相绕组接在二极管d5正端和二极管d6负端之间。传统的集中式励磁或分布式励磁方式，在一个定子极上同时绕有电枢绕组和励磁绕组，相对于传统的电励磁双凸极电机，本发明提出的新型结构减小了电枢绕组和励磁绕组之间的耦合，电枢绕组3和励磁绕组4不在同一个定子极上，相与相之间存在物理隔离，避免了相与相之间的匝间短路，增加电机的容错性。本发明的电机有五相电枢绕组存在，分别是a、b、c、d、e。这五相的负极分别是x、y、z、w、m，电枢绕组的绕线方式如图1所示。电枢绕组3和励磁绕组4共同构成新型双凸极电机发电系统。

与10/8结构电励磁双凸极电机相对应的发电系统的整流电路如图2所示，本发明以全桥不控整流电路为例进行说明，电枢绕组的一端引出接在一起，另一端接在全桥电路两个二极管之间，a相绕组接在二极管d1正端和二极管d10负端之间，b相绕组接在二极管d2正端和二极管d9负端之间，c相绕组接在二极管d3正端和二极管d8负端之间，d相绕组接在二极管d4正端和二极管d7负端之间，e相绕组接在二极管d5正端和二极管d6负端之间。

电机的初始位置如图1所示，a、b、c、d、e五相磁链如图3所示a、b、c、d、e五相反电势如图4所示，根据绕组与二极管的连接方式可知，a、b、c、d、e五相绕组在转子极滑入对应的定子极时向负载输出电能，即a、b、c、d、e五相绕组反电势为负时向负载输出电能，图5是未滤波的整流输出电压波形。

相对于传统的电励磁双凸极电机，本发明提出的新型结构减小了电枢绕组和励磁绕组之间的耦合，电枢绕组和励磁绕组不在同一个定子极上，相与相之间存在物理隔离，避免了相与相之间的匝间短路，增加电机的容错性。励磁绕组相对于电枢绕组位置相同，导致每一相励磁绕组出力均匀，产生对称的相磁路，电磁力平衡。并且保持了传统分布励磁双凸极电机，调磁方便，成本低廉，转子结构简单可靠的优点。本发明中的电机互感较小，容错性较高，相电流对称。

这种绕组结构和整流方式实现方便，结构简单，具有良好的应用前景。