双凸极电机的复合励磁结构.pdf

摘要
申请专利号：	CN201110377378.X	申请日：	2011.11.24
公开号：	CN102510152A	公开日：	2012.06.20
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):H02K 3/28申请公布日:20120620\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):H02K 3/28申请日:20111124\|\|\|公开
IPC分类号：	H02K3/28; H02K3/18	主分类号：	H02K3/28
申请人：	南京航空航天大学
发明人：	陈志辉; 杭静宇; 严仰光; 张磊; 刘星
地址：	210016 江苏省南京市白下区御道街29号
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内容摘要

一种双凸极电机的复合励磁结构。对于双凸极发电机，串励结构具有与整流器中的一个或多个二极管相串联的励磁绕组；并励结构具有与整流输出相并联的励磁绕组；复励结构是串励与并励结构的组合。对于双凸极电动机，串励结构具有与逆变器中的一个或多个功率管相串联的励磁绕组；并励结构具有与逆变器的直流母线相并联的励磁绕组；复励结构是串励与并励结构的组合。串励发电机需要外加的励磁功率小、外特性硬、并可以减小输出滤波电容；串励电动机具有机械特性硬的特点。并励绕组的供电电压基本不变。采用复励结构可综合串励结构和并励结构的优点。

权利要求书

1：一种双凸极发电机的串励结构，包括与电励磁双凸极发电机电枢绕组连接的桥式整流和星形整流电路，还包括与整流器中的一个或多个二极管相串联的励磁绕组，串励绕组可以是双凸极电机的部分励磁绕组也可以是全部励磁绕组。2：一种双凸极发电机的并励结构，包括与电励磁双凸极发电机电枢绕组连接的桥式整流和星形整流电路，还包括与整流输出相并联的励磁绕组，并励绕组可以是双凸极电机的部分励磁绕组也可以是全部励磁绕组。3：一种双凸极发电机的复励结构，包括与电励磁双凸极电枢绕组连接的桥式整流和星形整流电路，还包括与整流器中的二极管相串联的励磁绕组以及与整流输出相并联的励磁绕组。4：一种双凸极电动机的串励结构，包括与电励磁双凸极电动机电枢绕组连接的桥式逆变器电路，还包括与逆变器中的一个或多个功率管相串联的励磁绕组，为了提供续流通路，串励绕组需要和续流二极管反并联。串励绕组可以是双凸极电机的部分励磁绕组也可以是全部励磁绕组。5：一种双凸极电动机的并励结构，包括与电励磁双凸极电动机电枢绕组连接的桥式逆变器电路，还包括与逆变器的直流母线相并联的励磁绕组。并励绕组可以是双凸极电机的部分励磁绕组也可以是全部励磁绕组。6：一种双凸极电动机的复励结构。包括与电励磁双凸极电动机电枢绕组连接的桥式逆变器电路，还包括与逆变器的直流母线相并联的励磁绕组以及与逆变器中的一个或多个功率管相串联的励磁绕组。7：权利要求 1， 2， 3， 4， 5， 6 所述结构用于混合励磁双凸极电机。

