[發(fā)明專利]電樞繞組

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080034147.2
• 申請日: 2010-07-29
• 公開（公告）號: CN102498641A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 保羅·伊頓·克拉克
• 申請（專利權(quán)）人: 康弗蒂姆技術(shù)有限公司
• 主分類號: H02K3/20
• 分類號: H02K3/20;H02K3/28
• 代理公司: 北京英特普羅知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11015
• 代理人: 齊永紅;常春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于直流電機(jī)的電樞繞組，尤其涉及采用電子換向的且每極對具有相對少數(shù)量的線圈的電樞繞組。該電樞繞組尤其適用于大直徑多極數(shù)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，例如，可與風(fēng)力渦輪的渦輪葉片組件直接耦合的旋轉(zhuǎn)電極。

背景技術(shù)

直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)通常包括一安裝在轉(zhuǎn)子上的電樞繞組，該電樞繞組被安裝在定子上的勵磁系統(tǒng)環(huán)繞。使用轉(zhuǎn)子連接的帶銅或銅合金組件以及靜態(tài)電刷裝置的換向器根據(jù)轉(zhuǎn)子的角位置控制轉(zhuǎn)子繞組中的電流換向。在直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的進(jìn)一步的改進(jìn)中，該電樞繞組安裝于定子上，而勵磁系統(tǒng)安裝于轉(zhuǎn)子上。使用一電子開關(guān)電路根據(jù)轉(zhuǎn)子的角位置對電樞繞組中電流換向進(jìn)行控制。以下的說明就是基于一具有該結(jié)構(gòu)的直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行的。

該電樞繞組可包括多個設(shè)置在形成于該電樞組件的一表面上的繞組槽中的線圈。該轉(zhuǎn)子提供一旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場可由永磁鐵、具有適當(dāng)勵磁電源的超導(dǎo)繞組或具有集電環(huán)或無刷勵磁電源的傳統(tǒng)繞組產(chǎn)生。相比傳統(tǒng)有刷電機(jī)而言，采用電子換向的電機(jī)可在更高的電壓(可能達(dá)到幾千伏)和對應(yīng)比例的更低的電流下運(yùn)行。

采用電子換向的直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以在風(fēng)力渦輪應(yīng)用中被用作發(fā)電機(jī)。一渦輪葉片組件可以直接或者借助一齒輪箱驅(qū)動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。如果轉(zhuǎn)子與渦輪葉片組件直接相連，則發(fā)電機(jī)將以非常低的速度運(yùn)行并且為了使線圈中的末級繞組的無效銅的數(shù)量最小化，以及使得所需的磁鋼的數(shù)量最小化并簡化結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)通常具有數(shù)量非常多的極數(shù)(通常針對大型發(fā)電機(jī)的極數(shù)為50或更多)以及數(shù)量非常少的每極對的槽數(shù)。

在電樞以及一個極對的勵磁系統(tǒng)間的相對運(yùn)動所用的時間內(nèi)，一每極對具有n個線圈的電樞繞組可能僅需要n個換向事件。為簡化起見，這被稱為每極對的換向事件數(shù)。一傳統(tǒng)直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的每極對的換向事件數(shù)等于每極對的線圈數(shù)，且n并不必須是整數(shù)。

本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的電樞繞組，該電樞繞組可允許比每極對的線圈數(shù)更大的每極對的換向事件數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種直流電機(jī)，該直流電機(jī)包括：用于提供磁場的勵磁裝置，該勵磁裝置具有至少一個極對；一電樞，該電樞具有每極對非整數(shù)個繞組槽，各繞組槽具有表示各自相對該磁場的基波的位置的相位角；以及一直流電樞繞組，使用中的直流電樞繞組與該磁場相互作用，該電樞繞組包括一個或者多個電路，各電路包括復(fù)數(shù)個線圈；其中，該電樞繞組的每個線圈均容置于一對繞組槽中；該電樞繞組的各線圈的相位角等于用于容置各線圈的繞組槽對的相位角的平均值，且各電路中的在任何時刻具有不同相位角的線圈形成該電樞繞組的不同的相位，該電樞繞組的不同的相位的數(shù)量至少為每極對的線圈數(shù)的二倍；以及，各電路中的線圈按照他們的相位角順序串聯(lián)在一起，并通過一定數(shù)量的繞組槽將同一電路中的相鄰的線圈分隔開，該一定數(shù)量至少為每極對的繞組槽數(shù)的二倍。

“相位”不是通常用于直流繞組的術(shù)語，在此是以通常用于交流繞組的方式使用“相位”。一繞組槽的相位角表示該繞組槽相對該磁場的基波的位置，并通常以電度或電弧度表示。該電樞繞組的各線圈設(shè)置于分別相對應(yīng)的繞組槽對中，因此，各線圈的相位角等于容置相對應(yīng)線圈的兩個繞組槽的相位角的平均值。根據(jù)此處的應(yīng)用，在任何時刻具有不同相位角的線圈形成了各自的相位。當(dāng)轉(zhuǎn)子上的磁場運(yùn)動經(jīng)過一線圈時，該線圈的電相位將發(fā)生改變，且電子換向?qū)⑹乖摼€圈中的電流在一規(guī)定的時刻反向，這即被稱為一“換向事件”。

該電樞繞組的相位數(shù)至少為每極對的線圈數(shù)的二倍，但在實際應(yīng)用中，該相位數(shù)可能明顯更多。確定的是，對于任何給定的電樞繞組，可獲得的相位數(shù)的最大值是線圈總數(shù)的一半。因此，一具有144個線圈的電樞繞組最多可具有72個相位。如果同一電樞繞組具有每極對3個線圈，則易于想到的是，每極對的相位數(shù)是每極對的線圈數(shù)的24倍。

此種電樞根據(jù)半導(dǎo)體功率開關(guān)裝置與繞組的連接方式可被稱為“分布連接”電樞繞組。該電樞繞組提供了每極對一定數(shù)量的換向事件，該一定數(shù)量明顯多于每極對的線圈數(shù)。

該電樞繞組的各電路均包括復(fù)數(shù)個串聯(lián)在一起的線圈。易于想到的是，在電樞繞組具有多于一個的電路的情況下，電樞繞組中線圈的總數(shù)等于所有單獨(dú)電路的線圈數(shù)的和。在一些排列方式中，不同電路中的線圈例如可通過交叉連接件并聯(lián)在一起。

該電樞繞組的各線圈優(yōu)選定義了復(fù)數(shù)個相位角。電樞繞組的各電路中的順序排列的線圈的相位角間隔k×360電度，且可以為等電度間隔或者非等電度間隔，其中，k為大于0的整數(shù)。這意味著，各電路中的線圈可間隔(等電度或非等電度)360電度，720電度，1080電度等。