[发明专利]双馈感应电机转子双极对数运行的磁场调制环设计方法

说明书

本发明公开了一种在交流励磁电机中实现双极对数磁场调制环的设计方法。在无磁场调制环的交流励磁电机中，若忽略齿槽效应，则定转子之间的气隙磁导在圆周方向任意位置呈现为恒定值，气隙中磁导率处处相等。本发明在设定磁场调制环调制块厚度上限的条件下，通过磁场调制环在圆周方向上的两类磁导并联设计，得到磁场调制环在圆周方向各偏转角处的调制块厚度。本发明突破了电机极槽设计的限制，在双馈感应电机的单个转子上实现了极对数为P_o和2P_o的双绕组设计。在此基础上，可实现极对数为P_o和2P_o的转子绕组共同交流励磁、极对数为P_o的转子绕组单独交流励磁或极对数为2P_o的转子绕组单独交流励磁，显著拓宽了双馈发电机的速度控制范围。

技术领域

本发明涉及一种实现双馈感应电机转子双极对数运行的磁场调制环设计方法，属于电气传动应用技术领域。

背景技术

磁场调制的工作原理以磁调制环引起气隙磁导的变化为基础，实现了电机不同极对数绕组之间的磁场耦合和功率传递，常用基本结构如图1所示。基于此原理，永磁齿轮实现了原动轴和从动轴之间的非接触式转速变换和转矩变换。此外，已有研究成果实现了将基于磁场调制的永磁齿轮集成于电机中，实现了电机的“减速式”运行。磁场调制环的结构设计是实现磁场调制、磁场极对数变化的关键因素。若双馈感应电机气隙中圆周方向呈现正弦分布的P_i对极气隙磁动势经过如图1所示磁场调制环，在忽略磁场调制环圆周方向高次谐波磁导的条件下，若磁场调制环的调制块数为N，则磁通包括P_i对极、N-P_i对极和N+P_i对极。其中，N-P_i对极和N+P_i对极的磁场旋转方向相反。

目前磁场调制环设计多包含如下特点：

1)基本结构如图1所示，采用块状调制块在圆周方向上的等占空比分布。采用此方法实现的交流基波磁导周期即为磁导经过一个圆周的正弦交变次数。

2)若某一绕组极对数为P_i,另一绕组极对数为P_o，假定P_i<P_o，则调制块数N应设计为N＝P_o-P_i或N＝P_o+P_i。

3)若某一绕组极对数为P_i,另一绕组极对数为P_o，假定P_i<P_o：若调制块数N设计为N＝P_o-P_i，则极对数为P_i的磁场经磁场调制后的磁通包括P_i对极、 P_o对极和N-2P_i对极。考虑到电机极槽设计的限制，仅可通过磁场调制后的P_o对极磁场实现功率传递；若调制块数N设计为N＝P_o+P_i，则极对数为P_i的磁场经磁场调制后的磁通包括P_i对极、P_o对极和N+2P_i对极。考虑到电机极槽设计的限制，仅可通过磁场调制后的P_o对极磁场实现功率传递。

发明内容

本发明公开了一种在交流励磁感应电机中实现双极对数磁场调制环的设计方法。本发明以定转子极对数为基础，在设定磁场调制环调制块厚度上限的条件下，通过磁场调制环在圆周方向上的两类磁导并联设计，提出了一种磁场调制环的形状确定方法。本发明实现了某极对数为P_i的磁场经过磁场调制后，同时产生极对数为P_o和2P_o的磁场，且磁场旋转方向相同。本发明突破了电机极槽设计的限制，为双馈感应电机在单个转子上实现极对数为P_o和2P_o的双绕组设计提供了技术可行性。