[发明专利]一种凸极绕线转子无刷双馈交流电机

说明书

技术领域

本发明涉及交流电机，特别涉及一种凸极绕线转子无刷双馈交流电机。

背景技术

现有的单电机无刷双馈交流电机，定子铁心上嵌放两套不同极数的绕组，分别用作功率绕组和控制绕组，转子为无刷结构，通过转子对定子两套绕组电流产生磁场的调制作用，实现机电能量转换；在电动机运行方式下，可异步运行和同步运行，并可通过改变控制绕组电流的频率、幅值和相位，实现低于和高于同步速的双馈调速运行；在发电机运行方式下，则可通过控制绕组的交流励磁实现变速恒频运行；由于控制绕组所需要的变流器功率较小和控制系统成本较低，无刷双馈种电机在大中型交流电机调速系统和变速恒频发电系统中具有良好的应用前景。

由于无刷双馈电机的机电能量转换是基于转子对于不同极数定子功率绕组和控制绕组电流磁场的调制作用来实现的，因此，如何优化转子结构设计提高其磁场调制能力成为无刷双馈电机设计的关键技术。无刷双馈电机转子对于定子绕组电流产生磁场的调制作用主要有两种方式，一种是通过转子绕组感应电流产生磁场对定子绕组电流磁场的调制作用；另一种是通过转子铁心的磁路结构限定定子绕组电流磁场在转子铁心中的路径；由此产生了两类不同的无刷双馈电机转子结构，一类是基于电路设计的转子绕组结构，另一类是基于磁路设计的磁阻转子结构。

无刷双馈电机的转子绕组有多种形式，如单层同心式笼型短路绕组，也可采用特殊设计的多层多匝绕组；无刷双馈电机磁阻转子一般有三种结构，一是在叠片转子铁心上开槽的凸极磁阻转子；二是采用轴向叠片的隐极磁阻转子；三是径向叠片的隐极磁阻转子；绕线转子和磁阻转子无刷双馈电机各有利弊，前者仅利用了转子绕组电流产生的磁动势对于定子绕组磁场的调制作用，而后者则仅利用了转子磁阻对于定子磁场的调制作用，二者皆未综合利用转子磁动势和磁导共同对于定子磁场的调制作用。

发明名称为“复合转子无刷双馈电机”，专利申请号：201110028898的发明专利公开了在转子铁心上开倒梯形槽以及在槽间设置铜导条的笼型转子结构；样机实验结果表明，这种复合转子结构虽然综合利用了转子磁动势和磁导对于定子磁场的调制作用，但其效果和性能并不理想。

主要问题有三点：

①由于在转子铁心和转轴之间采用了非导磁材料的隔磁环，增加了转子的工艺复杂性和制造成本；

②调速范围不够宽，难以实现较高转速(≥1000r/min)的双馈调速；

③由于实心导条放在窄而深的转子槽中，导条电流的集肤效应导致转子损耗增大和电机效率降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种通过凸极转子与绕线转子的相结合，增强其综合利用转子磁动势和磁阻对于定子磁场的调制能力，同时又可保持其结构简单和成本低廉的凸极绕线转子无刷双馈交流电机。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种凸极绕线转子无刷双馈交流电机，包括定子、转子、转轴和控制器，定子的铁心槽中放置了两套独立的三相对称绕组，分别为主绕组和控制绕组，主绕组出线端子A₁、B₁、C₁与具有固定频率的交流电源相连接，控制绕组出线端子A₂、B₂、C₂通过控制器与交流电源相连接；所述转子为凸极式绕线转子无滑环电刷结构，其包括具有p+q个凸极的转子铁心，转子铁心安装在转轴上,所述转子铁心的外缘上均布有p+q个倒梯形槽，凸极与倒梯形槽之间间隔设置，凸极中心开有半开口的第一半开口槽；所述主绕组极数为2p，控制绕组极数为2q，且2q≥2p+4；

凸极第一半开口槽的两侧开有以凸极中心线为对称轴的至少一对半开口槽，半开口槽包括第二半开口槽和第三半开口槽，在凸极的第一、第二、第三半开口槽中相对应的放置了多匝第一、第二、第三短路线圈，多匝短路线圈的两个线圈边分别放置在以倒梯形槽中心线为对称轴的相邻凸极上的半开口槽中。

在本发明的一个实施例中，所述转子铁心由导磁电工钢片叠压而成。

在本发明的一个实施例中，每个凸极的两侧边平行，凸极的外沿和倒梯形槽底边呈圆弧状，其圆弧中心与转子铁心内圆同圆心。

在本发明的一个实施例中，第一、第二、第三半开口槽的底部与转子铁心内径之间均留有一定的距离，第一、第二、第三半开口槽的深度随其与凸极中心线距离的增加而减小。