说明书

双凸极电机的复合励磁结构
    技术领域本发明涉及的双凸极电机的复合励磁结构，属于双凸极电机的励磁绕组与电枢绕组的连接型式。
     技术背景美国威斯康星 - 麦迪逊大学的 Lipo 教授等在开关磁阻电机的基础上增加了永磁励磁，提出了永磁双凸极电机。该电机属于一种变磁阻电机，其定子，转子均为凸极结构，由硅钢片叠制而成，结构简单，转子上没有绕组，可靠性高，另外，还具有功率密度高等优点。
     电励磁双凸极电机 (“双凸极无刷直流发电机” ，中国发明专利：申请日 1999 年 6 月 9 日，授权公告号 CN1099155C) 以电励磁绕组取代永磁体，使得电机的励磁磁场可以调节。作发电机工作时，不需要转子位置传感器，且励磁绕组仅需要单管变换器进行供电，调节励磁绕组电流可调节输出电压，故障时可灭磁，具有可靠性高的特点。作电动机时，可以实现宽的调速性能。
     为了使电励磁双凸极发电机的励磁电流更小，可以采用混合励磁的方案，如并列式双凸极混合励磁电机 ( 双凸极混合励磁电机，中国发明专利：申请日 2003 年 11 月 19 日，授权公告号 CN100361373C)、径向磁钢双凸极混合励磁电机 ( 径向磁钢双凸极混合励磁电机，中国发明专利：申请日 2006 年 8 月 23 日，授权公告号 CN100424967C)、径向磁钢双凸极混合励磁电机 ( 径向磁钢双凸极混合励磁电机，中国发明专利：申请日 2006 年 8 月 23 日，授权公告号 CN100438280C)。
     本发明力图寻求一种外加可控励磁电流更小的新的双凸极电机结构，并使发电机获得更硬的外特性。
     发明内容本发明的目的在于提供一种外加励磁功率小的双凸极电机新励磁拓扑结构。
     本发明包括的双凸极电机的串励结构，其构成是将双凸极电机的一部分或全部励磁绕组串联在电枢直流回路中，使得励磁电流与电枢电流的变化方向相同。该拓扑用于发电机时，需要外加的励磁功率小、外特性硬，在有永磁励磁的一些场合甚至可以在取消外加励磁的情况下，使得负载变动时输出电压的变化很小。此外，由于串联的励磁绕组相当于滤波电感，使得发电机需要的输出电容减小。该拓扑用于电动机时，随着电枢电流的增大，励磁电流也增加，使电机的机械特性曲线变硬。
     本发明包括的双凸极电机的并励结构，其构成是将双凸极电机的一部分或全部励磁绕组并联在电枢直流回路中，该拓扑用于发电机时，由于并励部分的励磁绕组由电枢绕组发出的电能供电，需要外加的励磁功率小。该拓扑用于电动机时，并励部分的励磁绕组由电枢电源供电，通常此电压保持不变。
     本发明可以应用于电励磁双凸极、混合励磁双凸极电机等具有励磁绕组的双凸极电机上。
     附图说明图 1 是具有励磁绕组的双凸极直流发电机的全部或部分励磁绕组的连接示意图。 L1， L2…… Ln 代表电枢绕组， Ls 为串励结构励磁绕组， Lfp 为并励励磁绕组， C 为输出滤波电容。
     图 2 是具有励磁绕组的双凸极电动机的全部或部分励磁绕组的连接示意图。L1， L2…… Ln 代表电枢绕组， Ls 为串励结构励磁绕组， Lfp 为并励励磁绕组。
     图 3 是具有励磁绕组的三相双凸极直流发电机的串励结构电路原理图。La， Lb， Lc 代表三相电枢绕组， Lf1， Lf2…… Lf8 为全部或部分励磁绕组，这些励磁绕组可以按需要设置，不需要的励磁绕组可以取消，即将相应的励磁绕组 Lfn(n 为 1， 2， …… 8 的自然数 ) 短路。C 为输出滤波电容。
     图 4 是具有励磁绕组的三相双凸极直流发电机的并励结构电路原理图。La， Lb， Lc 代表三相电枢绕组， Lfp 为全部或部分励磁绕组。C 为输出滤波电容。
     图 5 是具有励磁绕组的三相双凸极电动机的串励结构电路原理图。La， Lb， Lc 代表三相电枢绕组， Lf1， Lf2…… Lf8 为全部或部分励磁绕组， Df1， Df2…… Df8 为续流二极管，这些励磁绕组可以按需要设置，不需要的励磁绕组可以取消，即将相应的励磁绕组 Lfn(n 为 1， 2，…… 8 的自然数 ) 短路。C 为输出滤波电容。
     图 6 是具有励磁绕组的三相双凸极电动机的并励结构电路原理图。La， Lb， Lc 代表三相电枢绕组， Lfp 为全部或部分励磁绕组。C 为输出滤波电容。
     具体实施方式
     由图 1、 3、 4 可知，本发明的双凸极发电机的复合励磁结构，可以应用于不同的整流电路。在串励结构电路原理图上，图 3 中的串励绕组 Lf1， Lf2…… Lf8 为全部或部分励磁绕组，这些励磁绕组可以按需要设置，不需要的励磁绕组可以取消，即将相应的串联励磁绕组 Lfn(n 为 1， 2， …… 8 的自然数 ) 短路。图 4 的并励连接结构中，并励绕组 Lfp 与整流器的输出相并联。双凸极发电机的复励方式还可以既有串励绕组，又有并励绕组，如图 1(c)，串励绕组先和整流器连接后，再和并励绕组并联；如图 1(d)，并励绕组先和整流器并联后，再和串励绕组连接。
     图 2、 5、 6 是本发明的双凸极电动机的复合励磁结构。在串励结构电路原理图上，图 5 的串励绕组 Lf1， Lf2…… Lf8 为全部或部分励磁绕组， Df1， Df2…… Df8 为续流二极管，这些励磁绕组可以按需要设置，不需要的励磁绕组可以取消，即将相应的励磁绕组 Lfn(n 为 1， 2， …… 8 的自然数 ) 短路。图 6 的并励连接结构中，并励绕组 Lfp 与整流器的输出相并联。双凸极电动机的复励方式还可以既有串励绕组，又有并励绕组，如图 2(c)，串励绕组先和变换器连接后，再和并励绕组并联；如图 2(d)，并励绕组先和变换器并联后，再和串励绕组连接。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 102510152 A (43)申请公布日 2012.06.20 C N 1 0 2 5 1 0 1 5 2 A *CN102510152A* (21)申请号 201110377378.X (22)申请日 2011.11.24 H02K 3/28(2006.01) H02K 3/18(2006.01) (71)申请人南京航空航天大学地址 210016 江苏省南京市白下区御道街 29号 (72)发明人陈志辉杭静宇严仰光张磊刘星 (54) 发明名称双凸极电机的复合励磁结构 (57) 摘要一种双凸极电机的复合励磁结构。对于双凸极发电机，串励结构具有与整流器中。

