CN108063532A - 一种双定子结构两相双凸极永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双定子结构两相双凸极永磁电机，所要解决的技术问题是：针对背景技术中提及的目前电机***普遍存在转矩脉动大，电压波动大，能耗高等的缺点。采取的技术方案是：一种双定子结构两相双凸极永磁电机，包括定子A、定子B、定子A凸极、定子B凸极、电枢绕组A、电枢绕组B、转子A、转子B、永磁环和转轴。定子A凸极，定子B凸极径向均匀分布于定子圆周，定子A凸极上绕有电枢绕组A，定子B凸极上绕有电枢绕组B，从定子端部沿轴向看，定子A与定子B错开45°。永磁环嵌套在定子A与定子B中间，永磁环轴向充磁。转子A与转子B结构一致，套装在转轴上。本发明具有磁路同极性铁损小，功率密度大，效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机，具体是一种双定子结构两相双凸极永磁电机，属于电机技术领域。
背景技术
双凸极电机是20世纪50年代被提出的一种新型结构的电机，进入90年代后得到人们的广泛关注和深入研究，其具有结构简单坚固、制造方便、工作可靠、易于维护的优点，在风力发电场合具有很好的应用前景。
双凸极电机属于变磁阻电机，变磁阻电机包含单边凸极和双边凸极两种，为了获得最大的磁阻最大值与最小值比值，以及更好的机电能量转换特性，双凸极电机受到了研究人员更多的亲睐。典型的变磁阻电机利用磁阻的不等，磁通总向磁阻小的路线集中，作为电动机工作时，通电的定子绕组以磁力吸引铁磁性的转子，使磁力产生切向分力，即产生对转子的转矩。定子的通电顺序根据位置传感器检测到的转子位置所对应的最有利于对转子产生向前转动转矩的那一相定子通电，转子转过一定角度后由下一个最有利于转子产生转矩的一相通电。控制***不断改变定子绕组的通电相序，使转子向一个方向持续转动。
变磁阻电机包含了开关磁阻电机、步进电机和双凸极电机，而双凸极电机又包括了永磁双凸极电机、电励磁双凸极电机、磁通反向双凸极电机和磁通切换双凸极电机。开关磁阻电机(SRM)不同于步进电机，它是一种有位置反馈的自同步电机，其转速由电机的驱动力矩和负载的阻力矩共同决定的。步进电机是开环工作的，其转速由脉冲频率决定。开关磁阻电机有简单的转子结构，转子由硅钢片叠压制成，转子上没有线圈与磁钢，适合在高温以及高转速下工作，得到了航空电气领域的倾力研究，但开关磁阻电机始终和功率变换器配合工作，使得其发电工作变得复杂且不够可靠。
为避免开关磁阻电机的弊端在工作时导致潜在故障，科研人员将永磁体安装在开关磁阻电机结构中，形成了双凸极永磁电机(DSPM)。当定转子极弧长度满足一定关系时，双凸极电机的总气隙磁导为恒定值，此时永磁体工作点将不随转子的转动而改变，因此双凸极电机在静止时没有定位力矩，双凸极电机绕组上的交链磁通只与磁导成正比。双凸极电机的定子内安置有高矫顽力，低磁导率的永磁体，因此双凸极电机磁路的磁阻大，绕组电感较小，令电流换相能够快速完成。此外，双凸极电机作为工作时，电枢反应产生的磁链和磁动势远远小于永磁体产生的磁链和磁动势，因此合成磁链主要由永磁体决定。开关磁阻电机的电枢反应完全由电枢电流决定，其绕组电流远大于双凸极永磁电机，故双凸极永磁电机工作时产生更少的热量和噪音。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对背景技术中提及的目前电机***普遍存在转矩脉动大，电压波动大，能耗高等的缺点。
本发明的目的是提出一种高效率，结构新颖的双定子两相双凸极两相电机。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：
一种双定子结构两相双凸极永磁电机，包括同轴安装的圆环状定子A和圆环状定子B，在圆环状定子A和圆环状定子B之间嵌合永磁环，永磁环的充磁方向为轴向充磁；
在圆环状定子A的内环面上沿长度方向外凸设置四个定子A凸极，四个定子A凸极均布设置，四个定子A凸极的长度均相等且四个定子A凸极的长度均小于圆环状定子A的长度；在四个定子A凸极上均绕有电枢绕组A，四个电枢绕组A中相间隔的两个电枢绕组A正向串接，之后再与另两个电枢绕组A反向串联构成一相；
