CN106899159B - 一种双△绕组交流发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种双△绕组交流发电机，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴，属于特种电机领域。所述双△绕组交流发电机为内转子结构，转子铁心固定在轴上。其转子铁心上有13个均布的凸形转子极，定子铁心有12个凸形的定子极，12个定子极可分为6对平行定子极。每一对平行定子极的两个定子极之间有电枢槽，相邻两对平行定子极之间有励磁槽。每一对平行定子极上绕有励磁绕组，励磁绕组位于励磁槽的底部；每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组，电枢绕组位于励磁槽和电枢槽的槽口。沿圆周方向每两个相邻的电枢绕组串联为一相绕组，电枢绕组依据相位不同分为六相，其中相差120°电角度的三相绕组首尾串联△形连接。本发明的技术双△绕组内阻小、效率高，同时可提高交流发电机的可靠性。

Description

一种双△绕组交流发电机
技术领域
本发明涉及一种双△绕组交流发电机，属于特种电机领域。
背景技术
随着电力电子***的不断革新升级，变频技术的快速发展，整个汽车***对发电机定子绕组相数的要求正逐渐放宽，这就意味着发电机定子绕组相数的多少可以作为一个自由量来选择。六相交流发电机具有三相电机无法比拟的优点越来越引起人们的重视，其对应的绕组为两对独立的三相绕组，这种绕组结构将是交流发电机未来发展的一个新方向。
目前应用的最多的无刷交流发电机是仍是三相电机，其定子电枢绕组大部分采用星型接法，但是星型接法具有定子电枢绕组的电阻大、发热多、输出功率小等明显缺点。这使其越来越不能满足汽车日益增长的用电需求，因此电枢绕组△接法的发电机正在飞速发展，在一些发电要求较高的场合△接法发电机已取代往日的星型接法。
在目前公开的技术中，已有相关专利申请号为201210379517.7的发明专利：一种磁路解耦的双绕组电机和六相电机，该发明提供公布了一种磁路解耦的双绕组电机和六相电机,电机的定子槽缠绕有两组三相对称互差120度电角度的绕组,定子槽的槽数为24槽,极数为10极,每极每相槽数为4/5；两组绕组均为集中式绕组结构，绕组的线圈节距均为1；两组绕组间的各相的电角度相差30度，第一组绕组的U相绕组的槽号为1-2，6-7，-14，-19，V相绕组与U项绕组相差16槽，W相绕组与U项绕组相差8槽，第二组绕组的各相绕组与第一组绕组的各相绕组相差10槽。针对传统双绕组电机和六相电机需要进行解耦控制的缺点，提供了一种磁路解耦的电机，可有效简化和降低电机的控制算法的难度。
另外，已有的相关申请主要有专利号为：201010227960.3的发明专利：一种单逆变器驱动的双Y移30°六相永磁同步电动机双电机串联***及控制方法，公开了一种单逆变器驱动的双Y移30°六相永磁同步电动机双电机串联***，其特征在于其具有两台六相永磁同步电动机、六相逆变器、电流传感器、两个光电码盘及***控制单元；两台电动机的a1b1c1绕组、x1y1z1绕组、a2b2c2绕组、x2y2z2绕组的夹角分别为120°，a1与x1、b1与y1、c1与z1、a2与x2、b2与y2、c2与z2的夹角分别为30°，a1与a2、b1与c2、c1与b2、x1与y2、y1与x2、z1与z2分别直接联结，其按照电动机在同步旋转坐标下的矢量控制策略对电动机进行转速闭环控制，经过PI调节、坐标变换得到电动机的定子电压给定值，按照相序联结关系将该值叠加得到控制六相逆变器所需要的脉宽调制信号，本发明降低***的成本、提高***的可靠性、降低***的体积及重量，提高***的效率。
目前传统的三相双凸极电机一个励磁源(励磁线圈或永磁体、本文以励磁绕组为例进行介绍)给三个电枢绕组提供励磁，该电机励磁绕组的端部长度较长，因此励磁损耗较大，占用的体积较大，成本也高。另外传统的多相双凸极电机还存在各相不对称问题(详见本申请作为第一发明人发表的论文《各相对称的五相电励磁双凸极发电机电磁特性分析》.中国电机工程学报2016.36(10))。本申请作为第一发明人提出了跨一个定子极绕制的双凸极电机“授权号ZL201510010867X，一种直驱电动滚筒用电机”，但这种电机励磁绕组个数较多，因此轴向占用的漆包线多，空间大且励磁效率低。因此打破常规思维，提出一种一个励磁源能给多个定子极提供励磁，且各相性能对称的双凸极电机。