2、的一个或多个二极管相串联的励磁绕组；并励结构具有与整流输出相并联的励磁绕组；复励结构是串励与并励结构的组合。对于双凸极电动机，串励结构具有与逆变器中的一个或多个功率管相串联的励磁绕组；并励结构具有与逆变器的直流母线相并联的励磁绕组；复励结构是串励与并励结构的组合。串励发电机需要外加的励磁功率小、外特性硬、并可以减小输出滤波电容；串励电动机具有机械特性硬的特点。并励绕组的供电电压基本不变。采用复励结构可综合串励结构和并励结构的优点。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页说明书2页附图7页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书 1 页说。

3、明书 2 页附图 7 页 1/1页 2 1.一种双凸极发电机的串励结构，包括与电励磁双凸极发电机电枢绕组连接的桥式整流和星形整流电路，还包括与整流器中的一个或多个二极管相串联的励磁绕组，串励绕组可以是双凸极电机的部分励磁绕组也可以是全部励磁绕组。 2.一种双凸极发电机的并励结构，包括与电励磁双凸极发电机电枢绕组连接的桥式整流和星形整流电路，还包括与整流输出相并联的励磁绕组，并励绕组可以是双凸极电机的部分励磁绕组也可以是全部励磁绕组。 3.一种双凸极发电机的复励结构，包括与电励磁双凸极电枢绕组连接的桥式整流和星形整流电路，还包括与整流器中的二极管相串联的励磁绕组以及与整流输出相并联的。