在圆环状定子B的内环面上沿长度方向外凸设置四个定子B凸极，四个定子B凸极均布设置，四个定子B凸极的长度均相等且四个定子B凸极的长度均小于圆环状定子B的长度；在四个定子B凸极上均绕有电枢绕组B，四个电枢绕组B中相间隔的两个电枢绕组B正向串接，之后再与另两个电枢绕组B反向串接构成一相；
四个电枢绕组A构成的一相与四个电枢绕组B构成的一相，这两相之间的相位差为90°电角度；
圆环状定子A内的四个定子A凸极与圆环状定子B内的四个定子B凸极均错开45°；
在圆环状定子A内设置圆环状转子A，在圆环状转子A的外环面上沿长度方向外凸设置六个转子凸极A，六个转子凸极A均布设置，六个转子凸极A的长度均与圆环状定子A的长度相等并且与定子A凸极的长度相等；
在圆环状定子B内设置圆环状转子B，在圆环状转子B的外环面上沿长度方向外凸设置六个转子凸极B，六个转子凸极B均布设置，六个转子凸极B的长度均与圆环状定子B的长度相等并且与定子B凸极的长度相等；
转子A与转子B均安装在转轴上。
本发明永磁电机的，轴向充磁的永磁环嵌于圆环状定子A、圆环状定子B中间位置，为电机提供励磁磁场；电枢绕组A、电枢绕组B分别绕于定子A凸极、定子B凸极上，电机做发电运行时接用电负荷，电机做电动运行时接电源。
本发明永磁电机的，四个电枢绕组A中，相间隔的两绕组正向串联再与另两个两绕组反相串联构成一相，四个电枢绕组B中，相间隔的两绕组正向串联再与相邻的两绕组反相串联构成一相，整个电机共计两相绕组。本发明技术方案中提及的两绕组正向串联以及两绕组反相串联均为现有技术中本领域内的常规技术。
本发明永磁电机的，从定子端部沿轴向看，定子A与定子B错开45°，当一个电机转子凸极与定子凸极全对齐时，另一个电机转子凸极与定子凸极处于半对齐位置。
对本发明技术方案的改进，四个定子A凸极和四个定子B凸极的截面呈方形。此技术特征的设计为了绕线方便。
对本发明技术方案的改进，四个定子A凸极和四个定子B凸极的截面为矩形。此技术特征的设计为了均匀绕线且绕线方便。
对本发明技术方案的改进，转轴采用软磁材料制成。
有益效果
本发明与现有技术相比的有益效果：
1、本发明双定子结构两相双凸极永磁电机，采用永磁体建立励磁磁场，能降低电机铜耗，提高电机效率。
2、本发明双定子结构两相双凸极永磁电机，采用同极性结构，电机具有较低的铁耗。
3、本发明双定子结构两相双凸极永磁电机，采用双定子结构，减小转矩脉动，电压波动。
4、本发明双定子结构两相双凸极永磁电机，具有磁路同极性铁损小，功率密度大，效率高的优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是定子A的结构示意图。
图3是定子B的结构示意图。
图4是电枢绕组A的结构示意图。
图5是转子A的结构示意图。
图6是本发明的西南等轴测图(图中未示意出转轴)。
图7是本发明的东北等轴测图(图中未示意出转轴)。
具体实施方式
为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-图7和具体实施方式做进一步的描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的双定子结构两相双凸极永磁电机，包括同轴安装的圆环状定子A1和圆环状定子B3，在圆环状定子A1和圆环状定子B3之间嵌合永磁环6，永磁环6的充磁方向为轴向充磁。
轴向充磁的永磁环6嵌于圆环状定子A1、圆环状定子B3中间位置，为电机提供励磁磁场；电枢绕组A2、电枢绕组B4分别绕于定子A凸极、定子B凸极上，电机做发电运行时接用电负荷，电机做电动运行时接电源。
如图2和4所示，在圆环状定子A1的内环面上沿长度方向外凸设置四个定子A凸极1-1，四个定子A凸极1-1均布设置，四个定子A凸极1-1的长度均相等且四个定子A凸极1-1的长度均小于圆环状定子A1的长度；在四个定子A凸极1-1上均绕有电枢绕组A2，四个电枢绕组A2中相间隔的两个电枢绕组A2正向串接，之后再与另两个电枢绕组A2反向串联构成一相。
如图3所示，在圆环状定子B3的内环面上沿长度方向外凸设置四个定子B凸极3-1，四个定子B凸极3-1均布设置，四个定子B凸极3-1的长度均相等且四个定子B凸极3-1的长度均小于圆环状定子B3的长度；在四个定子B凸极3-1上均绕有电枢绕组B4，四个电枢绕组B4中相间隔的两个电枢绕组B4正向串接，之后再与另两个电枢绕组B4反向串接构成一相。
