[發明專利]模塊化單籠障轉子雙定子四端口交流電機及其控制方法

有效

• 申請號: 201310109134.2
• 申請日: 2013-03-29
• 公開（公告）號: CN103166400A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 張鳳閣;金石;王秀平;朱連成;劉光偉
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H02K16/04
• 分類號: H02K16/04;H02K19/14;H02K19/16;H02K17/16;H02P21/00
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

技術領域：

本發明涉及一種交流電機，特別是一種模塊化單籠障轉子雙定子四端口交流電機及其控制方法。該電機既可作電動機運行，又可作發電機運行。

背景技術：

模塊化單籠障轉子雙定子四端口交流電機有2個定子，每個定子上都有2p極的三相對稱功率繞組和2q極的三相對稱控制繞組（或者2q極的三相對稱功率繞組和2p極的三相對稱控制繞組），且滿足2p-2q≥4，兩套繞組之間的耦合是由p_r=p+q對極特殊設計的轉子來實現的，因此該種電機的轉子結構對電機的穩態性能、動態特性和功率密度等將產生重要影響。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。此外，常規定子雙繞組交流電機的控制系統受不確定性參數變化和擾動影響較大，具有抗干擾能力差等缺點。

發明內容

發明目的：本發明提供一種模塊化單籠障轉子雙定子四端口交流電機及其控制方法，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模塊化單籠障轉子雙定子四端口交流電機結構，同時也大大提高了該種交流電機的抗擾動能力。

技術方案：本發明采用以下技術方案：

模塊化單籠障轉子雙定子四端口交流電機，主要包括內定子、外定子、轉子、雙向逆變器，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極的三相對稱功率繞組和2q極的三相對稱控制繞組，功率繞組的極數和控制繞組的極數亦可互換，且均滿足2p-2q≥4；轉子內外表面都采用p_r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p_r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p_r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。

功率繞組與電網相連，控制繞組與雙向逆變器的一端相連，雙向逆變器另一端與電網相連。

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。