雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)，雙凸極電機每個定子齒上有兩套電樞繞組，相對應定子齒上的每套電樞繞組相互串聯(lián)構成一相電樞繞組，每個齒上兩套電樞繞組所構成的兩相電樞繞組中的一相電樞繞組的正端連接在一起，經(jīng)導線引出，作為雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的負極，負端接整流管的陽極；另一相電樞繞組的負端連接在一起，經(jīng)導線引出，作為雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的負極，正端接整流管的陽極，所有整流管的陰極連接到一點，經(jīng)導線引出，作為雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的正極接入負載，構成新型雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明增加了雙凸極電機的功率密度，提高了系統(tǒng)的容錯能力。
【專利說明】雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)，尤其是一種雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)，屬于特種電機與發(fā)電控制【技術領域】。
【背景技術】
[0002]雙凸極電機結合了永磁電機和開關磁阻電機的優(yōu)點，定轉子均為凸極結構，其轉子上沒有繞組和永磁體，結構簡單，可靠性高，廣泛應用于軍事，新能源等場合。同時，其簡單的結構更適合作為直流發(fā)電機使用。
[0003]現(xiàn)有的雙凸極電機發(fā)電運行時發(fā)電方式主要包括以下四種:(I)、開關磁阻發(fā)電電路(SRG):其開關磁阻發(fā)電電路是電機相繞組與半波整流電路連接，電機轉子滑離定子極的那相繞組時通過二極管向負載供電，電樞反應為增磁，這種方式最為簡單，但僅在轉子滑出定子時發(fā)電，因此發(fā)電輸出功率較低；(2)、雙凸極發(fā)電方式I (DSGl):此發(fā)電方式中的二極管與開關磁阻發(fā)電電路中的相反，這種接法僅在轉子極滑入定子極的那相電樞繞組發(fā)電，電樞反應是去磁，需要勵磁電流較大，發(fā)電輸出功率較低；(3)、雙凸極發(fā)電方式2 (DSG2):此發(fā)電方式中，相繞組與三相橋式整流電路相接，轉子極離開和滑入定子極的相繞組均發(fā)電，但是由于整流管數(shù)目是開關磁阻發(fā)電電路和雙凸極發(fā)電方式I兩種方式的兩倍，且流過整流管的電流較大，因此損耗較大；(4)、雙凸極發(fā)電方式3 (DSG3):此發(fā)電方式中的各相繞組分別與單相整流橋相接，整流橋的輸出端可并聯(lián)，也可串聯(lián)，但是同樣存在整流管損耗大的問題。
[0004]上述這些方法在雙凸極電機發(fā)電運行時都可以實現(xiàn)整流電能的輸出，然而這些方法普通存在輸出功率低或者損耗過大等問題。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服上述技術缺陷，提供一種有效提高電機的功率密度、減小損耗的雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)。
[0006]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)，包括雙凸極電機和整流管，所述雙凸極電機中每個定子齒上均設有兩套電樞繞組，相對應定子齒上的每套電樞繞組分別相互反向串聯(lián)構成一相電樞繞組；所述每個定子齒上兩套電樞繞組分別構成的兩相電樞繞組中的一相電樞繞組的正端相互連接并經(jīng)導線引出，作為發(fā)電系統(tǒng)的負極，負端接整流管的陽極，另一相電樞繞組的負端相互連接并經(jīng)導線引出，作為發(fā)電系統(tǒng)的負極，正端接整流管的陽極；所有整流管的陰極連接到一點并經(jīng)導線引出，作為發(fā)電系統(tǒng)的正極。
[0007]本發(fā)明雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)中，每個定子齒上的兩套電樞繞組的匝數(shù)比相同或不同。
