混極式無刷雙饋交流電機的製作方法
2023-06-03 02:05:41 1
專利名稱：混極式無刷雙饋交流電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種交流電機，特別是涉及一種混極式無刷雙饋交流電機。
背景技術：
現有無刷雙饋交流電機主要有三種結構型式。一種是由兩臺常規繞線型感應電機組成的串級式無刷雙饋交流電機，兩臺電機的定子繞組分別與供電電源相連，轉子同軸連接而兩轉子繞組同相序或反相序聯接，其缺點是需要採用兩臺電機，體積較大而成本較高。第二種是將上述兩臺電機合併成一臺電機，在電機的定子上放有兩套極數不同的兩套繞組，而在轉子上同樣放有與定子繞組極數相對應的兩套繞組，其優點是將兩臺電機合併為一臺電機，比第一種結構型式體積有所減小，缺點是轉子繞組結構和接線比較複雜。第三種是在上述第二種結構型式的基礎上將轉子繞組簡化結構。中國專利公開了一種實用新型專利「改型的無刷雙饋電機」(專利號ZL02294622.5)，定子功率繞組與控制繞組公用定子槽，功率繞組置於槽的底部，轉子繞組的一段由端環封閉連接，而另一端按「同心式」繞組結構連接，各組同心式繞組的外層短路線圈採用了具有公共導條和端環的結構。其優點是使轉子繞組的結構和製造工藝得以簡化，缺點是僅提出了一種具有公共導條和端環的轉子繞組結構，理論分析和實驗表明，該種具有公共導條和端環的轉子繞組結構，不利於轉子繞組電流對定子繞組電流產生磁場的調製作用；同時由於定子功率繞組的匝數較多而漏電抗較大，將其放在定子槽的底部進一步增大了槽漏電抗，降低了電機的功率因素。
發明內容
為了彌補上述現有無刷雙饋電機的缺陷和提高電機性能，本實用新型提供一種進一步簡化轉子結構和提高運行性能和可靠性的混極式無刷雙饋交流電機。
本實用新型混極式無刷雙饋交流電機，包括定子和轉子，所述定子有2套獨立的繞組分別為功率繞組和控制繞組，所述功率繞組與供電電源相連接，所述控制繞組連接一控制器，該控制器與控制電源連接，所述轉子為無滑環電刷結構，通過所述控制器改變所述控制繞組電流的頻率、幅值和相位，控制電機的轉速和運行狀態。
本實用新型混極式無刷雙饋交流電機，所述功率繞組具有2p極，所述控制繞組具有2q極，功率繞組和控制繞組的極數不能相等，其關係為2p＞2q+2。功率繞組和控制繞組公用定子槽，控制繞組置於槽的底部，以減小功率繞組的槽漏電抗。
本實用新型混極式無刷雙饋交流電機，所述控制器是由電力電子開關器件及其控制電路構成的靜止功率變換裝置，由兩個雙向變流器和控制單元組成，兩個雙向變流器互聯，控制單元分別連接雙向變流器。
本實用新型混極式無刷雙饋交流電機，所述轉子採用具有(p+q)組同心式繞組的轉子，每組同心式繞組由若干個具有不同跨距的單匝或多匝短路線圈構成。
本實用新型混極式無刷雙饋交流電機，所述轉子也可以採用(p+q)個凸極結構的磁阻轉子或(p+q)組軸向疊片的磁阻轉子或(p+q)組同心式繞組與磁阻轉子相結合的混合轉子結構。
本實用新型的有益效果是基於磁場調製原理通過特殊設計的轉子結構和在定子上增加了與功率繞組極數不同的控制繞組，功率繞組與具有固定電壓和頻率的高電壓供電電源相連，控制繞組通過控制器與低電壓控制電源相連，通過控制器改變控制繞組電流的頻率、幅值和相位，可以控制電機的轉速和運行狀態。從電機內部解決了大功率高壓電機採用較小功率低電壓變頻器的調速控制和無刷化問題，大大降低了電機調速系統成本和提高了可靠性。本實用新型混極式無刷雙饋交流電機，不僅將原有的無刷雙饋電機的轉子繞組結構進一步簡化和提高了轉子繞組對定子繞組電流產生磁場的調製功能，而且由單一的繞線式轉子結構擴大為凸極磁阻式、軸向疊片磁阻式以及繞線轉子於磁阻轉子相結合的混合式多種轉子結構。同時，將定子功率繞組由定子槽底部改為槽頂部，減小了功率繞組的漏電抗，從而改善了電機性能。
圖1為本實用新型混極式無刷雙饋交流電機示意圖；圖2為本實用新型混極式無刷雙饋交流電機的第一種轉子結構示意圖；圖3為本實用新型混極式無刷雙饋交流電機的第二種轉子結構示意圖；圖4為本實用新型混極式無刷雙饋交流電機的第三種轉子結構示意圖；圖5為本實用新型混極式無刷雙饋交流電機的第四種轉子結構示意圖；圖6為本實用新型混極式無刷雙饋交流電機控制器原理框圖。
具體實施方式
為進一步闡述本實用新型，下面結合實施例對本實用新型混極式無刷雙饋交流電機作更詳細的說明。
圖1為本實用新型混極式無刷雙饋交流電機示意圖，其中1為電機定子，2為轉子，3為控制器，4為功率繞組供電電源，5位控制繞組供電電源。在電機定子1中的鐵心槽中放置了2套獨立的對稱繞組，分別為圖1中出線端子用A1，B1，C1表示的功率繞組，用A2，B2，C2表示的控制繞組。繞組的連接關係為功率繞組的出線端子A1，B1，C1與電源4相連接；控制繞組的出線端子A2，B2，C2通過控制器3，與電源5相連接。
