[發(fā)明專利]一種基于高頻旋轉(zhuǎn)變壓器的無刷雙饋電機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010147424.6
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111262394B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐煒
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: H02P9/00
• 分類號: H02P9/00;H02K11/00;H02K11/33;H02M5/42
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種基于高頻旋轉(zhuǎn)變壓器的無刷雙饋電機，實現(xiàn)系統(tǒng)高度集成輕型的無刷運行。轉(zhuǎn)子鐵芯繞組(2)設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上，定子鐵芯及繞組(1)固定于電機外殼，與轉(zhuǎn)子鐵芯繞組(2)同心，通過軸承與轉(zhuǎn)軸連接，定子側(cè)逆變器(5)與定子鐵芯及繞組(1)連接；副邊繞組鐵芯(4)設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的另一端，原邊繞組鐵芯(3)與副邊繞組鐵芯(4)同心但不接觸，原邊逆變器(6)與原邊繞組鐵芯(3)連接；副邊逆變器(7)分別與轉(zhuǎn)子鐵芯繞組(2)、副邊繞組鐵芯(4)連接。通過變壓器的電磁耦合，副邊產(chǎn)生高頻電壓輸出，通過副邊低頻交流逆變器(7?2)解調(diào)轉(zhuǎn)為電機轉(zhuǎn)子需要的低頻轉(zhuǎn)差頻率電壓，實現(xiàn)電機的變速恒頻運行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型基于高頻旋轉(zhuǎn)變壓器的無刷雙饋電機，實現(xiàn)無刷雙饋運行。同時，使用高頻旋轉(zhuǎn)變壓器，相比傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變壓器，體積可以大幅度減小，使得整體系統(tǒng)更集成，重量更輕。

背景技術(shù)

近年來，變頻調(diào)速交流電機在許多工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。交流勵磁發(fā)電機又被稱為雙饋發(fā)電機，轉(zhuǎn)子和定子側(cè)同時采用交流電壓勵磁，使其兼具同步與異步電機特性，可以保證發(fā)電系統(tǒng)的變速恒頻運行。此種結(jié)構(gòu)的發(fā)電機是通過對其轉(zhuǎn)差頻率的控制，來實現(xiàn)發(fā)電機的雙饋調(diào)速。由于控制方案是在電機的轉(zhuǎn)子側(cè)實現(xiàn)的，流過轉(zhuǎn)子電路的功率是由交流勵磁發(fā)電機的轉(zhuǎn)速運行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，轉(zhuǎn)差功率僅為發(fā)電機定子額定功率的1/4至1/3，所以功率轉(zhuǎn)換裝置的容量小、電壓低，變頻器的成本大為降低，系統(tǒng)容易設(shè)計與整理。

然而，由于需要對轉(zhuǎn)子側(cè)供電，和傳統(tǒng)感應(yīng)電機相比，系統(tǒng)復(fù)雜度也大大提高了。傳統(tǒng)的方案是采用滑環(huán)通過轉(zhuǎn)軸來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子電路的功率調(diào)節(jié)，此方法的明顯缺點是滑環(huán)的壽命以及隨之帶來的維護成本的增加?；诖巳秉c，其他一些無刷方案也得到了研究和應(yīng)用，其中包括籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷雙饋電機、基于磁阻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷雙饋電機、基于無線傳輸轉(zhuǎn)子供電的無刷雙饋電機?；\型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)除了轉(zhuǎn)子側(cè)繞組外，在定子側(cè)需要兩套繞組：功率繞組和控制繞組，控制繞組來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)。磁阻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子側(cè)只有齒與槽而沒有繞組，像個齒輪，因此，它沒有電刷，滑環(huán)等轉(zhuǎn)動接觸部件，具有工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝方便等優(yōu)點。缺點是噪音較大，交流電勢的諧波分量也較大。最后一種采用無線傳輸轉(zhuǎn)子供電方式，比較傳統(tǒng)的方式是使用旋轉(zhuǎn)變壓器。由于轉(zhuǎn)子側(cè)調(diào)節(jié)的是相對低頻的轉(zhuǎn)差頻率，變壓器的體積較大，接近于電機本身的體積重量，使得整體系統(tǒng)的尺寸重量大大的增加了。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種基于高頻旋轉(zhuǎn)變壓器的無刷雙饋電機，對于此，本發(fā)明提出了一種高頻旋轉(zhuǎn)變壓器的設(shè)計，通過高頻的設(shè)計來減少變壓器的尺寸重量。此外，通過逆變器的設(shè)計調(diào)制解調(diào)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子側(cè)的低頻轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率僅為發(fā)電機定子額定功率的1/4至1/3，所以，額外的逆變器設(shè)計也不會顯著地增加整體系統(tǒng)的尺寸重量。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種基于高頻旋轉(zhuǎn)變壓器的無刷雙饋電機包括定子鐵芯及繞組、定子側(cè)逆變器、轉(zhuǎn)子鐵芯繞組、高頻旋轉(zhuǎn)變壓器部分的原邊鐵芯繞組、原邊逆變器、副邊鐵芯繞組及副邊逆變器；其中，定子鐵芯及繞組、定子側(cè)逆變器組成的定子組合為三相或多相結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子鐵芯繞組也為三相或多相結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子鐵芯繞組與高頻旋轉(zhuǎn)變壓器副邊鐵芯繞組及副邊逆變器相連，副邊鐵芯繞組及副邊逆變器與轉(zhuǎn)子鐵芯繞組一起旋轉(zhuǎn)，通過高頻旋轉(zhuǎn)變壓器進行轉(zhuǎn)差頻率控制，實現(xiàn)無刷變速恒頻運行。

所述的無刷雙饋電機在結(jié)構(gòu)上，轉(zhuǎn)子鐵芯繞組設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上，定子鐵芯及繞組與轉(zhuǎn)子鐵芯繞組同心布置，固定在電機外殼，通過軸承與轉(zhuǎn)子機械連接，定子側(cè)逆變器于定子鐵芯及繞組連接；副邊繞組鐵芯設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的另一端，原邊繞組鐵芯與副邊繞組鐵芯無接觸同心布置，原邊逆變器與原邊繞組鐵芯連接；副邊逆變器分別與轉(zhuǎn)子繞組、副邊繞組鐵芯連接。

所述的高頻旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在電機端部側(cè)，高頻旋轉(zhuǎn)變壓器原邊鐵芯繞組為三相或多相設(shè)計，原邊端由原邊逆變器提供高頻電壓，副邊端通過電磁耦合產(chǎn)生高頻電壓，通過副邊端逆變器轉(zhuǎn)為低頻的轉(zhuǎn)差頻率，對轉(zhuǎn)子進行轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)。由原邊鐵芯繞組和副邊鐵芯繞組組成，其中，