一種磁阻式無刷雙饋發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁阻式無刷雙饋發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]無刷雙饋電機(jī)要想有較好的性能，關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)子。近年來無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)主要有磁阻式轉(zhuǎn)子、特殊籠型轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。磁阻式轉(zhuǎn)子、特殊籠型轉(zhuǎn)子的工作原理是對(duì)定子繞組產(chǎn)生的兩種極對(duì)數(shù)磁場(chǎng)均可在同一轉(zhuǎn)子回路中同時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。目前認(rèn)為制約無刷雙饋電機(jī)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的瓶頸在于轉(zhuǎn)子繞組的性能。特殊籠型轉(zhuǎn)子繞組是根據(jù)“共軛”原理設(shè)計(jì)的，也即對(duì)無刷雙饋電機(jī)所要求的轉(zhuǎn)子兩種極數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)保留兩種極數(shù)下感應(yīng)電勢(shì)均同相的籠條導(dǎo)體，去掉不同相的籠條導(dǎo)體，而這樣必然會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子導(dǎo)體利用率低，諧波含量大，造成電機(jī)運(yùn)行效率低下，不能很好的實(shí)現(xiàn)無刷雙饋電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)子的要求。對(duì)于遠(yuǎn)極比轉(zhuǎn)子更是難以處理?，F(xiàn)有的繞線式轉(zhuǎn)子繞組通常采用兩種繞法，一種是線圈等跨距而匝數(shù)等匝分布，一種是若干組的同心式等匝數(shù)分布，這兩種繞法的跨距和匝數(shù)均沒有按照諧波原理靈活改變線圈的跨距以及匝數(shù)，因此存在轉(zhuǎn)子繞組與定子的功率繞組和控制繞組兩級(jí)繞組的感應(yīng)電勢(shì)不同相的線圈較多，因此高次磁動(dòng)勢(shì)諧波的百分比較大，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子繞組諧波漏抗也較大。上述繞線式的兩種方法對(duì)于遠(yuǎn)極比的電機(jī)也是很難處理。磁阻式轉(zhuǎn)子部分損耗小，電機(jī)效率高，但需要無功勵(lì)磁電流，因此其功率密度偏低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種功率密度高、高次諧波阻抗小、效率高的磁阻式無刷雙饋發(fā)電機(jī)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子上布置有相互獨(dú)立的極對(duì)數(shù)為P1和極對(duì)數(shù)為P 2的控制繞組，所述轉(zhuǎn)子為反應(yīng)式磁阻式結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)子直軸上布置有多組繞線式繞組，所述轉(zhuǎn)子繞組的分組數(shù)m和直軸數(shù)η的個(gè)數(shù)相同，且m滿足關(guān)系式:m = Pl+P2，所述轉(zhuǎn)子鐵芯疊片的虛擬槽數(shù)為Zr= K(p Ap2)，其中K為正整數(shù)；所述轉(zhuǎn)子鐵芯疊片的每個(gè)直軸部分設(shè)有H個(gè)轉(zhuǎn)子槽，其中H < K，相鄰的轉(zhuǎn)子槽構(gòu)成一個(gè)直軸槽號(hào)組，所述轉(zhuǎn)子采用反應(yīng)式磁阻式結(jié)構(gòu)。
[0005]所述轉(zhuǎn)子采用內(nèi)反應(yīng)式磁阻式結(jié)構(gòu)，通過在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)側(cè)的鐵芯疊片上開孔形成磁阻效應(yīng)。
[0006]所述轉(zhuǎn)子采用外反應(yīng)式磁阻式結(jié)構(gòu)，通過在轉(zhuǎn)子鐵芯疊片圓周上開槽形成磁阻效應(yīng)。
[0007]所述轉(zhuǎn)子采用內(nèi)、外反應(yīng)式磁阻式結(jié)構(gòu)，通過在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)側(cè)的鐵芯疊片上開孔和圓周上開槽形成復(fù)合磁阻效應(yīng)。
[0008]所述轉(zhuǎn)子槽內(nèi)側(cè)的開孔為弧形結(jié)構(gòu)，該弧形開孔沿直軸對(duì)稱分布。
[0009]所述圓周上的開槽為U形結(jié)構(gòu)，該U形開槽的開口向外且沿直軸對(duì)稱分布。
[0010]所述弧形開孔通過直軸分為多組，每組的弧形開孔至少兩個(gè)且為同心設(shè)置。
