四相4N/3N极绕组隔离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，尤其是一种隔离式容错电励磁双凸极电机。

背景技术：

电励磁双凸极电机，它不仅结构简单，而且控制灵活，通过改变励磁电流可以方便地调节气隙磁场强度，既可以做发电机，也可以作为电动机运行，自提出以来，得到广泛的关注，在汽车驱动和车载系统，飞机起动/发电系统，风力发电等场合得到大量应用。

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。而这里没有采用这种方式，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，提出了一种新颖的四相4n/3n(n是正整数)绕组隔离式结构容错电励磁双凸极电机，该电机产生对称的相磁路，电磁力平衡，减小电枢绕组，励磁绕组之间的互感，因为间隔一个无绕组的定子，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，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：

一种四相4n/3n极绕组隔离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绕有电枢绕组和励磁绕组，相邻的励磁绕组之间，间隔一个无绕组的定子极，使相邻的励磁绕组之间物理隔离，减小相间互感，避免匝间短路，增加电机的容错性，产生对称的相磁路，使电磁力平衡。

进一步，所述定子上的电枢绕组，励磁绕组，无绕组定子极均匀排列在定子极上。

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。

本发明采取以上技术方案，具有以下有益效果：

(1)避免匝间短路，容错性大大增加；

(2)绕组绕制简单，易于散热，不易损坏；

(3)相磁路对称，电励磁平衡；

(4)增加绕组线径，降低铜损。

附图说明

图1是12/9结构电励磁同步电机二维结构图；

图2是12/9结构电励磁同步电机整流电路图；

图3是四相绕组磁链仿真图；

图4四相绕组反电动势仿真图；

图中的主要符号名称：z为整流电路所接的负载；la1、lb1、lc1、ld1分别为12/9结构电励磁同步电机的a相、b相、c相、d相绕组电感；d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8为整流电路二极管；ea1、eb1、ec1、ed1分别为12/9结构电励磁同步电机的a相、b相、c相、d相反电势；a、b、c、d分别为12/9电励磁同步电机的a相、b相、c相、d相电枢绕组；f为12/9电励磁同步电机励磁绕组。

具体实施方式

本发明公布了一种新型四相4n/3n(n是正整数)绕组隔离式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。在定子极上按照电枢绕组，励磁绕组，无绕组定子极三种情况均匀地排列在定子极上。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d8负端之间，b相绕组接在二极管d2正端和二极管d7负端之间，c相绕组接在二极管d3正端和二极管d6负端之间，d相绕组接在二极管d4正端和二极管d5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，相较于传统的双凸极极电机，对于每个电枢绕组之间间距较大，减小电枢绕组之间的互感。同理而言，励磁绕组之间的互感减小。因为间隔一个无绕组的定子，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。励磁绕组均匀的分布在定子极上，对于每一个电枢绕组而言出力相同，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。本发明中的电机产生对称的相磁路，电磁力平衡，互感减小，大大增加电机的容错性，相电流对称。

本发明适用于各种4n/3n(n是正整数)绕组隔离式结构的容错电励磁双凸极电机，下面将结合附图以四相12/9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：

本发明中的四相12/9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3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均匀分布在定子极上。在定子极上按照电枢绕组3，励磁绕组4，无绕组定子极三种情况均匀地排列在定子极上，相较于传统的双凸极电机，对于每个电枢绕组之间间距较大，减小电枢绕组之间的互感。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d8负端之间，b相绕组接在二极管d2正端和二极管d7负端之间，c相绕组接在二极管d3正端和二极管d6负端之间，d相绕组接在二极管d4正端和二极管d5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，相较于传统的双凸极极电机，对于每个电枢绕组之间间距较大，减小电枢绕组之间的互感。同理而言，励磁绕组之间的互感减小，因为间隔一个无绕组的定子，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。励磁绕组均匀的分布在定子极上，对于每一个电枢绕组而言出力相同，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。本文电机有四相电枢绕组存在，分别是a、b、c、d。这四相的负极分别是x、y、w、d。电枢绕组的绕线方式如图1所示。电枢绕组和励磁绕组共同构成新型双凸极电机发电系统。

与12/9结构容错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，本文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d8负端之间，b相绕组接在二极管d2正端和二极管d7负端之间，c相绕组接在二极管d3正端和二极管d6负端之间，d相绕组接在二极管d4正端和二极管d5负端之间。

电机的初始位置如图1所示，a、b、c、d四相磁链如图3所示，a、b、c、d四相反电势如图4所示，根据绕组与二极管的连接方式可知，a、b、c、d四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四相绕组反电势为负时向负载输出电能。

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。