[实用新型]一种径向磁场的无刷双馈双机械端口电机

说明书

技术领域

本实用新型属于交流电机及其控制技术领域，具体涉及一种双转子无电刷馈电的双机械端口电机。

背景技术

交流电机调速方法包括变极调速和变频调速，除此之外，交流感应电动机还可以变转差调速。变极调速不能连续调速，应用范围有限。变频调速需要使用和电机同容量的变频器，成本高。变转差调速又分为耗能型和回馈型变转差调速，前者调速时的耗能很大，运行效率低，使用范围也有限；后者可以将电机调速时的转差能量回送电源，运行效率高，如串极调速和双馈调速系统。

目前双馈调速交流感应电机转子上有一套三相绕组，通过集电环和电刷将转子三相绕组与电能变换器连接，并通过电能变换器与交流电网交换能量，调节电机的转速。为了消除集电环和电刷之间的磨损和运行的不可靠性，20世纪初Hunt提出原型自级联电机，并于70年代由Broadway等人改进成为无刷双馈电机；Wallace Alan K于1994年设计一种无刷双馈电机，见Wallace Alan K，A Design Procedure For the Brushless Doubly-Fed MachineAdjustable Speed Drive.ICEM，1994，该电机定子上有功率绕组和控制绕组，通过能量变换器调节控制绕组与交流电网之间的能量流动，达到调节电机转速的目的。这种电机只有一个机械端口，原动机不能直接传递能量到负载。

上世纪90年代，瑞典皇家工学院的Nordlund等人提出一种双机械端口电机，于2005年发表论文，见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。该电机有两个转子，一个转子(内转子)与原动机相联，另一个转子(外转子)与负载相联，原动机可以直接传递机械能到负载，调节电机内转子和定子之间的能量流动，可以调节电机转速，这种电机能量变化灵活多样，而且电能变换器的容量通常也可以不用达到系统总的容量，降低了电能变换器的成本。但这种电机内转子绕组需要通过集电环和电刷引出电流，造成电机运行效率下降、可靠性降低以及经常需要对电刷等部件进行维护等弊端。

中国专利ZL 200720087223.1公布了一种无刷双机械端口电机，该技术方案提出一种内转子上有两套绕组，外转子上内外侧各贴有一套永磁体，定子上有两套绕组的结构。从电气原理来看，此结构相当于一台永磁同步发电机、一台永磁同步电动机和一台绕线式异步电机的结合体。此结构从原理上可以解决由集电环和电刷引起的一系列问题，但是其使用绕组数量多，绕组利用率低，电机体积较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无刷双馈双机械端口电机，提高了绕组利用率，减小了电机的体积。

本实用新型的技术方案为：

一种径向磁场的无刷双馈双机械端口电机，由机械部分和电气部分组成，机械部分由内向外依次包括内转子1、外转子2和定子3，电气部分包括定子绕组、外转子绕组和交-直-交电能变换器4，所述内转子外表面装有一套永磁体9；所述定子绕组包括定子功率绕组10和定子控制绕组6；

所述外转子绕组包括独立外转子控制绕组8和外转子复合绕组7，所述外转子复合绕组7的各相绕组由至少一个线圈串联构成，每个线圈由两个导体并联构成，各相绕组端口与独立外转子控制绕组反相序相连，在电机运行时，外转子复合绕组7对外同时表现出两种极对数，两种极数的磁场相互正交，互不影响，在电气上完全独立；

独立外转子控制绕组8与内转子永磁体9相对应，它们之间的磁场相互耦合；外转子复合绕组7一方面与定子控制绕组6对应，它们之间的磁场相互耦合；另一方面与定子功率绕组10对应，它们之间的磁场相互耦合；

定子功率绕组10和定子控制绕组6通过交-直-交电能变换器相连接。

所述交-直-交电能变换器包括整流器和逆变器，整流器交流侧与定子控制绕组电气连接，逆变器交流侧与定子功率绕组电气连接，整流器和逆变器的直流侧互相电气连接。

作为本实用新型的改进，所述整流器和逆变器之间并联直流电源，直流电源为蓄电池、超级电容和直流电网中的一种。

本实用新型的技术效果体现为：