CN100386954C - 低转矩脉动双凸极电机 - Google Patents

Abstract

一种低转矩脉动双凸极电机属直流电机。由左右两个结构完全相同的共转轴的双凸极电机装在同一个壳体内所组成。左侧电机的定子(1)套装电枢绕组(3)，右侧电机定子(2)套装电枢绕组(4)。电枢绕组(3)与电枢绕组(4)匝数相同，各自独立。两个双凸极电机是两个电励磁双凸极时，定子铁心共用同一励磁绕组(5)；两个双凸极电机是两个永磁双凸极时，定子铁心共用同一永久磁铁。此电机作电动机工作时，能减少双凸极电机的转矩脉动；作发电机工作时，能解决输出直流电压脉动大的问题。这两点现有技术无法相比较。

Description

低转矩脉动双凸极电机

技术领域

本发明的低转矩脉动双凸极电机属电机类的直流电机。

背景技术

双凸极永磁电机(Doubly salient permanent magnet motor，简称DSPM)是随着功率电子学和微电子学的飞速发展在90年代出现的一种新型交流调速系统。该系统由双凸极永磁电机、功率变换器、转子位置传感器和控制器四部分组成。主要优点是结构简单、控制灵活。按永磁体安放位置不同，双凸极永磁电机可分为定子永磁型和转子永磁型，如图1所示。

结构上，双凸极永磁电机存在一些明显地缺陷，如定子永磁型的漏磁偏大使得电机气隙密度较低、功率密度偏小等。工作过程中，它也有一些不足，如作发电机工作时输出电压不易调节；作电动机工作时弱磁增速困难等，并且它无论是作电动机，还是作发电机运行，都必需配置功率变换器和转子位置传感器，因而其系统结构较为复杂。

为了解决双凸极永磁电机系统励磁调节困难问题，发明了电励磁双凸极电机(DSEM)(专利号：ZL 99114250.0)，如图2所示。它作发电机工作时，不需要转子位置传感器，结构和制造工艺得到简化，因而可靠性高，成本低。但作电动机时，必需配置功率变换器和转子位置传感器。

1995年，美国学者Lipo在DSPM电机内加入了励磁绕组，构成了混合励磁双凸极电机(Hybrid Excitation Doubly Salient Machine，HEDSM)，如图3所示。它的永久磁铁和直流励磁控制绕组在定子上，转子仍是一个简单的叠片铁芯，直流线圈产生的磁通与永磁磁通有相同的路径，两个磁势源为串联磁势方式，因此控制直流电流的大小和方向可以产生增磁或弱磁效应。由于励磁绕组安装在定子上，所以不需要滑环、电刷装置，提高了可靠性。HEDSM既可用作发电机，也可用作电动机。

但两种磁势串联联接时，电励磁的磁路经过永磁体，所以励磁绕组磁路中的磁阻很高，因此为了减少磁通，实现弱磁控制，在励磁绕组中必须加入大的电流，这就使得铜损增大，永磁体去磁的可能性增加。

2004年出现了一种新的混合励磁电机，专利申请号(200310106346.1)，它把DSPM和DSEM组合在一起，两个电机共用一个机壳和转轴，左右放置，中间用气隙隔开。在这种电机中，励磁绕组安装在定子上，省去了滑环和电刷；两种磁势源属并联磁势关系，减小了永磁体去磁的可能性。

对于双凸极电机，无论上述哪种类型，作电动机工作时，都存在转矩脉动大的缺陷；作发电机工作时，也存在输出直流电压脉动大的不足。若用斜槽减小转矩脉动时，电机的功率重量比下降较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能减小双凸极电机的转矩脉动或减小输出直流电压的低输出转矩脉动或低输出直流电压脉动的双凸极电机。

本发明的低转矩脉动双凸极电机，是由两个结构完全相同的双凸极电机组合而成的，两部分共用壳体和转轴，左右放置。在装配过程中，如果保持定子铁芯的两段齿对齐，那么转子铁芯的两段齿就错开180/P(P为相数)度电角度；如果转子铁芯两段齿对齐，那么定子铁芯两段齿就错开180/P(P为相数)度电角度。

发明的低转矩脉动双凸极电机，定子和转子由硅钢片叠压而成，定、转子铁芯均为两段，两段铁芯长相同；两段定子齿上分别套有相同匝数的集中电枢绕组，绕组的放置方式相同，但两段绕组是各自独立的。工作时，两段绕组通入电流的相位差为180/P(P为相数)度电角度。

定子齿相同相位齿上的电枢绕组正向串联构成一相，两个定子的各相电枢绕组分别经整流电路或分别经逆变器后并联。

本发明的低转矩脉动双凸极电机，可以用两个电励磁双凸极电机组成，也可以用两个双凸极永磁电机组成。由两个电励磁双凸极电机组成时，两个定子铁芯共用同一励磁绕组，主要用作发电机；由用两个双凸极永磁电机组成时，两个定子铁芯可共用同一永久磁铁，主要用作电动机。