本申请的技术与现有技术的不同主要体现在电机结构方面。本申请的技术具有新型的定转子结构和超出已公开常理技术的特殊定转子匹配参数，其极弧系数和偏角的组合也与传统电机有着本质的区别。
发明内容
所要解决的技术问题：提供一种高效率、高可靠性的一种双△绕组交流发电机。
为了实现以上功能，本发明采取的技术方案是：
一种双△绕组交流发电机，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴，其特征在于：
所述双△绕组交流发电机为内转子结构，转子铁心固定在轴上，转子铁心上有13个均布的凸形转子极；
所述定子铁心有12个凸形的定子极，12个定子极分为6对平行定子极，一对平行定子极上的两个定子极的中心线互相平行；
每一对平行定子极的两个定子极之间有电枢槽，相邻两对平行定子极之间有励磁槽，所述励磁槽槽深大于电枢槽；
所述励磁槽在槽的底部有沿圆周凹进的凹陷，使励磁槽底部宽度大于槽口宽度；
每一对平行定子极上绕有励磁绕组，相邻励磁绕组的绕制方向相反；励磁绕组位于励磁槽的底部；
每个定子极上都绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反；电枢线圈位于励磁槽和电枢槽的槽口；
沿圆周方向每两个相邻的电枢线圈串联为一相电枢绕组，电枢绕组依据相位不同分为六相；其中相差120°电角度的三相电枢绕组首尾串联△形连接。
如上所述的一种双△绕组交流发电机，其特征在于：励磁槽内的电枢绕组和励磁绕组之间设置有绝缘隔板。
如上所述的一种双△绕组交流发电机，其特征在于：转子极为斜极结构。
本发明的有益效果是：
1本发明采用双△绕组，减少高次谐波次数，降低附加转矩，减小谐波损耗，提高发电机效率和输出功率；
2本发明电机励磁绕组和电枢绕组相互隔离，互不干扰；
3电机转子无励磁绕组，适合高速旋转，工作可靠；
4绕组皆为集中式绕组，内阻小，效率高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明一种双△绕组交流发电机结构示意图。其中，1、定子铁心，2、转子铁心，3、电枢绕组，4、励磁绕组，5、轴，6、绝缘隔板。电枢绕组依据相位不同分为六相，其中A1和A2分别表示A相第一个线圈和第二个线圈，B1和B2分别表示B相第一个线圈和第二个线圈，C1和C2分别表示C相第一个线圈和第二个线圈，X1和X2分别表示X相第一个线圈和第二个线圈，Y1和Y2分别表示Y相第一个线圈和第二个线圈，Z1和Z2分别表示Z相第一个线圈和第二个线圈。
图2是本发明一种双△绕组交流发电机各个线圈矢量星形图。其中A1和A2分别表示A相第一个线圈和第二个线圈，B1和B2分别表示B相第一个线圈和第二个线圈，C1和C2分别表示C相第一个线圈和第二个线圈，X1和X2分别表示X相第一个线圈和第二个线圈，Y1和Y2分别表示Y相第一个线圈和第二个线圈，Z1和Z2分别表示Z相第一个线圈和第二个线圈。
图3是本发明一种双△绕组交流发电机各相绕组矢量星形图。其中A1和A2分别表示A相第一个线圈和第二个线圈，B1和B2分别表示B相第一个线圈和第二个线圈，C1和C2分别表示C相第一个线圈和第二个线圈，X1和X2分别表示X相第一个线圈和第二个线圈，Y1和Y2分别表示Y相第一个线圈和第二个线圈，Z1和Z2分别表示Z相第一个线圈和第二个线圈。
图4是本发明一种双△绕组交流发电机稳压电路图。
图5是本发明一种双△绕组交流发电机的绕组连接图。其中A1和A2分别表示A相第一个线圈和第二个线圈，B1和B2分别表示B相第一个线圈和第二个线圈，C1和C2分别表示C相第一个线圈和第二个线圈，X1和X2分别表示X相第一个线圈和第二个线圈，Y1和Y2分别表示Y相第一个线圈和第二个线圈，Z1和Z2分别表示Z相第一个线圈和第二个线圈。
具体实施方式
