四相分块转子极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：

双凸极电机属于变磁阻电机的一种，其原理是借助定子和转子的凸极，使电机的磁导随转子的运动而不断变化而产生电动势。双凸极电机由于其结构简单、工作可靠、能在恶劣条件下运行，在航空航天领域越来越受到重视，其构成的起动/发电机不仅可用作直流电源，也可以用于变速恒频电源的变频交流发电机。近年来，双凸极电机在新能源发电、车辆驱动系统和燃油泵系统中的应用也越来越广泛。电机的结构和制造工艺都非常简单，可靠性高，成本低，特别适用于高速运行，双凸极电机的这些优点使其具有良好的应用前景。

传统双凸极电励磁电机的转子齿一般采用上下等宽的传统齿型凸极结构，并通过加宽转子极弧宽度来优化电机的性能。但是其仍然存在电机磁通路径较长，转矩脉动大、噪声大，损耗大等、效率低等缺点。因此，在电机结构的设计过程中，如何增大转矩，降低转矩脉动和损耗成为需要解决的难点问题。

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，针对其存在的缺点和不足，提出了一种四相分块转子极电励磁双凸极电机，采用分块转子极结构解决了传统电励磁双凸极电机转矩脉动大、转子铁芯质量大、损耗高等问题，能够有效减小磁通路径长度，增大磁通量，提高转矩，降低转矩脉动和损耗。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种四相分块转子极电励磁双凸极电机，包括定子铁芯、转子铁心，所述定子铁芯上设有12个均匀分布的凸极定子极，12个凸极定子极根部极宽一致，顶部向外拓宽形成极弧结构，极弧结构宽度的角度为22°，可减小磁通路径上的磁阻；所述转子铁芯为9个扇形分块转子极，扇形顶部宽度的角度为32°，底部宽度的角度为17°。

每个所述凸极定子极上绕有一套电枢绕组和一套励磁绕组。

所述励磁绕组为分布励磁，可避免集中励磁相磁路不对称，电机电枢绕组损耗和整流桥损耗分布不均，输出电压脉动。

每个所述凸极定子极上的电枢绕组，采用单齿绕组方式，可降低电枢绕组的长度和铜损。

本发明的四相分块转子极电励磁双凸极电机采取以上技术方案，具有以下有益效果：

(1)结构简单，采用分块转子结构，磁通路径短；

(2)转矩有所提高且转矩脉动小；

(3)增加了电机的相术，具有一定的容错性；

(4)转子铁芯质量小，提高了双凸极电机的功率密度。

附图说明

图1是12/9结构四相分块转子极电励磁双凸极电机二维结构图；

图2是12/9结构四相分块转子极电励磁双凸极电机整流电路图；

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5是整流输出电压仿真图；

图中的主要符号名称:1为转子铁芯；2为定子铁芯；3为励磁绕组；4为电枢绕组；z为整流电路所接的负载；la1、lb1、lc1、ld1分别为12/9结构四相分块转子极电励磁双凸极电机的a相、b相、c相、d相电枢绕组电感；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结构四相分块转子极电励磁双凸极电机的a相、b相、c相、d相反电势；a、b、c、d分别为12/9结构四相分块转子极电励磁双凸极电机的a相、b相、c相、d相电枢绕组正端；w、x、y、z分别为12/9结构四相分块转子极电励磁双凸极电机的a相、b相、c相、d相电枢绕组负端；lf+为励磁电流流入端，lf－为励磁电流流出端，if为励磁电流。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的电机做具体说明。

如图1所示。本发明的12/9结构四相分块转子极电励磁双凸极电机，该电机的每个定子极上绕有一套电枢绕组4和一套励磁绕组3。电枢绕组4的正端a、b、c、d直接引出连接在一起，作为这个发电系统的负端，电枢绕组4的负端w、x、y、z接入整流电路，然后，将所有整流管负端引出的线接在一起作为此发电系统的正端，对负载z进行供电。电枢绕组分别为a、b、c、d四相绕组，a相绕线方式如图1所示，其他相与a相绕线方式类似。励磁方式采用分布励磁，每个定子槽内都有励磁绕组3，励磁绕组3中励磁电流从流入，从流出，在电机内部产生主磁场。定子铁芯2上有12个凸极定子极均匀分布，其根部极宽保持一致，顶部向外拓宽，其极弧宽度为22°，这种结构能减小磁通路径上的磁阻。转子铁芯1为9个扇形分块转子极，扇形顶部宽度为32°，底部宽度为17°。电机整体结构在空间上对称，从而解决了磁路不对称问题，同时也为磁路提供了更短的路径，能有效降低损耗。

图2为整流电路部分，全桥整流有两相绕组同时串联导通，其发电功率更高，故本例以四相全桥整流电路为例。电枢绕组4的正端a、b、c、d连接到一起作为发电系统的负端，电枢绕组4的负端w、x、y、z接入二极管d1、d2、d3、d4的阳极和d8、d7、d6、d5的阴极之间。d1、d2、d3、d4的阴极连接到一起作为发电系统的正极对负载供电。

图3是a、b、c、d四相磁链。当转子极滑入定子极时，气隙减小，磁链上升，直至转子齿块轴线与相邻两定子齿间槽轴线对齐时，相应的两定子齿间绕组电感最大，磁阻最小，磁链达到最大值，转子齿跨接在两个相邻定子齿。转子极滑出定子极时，气隙增大，磁链下降，直至相邻两定子齿间气隙中点与相邻两分块转子的非导磁套中点对齐时，相应的定子相邻的两齿间绕组电感达到最小值，磁链达到最小值。四相磁链呈周期性正弦变化，因此产生出反电动势。

图4是a、b、c、d四相反电势波形。以a相为例，a相磁链上升时，反电势为正，a相磁链下降式，反电势为负。

图5是经整流后，负载上输出电压波形，相比传统结构的电励磁双凸极电机，其电压脉动更小。

本发明的电机转子采用分块结构，将其嵌入非导磁材料，有效减少了转子质量，提高了功率密度。分块转子轴线与相邻两定子齿间槽轴线对齐时，横跨两个定子齿形成磁通通路，相对传统结构双凸极电机，磁通最大值更大。该电机外接四相桥式电流构成直流发电机，具有可靠性高、调压方便、能长期运行的特点。

该结构的电机转矩大，转矩脉动小，拥有更高的效率，提高了系统的容错能力。这种定子和转子结构有效减小了磁通路径长度，转矩脉动小，结构简单，具有良好的应用前景。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种四相分块转子极电励磁双凸极电机，定子铁芯上设有12个均匀分布的凸极定子极，12个凸极定子极根部极宽一致，顶部向外拓宽形成极弧结构，极弧结构宽度的角度为22°，转子铁芯为9个扇形分块转子极，扇形顶部宽度的角度为32°，底部宽度的角度为17°。定子极上绕有一套电枢绕组和一套励磁绕组。励磁方式采用分布励磁，励磁绕组均匀分布在每个定子极上，产生的磁路对称，解决了集中励磁方式下，四相磁链不对称、不平衡电磁力问题和转矩脉动大等问题。本发明的转子采用分块结构，相对传统结构双凸极电机，磁通最大值更大。该电机外接四相桥式电流构成直流发电机，具有可靠性高、调压方便、能长期运行的特点。

技术研发人员：赵耀;倪海涛;李东东;邓丽娜;陆佳煜;滕登晖
受保护的技术使用者：上海电力大学
技术研发日：2019.07.31
技术公布日：2019.10.08