[0008]本發(fā)明雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)中，整流管為不控整流二極管、金氧半場效晶體管或絕緣柵雙極型晶體管。[0009]本發(fā)明雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)中，雙凸極電機為電勵磁雙凸極電機、永磁雙凸極電機或混合勵磁雙凸極電機。
[0010]本發(fā)明雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)中，雙凸極電機為內轉子或外轉子結構的雙凸極電機。
[0011]本發(fā)明雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)中，所述雙凸極電機的相數(shù)為3相或3相以上。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:(I)、本發(fā)明通過同一定子齒上加入兩套電樞繞組，且兩套電樞繞組分別采用不同的整流電路的方法進行雙凸極電機的發(fā)電運行控制，兩套繞組互相增磁，增加了反電勢，增加輸出功率，提高雙凸極電機在發(fā)電運行時的功率密度；(2)、同一定子齒上的兩套電樞繞組同時給負載供電，確保電機轉子離開和滑入定子極時，該相定子極均向負載供電，由于兩套繞組分離，流過整流管的電流大大降低，降低了整流管的損耗；(3)、由于同一定子齒上的兩套繞組之間沒有物理聯(lián)系，增加了電機的容錯性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)示意圖；
圖2本發(fā)明實施例12/8結構電勵磁雙凸極電機二維結構圖；
圖3本發(fā)明實施例12/8結構電勵磁雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)對應的整流電路圖；
圖4本發(fā)明實施例繞組Wa1、Wb1、Wci三相電樞繞組磁鏈仿真圖；
圖5本發(fā)明實施例繞組WA2、WB2、Wc2三相電樞繞組磁鏈仿真圖；
圖6本發(fā)明三種發(fā)電系統(tǒng)輸出功率曲線仿真圖；
圖中，1-第一電樞繞組、2-第二電樞繞組、3-定子、4-轉子、5-勵磁繞組；WA1、WB1、Wci,Wn1、WA2、WB2、Wc2、Wn2分別對應為12/8電勵磁雙凸極電機中電樞繞組；DA1、DB1、DC1、DN1、DA2、DB2、Dc2, Dn2 為整流管；A1-、B1-、Cl-、N1-、A2-、B2-、C2-、N2-分別是電樞繞組 WA1、ffB1>ffcl>ffN1>ffA2> ffB2> Wc2> ffN2 的負端；;A1+、BI+、Cl+、NI+、A2+、B2+、C2+、N2+ 分別是電樞繞組 ffA1>ffB1>Wc1、Wn1、WA2、WB2、Wc2、WN2的正端；Z為整流電路所接的負載；F-為勵磁電流流入勵磁繞組的方向、F+為勵磁電流流出勵磁繞組的方向；SRG為開關磁阻發(fā)電電路、DSG2為雙凸極發(fā)電方式
2、DSG4為本發(fā)明發(fā)電方式。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖以三相12/8結構的電勵磁雙凸極電機為例對發(fā)明進行詳細說明。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)包括電勵磁雙凸極電機(以下稱雙凸極電機)和整流管，其中雙凸極電機可以是N (N ^ 3，且為正整數(shù))相電機；整流管可以采用不控整流二極管或MOSFET (金氧半場效晶體管)、IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)等可控開關器件。雙凸極電機中的每個定子齒上均設有第一套電樞繞組和第二套電樞繞組，第一套電樞繞組和第二套電樞繞組的匝數(shù)比可以相同或不同，相對應定子齒上的第一套電樞繞組和第二套電樞繞組分別相互反向串聯(lián)構成一相電樞繞組，故有2N相電樞繞組存在，分別是Wai和WA2，Wbi和WB2，Wci和\2，...，Wni和WN2。每個齒上兩套電樞繞組所構成的兩相電樞繞組中的一相電樞繞組的正端連接在一起’這里是胃^胃^、^^、...、WN1這N相繞組的負端八1-、81-、(:1-、...