圖1中電機轉子2用同心式籠型轉子表示，只是一種示意，實際上不限於該種轉子結構方式。圖2、圖3、圖4和圖5為本實用新型混極式無刷雙饋交流電機不同轉子結構示意圖，其中圖2為具有同心式短路繞組的轉子，具有(p+q)組同心式繞組，每組同心式繞組由若干個(其數量取決於轉子槽數)具有不同跨距的單匝或多匝短路線圈構成，各同心式短路線圈之間沒有公共線圈邊；圖3為具有凸極結構的磁阻轉子，具有(p+q)個凸極；圖4為採用軸向疊片的磁阻轉子，具有(p+q)個軸向疊片磁極；圖5為採用同心式繞組與磁阻結構相結合的混合轉子，具有(p+q)個組同心式繞組和一定數量的磁障，其中9為同心式繞組的導條，10為連接導條的繞組端部；11為不導磁材料構成的磁障，以限制轉子鐵心中的磁通路徑，起到磁阻轉子的作用。上述不同結構轉子的共同作用是對具有不同極數的定子功率繞組和控制繞組電流產生的磁場進行調製，產生所需要的旋轉磁場實現機電能量轉換。
控制器3是由電力電子開關器件及其控制電路構成的靜止功率變換裝置，可實現交流—直流—交流電壓和頻率的雙向變換，可將控制電源提供的固定頻率的電壓，轉換為控制繞組所需要的頻率、幅值和相位可調的交流電壓；同時也可將控制繞組輸出的頻率、幅值和相位變化的電壓轉換為固定頻率的電壓，實現能量回饋。
控制器的原理框圖如圖6所示，由雙向變流器6、7和控制單元8組成。當電機作電動機運行並工作在同步轉速以下時，雙向變流器6用作整流器，將電機控制繞組輸出電壓和頻率與電機轉速有關的交流電轉變為直流電；而雙向變流器7用作逆變器，將6輸出的直流電轉變與供電電源頻率相同的交流電，將控制繞組輸出的電能回饋給供電電源。當電機轉速高於同步速時，需要向控制繞組輸入電能，此時雙向變流器6與7的功能進行交換，雙向變流器7用作整流器而雙向變流器6用作逆變器，雙向變流器7將控制電源提供的交流電轉換為直流電，然後通過逆變器6進而轉換為所需要頻率、幅值和相位的交流電供給控制繞組。當電機用作發電機時，雙向變流器6和7的功率流向與上述電動機運行模式剛好相反。控制單元8的功能是，根據電機的不同運行狀態功率流向和控制繞組供電或輸出交流電壓的要求，控制雙向變流器6和7的工作模式和功率變換特性。
權利要求1.一種混極式無刷雙饋交流電機，包括定子和轉子，其特徵在於所述定子(1)有2套獨立的繞組分別為功率繞組和控制繞組，所述功率繞組與供電電源(4)相連接，所述控制繞組連接一控制器(3)，該控制器與控制電源(5)連接，所述轉子(2)為無滑環電刷結構。
2.根據權利要求1所述的混極式無刷雙饋交流電機，其特徵在於所述功率繞組具有2p極，所述控制繞組具有2q極，功率繞組和控制繞組的極數的關係為2p＞2q+2，功率繞組和控制繞組公用定子槽，控制繞組置於槽的底部。
3.根據權利要求2所述的混極式無刷雙饋交流電機，其特徵在於所述控制器(3)是由電力電子開關器件及其控制電路構成的靜止功率變換裝置，由兩個雙向變流器(6、7)和控制單元(8)組成，兩個雙向變流器(6、7)互聯，控制單元(8)分別連接雙向變流器(6、7)。
4.根據權利要求3所述的混極式無刷雙饋交流電機，其特徵在於所述轉子採用具有p+q組同心式繞組的轉子，每組同心式繞組由若干個具有不同跨距的單匝或多匝短路線圈構成。
5.根據權利要求3所述的混極式無刷雙饋交流電機，其特徵在於所述轉子採用p+q個凸極結構的磁阻轉子。
6.根據權利要求3所述的混極式無刷雙饋交流電機，其特徵在於所述轉子採用p+q組軸向疊片的磁阻轉子。
7.根據權利要求3所述的混極式無刷雙饋交流電機，其特徵在於所述轉子採用p+q組同心式繞組與磁阻轉子相結合的混合轉子結構。
專利摘要本實用新型混極式無刷雙饋交流電機，轉子採用同心式短路繞組或者磁阻式結構，無滑環和電刷，圍繞無刷轉子的定子有極數不同的2套獨立的繞組分別為功率繞組和控制繞組，功率繞組與具有固定電壓和頻率的高電壓供電電源相連，控制繞組通過控制器與低電壓控制電源相連，通過控制器改變控制繞組電流的頻率、幅值和相位，可以控制電機的轉速和運行狀態。本實用新型基於磁場調製原理通過特殊設計的轉子結構和在定子上增加了與功率繞組極數不同的控制繞組，從電機內部解決了大功率高壓電機採用較小功率低電壓變頻器的調速控制和無刷化問題，大大降低了電機調速系統成本和提高了可靠性。
文檔編號H02P23/00GK2909671SQ20062011606
公開日2007年6月6日 申請日期2006年5月25日 優先權日2006年5月25日
發明者王鳳翔, 張鳳閣, 王正 申請人:廣東華拿東方能源有限公司