[發明專利]一種五相雙凸極電機

有效

• 申請號: 201410007947.5
• 申請日: 2014-01-08
• 公開（公告）號: CN103812294A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 史立偉;周波;魏佳丹;趙星
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02K29/00
• 分類號: H02K29/00;H02K1/14;H02K1/24;H02K3/28
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及特種電機本體設計技術領域，尤其涉及一種五相雙凸極電機。?

背景技術

電機是一種機電能量轉換的關鍵部件，隨著航空、汽車、風力發電等行業發展，系統對電機的可靠性要求越來越高。?

雙凸極電機是一種由電力電子功率變換器、永磁或電磁勵磁單元、控制器和凸極定轉子結構的電機本體組成的新式電機。作為一種新型的變磁阻電機，其磁阻最大值和最小值比值大，有較好的機電能量轉換特性。雙凸極電機分為電勵磁雙凸極電機、永磁雙凸極電機和混合勵磁雙凸極電機。其中電勵磁雙凸極電機轉子無繞組，可靠性高；可以調節勵磁電流的大小，電壓調節性能好，因此在風力發電、航空和汽車等行業具有較好的應用前景。傳統的雙凸極電機的單元電機采用內轉子的6N/4N極結構，定子極數為6N，轉子極數為4N，N為自然數，表示單元電機數。具有五相冗余繞組的的雙凸極電機通過采用多相繞組，在出現單相或多相故障后仍可以實現一定的輸出，具有較高的容錯能力，是提高電機可靠性的有效方法。?

目前已有的技術中，研究最多的為三相6N/4N結構的雙凸極電機。也有一些其他新式的雙凸極電機研究，例如申請號為200810024684的中國發明專利：五相10k/8Nk結構雙凸極容錯發電機，定子極數為10k，轉子極數為8Nk，其中N為除5和5的倍數以外的自然數，定子極距為定子極弧長的2N倍，轉子極的弧長等于或大于定子極的弧長。?

《中國電機工程學報》2013年第24期發表的論文“五相容錯電勵磁雙凸極電機容錯特性分析”，該論文指出了五相電勵磁雙凸極發電機具有較好的容錯特性，適合用于對可靠性要求較高的風力發電機。該論文的研究對象為10/8極五相容錯電勵磁雙凸極電機，該電機每個勵磁繞組跨5個定子極繞制，造成各相磁路磁阻大小不相等，因此各相的電動勢大小也不一致，論文中仿真和實驗的各相電動勢顯示了這一特點。另外，由于電勵磁雙凸極電機的勵磁繞組和電樞繞組都位于定子上，因此繞組占用的定子槽面積較大，這限制了繞組線徑，增加了銅線的電流密度，導致繞組銅損較大。減小定子的極弧系數可以增大定子槽面積，這樣就可以降低漆包線的電流密度。由于定轉子的極弧系數決定了雙凸極電機的電感特性曲線，極弧系數又受到極數的約束，不能隨意選定。如果極弧系數設計不當將會引起電機產生定位轉矩和勵磁反電勢。因此，需要在深入研究雙凸極電機極數、極弧系數等參數對電機特性影響規律的基礎上提出一種新型的低極弧系數電機。?

目前國內外尚未檢索到本發明所涉及的10i/12i極五相雙凸極電機。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術的缺陷，提供一種各相電感幅值大小相等、定子槽空間大、電機銅耗低、容錯性能好、可靠性高的10i/12i極五相雙凸極電機。?

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：?

一種五相雙凸極電機，包括轉子鐵心、軸、定子鐵心、勵磁線圈、電樞線圈和電機殼，所述電機殼上設有軸承，所述軸通過所述軸承固定在電機殼上，所述轉子鐵心固定在所述軸上；

所述定子鐵心的定子極數為10i，轉子鐵心的轉子極數為12i，i為2或3的整數倍自然數，所述定子鐵心和轉子鐵心均采用凸極式結構；

當10i能被8整除時，定子鐵心上每跨4個定子極繞制一個勵磁線圈，當10i能被6整除時，定子鐵心上每跨3個定子極繞制一個勵磁線圈，當10i能被4整除但不能被8整除時，定子鐵心上每跨2個定子極繞制一個勵磁線圈，相鄰勵磁線圈產生的磁場方向相反；

所述電樞線圈采用集中式繞制方式繞制于定子鐵心的定子極上，同相位的電樞線圈串聯后組成一相電樞繞組，各相電樞繞組的相位相差72°電角度；

所述電樞繞組的繞制方向與所匝鏈的勵磁繞組一致；

所述的定子鐵心的極弧系數為0.333，所述轉子鐵心的極弧系數為0.4或0.5。

作為本發明一種五相雙凸極電機進一步的優化方案，所述的勵磁線圈由永磁體取代，每個永磁體產生的磁場方向與相應的勵磁線圈產生的磁場方向相同。?

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：?

1.具有五相繞組，各相相位相差72°電角度，同一時刻有多相同時對外輸出電流，具有較高的容錯能力；

2.具有無刷化結構且能通過調節勵磁電流實現輸出電壓的穩定；

3.與傳統10/8極五相電勵磁雙凸極發電機相比，各相電感幅值大小相等，實現了各相的均流；

4.在相同的體積下，本發明所述發電機定子槽空間大，電樞繞組內阻小，電機銅耗低；