、N1-連接在一起，經(jīng)導線引出，作為雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的負極，WA1、WB1、Wa、...、Wni這N相繞組的正端Al+、BI+、Cl+、...、NI+分別對應連接整流管DA1、DB1、Da、...、陽極。每個齒上兩套電樞繞組所構成的兩相電樞繞組中的另一相電樞繞組的負端連接在一起，這里是WA2、WB2、We2、...、Wn2這N相繞組的正端A2+、B2+、C2+、...、N2+連接在一起，經(jīng)導線引出，作為雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的負極，負端A2-、B2-、C2-、...、N2-分別對應連接整流管DA2、DB2、DC2、...、DN2的陽極，所有整流管DA1、DB1、Dci> *..、DN1、DA2、DB2、DC2、...、DN2的陰極連接到一點，經(jīng)導線引出，作為雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的正極接入負載，構成新型雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)。上述雙凸極電機也可以采用永磁雙凸極電機或混合勵磁雙凸極電機；雙凸極電機的結構可采用內轉子結構或外轉子結構。
[0016]如圖2所示，實施例中三相12/8結構的電勵磁雙凸極電機中的定子3和轉子4為雙凸極結構,定子3設有12個向內的定子齒,轉子4上設有8個向外的轉子齒；定子3上每隔三個定子齒槽內嵌有勵磁繞組5，共設有4個勵磁繞組5，勵磁繞組5中通入勵磁電流，在雙凸極電機內部產(chǎn)生主磁場，勵磁電流從勵磁繞組5的F-流入，從勵磁繞組5的F+流出。雙凸極電機中每個定子齒上均設有第一套電樞繞組I和第二套電樞繞組2，相對應定子齒上的第一套電樞繞組I和第二套電樞繞組2分別相互反向串聯(lián)構成一相電樞繞組，故有六相電樞繞組存在，分別是Wa1、Wb1、Wc1、ffA2、ffB2、Wc2 ( Wa1、ffA2、Wc1、Wc2圖中未標示)。Wbi和Wb2兩相電樞繞組的繞線方式如圖2所示，其他四相電樞繞組的繞線方式，Wai和Wa2分別與Wbi和Wb2相同，Wa和We2分別與Wbi和Wb2相同。每個定子齒上兩套電樞繞組所構成的兩相電樞繞組中的一相電樞繞組的正端連接在一起，這里是Wa1、Wb1、Wci三相電樞繞組的負端A1-、B1-、Cl-連接在一起，經(jīng)導線引出，作為雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的負極，WA1、WB1、Wa三相繞組的正端Al+、BI+、Cl+分別對應連接整流管DA1、Db1、Dci的陽極(圖中未標示)；每個齒上兩套電樞繞組所構成的兩相電樞繞組中的另一相電樞繞組的負端連接在一起，這里是WA2、WB2、Wc2三相電樞繞組的正端A2+、B2+、C2+連接在一起，經(jīng)導線引出，作為雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的負極，負端A2-、B2-、C2-分別對應連接整流管Da2、Db2、Dc2的陽極(圖中未標示)。
[0017]如圖3所示，與12/8結構電勵磁雙凸極電機相對應的發(fā)電系統(tǒng)的整流電路，現(xiàn)以半橋不控整流電路為例進行說明，WA1、WB1、Wa相電樞繞組的負端A1-、B1-、C1-連接到一點，經(jīng)導線引出作為雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的負極，WA1、WB1、Wci相電樞繞組的正端A2+、B2+、C2+分別與整流管DA1、DB1、Da的陽極相連，ffA2>ffB2>Wc2相電樞繞組的正端A2+、B2+、C2+連接到一點，經(jīng)導線引出與WA1、WB1、Wci相電樞繞組的正端一起作為雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的負極，ffA2> ffB2> Wc2相電樞繞組的負端A2-、B2-、C2-分別與整流管DA2、DB2、Dc2的陽極相連，整流管Da1、Db1、Dci,DA2,DB2,DC2的陰極連接到一點用導線引出，作為電勵磁雙凸極電機的正極對負載供電。同時Wai與WA2，Wbi與WB2，Wci與Wc2電樞繞組匝數(shù)的比值均為2:3。
