專利名稱：低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)屬電機(jī)類(lèi)的直流電機(jī)。
背景技術(shù)：
雙凸極永磁電機(jī)(Doubly salient permanent magnet motor，簡(jiǎn)稱DSPM)是隨著功率電子學(xué)和微電子學(xué)的飛速發(fā)展在90年代出現(xiàn)的一種新型交流調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)由雙凸極永磁電機(jī)、功率變換器、轉(zhuǎn)子位置傳感器和控制器四部分組成。主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制靈活。按永磁體安放位置不同，雙凸極永磁電機(jī)可分為定子永磁型和轉(zhuǎn)子永磁型，如圖1所示。
結(jié)構(gòu)上，雙凸極永磁電機(jī)存在一些明顯地缺陷，如定子永磁型的漏磁偏大使得電機(jī)氣隙密度較低、功率密度偏小等。工作過(guò)程中，它也有一些不足，如作發(fā)電機(jī)工作時(shí)輸出電壓不易調(diào)節(jié)；作電動(dòng)機(jī)工作時(shí)弱磁增速困難等，并且它無(wú)論是作電動(dòng)機(jī)，還是作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，都必需配置功率變換器和轉(zhuǎn)子位置傳感器，因而其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。
為了解決雙凸極永磁電機(jī)系統(tǒng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)困難問(wèn)題，發(fā)明了電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)(DSEM)(專利號(hào)ZL 99 1 14250.0)，如圖2所示。它作發(fā)電機(jī)工作時(shí)，不需要轉(zhuǎn)子位置傳感器，結(jié)構(gòu)和制造工藝得到簡(jiǎn)化，因而可靠性高，成本低。但作電動(dòng)機(jī)時(shí)，必需配置功率變換器和轉(zhuǎn)子位置傳感器。
1995年，美國(guó)學(xué)者Lipo在DSPM電機(jī)內(nèi)加入了勵(lì)磁繞組，構(gòu)成了混合勵(lì)磁雙凸極電機(jī)(Hybrid Excitation Doubly Salient Machine，HEDSM)，如圖3所示。它的永久磁鐵和直流勵(lì)磁控制繞組在定子上，轉(zhuǎn)子仍是一個(gè)簡(jiǎn)單的疊片鐵心，直流線圈產(chǎn)生的磁通與永磁磁通有相同的路徑，兩個(gè)磁勢(shì)源為串聯(lián)磁勢(shì)方式，因此控制直流電流的大小和方向可以產(chǎn)生增磁或弱磁效應(yīng)。由于勵(lì)磁繞組安裝在定子上，所以不需要滑環(huán)、電刷裝置，提高了可靠性。HEDSM既可用作發(fā)電機(jī)，也可用作電動(dòng)機(jī)。
但兩種磁勢(shì)串聯(lián)聯(lián)接時(shí)，電勵(lì)磁的磁路經(jīng)過(guò)永磁體，所以勵(lì)磁繞組磁路中的磁阻很高，因此為了減少磁通，實(shí)現(xiàn)弱磁控制，在勵(lì)磁繞組中必須加入大的電流，這就使得銅損增大，永磁體去磁的可能性增加。
2004年出現(xiàn)了一種新的混合勵(lì)磁電機(jī)，專利申請(qǐng)?zhí)?200310106346.1)，它把DSPM和DSEM組合在一起，兩個(gè)電機(jī)共用一個(gè)機(jī)殼和轉(zhuǎn)軸，左右放置，中間用氣隙隔開(kāi)。在這種電機(jī)中，勵(lì)磁繞組安裝在定子上，省去了滑環(huán)和電刷；兩種磁勢(shì)源屬并聯(lián)磁勢(shì)關(guān)系，減小了永磁體去磁的可能性。
對(duì)于雙凸極電機(jī)，無(wú)論上述哪種類(lèi)型，作電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，都存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的缺陷；作發(fā)電機(jī)工作時(shí)，也存在輸出直流電壓脈動(dòng)大的不足。若用斜槽減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)時(shí)，電機(jī)的功率重量比下降較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能減小雙凸極電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)或減小輸出直流電壓的低輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)或低輸出直流電壓脈動(dòng)的雙凸極電機(jī)。
本發(fā)明的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)，是由兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的雙凸極電機(jī)組合而成的，兩部分共用殼體和轉(zhuǎn)軸，左右放置。在裝配過(guò)程中，如果保持定子鐵心的兩段齒對(duì)齊，那么轉(zhuǎn)子鐵心的兩段齒就錯(cuò)開(kāi)180/P(P為相數(shù))度電角度；如果轉(zhuǎn)子鐵心兩段齒對(duì)齊，那么定子鐵心兩段齒就錯(cuò)開(kāi)180/P(P為相數(shù))度電角度。
