[发明专利]一种四相对称的电励磁双凸极电机

说明书

本发明公开了一种四相对称的电励磁双凸极电机，该电机为(8/6)N或(8/10)N极结构，包括同转轴的定子铁心和转子铁心，每个励磁元件跨四个定子极绕制，将电枢绕组中分布位置不同且相位相差180°的各相绕组进行组合，并通过反向串联构成四相绕组；在电机的定子极弧系数大于等于0.5情况下在电机的定、转子两侧开槽，形成新型的带极靴定、转子极型。本发明有效解决了传统四相双凸极电机转矩脉动大的问题，且可以四相同时通电工作，电机容错性能好，转矩密度大；同时采用新型的带极靴定转子极型，在保证定转子极弧系数的前提下，从根本上解决了双凸极电机励磁槽槽满率紧张的问题，实现了励磁元件和铁心饱和程度间的合理匹配。

技术领域

本发明涉及特种电机本体设计领域，尤其涉及一种四相对称的电励磁双凸极电机。

背景技术

电励磁双凸极电机既有开关磁阻电机转子结构简单、无绕组和永磁体，高温、高速运行能力强，以及定子上各相绕组在物理和电磁上独立，容错能力强、可靠性高的优点，又具有电励磁同步电机发电控制简单、控制电路可靠性高的优点，在航空、汽车舰船、风力发电等领域具有广阔的应用前景。

传统的三相电励磁双凸极电机通常采用6N/4N极结构(N为正整数)，但该电机的绕组多采用星型连接，各相之间没有实现有效的隔离，当一相绕组出现故障后就会使整个系统不能工作。四相电机拥有四相定子绕组,电机在出现单相故障后仍可以实现一定的输出，增强了电机的容错能力，故相数冗余设计成为双凸极容错电机的研究热点之一。

传统m相电励磁双凸极电机励磁绕组匝链m相电枢绕组，每相定子绕组的每个定子线圈距离励磁元件分布位置不同,各相磁路不一致导致每相磁链变化率不同，因此反电势波形的对称性较差，该电机作为发电机运行时电压脉动大，作为电动机运行时存在转矩脉动和振动噪声较大的问题，且不对称程度随着相数的增加愈加严重。

目前已有的技术中，对四相电机的对称性设计的研究还较少。例如申请人申请的中国发明专利：各相电感对称的四相双凸极无刷直流电机，申请号：201310079451.4，公开了一种其单元电机为12/9或12/15极的四相双凸极电机，每个励磁元件跨三个定子极绕制,每相定子绕组的每个定子线圈的分布位置不同,这种四相定子绕组对称分布的方式达到了各相电感的对称，但由于励磁元件的增多，使得铜材消耗大，且励磁损耗增加。本申请的发明人之一发表的论文《多相电励磁双凸极发电机的极数和极弧系数研究》(中国电机工程学报2015.35(7))，推导了多相电励磁双凸极电机普遍适用的定子极数、转子极数和定转子极弧系数等结构参数的约束公式，但四相同时出力的(8/6)N电励磁双凸极电机在增强电机容错能力的同时，定子极弧系数为0.667，较大的极弧系数使得定子槽面积减小，造成电机槽满率(尤其是励磁槽)紧张，且电机铁心利用率低。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术中存在铜材消耗大、励磁损耗增加、电机槽满率紧张、电机铁心利用率低等问题，本发明提供一种电励磁双凸极电机。

技术方案：本发明提供一种四相对称的电励磁双凸极电机，包括：同转轴设置的定子组件和转子组件，所述定子组件包括定子铁心、励磁元件以及A相、B相、C相、D相定子绕组；所述定子铁心为凸极结构，所述定子铁心上设有8N个定子极；所述励磁元件绕制在定子铁心上，励磁元件的数目为2N个，每个励磁元件跨四个定子极分布；相邻的励磁元件的绕制方向相反，且相邻的励磁元件相互串联；所述A、B、C、D四相定子绕组由分布位置不同且相位相差180°的电枢绕组反向串联构成；所述电枢绕组为绕制在各个定子极上的集中绕组；且每个电枢绕组绕制方向和所匝链励磁元件绕制方向一致；所述转子组件包括凸极结构的转子铁心，所述转子铁心上设有6N或10N个转子极；所述N为正整数。

进一步的，当定、转子极数采用8N/6N配对时，定子极弧系数为0.667，转子极弧系数为0.5；且每个定、转子极根部两侧设有凹槽。

进一步的，当定、转子极数采用8N/10N配对时，定子极弧系数为0.4，转子极弧系数为0.5。