[發明專利]一種單層鼠籠式雙定子無刷雙饋電機

有效

• 申請號: 201410354094.2
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號: CN104113174B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 程明;韓鵬
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K16/04
• 分類號: H02K16/04;H02K1/16;H02K1/22
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及一種單層鼠籠式雙定子無刷雙饋電機，適用于變頻調速場合，本發明涉及電機、機械領域。

背景技術

傳統雙饋電機為繞線轉子異步電機，轉子繞組隨轉子旋轉，必須使用電刷滑環將旋轉繞組中的電壓電流以傳導方式引出。從而使雙饋電機具有兩個電端口，一個機械端口，具有良好的變頻調速性能，在兆瓦級風力發電系統和高性能驅動中應用廣泛。但電刷滑環的存在導致電機可靠性差，維護成本高。有刷雙饋電機的去電刷化一直是人們研究的焦點。

現有的無刷雙饋電機有三種結構，級聯式、嵌套環轉子式和磁阻轉子式。其中，級聯式為兩臺繞線異步電機同軸級聯而成，其軸向長度長，難以在空間受到嚴格限制的應用場合使用。專利CN200510047247.X公開了一種雙定子、單轉子盤式無刷雙饋交流電機，兩個定子和一個轉子沿軸向布置，轉子位于兩個定子中間。兩個定子鐵心均在靠近轉子側單面開槽，分別嵌放2p極和2q極三相對稱定子繞組，兩套定子繞組相互獨立。轉子鐵心雙面開槽分別嵌放2p和2q極三相對稱轉子繞組，兩套轉子繞組同相序或反相序連接形成一套轉子繞組。該結構將軸向級聯的兩臺徑向磁通異步電機改成軸向級聯的兩臺軸向磁通異步電機，能夠實現期望的雙饋同步運行，但只有在p＝q且兩套三相對稱轉子繞組反相序連接形成一套轉子繞組時才能達到與有刷雙饋電機相同的轉矩轉子體積比。當p≠q時，內外兩層氣隙電磁負荷不能同時取較大值，其轉矩體積比約為有刷雙饋電機的0.75倍。

嵌套環轉子式和磁阻轉子式均為單定子結構，即極對數不同的兩套定子繞組共用一個定子鐵心，因此，單一極對數的電磁負荷受到限制，使得轉矩體積比也約為有刷雙饋電機的0.75倍。

為了提高現有無刷雙饋電機的功率密度(功率體積比)，專利CN201220025540.1提出一種徑向同心布置的雙定子無刷雙饋電機結構。該電機的轉子采用內、外雙層鼠籠繞組，在轉子沿軸方向的一側，內、外層鼠籠導條分別用兩個相互獨立的公共端環連接；在轉子沿軸方向的的另一側，內、外層鼠籠導條按照各自所產生的旋轉磁場相對于轉子本身的運動方向相反對應連接。從而使穩態轉速滿足n_r＝60(f_p±f_q)/(p+q)，實現雙饋同步運行。該結構要求轉子內、外層導條數相同，槽數相同。由于雙定子無刷雙饋電機轉子內、外層鐵心之間只有電路連接而無磁路耦合，內外層轉子鐵心均應留有足夠的軛部厚度以避免轉子鐵心提前飽和。使得轉子沿半徑方向的厚度增加，以一臺p＝4，q＝2的雙定子無刷雙饋電機為例，外徑與內徑之比可達2:1。如果仍按照先前設計的雙定子無刷雙饋電機轉子結構，內外圓周開槽數目相同，勢必導致內層氣隙電負荷為外層氣隙的2倍，內層氣隙磁負荷為外層氣隙的2倍。由于內定子鐵心飽和的限制，外定子鐵心的電磁負荷顯著低于內定子，進而電機單位體積的出力受到限制。

綜上可知，現有的無刷雙饋電機在無刷化的同時降低了有刷雙饋電機的功率密度(約減少25％)。

發明內容

技術問題：本發明針對傳統雙饋電機存在電刷滑環的問題，從雙饋電機的運行原理出發，將內定子和單層鼠籠式轉子等效為一個繞線轉子，提出一種單層鼠籠式雙定子無刷雙饋電機，從而在完全實現傳統雙饋電機功能的基礎上取消電刷滑環，同時保持與有刷雙饋電機相近的功率密度。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種單層鼠籠式雙定子無刷雙饋電機，包括外定子，內定子和設置在外定子和內定子之間的轉子，所述外定子、轉子和內定子同軸心且相互獨立，外定子與轉子之間設有外氣隙，轉子與內定子之間設有內氣隙，其特征在于：所述外定子包括外定子鐵心和嵌放在外定子鐵心槽內的極對數為2p的外定子繞組；所述內定子包括內定子鐵心和嵌放在內定子鐵心槽內的極對數為2q的內定子繞組，其中p和q分別為正整數，且p與q不相等；所述的轉子為單層鼠籠式轉子，包括轉子鐵心和單層鼠籠繞組，轉子鐵心沿圓周方向均勻設置有轉子槽，所述的單層鼠籠繞組位于所述的轉子槽內，單層鼠籠繞組由(p+q)個多回路單元構成，每個多回路單元沿自身角平分線對稱，包括設置在關于角平分線對稱的至少兩個轉子槽內的導體，在轉子鐵心沿軸方向的一側，對稱設置的兩個導體用一根端部導體短接形成至少一個閉合回路，在轉子鐵心沿軸方向的另一側，用一個公共圓環將所有槽內導體短接。