一種雙定子單籠障轉子無刷電勵磁同步電機制造技術

本實用新型專利技術涉及一種模塊化單籠障轉子耦合雙定子自勵磁同步電機。其特征在于：轉子內外兩側分別安放內、外定子，每個定子靠近轉子側的槽內均安放三相對稱電樞繞組和單相對稱勵磁繞組；轉子內外表面均由籠障轉子模塊通過定位槽與套筒組合成一個內外兩側都有凸極型的轉子；籠障轉子模塊在靠近定子側表面開有多個徑向梯形槽，具有數個不等的階梯槽寬，槽內放入短路籠條；相鄰籠障轉子模塊相接處為階梯型豁口，模塊拼接后在其相接處形成公共梯形槽，槽底部的間隙深度達到套筒表面，槽內放入公共籠條；其目的在于提出了一種既便于加工制造，又可定子側自勵磁，從而具有高可靠性和優良穩態與動態性能的新型模塊化單籠障轉子耦合雙定子自勵磁同步電機。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

:本技術涉及一種交流電機，特別是一種雙定子單籠障轉子無刷電勵磁同步電機及其控制方法。該電機既可作電動機運行，又可作發電機運行。技術背景:雙定子單籠障轉子無刷電勵磁同步電機有2個定子，每個定子上都有2p極的單相對稱電樞繞組和2q極的三相對稱勵磁繞組(或者2q極的三相對稱電樞繞組和2p極的單相對稱勵磁繞組)，且滿足2p_2q ^ 4，兩套繞組之間的耦合是由p^p+q對極特殊設計的轉子來實現的，因此該種電機無需安裝電刷滑環，即可通過勵磁繞組磁場與電樞繞組磁場的相互作用實現機電能量轉換，與常規同步電機相比電機運行可靠性高、維護成本低。可用于該種電機的轉子結構主要包括繞線式和磁阻式兩大類。其中繞線式包括單層同心式短路繞組，齒諧波雙層分布繞組；磁阻類包括具有齒槽的徑向疊片凸極磁阻轉子、軸向疊片磁阻轉子。繞線類轉子結構的優點是制造工藝與常規電機類似，缺點是對定子兩套繞組的耦合完全是以犧牲轉子繞組銅耗為代價的，而且對定子兩套繞組耦合能力欠佳，電機的動態性能也較差，而齒諧波雙層分布繞組的工藝性欠佳。磁阻類轉子的優點是轉子上沒有任何銅損耗，對定子兩套繞組耦合能力和加工復雜程度各異。具有齒槽的徑向疊片凸極磁阻轉子易于加工，但對定子兩套繞組的耦合效果欠佳；軸向疊片磁阻轉子的耦合能力強，但制造工藝復雜，在大型定子雙繞組交流電機中應用困難。
技術實現思路
專利技術目的:本技術提供一種雙定子單籠障轉子無刷電勵磁同步電機及其控制方法，其目的在于提出了一種既便于加工制造，又可使得對每個定子兩套繞組耦合能力實現最大化，從而具有高功率密度和優良穩態與動態性能的新型雙定子單籠障轉子無刷電勵磁同步電機結構，同時也大大提高 了該種交流電機的抗擾動能力。技術方案:本技術采用以下技術方案:雙定子單籠障轉子無刷電勵磁同步電機，主要包括內定子、外定子、轉子、可控直流電源，其特征在于:電機沿徑向由內而外依次為內定子、轉子、外定子，內定子通過轉軸上的定位銷與轉軸固定在一起，其中內定子和外定子上都安放2p極的三相對稱電樞繞組和2q極的單相對稱勵磁繞組，電樞繞組的極數和勵磁繞組的極數亦可互換，但均滿足2p-2q ^ 4 ;轉子內外表面都采用K個相同的籠障轉子模塊沿圓周方向拼成一個每個表面都具有K個凸極型的轉子，每個籠障轉子模塊靠近中心側通過定位槽與非導磁材料制成的套筒相連；每個籠障轉子模塊靠近定子的表面開有多個徑向梯形槽，徑向梯形槽間距可以相等也可以不等，每個梯形槽沿徑向具有數個不等的階梯槽寬，每個梯形槽內放入若干根導體組成短路籠條；相鄰籠障轉子模塊相接處為階梯型豁口，相鄰籠障轉子模塊拼接后在其相接處形成h個公共梯形槽，且該槽底部的模塊間隙深度一直達到套筒表面，每個公共梯形槽沿徑向具有數個不等的階梯槽寬，每個公共梯形槽內放入若干根導體組成公共籠條；公共籠條和短路籠條分別采用端部導電環連接形成導電回路；籠障轉子模塊中心處開有多組切向隔磁層，分別與各自兩側嵌放短路籠條的梯形槽組合形成多組徑向疊片磁障，在籠障轉子模塊內形成多個導磁層。電樞繞組與電網相連，勵磁繞組與可控直流電源相連。放置公共籠條和短路籠條的梯形槽的槽口處開有內豁口并嵌放槽楔；公共籠條端部鏈接形式可以為:端部導電環將公共梯形槽內同層的公共籠條兩側端部全部連在一起；也可以將公共梯形槽內單層公共籠條分成兩部分，兩部分公共籠條分別與相鄰公共梯形槽內同層的公共籠條通過端部導電環相連；也可以將公共梯形槽內外層公共籠條與單側相鄰公共梯形槽內的內層公共籠條通過端部導電環相連；也可以在相鄰兩個公共梯形槽內放置多匝線圈導體；短路籠條端部連接形式可以為:以籠障轉子模塊徑向對稱線為中心，將兩側相對應的同層短路籠條端部通過導體相連，形成多組獨立的同心式環形導電回路；也可以將外層短路籠條與相對應梯形槽的內層短路籠條通過導體相連，形成多組獨立的交叉型同心式環形回路；也可以在相對應的兩個同層梯形槽內放置多匝線圈導體，同一轉子模塊上的多組線圈導體匝數可以相同也可不同。籠障轉子兩端裝有壓板，壓板與轉子間加絕緣層隔離，壓板上鉆有與籠障轉子定位孔位置相同的定位孔，非導磁材料制成的壓緊螺桿沿軸向穿過全部定位孔，在壓板兩端利用螺母壓緊固定。整個轉子安裝繞組后余下的公共梯形槽縫隙和模塊內磁障縫隙內可澆注耐高溫非導磁材料或者不澆筑。優點效果:本實用 新型提供一種新型雙定子單籠障轉子無刷電勵磁同步電機，該種交流電機具有定子兩套繞組的耦合能力強、功率密度和機電能量轉換效率高、結構模塊化、工藝簡單、便于制成大型交流電機等顯著優點。本技術的有益效果是:該電機的轉子采用徑向疊片磁障和多組籠條復合式結構，在進一步改善轉子磁耦合能力的同時，可有效降低氣隙磁場諧波和損耗，提高電機的功率密度和運行性能；轉子疊片沿徑向疊壓，可以減少轉子鐵芯中的渦流損耗，提高電機效率；凸極中心線處放置導電籠條，采用分層設計，可有效克服感應電流的集膚效應；勵磁繞組安放在定子側實現無刷勵磁，與常規同步電機相比，無需安裝同軸勵磁系統或電刷滑環裝置，電機可靠性提高；沿轉子一周由K個完全相同的疊片組構成，這樣的對稱結構可實現僅加工一種疊片就可以組裝成整個轉子，因而大大減少了工藝成本，便于批量生產。該種新型復合轉子具有結構新穎、工藝簡單、成本低廉、機械強度高、運行可靠、結構模塊化、便于產業化等方面的顯著優勢。