[0011]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明依據(jù)齒諧波原理，將現(xiàn)有磁阻式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)改為繞線輔助的磁阻式結(jié)構(gòu)。在利用磁阻式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)具有高效優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服了磁阻式無刷雙饋電機(jī)無功勵(lì)磁電流大的缺點(diǎn)，從而提高了其功率密度。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明當(dāng)轉(zhuǎn)子采用內(nèi)反應(yīng)式磁阻結(jié)構(gòu)時(shí)繞線輔助磁阻式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖2為本發(fā)明當(dāng)轉(zhuǎn)子采用外反應(yīng)式磁阻結(jié)構(gòu)時(shí)繞線輔助磁阻式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖3為本發(fā)明當(dāng)轉(zhuǎn)子采用內(nèi)、外反應(yīng)式磁阻結(jié)構(gòu)時(shí)繞線輔助磁阻式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖4為本發(fā)明當(dāng)轉(zhuǎn)子虛擬槽數(shù)ττ= 48，P != I槽號(hào)相位圖與4相槽號(hào)相位分布圖；
[0016]圖5為本發(fā)明當(dāng)轉(zhuǎn)子虛擬槽數(shù)ττ= 48，P 2= 3槽號(hào)相位圖與4相槽號(hào)相位分布圖；
[0017]圖6為本發(fā)明當(dāng)轉(zhuǎn)子虛擬槽數(shù)Z1= 48，P !/P2= 1/3，轉(zhuǎn)子繞組連接圖；
[0018]圖7為本發(fā)明當(dāng)轉(zhuǎn)子虛擬槽數(shù)4= 48，P /P2= 1/3，任一轉(zhuǎn)子直軸槽號(hào)組對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子槽中導(dǎo)體數(shù)及分布圖；
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了闡述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0020]本實(shí)施例中選取一臺(tái)功率繞組的極對(duì)數(shù)為P1= I的無刷雙饋電機(jī)，選取控制繞組的極對(duì)數(shù)為P2= 3，定子采用目前常用的2套獨(dú)立繞組繞制形式。磁阻式無刷雙饋電機(jī)的凸極數(shù)為M = PJP2= 4，圖1為轉(zhuǎn)子采用內(nèi)反應(yīng)式磁阻結(jié)構(gòu)時(shí)繞線輔助磁阻式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖，由于該材料的存在使得電機(jī)轉(zhuǎn)子dq軸磁導(dǎo)率不同，電機(jī)dq軸磁路的磁阻不相等，所以形成磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0021]圖1為本發(fā)明的第一種實(shí)施方式，如圖1所示，取K = 12，則轉(zhuǎn)子虛擬槽數(shù)為ττ =K(PfP2) = 12Χ (1+3) = 48。也就是每12個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子虛擬槽構(gòu)成一個(gè)最大虛擬槽號(hào)組。增加槽數(shù)也會(huì)帶來繞組分布系數(shù)降低，由圖4可以看出12個(gè)連續(xù)相鄰的槽號(hào)在3對(duì)極槽號(hào)相位圖下的跨距為247.5°電角度，同理，不難證明12個(gè)連續(xù)相鄰的槽號(hào)在I對(duì)極槽號(hào)相位圖下的跨距為82.5°電角度，如圖5所示。顯然，電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的分布系數(shù)和繞組系數(shù)都比較低。為了改善這一點(diǎn)，可采用丟棄部分邊緣槽號(hào)的方法。
[0022]這里通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，I對(duì)極的轉(zhuǎn)子整距為T1= 24槽，3對(duì)極的轉(zhuǎn)子整距為τ 2=8槽，顯然τι=3τ2。當(dāng)線圈跨距取為y= T1= 24槽時(shí)，對(duì)1、3兩種極對(duì)數(shù)繞組線圈的短距系數(shù)均比較大。由電機(jī)學(xué)基本原理知，為消弱高次諧波，電機(jī)線圈跨距常采用短距結(jié)構(gòu)；正弦繞組結(jié)構(gòu)可以提高電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組系數(shù)。這里A相5、6、7、8四個(gè)轉(zhuǎn)子槽內(nèi)依次崁入線圈跨距為Y1= 20槽、匝數(shù)N1= 18的轉(zhuǎn)子線圈；為增強(qiáng)轉(zhuǎn)子繞組的正弦性，A相5、6兩個(gè)轉(zhuǎn)子槽內(nèi)再依次崁入線圈跨距為y2= 22槽、匝數(shù)N2= 9的轉(zhuǎn)子線圈。