[发明专利]三相(6/4N/4N/6)k结构双定子双凸极电机

说明书

■技术领域

本发明涉及一种新型结构的双凸极无刷直流电机，属于电机本体设计领域。

■技术背景

上世纪90年代美国学者提出了一种新型的无刷直流电机，即永磁双凸极电机，该类型电机以高性能永磁体作为电机的磁势源。随着该新型电机的不断发展，又出现电励磁双凸极电机(“双凸极无刷直流发电机”，中国发明专利：ZL99114250.0)和混合励磁双凸极电机(发明专利申请号：200510038147.0)。

双凸极电机定、转子均为凸极齿槽结构，转子上无绕组，定子电枢绕组为集中式绕组，安装方便，电机结构简单、运行可靠，适合高速运行和恶劣的工作环境。此外，双凸极电机在发电状态不需要功率变换器的参与，控制更为简便。双凸极电机在航空航天、舰船、绿色能源等领域的动力系统及电源系统有着广泛的应用前景。

在大功率、低速运行场合，双凸极电机直径大、轴向长度长，电机体积大，功率密度偏小；且电机内径大，空间上电机的有效利用率低。为了有效地利用电机空间，提高电机功率密度和功率重量比，提出一种具有内、外双定子结构的双凸极电机。

■发明内容

1)发明目的：本发明旨在双凸极电机基本原理和结构特点的基础上，提出一种结构牢固、运行可靠具有内外双定子结构的新型双凸极无刷直流电机，以充分地利用电机空间，提高电机功率密度。更重要的是，调整励磁方式改变励磁磁通回路，使得励磁磁通经由外定子、外气隙、转子外齿、转子内齿、内气隙、内定子等闭合，见说明书附图图2，只有少量磁通经过转子轭部，从而在电机本体设计方面可以减小转子轭部厚度，减轻电机重量，提高电机功率重量比。

2)技术方案：本发明的三相(6/4N/4N/6)k双定子双凸极无刷直流电机具有内外两个定子、转子在中间，两个定子以及转子均为凸极齿槽结构。

内外两个定子凸极齿数相同，外定子齿向内，内定子齿向外，两侧定子齿中线对齐，每个凸极齿上均套装有集中式电枢元件。内、外侧定子上相对的两个凸极齿分别处于磁场中的相同位置，各侧齿上元件分别串联连接构成一相绕组，调整绕组串联总匝数使得内、外电机短路点接近。内外侧定子上还分别嵌放有励磁元件。

中间转子向内、向外均有凸极齿，且转子内外侧的凸极齿齿数相同、齿部中线对齐。转子上无绕组，只做导磁用。

三相双凸极电机定、转子齿数配合关系为：6k/4Nk，其中k为正整数，N为除3和3的倍数以外的正整数，当N＞1时构成定子少齿类双凸极电机。类似地，本发明的双定子双凸极电机定、转子基本齿数配合关系为：6k/4Nk/4Nk/6k，其中k为正整数，N为除3和3的倍数以外的正整数。即外定子齿数6k，转子内、外侧齿数均为4Nk，内定子齿数6k，特别地，当N＞1时构成定子少齿类双定子双凸极电机。

本发明的三相(6/4N/4N/6)k双定子双凸极电机内外两个定子上均有励磁磁源。按照磁源性质，可以将双凸极电机分为永磁双凸极电机(Doubly SalientPermanent Magnet Generator，简称DSPG)、电励磁双凸极电机(Doubly SalientElectromagnetic Generator，简称DSEG)和混合励磁双凸极电机(Hybrid ExcitationDoubly Salient Generator，简称HEDSG)。

本发明的三相(6/4N/4N/6)k双定子双凸极电机内外两个定子上嵌绕励磁绕组，通以直流电流，为电机提供恒定极性的磁源，从而构成电励磁双定子双凸极无刷直流电机。内外两套励磁绕组可以在电机一端串联连接，或者并联连接，或者分开控制。

本发明的三相(6/4N/4N/6)k双定子双凸极电机内外两个定子上嵌放永磁体，为电机提供恒定极性的磁源，从而构成永磁双定子双凸极无刷直流电机。

本发明的三相(6/4N/4N/6)k双定子双凸极电机同时采用直流励磁绕组和永磁体作为磁源，从而构成混合励磁双定子双凸极无刷直流电机。混合励磁双定子双凸极无刷直流电机的励磁方案：a)外定子采用电励磁方式，内定子采用永磁体励磁方式；b)外定子采用永磁体励磁方式，内定子采用电励磁方式；c)外定子采用电励磁和永磁体励磁相结合的混合励磁方式，内定子采用电励磁、永磁体励磁或者混合励磁方式；d)内定子采用电励磁和永磁体励磁相结合的混合励磁方式，外定子采用电励磁、永磁体励磁或者混合励磁方式。

本发明的三相(6/4N/4N/6)k双定子双凸极无刷直流电机用作发电机时，内、外侧定子上的电枢绕组分别经过二极管不控整流后输出直流电，直流端再串联连接。整流电路有三种基本的拓扑结构：