本发明的低转矩脉动双凸极电机，既可以是3相电机，也可以是多相电机。

附图说明

图1是双凸极永磁电机的类型示意图。

图2是电励磁双凸极电机的示意图。

图3、4是混合励磁双凸极电机的示意图。

图5是低转矩脉动双凸极电机的纵剖面结构示意图。

图6是三相6/4结构低转矩脉动双凸极电机两侧面结构示意图。

图7是三相电枢绕组连接方式示意图。

图5-7中的标号及符号说明：

1为左侧定子，2为右侧定子，3为左侧电枢绕组，4为右侧电枢绕组，5为两段定子铁芯共用的励磁绕组(或永久磁铁励磁)，6为左侧转子，7为右侧转子。A、B、C-电机电枢绕组的三相接线端，加注下标3表示左侧双凸极电机的电枢绕组，4表示右侧双凸极电机的电枢绕组；D-整流二极管；Q-开关管；C_f-滤波电容；L_f1、L_f2-滤波电感。

具体实施方式

由于多相电机的结构同三相电机相似，下面以三相电机为例来说明具体的实施方法。

本发明的低转矩脉动双凸极电机的纵剖面示意图如附图5所示。三相6/4结构低转矩脉动双凸极电机两侧面结构示意图如图6所示。左右两个结构完全相同的共转轴的双凸极电机装于同一个壳体内，左侧双凸极电机的定子1套有集中绕组3，右侧双凸极电机的定子2套有集中绕组4。集中绕组3与集中绕组4具有相同的匝数。放置的方式也相同。左侧的转子6和右侧转子7均无绕组。

附图6所示的是3相6/4结构低转矩脉动双凸极电机的两个侧面图。它反映了左右两侧电枢绕组的放置情况和定转子的装配情况。三相电机的定子和转子齿数为6N/4N结构，即定子齿数6N，转子齿数为4N(N为正整数)，N＝1时，为3相6/4结构，N＝2时，为3相12/8结构。对于三相6/4结构电机，左右定子铁芯的两段齿对齐，转子铁芯的两段错开60度电角度(也可以转子铁芯两段齿对齐，定子铁芯两段错开60度电角度)。左侧转子的任一齿轴线与右侧转子的任一齿轴线相差θ＝60°除以转子齿数的机械角，如图6所示。

定子电枢绕组的连接方式如附图7所示，即定子齿相对两个齿上的电枢绕组正向串联构成一相，组成A-X，B-Y和C-Z的三相绕组。

左侧定子的电枢绕组以A3→C3→B3顺序放置，右侧定子的电枢绕组也应以A4→C4→B4顺序放置，两侧相序保持相同，左、右两侧三相电流的相位相差60°电角度，A3绕组的中心线和A4绕组的中心线对齐；励磁绕组5的放置如图5。励磁绕组的数量为定子的齿数被6除，如定子齿数为6时，设置一套励磁绕组，当定子齿数为12时，设置二套励磁绕组。

电枢绕组分别与外接功率变换电路相连，如图7。

作发电机工作时，加在左右两侧电枢绕组上的三相电流相位相差60°电角度，左侧三相电流经A3、B3、C3通过D₁₁-D₁₆三相整流桥输出一个脉波数为3的直流脉动电压；滞后(或超前)60°的右侧三相电流经A4、B4、C4通过D₂₁-D₂₆三相整流桥也输出一个脉波数为3的滞后(或超前)60°的直流脉动电压，故合成输出的是一个脉波数为6的直流脉动电压U₀。所以两部分电枢绕组分别经整流桥后的输出直流电经并联(或串联)，可以有效减小输出直流电压的脉动。

作电动机工作时，输入电源经两个三相逆变器Q₁₁-Q₁₆、Q₂₁-Q₂₆产生两组相差60度电角度的三相电流输入到电枢绕组A3、B3、C3和A4、B4、C4中，产生的两部分转矩互相叠加，可以有效减小转矩脉动；

本发明的低转矩脉动双凸极电机，既可以是3相电机，也可以是多相电机。例如，由两段铁芯构成4相低转矩脉动双凸极电机，则两段电机的转子应相互差45°电角度，而定子铁芯的齿槽对齐。当然，也可使两段定子铁芯齿槽相差45°电角度，而两段转子的齿槽对齐。

Claims (3)

1.一种低转矩脉动双凸极电机，其特征在于，左右两个结构完全相同的共转轴的双凸极电机装于同一个壳体内，两个双凸极电机的定子铁心的齿对齐而两个转子铁心齿错开180/P度电角度，或者两个转子铁心齿对齐而两个定子铁心齿错开180/P度电角度，P为相数，两个定子齿上分别套有各自独立的匝数相同的集中电枢绕组，定子相同相位的齿上的电枢绕组正向串联构成一相，两个定子的各相电枢绕组分别经整流电路或逆变器并联，两个转子均无绕组。

2.根据权利要求1所述的低转矩脉动双凸极电机，其特征在于，两个结构完全相同的双凸极电机由两个电励磁双凸极电机组成，两个定子铁心共用同一励磁绕组。

3.根据权利要求1所述的低转速脉动双凸极电机，其特征在于，两个结构完全相同的双凸极电机由两个双凸极永磁电机组成，两个定子铁心共用同一个永磁体。

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