本發(fā)明的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)，定子和轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，定、轉(zhuǎn)子鐵心均為兩段，兩段鐵心長(zhǎng)相同；兩段定子齒上分別套有相同匝數(shù)的集中電樞繞組，繞組的放置方式相同，但兩段繞組是各自獨(dú)立的。工作時(shí)，兩段繞組通入電流的相位差為180/P(P為相數(shù))度電角度。
定子齒相同相位齒上的電樞繞組正向串聯(lián)構(gòu)成一相，兩個(gè)定子的各相電樞繞組分別經(jīng)整流電路或分別經(jīng)逆變器后并聯(lián)。
本發(fā)明的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)，可以用兩個(gè)電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)組成，也可以用兩個(gè)雙凸極永磁電機(jī)組成。由兩個(gè)電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)組成時(shí)，兩個(gè)定子鐵心共用同一勵(lì)磁繞組，主要用作發(fā)電機(jī)；由用兩個(gè)雙凸極永磁電機(jī)組成時(shí)，兩個(gè)定子鐵心可共用同一永久磁鐵，主要用作電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)，既可以是3相電機(jī)，也可以是多相電機(jī)。


圖1是雙凸極永磁電機(jī)的類(lèi)型示意圖。
圖2是電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的示意圖。
圖3、4是混合勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的示意圖。
圖5是低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是三相6/4結(jié)構(gòu)低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)兩側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是三相電樞繞組連接方式示意圖。
圖5～7中的標(biāo)號(hào)及符號(hào)說(shuō)明1為左側(cè)定子，2為右側(cè)定子，3為左側(cè)電樞繞組，4為右側(cè)電樞繞組，5為兩段定子鐵心共用的勵(lì)磁繞組(或永久磁鐵勵(lì)磁)，6為左側(cè)轉(zhuǎn)子，7為右側(cè)轉(zhuǎn)子。A、B、C-電機(jī)電樞繞組的三相接線端，加注下標(biāo)3表示左側(cè)雙凸極電機(jī)的電樞繞組，4表示右側(cè)雙凸極電機(jī)的電樞繞組；D-整流二極管；Q-開(kāi)關(guān)管；Cf-濾波電容，Lf1、Lf2-濾波電感。
具體實(shí)施例方式
由于多相電機(jī)的結(jié)構(gòu)同三相電機(jī)相似，下面以三相電機(jī)為例來(lái)說(shuō)明具體的實(shí)施方式。
本發(fā)明的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)的縱剖面示意圖如附圖5所示。左右兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的共轉(zhuǎn)軸的雙凸極電機(jī)裝于同一個(gè)殼體內(nèi)，左側(cè)雙凸極電機(jī)的定子1套有集中繞組3，右側(cè)雙凸極電機(jī)的定子2套裝有集中繞組4。集中繞組3與集中繞組4具有相同的匝數(shù)。放置的方式也相同。左側(cè)的轉(zhuǎn)子6和右側(cè)轉(zhuǎn)子7均無(wú)繞組。
附圖6所示的是3相6/4結(jié)構(gòu)低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)的兩個(gè)側(cè)面圖。它反映了左右兩側(cè)電樞繞組的放置情況和定轉(zhuǎn)子的裝配情況。三相電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子齒數(shù)為6N/4N結(jié)構(gòu)，即定子齒數(shù)6N，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為4N(N為正整數(shù))，N＝1時(shí)，為3相6/4結(jié)構(gòu)，N＝2時(shí)，為3相12/8結(jié)構(gòu)。對(duì)于三相6/4結(jié)構(gòu)電機(jī)，左右定子鐵心的兩段齒對(duì)齊，轉(zhuǎn)子鐵心的兩段錯(cuò)開(kāi)60度電角度(也可以轉(zhuǎn)子鐵心兩段齒對(duì)齊，定子鐵心兩段錯(cuò)開(kāi)60度電角度)。左側(cè)轉(zhuǎn)子的任一齒軸線與右側(cè)轉(zhuǎn)子的任一齒軸線相差θ=60p]]>機(jī)械角，p為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，如圖6所示。
定子電樞繞組的連接方式如附圖6所示，即定子齒相對(duì)兩個(gè)齒上的電樞繞組正向串聯(lián)構(gòu)成一相，組成A-X，B-Y和C-Z的三相繞組。
左側(cè)定子的電樞繞組以A3→C3→B3順序放置，右側(cè)定子的電樞繞組也應(yīng)以A4→C4→B4順序放置，兩側(cè)相序保持相同，左、右兩側(cè)三相電流的相位相差60°電角度，A3繞組的中心線和A4繞組的中心線對(duì)齊；勵(lì)磁繞組5的放置如圖6。勵(lì)磁繞組的數(shù)量為定子的齒數(shù)被6除，如定子齒數(shù)為6時(shí)，設(shè)置一套勵(lì)磁繞組，當(dāng)定子齒數(shù)為12時(shí)，設(shè)置二套勵(lì)磁繞組。