四个电枢绕组A2构成的一相与四个电枢绕组B4构成的一相，这两相之间的相位差为90°电角度。
如图2和3所示，四个定子A凸极1-1和四个定子B凸极3-1的截面为矩形。
如图1和5所示，在圆环状定子A1内设置圆环状转子A5，在圆环状转子A5的外环面上沿长度方向外凸设置六个转子凸极A5-1，六个转子凸极A5-1均布设置，六个转子凸极A5-1的长度均与圆环状定子A1的长度相等并且与定子A凸极1-1的长度相等。
如图1和5所示，在圆环状定子B3内设置圆环状转子B，在圆环状转子B的外环面上沿长度方向外凸设置六个转子凸极B，六个转子凸极B均布设置，六个转子凸极B的长度均与圆环状定子B3的长度相等并且与定子B凸极3-1的长度相等。
转子A5与转子B均安装在转轴7上。转轴7采用软磁材料制成。
本发明永磁电机的磁路设计：
磁力线通过的路径分别为永磁环N极、定子A、定子A凸极、气隙、转子A、转轴、转子B、气隙、定子B凸极、定子B、永磁环S极。如图6和7所示，同一时刻，不同视角可观察定子A与定子B的位置关系。
本发明永磁电机的工作原理：
本发明做为发电机运行时，原动机带动转轴及转子A与转子B旋转，由于转子A、转子B上凸极的存在，转子A、转子B旋转时会导致电机电枢绕组A、电枢绕组B的磁通大小发生变化，从而在电机电枢绕组A、电枢绕组B中感应出电动势，感应电动势的大小与转子转速有关。
本发明做为电动机运行时，根据转子所处位置，在由电枢绕组A、电枢绕组B构成的两相绕组中通入正向或反向的电流，即可产生转矩，两相电流的相位相差90°。
本发明未涉及部分均与现有技术相通或采用现有技术加以实现。
凡本发明说明书中未作特别说明的均为现有技术或者通过现有的技术能够实现，应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种双定子结构两相双凸极永磁电机，其特征在于：包括同轴安装的圆环状定子A(1)和圆环状定子B(3)，在圆环状定子A(1)和圆环状定子B(3)之间嵌合永磁环(6)，永磁环(6)的充磁方向为轴向充磁；
在圆环状定子A(1)的内环面上沿长度方向外凸设置四个定子A凸极(1-1)，四个定子A凸极(1-1)均布设置，四个定子A凸极(1-1)的长度均相等且四个定子A凸极(1-1)的长度均小于圆环状定子A(1)的长度；在四个定子A凸极(1-1)上均绕有电枢绕组A(2)，四个电枢绕组A(2)中相间隔的两个电枢绕组A(2)正向串接，之后再与另两个电枢绕组A(2)反向串联构成一相；
在圆环状定子B(3)的内环面上沿长度方向外凸设置四个定子B凸极(3-1)，四个定子B凸极(3-1)均布设置，四个定子B凸极(3-1)的长度均相等且四个定子B凸极(3-1)的长度均小于圆环状定子B(3)的长度；在四个定子B凸极(3-1)上均绕有电枢绕组B(4)，四个电枢绕组B(4)中相间隔的两个电枢绕组B(4)正向串接，之后再与另两个电枢绕组B(4)反向串接构成一相；
四个电枢绕组A(2)构成的一相与四个电枢绕组B(4)构成的一相，这两相之间的相位差为90°电角度；
圆环状定子A(1)内的四个定子A凸极(1-1)与圆环状定子B(3)内的四个定子B凸极(3-1)均错开45°；
在圆环状定子A(1)内设置圆环状转子A(5)，在圆环状转子A(5)的外环面上沿长度方向外凸设置六个转子凸极A(5-1)，六个转子凸极A(5-1)均布设置，六个转子凸极A(5-1)的长度均与圆环状定子A(1)的长度相等并且与定子A凸极(1-1)的长度相等；
在圆环状定子B(3)内设置圆环状转子B，在圆环状转子B的外环面上沿长度方向外凸设置六个转子凸极B，六个转子凸极B均布设置，六个转子凸极B的长度均与圆环状定子B(3)的长度相等并且与定子B凸极(3-1)的长度相等；
转子A(5)与转子B均安装在转轴(7)上。
2.如权利要求1所述的双定子结构两相双凸极永磁电机，其特征在于：四个定子A凸极和四个定子B凸极(3-1)的截面呈方形。
3.如权利要求1所述的双定子结构两相双凸极永磁电机，其特征在于：四个定子A凸极和四个定子B凸极(3-1)的截面为矩形。
4.如权利要求1所述的双定子结构两相双凸极永磁电机，其特征在于：转轴(7)采用软磁材料制成。
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