專利名稱：一種交流無刷雙饋電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種交流無刷雙饋電機。該電機采用交流繞線型轉(zhuǎn)子替換現(xiàn)有的籠型短路繞組轉(zhuǎn)子，以獲得更好的技術(shù)性能。
“無刷雙饋變頻調(diào)速電動機的原理及在發(fā)電廠輔機拖運中的應(yīng)用前景”(《電工技術(shù)雜志》，2002年第1期，P7-10)介紹了無刷雙饋變頻調(diào)速電動機的工作原理及現(xiàn)有無刷雙饋調(diào)速系統(tǒng)存在的一些問題。無刷雙饋變頻調(diào)速電動機要想有較好的性能，關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)子。近年來研究的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)主要有兩種，一種為磁阻轉(zhuǎn)子，另一種為籠型短路繞組轉(zhuǎn)子。由于磁阻轉(zhuǎn)子其鐵芯必須制成類似凸極的結(jié)構(gòu)，籠型短路繞組轉(zhuǎn)子其繞組必須制成同心式分布短路繞組，在這些條件的限制下，使得這兩種轉(zhuǎn)子只能適用于特定的極數(shù)，且其性能指標(biāo)與常規(guī)交流電機轉(zhuǎn)子相比有相當(dāng)差距，體積也較大等。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的交流無刷雙饋電機，其定子繞組具有p和q兩種不同的極對數(shù)，轉(zhuǎn)子繞組為m(m為大于2的整數(shù))個m相星形連接并聯(lián)構(gòu)成的、變極比為p/q的換相變極繞組，轉(zhuǎn)子繞組有2m個出線端，其中p對極的m個出線端和q對極的m個出線端作反相序連接。
上述電機轉(zhuǎn)子上還可具有另一套p對極m相繞組，換相變極繞組的p對極m個出線端和p對極m相繞組串接后再與q對極的m個出線端作反相序連接。
或者在轉(zhuǎn)子上還具有另兩套分別為星型連接的p對極m相繞組和q對極m相繞組。換相變極繞組的p對極m個出線端和q對極m相繞組作反相序連接，q對極的m個出線端和p對極m相繞組作反相序連接。
也可以在電機轉(zhuǎn)子上還具有一套轉(zhuǎn)子繞組為m(m為大于2的整數(shù))個m相星形連接并聯(lián)構(gòu)成的、變極比為p/q的換相變極繞組，轉(zhuǎn)子繞組有2m個出線端，其中p對極的m個出線端和q對極的m個出線端作反相序連接；兩套繞組按一套繞組p對極的m個出線端和另一套繞組q對極的m個出線端作反相序聯(lián)接順序連接。
本發(fā)明的基本思想來源于由兩臺轉(zhuǎn)子繞組作反相序串級聯(lián)接繞線型感應(yīng)電機構(gòu)成的雙饋調(diào)速機組。這種雙饋調(diào)速機組有好的調(diào)速效果，但體積較大，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜。本發(fā)明的想法是盡可能做到采用單繞組來代替雙饋調(diào)速機組中的兩套轉(zhuǎn)子繞組，以達(dá)到簡化電機結(jié)構(gòu)的目的。為此，本發(fā)明對繞線轉(zhuǎn)子繞組的構(gòu)成提出“來復(fù)利用”的構(gòu)想，利用交流電機變極繞組理論，采用“異極反相序串聯(lián)”的方法使轉(zhuǎn)子繞組重復(fù)利用兩次，也即對同一套轉(zhuǎn)子繞組中兩種極對數(shù)，都既能產(chǎn)生感應(yīng)電勢又能互相作為對方反相序的勵磁源，起到雙重作用。值得注意的是，與通常的籠形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子繞組相比較，本發(fā)明轉(zhuǎn)子繞組同時可產(chǎn)生p和q對極這兩個旋轉(zhuǎn)方向相反磁勢的機理是有所不同的，通?；\形轉(zhuǎn)子繞組的p和q對極磁勢是相同導(dǎo)體中流過電流而產(chǎn)生的，而本發(fā)明轉(zhuǎn)子繞組則是在原理上可看成是兩套不同極對數(shù)的三相繞組反相序串聯(lián)而成，每套繞組導(dǎo)體只產(chǎn)生一種極對數(shù)的磁勢，因為利用了3Y并聯(lián)接法換相變極繞組的特點，從而使轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體得到重復(fù)利用，只用一套繞組就可以完全達(dá)到兩套繞組的效果。
總之，與通常無刷雙饋電機中的籠形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子繞組相比較，本發(fā)明轉(zhuǎn)子繞組有更多的特點。首先，籠形轉(zhuǎn)子繞組因為結(jié)構(gòu)的限制，同時產(chǎn)生的極對數(shù)p和q只能是倍極比的關(guān)系，而本發(fā)明轉(zhuǎn)子繞組的極對數(shù)p和q則是可以任意選擇的；第二，籠形轉(zhuǎn)子繞組無論是對于極對數(shù)p或是q，繞組分布系數(shù)都不太高，諧波含量也較高，這直接限制了其應(yīng)用，而本發(fā)明利用換相變極繞組理論，可以使兩種極數(shù)下的繞組分布系數(shù)都得到提高，諧波含量則可降低；第三，籠形轉(zhuǎn)子繞組所產(chǎn)生的極對數(shù)p和q的繞組有效匝數(shù)比很難加以調(diào)整，本發(fā)明轉(zhuǎn)子因為采用的是繞線轉(zhuǎn)子繞組，接線方式要靈活得多，極對數(shù)p和q繞組有效匝數(shù)比可以根據(jù)需要任意調(diào)整；第四，由于繞線轉(zhuǎn)子繞組接線方式的靈活性，本發(fā)明的特性和通常無刷雙饋電機相比可以有很大不同。