[0018]電機的初始位置如圖2所示，由勵磁繞組形成的主磁場，勵磁電流從勵磁繞組的F-流入，從勵磁繞組的F+流出，根據(jù)右手定則，這個勵磁電流的方向和電樞繞組繞線方式共同決定了同一定子齒上兩套繞組的發(fā)電方式。
[0019]如圖4、5所示，根據(jù)電樞繞組與整流管的連接方式可知，Wa1、Wb1、Wa三相電樞繞組在轉子極滑入對應的定子極時向負載輸出電能，即WA1、WB1、Wci三相電樞繞組反電勢為負時向負載輸出電能，wA2、wB2、we2三相電樞繞組在轉子極滑出對應的定子極時向負載輸出電能，即WA2、WB2、WC2三相電樞繞組反電勢為正時向負載輸出電能，由于采用半橋整流電路，同一時刻只能有一電樞相繞組向負載輸出電勢，從O時刻開始，轉子開始轉入Wai和Wa2相電樞繞組定子極，繞組Wai和Wa2的磁鏈均上升，轉子開始滑出Wbi和Wb2相電樞繞組定子極，繞組Wbi和Wb2的磁鏈均下降，因此僅有Wai和Wb2有可能向負載輸出電勢，由于Wai的匝數(shù)小于Wb2的匝數(shù)，則繞組Wb2的反電勢大于WA1，由Wb2繞組向負載輸出電能，Wai通過互感影響WB2，使得Wb2的反電勢較單獨SRG發(fā)電方式增加。其他轉子位置可以類似進行分析。由此可知這種繞組排列方式下的輸出電能較SRG和DSG2兩種發(fā)電方式都有所增加。
[0020]圖6是勵磁電流為IOA時三種電樞繞組發(fā)電方式的功率特性曲線，從圖中可見，勵磁電流較小時，SRG發(fā)電方式的增磁效應使得其最大輸出功率大于DSG2，而在勵磁電流較小時，米用本發(fā)明雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電方式(DSG4 )的最大輸出功率都最大。
[0021]本發(fā)明雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)中電樞繞組結構和整流方式實現(xiàn)方便，結構簡單，具有良好的應用前景。
[0022]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以做出若干改進，這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)，包括雙凸極電機和整流管，其特征在于:所述雙凸極電機中每個定子齒上均設有兩套電樞繞組，相對應定子齒上的每套電樞繞組分別相互反向串聯(lián)構成一相電樞繞組；所述每個定子齒上兩套電樞繞組分別構成的兩相電樞繞組中的一相電樞繞組的正端相互連接并經(jīng)導線引出，作為發(fā)電系統(tǒng)的負極，負端接整流管的陽極，另一相電樞繞組的負端相互連接并經(jīng)導線引出，作為發(fā)電系統(tǒng)的負極，正端接整流管的陽極；所有整流管的陰極連接到一點并經(jīng)導線引出，作為發(fā)電系統(tǒng)的正極。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述每個定子齒上的兩套電樞繞組的匝數(shù)比相同或不同。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述整流管為不控整流二極管、金氧半場效晶體管或絕緣柵雙極型晶體管。
4.根據(jù)權利要求1所述的雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述雙凸極電機為電勵磁雙凸極電機、永磁雙凸極電機或混合勵磁雙凸極電機。
5.根據(jù)權利要求1所述的雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述雙凸極電機為內轉子或外轉子結構的雙凸極電機。
6.根據(jù)權利要求1所述的雙電樞繞組雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述雙凸極電機的相數(shù)為3相或3相以上。
【文檔編號】H02K1/16GK103840577SQ201410082046
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權日:2014年3月7日
【發(fā)明者】趙耀, 王慧貞, 劉偉峰, 王永杰, 陳晨 申請人:南京航空航天大學