電樞繞組分別與外接功率變換電路相連，如圖7。
作發(fā)電機(jī)工作時(shí)，加在左右兩側(cè)電樞繞組上的三相電流相位相差60°電角度，左側(cè)三相電流經(jīng)A3、B3、C3通過(guò)D11-D16三相整流橋輸出一個(gè)脈波數(shù)為3的直流脈動(dòng)電壓；滯后(或超前)60°的右側(cè)三相電流經(jīng)A4、B4、C4通過(guò)D21-D26三相整流橋也輸出一個(gè)脈波數(shù)為3的滯后(或超前)60°的直流脈動(dòng)電壓，故合成輸出的是一個(gè)脈波數(shù)為6的直流脈動(dòng)電壓。所以兩部分電樞繞組分別經(jīng)整流橋后的輸出直流電經(jīng)并聯(lián)(或串聯(lián))，可以有效減小輸出直流電壓的脈動(dòng)。
作電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，輸入電源經(jīng)兩個(gè)三相逆變器Q11-Q16、Q21-Q26產(chǎn)生兩組相差60度電角度的三相電流輸入到電樞繞組A3、B3、C3和A4、B4、C4中，產(chǎn)生的兩部分轉(zhuǎn)矩互相疊加，可以有效減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；本發(fā)明的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)，既可以是3相電機(jī)，也可以是多相電機(jī)。例如，由兩段鐵心構(gòu)成4相低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)，則兩段電機(jī)的轉(zhuǎn)子應(yīng)相互差45°電角度，而定子鐵心的齒槽對(duì)齊。當(dāng)然，也可使兩段定子鐵心齒槽相差45°電角度，而兩段轉(zhuǎn)子的齒槽對(duì)齊。
權(quán)利要求
1.一種低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)，其特征在于，左右兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的共轉(zhuǎn)軸的雙凸極電機(jī)裝于同一個(gè)殼體內(nèi)，兩個(gè)雙凸極電機(jī)的定子鐵心的齒對(duì)齊，而兩個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心齒錯(cuò)開(kāi)180°/相數(shù)電角度；或者兩個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心齒對(duì)齊，而兩個(gè)定子鐵心齒錯(cuò)開(kāi)180°/相數(shù)電角度，兩個(gè)定子齒上分別套有各自獨(dú)立的匝數(shù)相同的集中電樞繞組，定子相同相位的齒上的電樞繞組正向串聯(lián)構(gòu)成一相，兩個(gè)定子的各相電樞繞組分別經(jīng)整流電路或逆變器并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)，其特征在于，兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的雙凸極電機(jī)由兩個(gè)電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)組成時(shí)，兩個(gè)定子鐵心共用同一勵(lì)磁繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)，其特征在于，兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的雙凸極電機(jī)由兩個(gè)雙凸極永磁電機(jī)組成時(shí)，兩個(gè)定子鐵心共用同一個(gè)永磁鐵。
全文摘要
一種低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙凸極電機(jī)屬直流電機(jī)。由左右兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的共轉(zhuǎn)軸的雙凸極電機(jī)裝在同一個(gè)殼體內(nèi)所組成。左側(cè)電機(jī)的定子(1)套裝電樞繞組(3)，右側(cè)電機(jī)定子(2)套裝電樞繞組(4)。電樞繞組(3)與電樞繞組(4)匝數(shù)相同，各自獨(dú)立。兩個(gè)雙凸極電機(jī)是兩個(gè)電勵(lì)磁雙凸極時(shí)，定子鐵心共用同一勵(lì)磁繞組(5)；兩個(gè)雙凸極電機(jī)是兩個(gè)永磁雙凸極時(shí)，定子鐵心共用同一永久磁鐵。此電機(jī)作電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，能減少雙凸極電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；作發(fā)電機(jī)工作時(shí)，能解決輸出直流電壓脈動(dòng)大的問(wèn)題。這兩點(diǎn)現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法相比較。
文檔編號(hào)H02K16/00GK1655426SQ200510038148
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
發(fā)明者孟小利, 嚴(yán)仰光, 趙朝會(huì), 朱德明 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)