[发明专利]高速电机系统

说明书

技术领域

本发明涉及高速电机系统，属于电机领域。

背景技术

由于高速电机的转速高和功率密度大，电机的几何尺寸远小于同功率的中低速电机，可以有效地节约材料；高速电动机转动惯量小、动态响应快，可与负载直接相连，省去了传统的机械变速装置，能够有效地减小系统的振动和噪声，提高传动系统效率。因此，高速电机已成为电机领域的研究热点。目前，高速电机的应用领域越来越广泛，如高速磨床及其他加工机床、高速飞轮储能系统、空气循环制冷系统、天然气输送及污水处理中采用的高速离心压缩机、鼓风机和航空航天领域等。近年来，用于分布式供电系统的微型燃气轮机驱动高速发电机越来越受到人们的关注。

图1为一种采用叠绕组的两极30千瓦高速永磁同步电机的定子结构示意图。可以看出，电机由于采用叠绕组，且为两极，因此电枢绕组的端部长，两轴承支点之间的跨度大，转子轴的刚度小，临界转速低，定、转子间不平衡电磁力趋于增大,使得转子振动问题突出。普通的高速永磁同步电机的绕组匝数少，定子电抗小；同时由于驱动电流频率高，因此，定子绕组中的高次谐波分量高，电机的定转子损耗大，同时高频电流引起的电机振动、噪声大，轴承的机械损耗大、寿命短。

当转子转速接近或加速通过临界转速时,如果承受过大的振动载荷,或者转子系统工作时的平衡度突然遭到破坏等原因,转子支承系统将产生很大的振动,其振幅正比于转子不平衡量和临界转速，反比于支承阻尼系数，激振力正比于转子不平衡量、振幅和临界转速的平方。转子系统的振动可使机器工作性能降低,甚至导致整个机组的破坏,严重的会造成事故。转子的不平衡、临界转速以及转子的结构因素或工作条件的变化等所激起的振动是最基本最主要的，是与转速有关的。因此，要对高速柔性转子系统进行有效的振动控制，抑制其通过临界转速的振动，并增加系统的稳定性。降低系统支承刚度以降低临界转速、增大支承阻尼，以减小振幅，这些措施可以抑制系统通过临界转速时的振动幅值。

为了达到减少系统振动的目的，外加阻尼是工程上一种常用手段，电磁阻尼器具有结构简单、非接触、无机械摩擦和磨损、无需润滑、寿命长、刚度与阻尼可控、响应速度快等优点，正广泛应用于振动控制领域。一种常用于转子振动控制中的通用型电磁阻尼器结构如图2所示。该阻尼器由定子和转子组成，定子是由磁性材料硅钢片叠成，内表面形成磁极，其上绕有线圈，线圈通电后产生磁场，磁路如图2中箭头方向所示。转子可以是叠片式，也可以是非叠片式。转子和定子间的间隙构成工作气隙。电磁阻尼器工作时，定子线圈通过控制器输出控制信号，产生静态磁场。当转子涡动时，在水平方向(x)或垂直方向(y)存在位移，改变了电磁阻尼器各磁极与转子间的气隙长度，导致气隙间的磁通量发生变化，使电磁铁线圈产生感应电动势，线圈内的电流也随之波动，且波动电流与转子位移间存在相位差，从而产生了阻尼。同理，同一线圈绕组的另一磁极上也同样产生大小相同但方向不同的径向吸力，就是这对径向吸力提供了抑制振动的阻尼力。

但是上述采用电磁阻尼器产生阻尼力，需要在转子两端各安装一个电磁阻尼器，因此增大了系统体积和损耗；另外，阻尼力作用于转子两端，而通常转子轴向中间点振动振幅最大，因此阻尼效果很难达到最佳。

发明内容

本发明目的是为了解决采用电磁阻尼器产生阻尼力的方式减少系统振动，需要在转子两端各安装一个电磁阻尼器，因此增大了系统体积和损耗；另外，阻尼力作用于转子两端，而通常转子轴向中间点振动振幅最大，因此阻尼效果很难达到最佳的问题，提供了一种高速电机系统。

本发明所述高速电机系统，它包括双绕组交流电机、主功率变换器和控制单元；

双绕组交流电机包括定子和转子，所述定子包括定子铁心和定子绕组，定子铁心为圆筒形，定子绕组是由主绕组和副绕组构成的双绕组结构；

所述主绕组引出线连接主功率变换器；

所述副绕组引出线连接控制单元。

本发明的优点：本发明的高速电机系统，主绕组采用特殊的环形绕组结构，大大缩短了绕组端部，从而缩短了电机轴向长度；通过在电枢铁心槽中嵌放具有阻尼作用的副绕组，在转子偏心时产生指向轴心的阻尼力，抑制转子振动，使整个电机系统更适合高速运行。同时，由于电机主绕组采用环形绕组，通过合理选择铁心背部槽数以及合理设计槽形，可以有效增加绕组漏抗，减小绕组电流中高次谐波分量，降低电机定转子的高频损耗。本发明可抑制高速电机的振动和噪声，提高电机高速旋转的稳定性，延长轴承寿命，且系统结构简单、体积小、成本低、效率高。

附图说明

图1是背景技术中采用叠绕组的两极30千瓦高速永磁同步电机的定子结构示意图；