附圖說明圖1為本技術雙定子單籠障轉子無刷電勵磁同步電機系統結構示意圖；圖2為本技術電機定子結構示意圖；圖3為本技術電機的一種轉子結構示意圖；圖4為本技術電機的一種轉子模塊結構示意圖；圖5為本技術電機轉子壓板結構示意圖；圖6為本技術電機公共籠條的一種端部連接方式示意圖；圖7為本技術電機公共籠條的一種端部連接方式展開圖；圖8為本技術電機公共籠條的第二種連接方式展開圖；圖9為本技術電機公共籠條的第三種連接方式端部鏈接圖；圖10為本技術電機短路籠條一種連接方式示意圖；圖11為本技術電機短路籠條第二種連接方式端部鏈接圖；圖12為本技術電機公共籠條和短路籠條安裝示意圖；圖13為本技術電機公共籠條和短路籠條的第二種連接方式展開圖；附圖標記說明:1.內定子；2.外定子；3.轉子；4.可控直流電源；5.電網；6.電樞繞組；7.勵磁繞組；8.轉軸；9.隔磁層；10.導磁層；11.公共籠條；12短路籠條；13.定位孔；14.定位槽；15.套筒；16.模塊間隙；17.槽楔；18.端部導電環。具體實施方式以下結合附圖對本技術進行具體說明:圖1為本技術雙定子單籠障轉子無刷電勵磁同步電機系統結構示意圖，該系統主要包括內定子1、外定子2、轉子3、可控直流電源4，電機沿徑向由內而外依次為內定子1、轉子3、外定子2,內定子與轉軸通過轉軸8上的定位銷與轉軸8固定在一起,其中內定子I和外定子2上都安放2p極的三相對稱電樞繞組6和2q極單相對稱勵磁繞組7，即為兩個電端口，兩個定子共四個電端口，電樞繞組6和勵磁繞組7極數亦可互換，但均滿足2p-2q ^ 4，，可實現同一定子兩套不同極數的繞組電磁耦合最大化。電樞繞組6與電網5相連，勵磁繞組7與可控直流電源4相連。通過可控直流電源4分別對內定子和外定子的勵磁繞組7提供可調節幅值的電壓，可以調節該電機電樞本文檔來自技高網...

【技術保護點】
雙定子單籠障轉子無刷電勵磁同步電機，主要包括內定子（1）、外定子（2）、轉子（3）、可控直流電源（4），其特征在于：電機沿徑向由內而外依次為內定子（1）、轉子（3）、外定子（2），內定子（1）通過轉軸（8）上的定位銷與轉軸固定在一起，其中內定子（1）和外定子（2）上都安放2p極的三相對稱電樞繞組（6）和2q極的單相對稱勵磁繞組（7），或者電樞繞組（6）的極數和勵磁繞組（7）的極數互換，且均滿足2p?2q≥4；轉子（3）內外表面都采用pr個相同的籠障轉子模塊沿圓周方向拼成一個每個表面都具有pr個凸極型的轉子，每個籠障轉子模塊靠近中心側通過定位槽（14）與非導磁材料制成的套筒（15）相連；每個籠障轉子模塊靠近定子的表面開有多個徑向梯形槽，徑向梯形槽間距相等或者不等，每個梯形槽沿徑向具有數個不等的階梯槽寬，每個梯形槽內放入若干根導體組成短路籠條（12）；相鄰籠障轉子模塊相接處為階梯型豁口，相鄰籠障轉子模塊拼接后在其相接處形成pr個公共梯形槽，且該槽底部的模塊間隙（16）深度一直達到套筒（15）表面，每個公共梯形槽沿徑向具有數個不等的階梯槽寬，每個公共梯形槽內放入若干根導體組成公共籠條（11）；公共籠條（11）和短路籠條（12）分別采用端部導電環（18）連接形成導電回路；籠障轉子模塊中心處開有多組切向隔磁層（9），分別與各自兩側嵌放短路籠條（12）的梯形槽組合形成多組徑向疊片磁障，在籠障轉子模塊內形成多個導磁層（10）。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉光偉，張鳳閣，賈廣隆，彭薇，宋雙，
申請(專利權)人：沈陽工業大學，
類型：實用新型
國別省市：