一种磁路互补型定子电励磁同步电机制造技术

一种磁路互补型定子电励磁同步电机，包括定子和转子，定子和转子都为导磁材料且二者之间具有气隙，定子上设有导磁齿，导磁齿上交替设置集中电枢绕组和集中励磁绕组，任意相邻两集中励磁绕组产生的磁场方向相反；定子导磁齿的个数为Ns＝4*m*k*n；导磁齿设有集中电枢绕组和集中励磁绕组的个数相同，均为2*m*k*n，所述转子设有分段导磁块的个数为Nr＝(2*m*k±1)n，其中，m为电机的相数，n和k为正整数，n为电机单元数。本发明专利技术电机具有无刷、转子结构简单、相反电势对称且近似正弦、转矩脉动小、定子励磁等特点。本发明专利技术可用于城市轨道交通、电动汽车等需要宽调速范围场合；也适用于风力发电等场合，通过调节励磁电流的大小，从而达到变速恒压输出以及恒速变压输出特性。

【技术实现步骤摘要】
一种磁路互补型定子电励磁同步电机
本专利技术涉及的是一种定子电励磁同步电机，具体涉及的是一种磁路互补型定子电励磁同步电机，属于电机制造

技术介绍
随着新能源技术的发展，电机在风力发电，新能源汽车等领域得到了广泛的应用。直流电机由于电枢电流和励磁电流均可独立调节，因此无论用于电动机时的调速特性，还是作为发电机运行时的输出电压稳定性都是众多电机中最理想的。然而，由于直流电机结构上存在机械电刷和换向器，具有维护不便，可靠性差等缺点，从而限制了其使用范围。交流感应电机结构简单，无需电刷，维护方便，可靠性高，在普通传动领域得到了广泛应用，但是该电机的调速性能不佳。虽然采用矢量控制等变频技术，但是控制复杂，调速性能也比直流电机差。传统的永磁无刷交流和直流电机，近年来得到了较快的发展。但是，其转子上需安装永磁体来进行励磁，永磁体置于电机高速转子，不仅增加了电机的成本，而且永磁体存在受到高温，震动等因素带来的退磁风险。此外，由于采用永磁体，电机的励磁不便调节，高速运行时需要采用弱磁控制技术来实现高速运行，无疑增加了系统的复杂性和成本。近年来，一种电励磁双凸极电机无刷直流电机得到了相关学者的广泛关注，该电机的转子结构简单，仅有导磁材料组成，可靠性高，电枢绕组和励磁绕组均置于定子。然而，研究表明该电机绕组磁链为单极性，而且存在诸多缺点，如反电势不对称且谐波含量大，输出转矩脉动大，功率密度低等，极大地限制其工程实用性。
技术实现思路
针对现有技术上存在的不足，本专利技术目的是在于提供一种调速性能好、运行可靠、无电刷、电枢绕组和励磁绕组均置于定子且可以单独控制、转子为分段导磁块、结构简单和成本低、反电势近似正弦的磁路互补型定子电励磁同步电机。通过控制直流励磁绕组的电流大小可以控制电机的励磁磁场，从而保证该电机作为电动机运行时具有较宽的恒功率调速范围，而作为发电机运行时使不同速度运行时输出恒定电压。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：本专利技术的一种磁路互补型定子电励磁同步电机，包括定子和转子，定子和转子都为导磁材料且二者之间具有气隙，定子上设有导磁齿，导磁齿上交替设置集中电枢绕组和集中励磁绕组；定子导磁齿的个数为Ns＝4*m*k*n；导磁齿设有集中电枢绕组和集中励磁绕组的个数相同，均为2*m*k*n，转子设有分段导磁块的个数为Nr＝(2*m*k±1)n；集中励磁绕组和集中电枢绕组交替设置在定子导磁齿上，任意相邻两集中励磁绕组产生的磁场方向相反，其中，m为电机的相数，n和k为正整数，n为电机单元数，k为每个电机单元中一相电枢绕组串联的集中电枢绕组对数。上述导磁齿上交替设置集中电枢绕组和集中励磁绕组，每个电机单元中的集中励磁绕组为串联联接，构成励磁绕组单元，n个电机单元中的励磁绕组单元串联或并联联接，，任意相邻两集中励磁绕组产生的磁场方向相反。上述每个电机单元中任意一相电枢绕组由k对集中电枢绕组串联组成，其中任意一对集中电枢绕组中的两集中电枢绕组与转子的相对位置相差半个转子极距，对应为180度电气角度，二者具有互补特性。上述一种磁路互补型定子电励磁同步电机是内转子或外转子结构。作为外转子结构时，由导磁块组成的转子固定在定子外部，作为内转子结构时，由导磁块组成的转子固定在定子内部。上述一种磁路互补型定子电励磁同步电机是电动机或发电机。作为电动机运行时，通过改变励磁电流的大小可以提高恒功率转速范围，作为发电机运行时，通过改变励磁电流的大小，可以得到不同速度下恒定的反电动势。本专利技术作为驱动电机用时，特别适合宽调速驱动场合，例如城市轨道交通驱动电机、电动汽车驱动电机等需要宽调速范围的应用场合；本专利技术还特别适合作为发电机使用，用于风力发电等场合，该电机结构简单，无电刷，转子仅由导磁块组成，结构简单，重量轻，电枢绕组和励磁绕组均置于定子，通过调节励磁电流的大小，从而达到变速恒压输出以及恒速变压输出特性，同时也便于降低发电机组的切入风速，提高发电量。附图说明下面结合附图和具体实施方式来详细说明本专利技术；图1本专利技术一种磁路互补型定子励磁电机实施例1电机结构示意图；图2本专利技术一种磁路互补型定子励磁电机实施例2电机结构示意图；图3本专利技术一种磁路互补型定子励磁电机实施例3电机结构示意图；图4本专利技术一种磁路互补型定子励磁电机实施例4电机结构示意图；图5本专利技术一种磁路互补型定子励磁电机实施例5电机结构示意图；具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。