一種徑向磁場的無刷雙饋雙機械埠電機的製作方法

2023-05-07 11:26:16 1

專利名稱：：一種徑向磁場的無刷雙饋雙機械埠電機的製作方法
技術領域：
：本實用新型屬於交流電機及其控制
技術領域：
，具體涉及一種雙轉子無電刷饋電的雙機械埠電機。
背景技術：
：交流電機調速方法包括變極調速和變頻調速，除此之外，交流感應電動機還可以變轉差調速。變極調速不能連續調速，應用範圍有限。變頻調速需要使用和電機同容量的變頻器，成本高。變轉差調速又分為耗能型和回饋型變轉差調速，前者調速時的耗能很大，運行效率低，使用範圍也有限；後者可以將電機調速時的轉差能量回送電源，運行效率高，如串極調速和雙饋調速系統。目前雙饋調速交流感應電機轉子上有一套三相繞組，通過集電環和電刷將轉子三相繞組與電能變換器連接，並通過電能變換器與交流電網交換能量，調節電機的轉速。為了消除集電環和電刷之間的磨損和運行的不可靠性，20世紀初Hunt提出原型自級聯電機，並於70年代由Broadway等人改進成為無刷雙饋電機；WallaceAlanK於1994年設計一種無刷雙饋電機，見WallaceAlanK，ADesignProcedureFortheBmshlessDoubly-FedMachineAdjustableSpeedDrive.ICEM，1994，該電機定子上有功率繞組和控制繞組，通過能量變換器調節控制繞組與交流電網之間的能量流動，達到調節電機轉速的目的。這種電機只有一個機械埠，原動機不能直接傳遞能量到負載o7上世紀90年代，瑞典皇家工學院的Nordhmd等人提出一種雙機械埠電機，於2005年發表論文，見E.Nordkmd，TheFour-QuadrantTransducerSystemforHybridElectricVehicles.Doctor'sthesis,RoyalInstituteof4Technology,Stockholm,May,2005,ISBN91-7178-057-2,ISSN1650-674X。該電機有兩個轉子，一個轉子(內轉子)與原動機相聯，另一個轉子(外轉子)與負載相聯，原動機可以直接傳遞機械能到負載，調節電機內轉子和定子之間的能量流動，可以調節電機轉速，這種電機能量變化靈活多樣，而且電能變換器的容量通常也可以不用達到系統總的容量，降低了電能變換器的成本。但這種電機內轉子繞組需要通過集電環和電刷引出電流，造成電機運行效率下降、可靠性降低以及經常需要對電刷等部件進行維護等出^i山弊頓。中國專利ZL200720087223.1公布了一種無刷雙機械埠電機，該技術方案提出一種內轉子上有兩套繞組，外轉子上內外側各貼有一套永磁體，定子上有兩套繞組的結構。從電氣原理來看，此結構相當於一臺永磁同步發電機、一臺永磁同歩電動機和一臺繞線式異步電機的結合體。此結構從原理上可以解決由集電環和電刷引起的一系列問題，但是其使用繞組數量多，繞組利用率低，電機體積較大。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種無刷雙饋雙機械埠電機，提高了繞組利用率，減小了電機的體積。本實用新型的技術方案為一種徑向磁場的無刷雙饋雙機械埠電機，由機械部分和電氣部分組成，機械部分由內向外依次包括內轉子l、外轉子2和定子3，電氣部分包括定子繞組、外轉子繞組和交一直一交電能變換器4，所述內轉子外表面裝有一套永磁體9;所述定子繞組包括定子功率繞組10和定子控制繞組6;所述外轉子繞組包括獨立外轉子控制繞組8和外轉子複合繞組7，所述外轉子複合繞組7的各相繞組由至少一個線圈串聯構成，每個線圈由兩個導體並聯構成，各相繞組埠與獨立外轉子控制繞組反相序相連，在電機運行時，外轉子複合繞組7對外同時表現出兩種極對數，兩種極數的磁場相互正交，互不影響，在電氣上完全獨立；獨立外轉子控制繞組8與內轉子永磁體9相對應，它們之間的磁場相互耦合；外轉子複合繞組7—方面與定子控制繞組6對應，它們之間的磁場相互耦合；另一方面與定子功率繞組IO對應，它們之間的磁場相互耦合；定子功率繞組10和定子控制繞組6通過交一直一交電能變換器相連接。