4、励磁绕组。 4.一种双凸极电动机的串励结构，包括与电励磁双凸极电动机电枢绕组连接的桥式逆变器电路，还包括与逆变器中的一个或多个功率管相串联的励磁绕组，为了提供续流通路，串励绕组需要和续流二极管反并联。串励绕组可以是双凸极电机的部分励磁绕组也可以是全部励磁绕组。 5.一种双凸极电动机的并励结构，包括与电励磁双凸极电动机电枢绕组连接的桥式逆变器电路，还包括与逆变器的直流母线相并联的励磁绕组。并励绕组可以是双凸极电机的部分励磁绕组也可以是全部励磁绕组。 6.一种双凸极电动机的复励结构。包括与电励磁双凸极电动机电枢绕组连接的桥式逆变器电路，还包括与逆变器的直流母线相并联的励磁绕组以及与逆。

5、变器中的一个或多个功率管相串联的励磁绕组。 7.权利要求1，2，3，4，5，6所述结构用于混合励磁双凸极电机。权利要求书CN 102510152 A 1/2页 3 双凸极电机的复合励磁结构技术领域 0001 本发明涉及的双凸极电机的复合励磁结构，属于双凸极电机的励磁绕组与电枢绕组的连接型式。技术背景 0002 美国威斯康星-麦迪逊大学的Lipo教授等在开关磁阻电机的基础上增加了永磁励磁，提出了永磁双凸极电机。该电机属于一种变磁阻电机，其定子，转子均为凸极结构，由硅钢片叠制而成，结构简单，转子上没有绕组，可靠性高，另外，还具有功率密度高等优点。 0003 电励磁双凸极电机(。

6、“双凸极无刷直流发电机”，中国发明专利：申请日1999年6 月9日，授权公告号CN1099155C)以电励磁绕组取代永磁体，使得电机的励磁磁场可以调节。作发电机工作时，不需要转子位置传感器，且励磁绕组仅需要单管变换器进行供电，调节励磁绕组电流可调节输出电压，故障时可灭磁，具有可靠性高的特点。作电动机时，可以实现宽的调速性能。 0004 为了使电励磁双凸极发电机的励磁电流更小，可以采用混合励磁的方案，如并列式双凸极混合励磁电机(双凸极混合励磁电机，中国发明专利：申请日2003年11月19日，授权公告号CN100361373C)、径向磁钢双凸极混合励磁电机(径向磁钢双凸极混合励磁电机，。

7、中国发明专利：申请日2006年8月23日，授权公告号CN100424967C)、径向磁钢双凸极混合励磁电机(径向磁钢双凸极混合励磁电机，中国发明专利：申请日2006年8月23日，授权公告号CN100438280C)。 0005 本发明力图寻求一种外加可控励磁电流更小的新的双凸极电机结构，并使发电机获得更硬的外特性。发明内容 0006 本发明的目的在于提供一种外加励磁功率小的双凸极电机新励磁拓扑结构。 0007 本发明包括的双凸极电机的串励结构，其构成是将双凸极电机的一部分或全部励磁绕组串联在电枢直流回路中，使得励磁电流与电枢电流的变化方向相同。该拓扑用于发电机时，需要外加的励磁功率。

8、小、外特性硬，在有永磁励磁的一些场合甚至可以在取消外加励磁的情况下，使得负载变动时输出电压的变化很小。此外，由于串联的励磁绕组相当于滤波电感，使得发电机需要的输出电容减小。该拓扑用于电动机时，随着电枢电流的增大，励磁电流也增加，使电机的机械特性曲线变硬。 0008 本发明包括的双凸极电机的并励结构，其构成是将双凸极电机的一部分或全部励磁绕组并联在电枢直流回路中，该拓扑用于发电机时，由于并励部分的励磁绕组由电枢绕组发出的电能供电，需要外加的励磁功率小。该拓扑用于电动机时，并励部分的励磁绕组由电枢电源供电，通常此电压保持不变。 0009 本发明可以应用于电励磁双凸极、混合励磁双凸极电机。