其余各相與A相相似，為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。顯然，這種繞組結(jié)構(gòu)方式繞組所形成I對(duì)極的繞組系數(shù)較高，而3對(duì)極的繞組系數(shù)較低，則由此引起定子、轉(zhuǎn)子3對(duì)極耦合強(qiáng)度較弱。為改善這一狀況，可以通過選取合適的轉(zhuǎn)子槽號(hào)，嵌入一定匝數(shù)的線圈，并通過選擇3對(duì)極對(duì)應(yīng)的線圈跨距，可以達(dá)到增大3對(duì)極繞組系數(shù)的目的。如圖4、圖5所示，A相選擇的轉(zhuǎn)子槽號(hào)為12、13、14，三個(gè)轉(zhuǎn)子槽內(nèi)依次崁入線圈跨距為y3= 7槽、匝數(shù)N3= 9的轉(zhuǎn)子線圈，這里12、13、14取負(fù)號(hào)，表示線圈反向連接。其余各相與A相相似，為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。顯然這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，每段的邊緣槽號(hào)較少，中間位置槽號(hào)較多，即轉(zhuǎn)子繞組比較集中，由電機(jī)學(xué)基本原理知:電機(jī)繞組的分布系數(shù)較大。進(jìn)而可以使得繞組系數(shù)顯著提高。
[0023]轉(zhuǎn)子繞組連接圖，如圖6所示，圖6中上標(biāo)表示線圈匝數(shù)，下標(biāo)表示線圈跨距。顯然，有部分轉(zhuǎn)子線圈沒有得到圖7為任一轉(zhuǎn)子直軸槽號(hào)組對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子槽中導(dǎo)體數(shù)及線圈分布。
[0024]上述繞線式結(jié)構(gòu)中，有部分轉(zhuǎn)子槽沒有得到應(yīng)用，去除這部分轉(zhuǎn)子槽，得到實(shí)際使用的轉(zhuǎn)子槽數(shù)。
[0025]本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子采用內(nèi)反應(yīng)式磁阻式結(jié)構(gòu)，是通過在位于轉(zhuǎn)子槽11同側(cè)的鐵芯疊片I上開設(shè)有若干個(gè)開孔12形成，該開孔12位于轉(zhuǎn)子槽11的內(nèi)側(cè)且不與轉(zhuǎn)子槽11交叉接觸。開孔12為非導(dǎo)磁非導(dǎo)電材料，由于該結(jié)構(gòu)中非導(dǎo)磁非導(dǎo)電材料位于電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部，因此稱為內(nèi)反應(yīng)式磁阻結(jié)構(gòu)。
[0026]為了提高發(fā)電機(jī)的發(fā)電效果，開孔12為弧形結(jié)構(gòu)，該弧形開孔12沿直軸對(duì)稱分布。所述弧形開孔12通過直軸分為多組，每組的弧形開孔12至少兩個(gè)且為同心設(shè)置，在本實(shí)施例中每組的弧形開孔12為兩個(gè)。
[0027]圖2為本發(fā)明的第二種實(shí)施方式，如圖2所示，本實(shí)施例中轉(zhuǎn)子采用外反應(yīng)式磁阻式結(jié)構(gòu)，通過在轉(zhuǎn)子鐵芯疊片圓周上設(shè)開槽13形成形成凸極結(jié)構(gòu)，電機(jī)dq軸磁路的磁阻不相等，形成磁阻轉(zhuǎn)矩。該開槽13為U形結(jié)構(gòu)，其開口向外且沿直軸對(duì)稱分布。由于該結(jié)構(gòu)中非導(dǎo)磁非導(dǎo)電材料位于電機(jī)轉(zhuǎn)子外圓處，因此稱為外反應(yīng)式磁阻結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，除了開槽13的位置與實(shí)施例1不同之外，其他結(jié)構(gòu)均相同。
[0028]圖3為本發(fā)明的第三種實(shí)施方式，如圖3所示，本實(shí)施例是采用內(nèi)、外反應(yīng)式磁阻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為實(shí)施I和實(shí)施例2的復(fù)合結(jié)構(gòu)，即分別在轉(zhuǎn)子槽11內(nèi)側(cè)的鐵芯疊片上I設(shè)開孔12和圓周邊緣處設(shè)開槽13，本實(shí)施例除了開孔12和開槽13的位置實(shí)施例2不同之夕卜，其他結(jié)構(gòu)均相同。
[0029]本發(fā)明中，轉(zhuǎn)子槽11沿反應(yīng)式磁阻結(jié)構(gòu)的直軸對(duì)稱分布。繞線式結(jié)構(gòu)與磁阻式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)結(jié)合，構(gòu)成了繞線輔助磁阻式無刷雙饋電機(jī)，同時(shí)，依據(jù)齒諧波原理，將現(xiàn)有磁阻式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)改為繞線輔助的磁阻式結(jié)構(gòu)。在利用磁阻式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)具有高效優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服了磁阻式無刷雙饋電機(jī)無功勵(lì)磁電流大的缺點(diǎn)，從而提高了其功率密度。