所述交—直一交電能變換器包括整流器和逆變器，整流器交流側與定子控制繞組電氣連接，逆變器交流側與定子功率繞組電氣連接，整流器和逆變器的直流側互相電氣連接。作為本實用新型的改進，所述整流器和逆變器之間並聯直流電源，直流電源為蓄電池、超級電容和直流電網中的一種。本實用新型的技術效果體現為(1)本實用新型將永磁體貼於內轉子外表面，且只有一套，外轉子上有兩套繞組，將電機磁場設計在同一軸向坐標上，減小了電機的軸向長度，減小了電機軸向上的體積。(2)本新型結構採用了一種繞組復用的技術，即由一套繞組通過特定的接法實現兩套功能不同的、電氣上不相連的繞組的功能，提高了繞組利用率，也在徑向方向上減小了電機體積。圖l為本實用新型結構示意圖；圖2為本實用新型電氣原理圖；圖3為本實用新型外轉子複合繞組接法示意圖。具體實施方式如圖l，圖2所示，本實用新型由機械部分和電氣部分組成，機械部分包括由內向外依次裝設的內轉子l、外轉子2和定子3，內轉子的外表面貼裝永磁體9，外轉子2與內轉子1和定子3通過軸承轉動連接，內轉子l與外轉子2和定子3通過軸承轉動連接，內轉子軸與內燃機相連，作為動力輸入；外轉子軸與機械負載相連，作為動力輸出；電氣部分包括定子繞組、外轉子繞組和電能變換器，所述定子繞組包括定子功率繞組10和定子控制繞組6;所述外轉子繞組包括第一外轉子控制繞組8，第二轉子控制繞組7-1和外轉子功率繞組7-2。通過繞組復用技術，第二外轉子控制繞組7-1與外轉子功率繞組7-2的功能採用一套繞組7來實現，而且滿足第二外轉子控制繞組和外轉子功率繞組電氣上不相連的要求。因此，從繞組使用情況看，可將第一外轉子控制繞組8稱為獨立外轉子控制繞組8，將第二轉子控制繞組7-1稱為非獨立第二轉子控制繞組7-l。所述繞組復用的技術，見王雪帆，利用串級聯接調速原理的變極起動繞線轉子感應電動機，中國電機工程學報，Vo1.24，No.5，May2004，具體接法如圖3所示，外轉子複合繞組7包括A、B、C相繞組，每相繞組由至少一個線圈串聯構成，每個線圈又由兩個導體並聯構成，其中A，B，C相埠與獨立外轉子控制繞組8反相序相連。線圈的數量依據所需電機磁場極對數確定。對於p對極的繞線式電機和q對極的鼠籠式電機，A，B，C埠通入p極感應電流，定子功率繞組在此外轉子繞組中感應出q極感應電流。對於每個線圈中的兩個導體，p極感應電流同向流過，而q極感應電流反向流過，即q極感應電流在每個線圈小迴路中形成環流。運用此繞組接法，在電機運行情況下，一套繞組能夠同時對外表現出兩種極對數，兩種極數的磁場相互正交，互不影響，在電氣上完全獨立。即用一套繞組實現了兩套繞組的功能，運用此種接法即可提高繞組利用率。定子3的兩套繞組通過交—直一交電能變換器4相連接，外轉子兩套控制繞組直接內部反相序串聯。內轉子永磁體9與獨立外轉子控制繞組8相對應，它們之間的磁場相互耦合，組成一臺永磁同步發電機；非獨立外轉子控制繞組7-1與定子控制繞組6對應，它們之間的磁場相互耦合，組成一臺繞線式異步電機；非獨立外轉子功率繞組7-2與定子功率繞組10對應，它們之間的磁場相互耦合，組成一臺鼠籠式異步電機；內燃機作為原動機旋轉帶動永磁同步發電機發電，由於在電動汽車運行的絕大部分時間裡，內轉子1轉速高於外轉子2轉速，故僅有一部分能量直接傳遞給外轉子用於拖動負載旋轉，其餘能量可以通過獨立外轉子控制繞組8與定子控制繞組6的相互感應通過整流器4-1儲存到直流電源5中。