[发明专利]一种多相电励磁同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种多相电励磁同步电机，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，仅由导磁材料组成，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、结构简单和成本低、反电势近似正弦的电励磁同步电机。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，而作为发电机在不同速度运行时输出恒定电压。

为了实现以上功能，本发明提供了一种多相电励磁同步电机，包括定子11和转子10，所述定子11和转子10均由导磁材料构成且二者之间具有气隙，所述定子11上设有定子导磁齿110，定子导磁齿110之间有槽，定子导磁齿110上设有集中电枢绕组111和集中励磁绕组112，

上述定子导磁齿110的个数为Ns=4*m*k*n；其中，定子导磁齿110上依次绕有2*m*k*n个集中电枢绕组111，每个集中电枢绕组111套着相邻的两个定子导磁齿110，相邻的集中电枢绕组111共用一个槽；其余2*m*k*n个槽中依次设置集中励磁绕组112，每个集中励磁绕组112套着相邻的两定子个导磁齿110，相邻两个集中励磁绕组112共用或间隔一个槽；

所述转子10由齿槽型导磁材料组成，转子导磁齿的个数为Nr=(2*m*k±1)n；

其中，m为电机的相数，n和k为正整数，n为电机单元数，k为每个电机单元中任意一相电枢绕组串联的集中电枢绕组111对数。

进一步的，当上述每两个集中励磁绕组112共用一个槽时，相邻两集中励磁绕组112产生的磁场方向相反；当每两个集中励磁绕组112间隔一个槽时，集中励磁绕组112产生的磁场方向相同；每个电机单元中的集中励磁绕组112为串联成励磁绕组单元，n个电机单元中的励磁绕组单元串联或并联联接。

上述一种多相电励磁同步电机，每个电机单元中任意一相电枢绕组由k对集中电枢绕组111串联组成，从任意一相的第一个集中电枢绕组111起， k个连续放置的集中电枢绕组111为一组且属于同一相，其后依次设置属于相邻相的一组k个集中电枢绕组111，直到所述任意一相中的另一组k个属于k对集中电枢绕组111，再按上述排列方式依次排列，且各电机单元依次设置，直至电机单元全部排列完成；属于同相的2k个集中电枢绕组111形成k对互补集中电枢绕组，其中任意一对集中电枢绕组111中的两集中电枢绕组与转子10的相对位置相差半个转子极距τ_s，对应为180度电气角度，二者具有互补特性，n个电机单元中属于同相的集中电枢绕组111并联单独控制，或者串联起来作为一相绕组控制。

作为一种优选，当上述的一种多相电励磁同步电机中包含的电机单元数n为偶数时，该电励磁同步电机无单边磁拉力，具有较好的反电势波形质量和较小的转矩波动。

作为一种优选，上述集中励磁绕组112和集中电枢绕组111为铜或超导材料。

进一步的，上述电励磁同步电机是内转子或外转子结构，

进一步的，上述电励磁同步电机可作电动机或发电机运行。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：