[发明专利]一种磁路互补型定子电励磁同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种定子电励磁同步电机，具体涉及的是一种磁路互补型定子电励磁同步电机，属于电机制造技术领域。

背景技术

随着新能源技术的发展，电机在风力发电，新能源汽车等领域得到了广泛的应用。直流电机由于电枢电流和励磁电流均可独立调节，因此无论用于电动机时的调速特性，还是作为发电机运行时的输出电压稳定性都是众多电机中最理想的。然而，由于直流电机结构上存在机械电刷和换向器，具有维护不便，可靠性差等缺点，从而限制了其使用范围。交流感应电机结构简单，无需电刷，维护方便，可靠性高，在普通传动领域得到了广泛应用，但是该电机的调速性能不佳。虽然采用矢量控制等变频技术，但是控制复杂，调速性能也比直流电机差。传统的永磁无刷交流和直流电机，近年来得到了较快的发展。但是，其转子上需安装永磁体来进行励磁，永磁体置于电机高速转子，不仅增加了电机的成本，而且永磁体存在受到高温，震动等因素带来的退磁风险。此外，由于采用永磁体，电机的励磁不便调节，高速运行时需要采用弱磁控制技术来实现高速运行，无疑增加了系统的复杂性和成本。

近年来，一种电励磁双凸极电机无刷直流电机得到了相关学者的广泛关注，该电机的转子结构简单，仅有导磁材料组成，可靠性高，电枢绕组和励磁绕组均置于定子。然而，研究表明该电机绕组磁链为单极性，而且存在诸多缺点，如反电势不对称且谐波含量大，输出转矩脉动大，功率密度低等，极大地限制其工程实用性。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种调速性能好、运行可靠、无电刷、电枢绕组和励磁绕组均置于定子且可以单独控制、转子为分段导磁块、结构简单和成本低、反电势近似正弦的磁路互补型定子电励磁同步电机。通过控制直流励磁绕组的电流大小可以控制电机的励磁磁场，从而保证该电机作为电动机运行时具有较宽的恒功率调速范围，而作为发电机运行时使不同速度运行时输出恒定电压。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的一种磁路互补型定子电励磁同步电机，包括定子和转子，定子和转子都为导磁材料且二者之间具有气隙，定子上设有导磁齿，导磁齿上交替设置集中电枢绕组和集中励磁绕组；定子导磁齿的个数为Ns＝4*m*k*n；导磁齿设有集中电枢绕组和集中励磁绕组的个数相同，均为2*m*k*n，转子设有分段导磁块的个数为Nr＝(2*m*k±1)n；

集中励磁绕组和集中电枢绕组交替设置在定子导磁齿上，任意相邻两集中励磁绕组产生的磁场方向相反，其中，m为电机的相数，n和k为正整数，n为电机单元数，k为每个电机单元中一相电枢绕组串联的集中电枢绕组对数。

上述导磁齿上交替设置集中电枢绕组和集中励磁绕组，每个电机单元中的集中励磁绕组为串联联接，构成励磁绕组单元，n个电机单元中的励磁绕组单元串联或并联联接，，任意相邻两集中励磁绕组产生的磁场方向相反。

上述每个电机单元中任意一相电枢绕组由k对集中电枢绕组串联组成，其中任意一对集中电枢绕组中的两集中电枢绕组与转子的相对位置相差半个转子极距，对应为180度电气角度，二者具有互补特性。

上述一种磁路互补型定子电励磁同步电机是内转子或外转子结构。作为外转子结构时，由导磁块组成的转子固定在定子外部，作为内转子结构时，由导磁块组成的转子固定在定子内部。

上述一种磁路互补型定子电励磁同步电机是电动机或发电机。作为电动机运行时，通过改变励磁电流的大小可以提高恒功率转速范围，作为发电机运行时，通过改变励磁电流的大小，可以得到不同速度下恒定的反电动势。

本发明作为驱动电机用时，特别适合宽调速驱动场合，例如城市轨道交通驱动电机、电动汽车驱动电机等需要宽调速范围的应用场合；本发明还特别适合作为发电机使用，用于风力发电等场合，该电机结构简单，无电刷，转子仅由导磁块组成，结构简单，重量轻，电枢绕组和励磁绕组均置于定子，通过调节励磁电流的大小，从而达到变速恒压输出以及恒速变压输出特性，同时也便于降低发电机组的切入风速，提高发电量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1本发明一种磁路互补型定子励磁电机实施例1电机结构示意图；

图2本发明一种磁路互补型定子励磁电机实施例2电机结构示意图；

图3本发明一种磁路互补型定子励磁电机实施例3电机结构示意图；

图4本发明一种磁路互补型定子励磁电机实施例4电机结构示意图；

图5本发明一种磁路互补型定子励磁电机实施例5电机结构示意图；