1.3.3 线圈辅助励磁双凸极电机与其他双凸极电机拓扑比较

1.线圈辅助励磁双凸极电机拓扑结构

DSCEM的结构如图1.20所示，DSCEM采用定子电枢绕组与中央线圈辅助绕组两套绕组相结合的方式。中央辅助线圈放置于转轴中央，用于调节电机气隙磁场强度。定转子均为双凸极结构，其中定子极数设置为9个，均缠绕着线圈构成主励磁绕组。转子极数设置为6个，结构与SRM转子相似，既无线圈、又无永磁体，结构简单坚固，能在恶劣环境中持续可靠运行。

图1.20 三相9/6极DSCEM结构图

DSCEM的电枢绕组为三相集中绕组，缠绕在定子极上，提供电机工作时的励磁磁场，以A相为例，左侧的三个线圈与右侧的三个线圈绕组同方向串联为一相。B、C两相绕组的绕线方式与A相完全相同。励磁绕组通直流电，此时两侧定子极中产生励磁磁场的方向在气隙处相反，磁场通过定子、转子、机壳、转轴及气隙构成闭合磁通路径，这样的连接方式是为更好实现轴向导磁。

2.永磁双凸极电机拓扑结构

以三相6/4极DSPM为例，定子为永磁型结构，其截面如图1.21所示。定转子均为凸极齿槽结构，定转子铁心均由硅钢片叠压而成，转子无绕组。定子槽内放置集中绕组，空间相对的定子齿上绕组串联构成一相，形成三相绕组，星形联结。在定子齿部和定子轭部之间嵌入永磁体，两块永磁体中间用不导磁物体隔开。

图1.21 三相6/4极DSPM结构图

DSPM的结构设计，有以下两个特点：

1）定子齿顶宽设计为定子齿距的一半，这样就可以保证一个极下转子齿与定子齿的重叠角之和恒等于转子齿顶宽，而与转子位置无关，做线性考虑时合成气隙磁导为一常数，磁铁工作点将不随转子位置角改变。

2）为保证电流换向有充分的时间，设计时转子齿顶宽稍大于定子极弧。

3.电励磁双凸极电机拓扑结构

图1.22为一台三相12/8极DSEM结构图，与SRM不同的是，DSEM多了一套直流励磁绕组，并将定子齿从径向齿变为平行齿，从而保证励磁槽有足够的空间安放励磁绕组，通过调节励磁绕组中的电流可实现电机气隙磁场控制。从图1.22中可看出，每个励磁绕组都横跨3个定子槽，运行时励磁绕组匝链三相电枢绕组的磁路不同，例如，励磁绕组与A、C两相绕组的距离较近，磁路相同；但励磁绕组匝链B相绕组的磁路较长。DSEM在作为发电机运行时，可以通过调节励磁电流改变电机在发电状态下的励磁磁场，实现发电系统稳压输出，并且发电系统具有良好的动态性能与稳态性能。

图1.22 三相12/8极DSEM结构图

在12/8极的DSEM中，转子旋转一圈是8个电周期，所以一个电周期对应的机械角度周期为360°/8=45°，电角度的值即为机械角度值的8倍。DSEM工作时，为了保证励磁绕组自感基本维持不变，随着转子的位置变化，一套励磁绕组所围的定子和转子重合角保持不变。