[发明专利]一种高可靠性电励磁双凸极起动发电机

说明书

本发明公开一种高可靠性电励磁双凸极起动发电机，其定子铁心为凸极结构，定子铁心四周设置有定子极，所述定子极数量为12N个；励磁绕组的数量为定子极的一半，每个励磁绕组跨2个定子极分布，且相邻的励磁绕组的极性相反，各励磁绕组串联；电枢绕组在每个定子极上绕制而成，每个电枢绕组按照所匝链的励磁绕组的相同极性进行绕制；相邻的电枢绕组相位角相差60°，相位相差180°的所述电枢绕组两两组合，通过反向串联构成各相磁链变化率相同的双三相绕组。转子铁心为凸极结构，转子极数量为10N或14N个。本发明各相反电势对称，平顶部分更为宽广，电机功率密度大，容错能力强，且有效的抑制了电励磁双凸极电机的转矩脉动和电压脉动。

技术领域

本发明涉及特种电机本体技术领域，尤其涉及一种高可靠性电励磁双凸极起动发电机。

背景技术

电励磁双凸极电机可方便实现起动、发电双功能，它既有开关磁阻电机转子结构简单、无绕组和永磁体，高温、高速运行能力强，以及定子上各相绕组在物理和电磁上独立，容错能力强、可靠性高的优点，又具有电励磁同步电机发电控制简单、控制电路可靠性高的优点。因此，电励磁双凸极电机可构成一种极具竞争力的起动/发电系统；尤其作为无刷直流发电机，由于无需位置传感器与可控器件构成的功率变换器，优势更为明显。应用于航空、车载领域的电励磁双凸极起动/发电机，对电机的可靠性提出了更高的要求，要求电机电动转矩脉动小，发电电压脉动小，并希望电机具有较好的容错运行能力。

采用多相冗余和各相隔离技术是提高电机容错能力、防止故障传播的有效途径。但传统m相电励磁双凸极电机励磁绕组匝链m相电枢绕组，每相定子绕组的每个定子线圈距离励磁元件分布位置不同，各相磁路不一致导致每相磁链变化率不同，因此反电势波形的对称性较差，该电机作为发电机运行时电压脉动大，作为电动机运行时存在转矩脉动和振动噪声较大的问题，且不对称程度随着相数的增加愈加严重。

目前针对以上问题的研究已经取得了一定的成果。例如已有五相电励磁双凸极发电机的研究报导，但五相电机作为质数相电机，不能被均分为互相隔离的几个通道，容错性能较差。为解决件传统电励磁双凸极电机作为电动机运行时转矩脉动大，作为发电机运行时电压脉动大的问题，也有相关研究，例如中国发明专利：内外双定子双凸极无刷直流电机（申请号：200710020866.9），中国发明专利：三相（6/4N/4N/6）k结构双定子双凸极电机（申请号：201110073792.1），中国发明专利：一种内外双定子电励磁双凸极起动发电机（申请号：201210471608.3），均是采用双定子的方式，减小电机电压脉动，抑制转矩脉动，但双定子的结构使得电机加工难度增大，工艺水平要求更高，电机可靠性变差。又例如中国实用新型专利：一种三相双凸极电机电枢绕组结构（申请号：201520017005.5），公开了一种三相双凸极电机电枢绕组结构，所述励磁绕组两侧的定子极上缠绕的电枢绕组的匝数大于远离励磁绕组的定子极上缠绕的电枢绕组的匝数，改善电枢电流的不对称，降低转矩脉动。中国发明专利：一种低转矩脉动电励磁双凸极无刷直流电机及其控制系统，申请号（201510134898.6），公开了一种低转矩脉动电励磁双凸极无刷直流电机及其控制系统，通过将该六相定子绕组反电势波形存在互补性的两相绕组两两反向串联，构成U、V、W三相绕组，三相定子绕组的反电势波形对称性得到明显加强，得到的反电势波形与永磁无刷直流电机的较为相似，但该设计相当于两个三相双凸极电机的组合，其反电势平顶部分不足120°，仍存在换相转矩脉动。此外还有例如中国发明专利：各相电感对称的四相双凸极无刷直流电机，申请号：201310079451.4，中国发明专利：一种五相双凸极电机，申请号：201410007947.5，用以解决多相电励磁双凸极电机的各相电感不对称问题。

发明内容

本发明提供一种低转矩/电压脉动的高可靠性电励磁双凸极起动发电机，以适应应用于航空、车载领域的电励磁双凸极起动/发电机的高可靠性要求，同时电机电动转矩脉动小，发电电压脉动小，且电机具有较好的容错运行能力。