當負載轉矩增加時，可以從直流電源5中取出能量，通過逆變器4-2供給鼠籠電機，提供附加轉矩，從而使總轉矩與負載轉矩平衡。交一直一交電能變換器4包括整流器4-1和逆變器4-2，整流器4-1交流側與定子控制繞組6電氣連接，逆變器4-2交流側與定子功率繞組10電氣連接，整流器和逆變器的直流側互相電氣連接。整流器4-1和逆變器4-2之間可以並聯直流電源5，調整電機輸入和輸出機械功率之間的不平衡。對於混合動力電動汽車來講，內燃機經常因為受到負載工況的影響而頻繁改變工作點，但大部分工作點又不是內燃機工作的高效率點，所以導致內燃機效率低下，能量損耗嚴重，但是採用無刷雙機械埠電機作為傳動系統，內燃機可以工作在一個固定的工作點，而負載的工況卻可以任意調節，從而使輸入和輸出之間沒有直接的機械聯繫，內燃機可以長期工作在高效率工作點，從而提高燃料利用率，降低損耗。而且在電能變換器中間直流環節加入蓄電池，更可以使輸入功率和輸出功率不一定要相等。由蓄電池彌補輸入同輸出之間的功率差，內燃機的功率也可以不需要隨負載工況快速變化而變化，從而可以有效地保證負載工況頻繁變動的情況下內燃機始終工作於高效區。權利要求1.一種徑向磁場的無刷雙饋雙機械埠電機，由機械部分和電氣部分組成，機械部分由內向外依次包括內轉子(1)、外轉子(2)和定子(3)，電氣部分包括定子繞組、外轉子繞組和交-直-交電能變換器(4)，其特徵在於所述內轉子外表面裝有一套永磁體(9)；所述定子繞組包括定子功率繞組(10)和定子控制繞組(6)；所述外轉子繞組包括獨立外轉子控制繞組(8)和外轉子複合繞組(7)，外轉子複合繞組(7)為三相對稱Y型繞組，其各相繞組由一個或以上的線圈串聯構成，每個線圈由兩個導體並聯構成，各相繞組埠與所述獨立外轉子控制繞組反相序相連，在電機運行時，外轉子複合繞組(7)對外同時表現出兩種極對數，兩種極數的磁場相互正交，互不影響，在電氣上完全獨立；獨立外轉子控制繞組(8)與內轉子永磁體(9)相對應，它們之間的磁場相互耦合；外轉子複合繞組(7)一方面與定子控制繞組(6)對應，它們之間的磁場相互耦合；另一方面與定子功率繞組(10)對應，它們之間的磁場相互耦合；定子功率繞組(10)和定子控制繞組(6)通過交-直-交電能變換器相連接。2.如權利要求1所述的一種徑向磁場的無刷雙饋雙機械埠電機，其特徵在於所述交一直一交電能變換器(4)包括整流器和逆變器，整流器交流側與定子控制繞組(6)電氣連接，逆變器交流側與定子功率繞組(10)電氣連接，整流器和逆變器的直流側互相電氣連接。3.如權利要求2所述的一種徑向磁場的無刷雙饋雙機械埠電機，其特徵在於所述整流器和逆變器之間並聯直流電源，所述直流電源為蓄電池、超級電容和直流電網中的一種。專利摘要本實用新型提供了一種徑向磁場的無刷雙饋雙機械埠電機，屬於交流電機及其控制
技術領域：
。本實用新型由機械部分和電氣部分組成，機械部分由內向外依次包括內轉子、外轉子和定子，電氣部分包括定子繞組、外轉子繞組和交—直—交電能變換器；內轉子外表面貼有一套永磁體，外轉子繞組包括獨立外轉子控制繞組和外轉子複合繞組，外轉子複合繞組本身為一套繞組，但通過繞組復用技術實現兩套不同的、電氣上不相連的繞組功能。獨立外轉子控制繞組與內轉子永磁體間的磁場相互耦合；外轉子複合繞組一方面與定子控制繞組間的磁場相互耦合，另一方面與定子功率繞組的磁場相互耦合，兩磁場相互解耦。本實用新型減少了繞組使用數量，提高了繞組利用率，減小了電機的體積。文檔編號H02K16/02GK201323515SQ20082019357公開日2009年10月7日申請日期2008年12月9日優先權日2008年12月9日發明者萬山明,珽龐,驍陳,黃聲華申請人:華中科技大學