[0030]以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁阻式無刷雙饋發(fā)電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子上布置有相互獨(dú)立的極對(duì)數(shù)為P1和極對(duì)數(shù)為P 2的控制繞組，所述轉(zhuǎn)子為反應(yīng)式磁阻式結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)子直軸上布置有多組繞線式繞組，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子繞組的分組數(shù)m和直軸數(shù)η的個(gè)數(shù)相同，且m滿足關(guān)系式:m = PAP2,所述轉(zhuǎn)子鐵芯疊片的虛擬槽數(shù)為Zr= K (P i+p2)，其中K為正整數(shù)；所述轉(zhuǎn)子鐵芯疊片的每個(gè)直軸部分設(shè)有H個(gè)轉(zhuǎn)子槽，其中H < K，相鄰的轉(zhuǎn)子槽構(gòu)成一個(gè)直軸槽號(hào)組，所述轉(zhuǎn)子采用反應(yīng)式磁阻式結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻式無刷雙饋發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子采用內(nèi)反應(yīng)式磁阻式結(jié)構(gòu)，通過在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)側(cè)的鐵芯疊片上開孔形成磁阻效應(yīng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻式無刷雙饋發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子采用外反應(yīng)式磁阻式結(jié)構(gòu)，通過在轉(zhuǎn)子鐵芯疊片圓周上開槽形成磁阻效應(yīng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻式無刷雙饋發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子采用內(nèi)、外反應(yīng)式磁阻式結(jié)構(gòu)，通過在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)側(cè)的鐵芯疊片上開孔和圓周上開槽形成復(fù)合磁阻效應(yīng)。5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的磁阻式無刷雙饋發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子槽內(nèi)側(cè)的開孔為弧形結(jié)構(gòu)，該弧形開孔沿直軸對(duì)稱分布。6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的磁阻式無刷雙饋發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述圓周上的開槽為U形結(jié)構(gòu)，該U形開槽的開口向外且沿直軸對(duì)稱分布。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁阻式無刷雙饋發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述弧形開孔通過直軸分為多組，每組的弧形開孔至少兩個(gè)且為同心設(shè)置。
【專利摘要】本發(fā)明屬于涉及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁阻式無刷雙饋發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)特征在于：定子上嵌放有兩套定子繞組，分別為功率繞組和控制繞組，功率繞組的出線端連接到工頻電網(wǎng)，控制繞組的出線端連接到雙向逆變器；雙向逆變器的進(jìn)線端與功率繞組的出線端一起接到工頻電網(wǎng)；轉(zhuǎn)子是磁阻和繞線型混合轉(zhuǎn)子，在磁阻式轉(zhuǎn)子的直軸兩側(cè)開孔或開槽，槽內(nèi)布置有繞線式轉(zhuǎn)子繞組；轉(zhuǎn)子采用徑向疊片；轉(zhuǎn)子采用內(nèi)、外反應(yīng)式磁阻結(jié)構(gòu)；這種結(jié)構(gòu)可以增加凸極效應(yīng)，增大交軸磁阻，減少直軸磁阻，便于磁通沿著有利于磁場(chǎng)調(diào)制的路徑流通，改善電機(jī)的性能，使得對(duì)定子兩套繞組耦合能力實(shí)現(xiàn)最大化，具有高功率密度和優(yōu)良動(dòng)態(tài)性能，并目便于加工制造。
【IPC分類】H02K17/42
【公開號(hào)】CN105024510
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510447475
【發(fā)明人】黃長(zhǎng)喜, 闞超豪, 胡存剛
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué), 安徽大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年7月24日