[實用新型]一種軸向磁場的無刷雙饋雙機械端口電機

無效

• 申請號: 200820193571.1
• 申請日: 2008-12-09
• 公開（公告）號: CN201323512Y
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 陳驍;黃聲華;萬山明;龐珽;楊杰;高金萍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02K16/02
• 分類號: H02K16/02;H02K3/28;H02K11/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本實用新型屬于交流電機及其控制技術領域，具體涉及兩種新型結構的雙轉子無電刷饋電的雙機械端口電機。

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，應用范圍有限。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，使用范圍也有限；后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，并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并于70年代由Broadway等人改進成為的無刷雙饋電機；Wallace?Alan?K于1994年設計一種無刷雙饋電機，見Wallace?Alan?K，A?Design?Procedure?For?the?Brushless?Doubly-FedMachine?Adjustable?Speed?Drive.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，可以調節電機轉速。這種電機只有一個機械端口，原動機不能直接傳遞能量到負載。

上世紀90年代，瑞典皇家工學院的Nordlund等人提出一種雙機械端口電機，于2005年發表論文，見E.Nordlund，The?Four-Quadrant?TransducerSystem?for?Hybrid?Electric?Vehicles.Doctor’s?thesis，Royal?Institute?ofTechnology，Stockholm，May，2005，ISBN?91-7178-057-2，ISSN?1650-674X。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弊端。

華中科技大學的黃聲華教授等提出了一種無刷雙饋雙機械端口電機，(發明專利號：ZL?2007?2?0087223.1)，文中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，此結構相當于一臺永磁同步發電機、一臺永磁同步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于提出一種軸向磁場的無刷雙饋雙機械端口電機，提高了繞組利用率，減小了電機的體積。

一種軸向磁場的無刷雙饋雙機械端口電機，由機械部分和電氣部分組成，機械部分包括定子3，以及位于定子3內部且并排對立的內轉子1和外轉子2，內轉子1靠近外轉子2的一側裝有內轉子永磁體9；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，其特征在于：

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和外轉子復合繞組7，外轉子復合繞組7的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并聯構成，各相繞組端口與所述獨立外轉子控制繞組8反相序相連，在電機運行時，外轉子復合繞組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；外轉子復合繞組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。

作為本實用新型的改進，所述交-直-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。

作為本實用新型的進一步改進，所述整流器和逆變器之間并聯直流電源，所述直流電源為蓄電池、超級電容和直流電網中的一種。