9、等具有励磁绕组的双凸极电机上。说明书CN 102510152 A 2/2页 4 附图说明 0010 图1是具有励磁绕组的双凸极直流发电机的全部或部分励磁绕组的连接示意图。 L 1 ，L 2 L n 代表电枢绕组，L s 为串励结构励磁绕组，L fp 为并励励磁绕组，C为输出滤波电容。 0011 图2是具有励磁绕组的双凸极电动机的全部或部分励磁绕组的连接示意图。L 1 ， L 2 L n 代表电枢绕组，L s 为串励结构励磁绕组，L fp 为并励励磁绕组。 0012 图3是具有励磁绕组的三相双凸极直流发电机的串励结构电路原理图。L a ，L b ，L c 代表三相电枢绕组，L f1 ，。

10、L f2 L f8 为全部或部分励磁绕组，这些励磁绕组可以按需要设置，不需要的励磁绕组可以取消，即将相应的励磁绕组L fn (n为1，2，8的自然数)短路。C 为输出滤波电容。 0013 图4是具有励磁绕组的三相双凸极直流发电机的并励结构电路原理图。L a ，L b ，L c 代表三相电枢绕组，L fp 为全部或部分励磁绕组。C为输出滤波电容。 0014 图5是具有励磁绕组的三相双凸极电动机的串励结构电路原理图。L a ，L b ，L c 代表三相电枢绕组，L f1 ，L f2 L f8 为全部或部分励磁绕组，D f1 ，D f2 D f8 为续流二极管，这些励磁绕组可以按需要设置，不需。

11、要的励磁绕组可以取消，即将相应的励磁绕组L fn (n为1， 2， 8的自然数)短路。C为输出滤波电容。 0015 图6是具有励磁绕组的三相双凸极电动机的并励结构电路原理图。L a ，L b ，L c 代表三相电枢绕组，L fp 为全部或部分励磁绕组。C为输出滤波电容。具体实施方式 0016 由图1、3、4可知，本发明的双凸极发电机的复合励磁结构，可以应用于不同的整流电路。在串励结构电路原理图上，图3中的串励绕组L f1 ，L f2 L f8 为全部或部分励磁绕组，这些励磁绕组可以按需要设置，不需要的励磁绕组可以取消，即将相应的串联励磁绕组 L fn (n为1，2，8的自然数)短路。图。

12、4的并励连接结构中，并励绕组L fp 与整流器的输出相并联。双凸极发电机的复励方式还可以既有串励绕组，又有并励绕组，如图1(c)，串励绕组先和整流器连接后，再和并励绕组并联；如图1(d)，并励绕组先和整流器并联后，再和串励绕组连接。 0017 图2、5、6是本发明的双凸极电动机的复合励磁结构。在串励结构电路原理图上，图5的串励绕组L f1 ，L f2 L f8 为全部或部分励磁绕组，D f1 ，D f2 D f8 为续流二极管，这些励磁绕组可以按需要设置，不需要的励磁绕组可以取消，即将相应的励磁绕组L fn (n为1， 2，8的自然数)短路。图6的并励连接结构中，并励绕组L fp 与。

13、整流器的输出相并联。双凸极电动机的复励方式还可以既有串励绕组，又有并励绕组，如图2(c)，串励绕组先和变换器连接后，再和并励绕组并联；如图2(d)，并励绕组先和变换器并联后，再和串励绕组连接。说明书CN 102510152 A 1/7页 5 图1 说明书附图CN 102510152 A 2/7页 6 图2 说明书附图CN 102510152 A 3/7页 7 说明书附图CN 102510152 A 4/7页 8 图3 说明书附图CN 102510152 A 5/7页 9 图4 说明书附图CN 102510152 A 6/7页 10 图5 说明书附图CN 102510152 A 10 7/7页 11 图6 说明书附图CN 102510152 A 11 。

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