[发明专利]采用电力电子变压器多路供电的单极电机系统及直流设备

说明书

本发明涉及一种采用电力电子变压器多路供电的单极电机系统及直流设备，该电机系统包括定子机座、定子磁极、杯型电枢、电刷、电力电子变压器和高压直流电源；所述定子机座内设置有定子磁极和杯型电枢；所述杯型电枢轴向设置有所述电刷，所述电刷与所述杯型电枢之间滑动接触导电；所述电刷数量至少两个，相应所述电刷构成支路；所述高压直流电源通过供电电缆向所述电力电子变压器供电，所述电力电子变压器通过引线连接相应支路的电刷，其中：所述电力电子变压器包括DC/AC变换器、高频变压器和AC/DC变换器，所述DC/AC变换器将高压直流电变换为高压高频交流电，高压高频交流电经过所述高频变压器变换为低压高频交流电，低压高频交流电经过所述AC/DC变换器变换为电压可调节的低压直流电，低压直流电通过所述电刷向所述杯型电枢供电。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是关于一种采用电力电子变压器多路供电的单极电机系统及直流设备。

背景技术

船舶电力推进已成为现代船舶动力发展的趋势，其核心是采用推进电机作为驱动船舶的动力具有突出的优点。推进电机为全船提供动力的同时，也是主要的振动和噪声源，低振动低噪声推进电机是减振降噪的主要研究方向，各国科研单位都在探索和研究低振动低噪声电机和减振降噪技术。电机的气隙中存在着基波磁场和一系列的谐波磁场。在电机运行过程中，这些气隙磁场之间相互作用，将会产生作用于电机定子铁芯上的切向及径向的电磁力；其中，切向电磁力产生转矩，而径向电磁激振力引起定子铁芯变形。各种周期、各种转速的径向电磁激振力波都分别作用在定子、转子铁芯上，使定子铁芯和机座以及转子出现随时间周期性变化的径向形变，因此产生振动和噪声。

普通电机的磁极布置在转子上，普通电机振动噪声非常复杂。引起普通电机振动噪声的径向电磁激振力中存在两类主要的分量：一类是普通电机中频率与电机的极数成正比的分量，该电磁激振力的频率为供电电源频率的2倍，也就是转速与极数的乘积，成为极频电磁激振力，该类分量还包括频率为其倍数的高次谐波；另一类为频率与定子槽数成正比的径向电磁激振力，对整数槽电机而言，其频率为转速乘以定子槽数及其倍数次，称为槽频电磁激振力。这两类电磁激振力是电机本质造成的，减小和削弱这些电磁激振力存在极大的困难。目前往往采用降低磁密、斜槽或闭口槽等方法，但是结果要么是电机体积、重量、造价增加，要么是效果不明显。到目前为止，还没有解决电机振动和噪声的较好的方案。

单极电机在减振降噪方面具有普通电机无法比拟的优势。一、励磁磁场在定子上，电枢绕组在转子上旋转。由于励磁磁场固定不动，因此不存在极频电磁振动。二、单极电机电枢为圆环结构，没有齿槽，因此也不存在槽频电磁振动。可见单极电机具有的特点和优势。但是，单极电机也存在本质的困难——大电流问题。单极电机因为绕组匝数只有通常说的半匝，不能像普通电机那样采用多匝绕组调整电压，所以单极电机绕组电压很低。对于大功率电机，电压低，则意味着电流很大。大电流问题将导致给电机供电的电缆重量大幅增加，如何降低电缆的重量是一大困难，该问题不能得到可靠解决将无法实现单极电机的成功应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够减轻单极电机系统的重量，提供具有容错运行能力的采用电力电子变压器多路供电的单极电机系统及直流设备。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的第一方面提供一种单极电机系统，该电机系统包括定子机座、定子磁极、杯型电枢、电刷、电力电子变压器和高压直流电源；所述定子机座内设置有定子磁极和杯型电枢；所述杯型电枢轴向设置有所述电刷，所述电刷与所述杯型电枢之间滑动接触导电；所述电刷数量至少两个，相应所述电刷构成支路；所述高压直流电源通过供电电缆向所述电力电子变压器供电，所述电力电子变压器通过引线连接相应支路的电刷，其中：所述电力电子变压器包括DC/AC变换器、高频变压器和AC/DC变换器，所述DC/AC变换器将高压直流电变换为高压高频交流电，高压高频交流电经过所述高频变压器变换为低压高频交流电，低压高频交流电经过所述AC/DC变换器变换为电压可调节的低压直流电，低压直流电通过所述电刷向所述杯型电枢供电。