本发明提供高效率、高可靠的一种双△绕组交流发电机，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示的一种双△绕组交流发电机，由定子铁心(1)、转子铁心(2)、励磁绕组(4)、电枢绕组(3)和轴(5)组成，所述双△绕组交流发电机为内转子结构，转子铁心(2)固定在轴(5)上，转子铁心(2)上有13个均布的凸形转子极。
所述定子铁心(1)有12个凸形的定子极，12个定子极可分为6对平行定子极，一对平行定子极上的两个定子极的中心线互相平行。每一对平行定子极的两个定子极之间有电枢槽，相邻两对平行定子极之间有励磁槽，所述励磁槽槽深大于电枢槽。所述励磁槽在槽的底部有沿圆周凹进的凹陷，使励磁槽底部宽度大于槽口宽度。每一对平行定子极上绕有励磁绕组(4)，相邻励磁绕组(4)的绕制方向相反；励磁绕组(4)位于励磁槽的底部。每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组(3)，相邻电枢绕组(3)的绕制方向相反；电枢绕组(3)位于励磁槽和电枢槽的槽口。励磁槽内的电枢绕组(3)和励磁绕组(4)之间设置有绝缘隔板(6)。沿圆周方向每两个相邻的电枢绕组(3)串联为一相绕组，电枢绕组(3)依据相位不同分为六相。其中相差120°电角度的三相绕组首尾串联△形连接。
转子极为斜极结构。
图2是本发明一种双△绕组交流发电机各个线圈矢量星形图。
图3是本发明一种双△绕组交流发电机各相绕组矢量星形图。如图所示，电枢绕组(3)依据相位不同分为A、B、C、X、Y和Z六相电枢绕组(3)，其中A、B和C相绕组相差120°电角度，A和X相差30°电角度。
图4是本发明一种双△绕组交流发电机稳压电路图。如图所示，电枢绕组(3)依据相位不同分为六相，其中相差120°电角度的三相绕组首尾串联形成△形连接，两个△形连接的绕组相差30°电角度。六相绕组分别接六个整流桥。
图5是本发明一种双△绕组交流发电机的绕组连接图。如图所示，每一对平行定子极上绕有励磁绕组(4)，相邻励磁绕组(4)的绕制方向相反，励磁绕组(4)位于励磁槽的底部；每个定子极上都绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反，电枢绕组(3)位于励磁槽和电枢槽的槽口。
本发明提供的一种双△绕组交流发电机工作原理为：励磁绕组(4)通电产生磁场，产生的磁通将经过各相的定子轭部、定子齿部、空气隙、转子齿部、转子轭部形成闭合回路。当外加机械力传动转子使其按某一方向旋转时，由于每相电枢绕组(3)所匝链的磁链发生变化，绕组将产生感应电动势，当绕组与外接负载连接时，则电机发电。发电机的六相绕组分别接六个整流桥，向负载输送直流电。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种双△绕组交流发电机，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴，其特征在于：
所述双△绕组交流发电机为内转子结构，转子铁心固定在轴上，转子铁心上有13个均布的凸形转子极；
所述定子铁心有12个凸形的定子极，12个定子极分为6对平行定子极，一对平行定子极上的两个定子极的中心线互相平行；
每一对平行定子极的两个定子极之间有电枢槽，相邻两对平行定子极之间有励磁槽，所述励磁槽槽深大于电枢槽；
所述励磁槽在槽的底部有沿圆周凹进的凹陷，使励磁槽底部宽度大于槽口宽度；
每一对平行定子极上绕有励磁绕组，相邻励磁绕组的绕制方向相反；励磁绕组位于励磁槽的底部；
每个定子极上都绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反；电枢线圈位于励磁槽和电枢槽的槽口；
沿圆周方向每两个相邻的电枢线圈串联为一相电枢绕组，电枢绕组依据相位不同分为六相；其中相差120°电角度的三相电枢绕组首尾串联成△形连接。
2.如权利要求1所述的一种双△绕组交流发电机，其特征在于：励磁槽内的电枢绕组和励磁绕组之间设置有绝缘隔板。
3.如权利要求1所述的一种双△绕组交流发电机，其特征在于：转子极为斜极结构。
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