实施例1参见图1，本专利技术的一种磁路互补型定子电励磁同步电机包括定子11和转子10，定子11和转子10都为导磁材料且二者之间具有气隙，定子11上设有导磁齿110，导磁齿110上交替设置集中电枢绕组111和集中励磁绕组112。本实施例电机中，m＝3，k＝1，n＝1，其中，m为电机的相数，n和k为正整数，n为电机单元数，k为每个电机单元中一相电枢绕组串联的集中电枢绕组对数。即，该电机为三相电机，具有A、B、C三相，包含有1个电机单元，每个电机单元中有k＝1对集中电枢绕组。所以定子11导磁齿110的个数为Ns＝4*m*k*n＝12，导磁齿110设有集中电枢绕组111和集中励磁绕组112的个数相同，均为2*m*k*n＝6；转子10设有分段导磁块的个数为Nr＝(2*m*k±1)n，当k＝1，m＝3，n＝1时，Nr可为5，7，本实施例取Nr＝7。集中励磁绕组112和集中电枢绕组111交替设置在定子导磁齿110上，任意相邻两集中励磁绕组112产生的磁场方向相反。本专利技术电机的每个电机单元中，集中电枢绕组111和集中励磁绕组112交替设置在定子导磁齿110上，二者个数都为2*m*k，任意一相电枢绕组所串联的集中电枢绕组111的对数为k，设置集中电枢绕组111的导磁齿110称为电枢绕组导磁齿，设置集中励磁绕组112的导磁齿110称为励磁绕组导磁齿；m相电枢绕组在空间上的排列方式具有如下特点，属于同相的k个集中电枢绕组置于两相邻的电枢绕组导磁齿上，属于不同相的集中电枢绕组111依次交替置于电枢绕组导磁齿上；按照上述排列方式，属于同相的2*k个集中电枢绕组111形成k对互补集中电枢绕组，其中任意一对集中电枢绕组中的两个集中电枢绕组111与转子的相对位置相差半个转子10极距，对应电磁特性在空间上相差180度电气角度，形成互补结构，组成一相绕组时，互补的集中电枢绕组中的反电势谐波相互抵消，相电势比较正弦。n个电机单元的相电枢绕组的链接方式相同，每个电机单元中的励磁绕组串联组成励磁绕组单元，n个电机单元的励磁绕组为串联或并联联接。由于本实施例中k＝1，因此与集中励磁绕组112交替设置在定子导磁齿上110的集中电枢绕组111的个数为6，其中属于不同相的电枢绕组A，B，C依次交替置于电枢绕组导磁齿110上，属于同相的2个集中电枢绕组111形成1对互补集中电枢绕组，两个集中电枢绕组111与转子10的相对位置相差半个转子极距，对应电磁特性在空间上相差180度电气角度。如图1中A相两集中电枢绕组A1和A2。此时，集中电枢绕组A1所在的定子齿中心线正对着转子10模块中心线，而集中电枢绕组A2所在的定子齿中心线正对着两转子10模块之间的中心线，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁路互补型定子电励磁同步电机，包括定子(11)和转子(10)，所述定子(11)和转子(10)都为导磁材料且二者之间具有气隙，所述定子(11)上设有导磁齿(110)，导磁齿(110)上交替设置集中电枢绕组(111)和集中励磁绕组(112)，其特征在于，所述定子(11)导磁齿(110)的个数为Ns＝4*m*k*n；所述导磁齿(110)设有集中电枢绕组(111)和集中励磁绕组(112)的个数相同，均为2*m*k*n，所述转子(10)设有分段导磁块的个数为Nr＝(2*m*k±1)n；所述集中励磁绕组(112)和集中电枢绕组(111)交替设置在定子导磁齿(110)上，任意相邻两集中励磁绕组(112)产生的磁场方向相反；其中，m为电机的相数，n和k为正整数，n为电机单元数，k为每个电机单元中任意一相电枢绕组串联的集中电枢绕组(111)对数。

【技术特征摘要】
1.一种磁路互补型定子电励磁同步电机，包括定子(11)和转子(10)，所述定子(11)和转子(10)都为导磁材料且二者之间具有气隙，所述定子(11)上设有导磁齿(110)，导磁齿(110)上交替设置集中电枢绕组(111)和集中励磁绕组(112)，其特征在于，所述定子(11)导磁齿(110)的个数为Ns＝4*m*k*n；所述导磁齿(110)设有集中电枢绕组(111)和集中励磁绕组(112)的个数相同，均为2*m*k*n，所述转子(10)设有分段导磁块的个数为Nr＝(2*m*k±1)n；所述集中励磁绕组(112)和集中电枢绕组(111)交替设置在定子导磁齿(110)上，任意相邻两集中励磁绕组(112)产生的磁场方向相反；每个电机单元中，集中电枢绕组(111)和集中励磁绕组(112)的个数都为2*m*k；其中，m为电机的相数，n和k为正整数，n为电机单元数，k为每个电机单元中任意一相电枢绕组串联...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹瑞武，黄文新，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32