本發(fā)明轉(zhuǎn)子繞組能設(shè)計成一種極對數(shù)p的繞組有效匝數(shù)相對另一種極對數(shù)q的繞組有效匝數(shù)要多，這時轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的極對數(shù)p將會比極對數(shù)q磁勢幅值要大得多，這樣，當(dāng)極對數(shù)為p的定子繞組接電網(wǎng)電源，本發(fā)明可以直接以極對數(shù)p運行，而不是像通常無刷雙饋電機那樣以極對數(shù)p+q運行。
圖4為本發(fā)明p/q，3Y+3Y/3Y+3Y換相變極異極反相序串聯(lián)接的轉(zhuǎn)子繞組示意圖；圖5為本發(fā)明2/1，24槽，3Y/3Y換相變極異極反相序串聯(lián)接的轉(zhuǎn)子繞組的示意圖；圖6為本發(fā)明3/2，36槽，3Y+Y/3Y換相變極異極反相序串聯(lián)接的轉(zhuǎn)子繞組的示意圖；圖7為本發(fā)明2/1，36槽，3Y+3Y/3Y+3Y換相變極異極反相序串聯(lián)接的轉(zhuǎn)子繞組示意圖。
首先以本發(fā)明繞線轉(zhuǎn)子繞組的一種基本構(gòu)成為例說明。本發(fā)明轉(zhuǎn)子繞組的基本部分是極對數(shù)為p和q的3Y并聯(lián)接法換相變極繞組，如

圖1所示，這個3Y并聯(lián)接法換相變極繞組有分為兩組的6個出線端，每組3個出線端，標(biāo)記為pa、pb、pc和qa、qb、qc，分別對應(yīng)p對極和q對極，兩組出線頭之間按反相序關(guān)系聯(lián)接，也即pa和qc、pb和qb、pc和qa分別聯(lián)接，其工作原理如下。
眾所周知，用于定子的極對數(shù)為p和q的3Y并聯(lián)接法換相變極繞組，如果在出線端pa、pb、pc接入三相電源，出線端qa、qb、qc懸空，則呈現(xiàn)p對極；反之，如果在出線端qa、qb、qc接入三相電源，出線端pa、pb、pc懸空，則呈現(xiàn)q對極。本發(fā)明是將3Y并聯(lián)接法換相變極繞組用于轉(zhuǎn)子繞組，并且將出線端pa、pb、pc和qa、qb、qc反相序聯(lián)接。這樣，當(dāng)定子上放置有極對數(shù)分別為p和q的兩套三相繞組時，若將極對數(shù)為p的定子繞組接電網(wǎng)電源，轉(zhuǎn)子繞組因為出線端pa、pb、pc和qa、qb、qc反相序聯(lián)接，這時在定子p對極旋轉(zhuǎn)磁場下感應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流，除因從出線端pa、pb、pc流出使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生p對極旋轉(zhuǎn)磁勢外，還因注入到出線端qa、qb、qc使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生相對p對極反向旋轉(zhuǎn)的q對極磁勢。同樣，當(dāng)極對數(shù)為q定子繞組接入變頻電源時，轉(zhuǎn)子繞組也既能產(chǎn)生q對極旋轉(zhuǎn)磁勢，又能產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)的p對極旋轉(zhuǎn)磁勢。這樣，當(dāng)極對數(shù)為p的定子繞組接電網(wǎng)電源，同時在極對數(shù)為q的定子繞組接入變頻電源，兩套定子繞組通過轉(zhuǎn)子相互作用，調(diào)節(jié)變頻電源頻率，本發(fā)明將可以如同前述無刷雙饋電機一樣進入變頻調(diào)速工作態(tài)。
圖2所示接法繞組是在圖1繞組p對極與q對極出線端之間串聯(lián)了一個p對極的Ap、Bp、Cp三相繞組構(gòu)成，調(diào)節(jié)這個串聯(lián)繞組與3Y并聯(lián)繞組之間的匝數(shù)比，即可做到極對數(shù)p比極對數(shù)q轉(zhuǎn)子磁勢幅值要大。
由于圖2所示接法繞組可以做到極對數(shù)p比極對數(shù)q轉(zhuǎn)子磁勢幅值要大，這意味著本發(fā)明能直接以極對數(shù)p運行，這時候本發(fā)明適合的調(diào)速范圍可以為n＝f1/(p+q)和n1＝(f1/p)之間，在這個范圍內(nèi)，變頻器將總是輸出功率，而不會有電能通過變頻器反饋到電網(wǎng)。顯然，在這種情況下，本發(fā)明將特別適合風(fēng)機水泵類負(fù)載的調(diào)速，因為這類負(fù)載往往只需要向下調(diào)速，調(diào)速范圍也不太大。對這種負(fù)載，本發(fā)明可以選擇額定轉(zhuǎn)速為n1＝(f1/p)，這時候無需變頻器即可如同普通單速標(biāo)準(zhǔn)電機那樣正常工作。需要調(diào)速時，接入變頻器即可進入調(diào)速工作態(tài)，這時本發(fā)明轉(zhuǎn)速為n＝((f1+f2)/(p+q))。只要轉(zhuǎn)速不低于n＝f1/(p+q)，變頻器就將總是輸出功率，不會有能量返回到電源。
也可以在3Y并聯(lián)繞組的出線端pa、pb、pc和qa、qb、qc分別反相序串聯(lián)連接極對數(shù)分別為p和q的兩套三相繞組，如圖3所示，這種接法的一個好處是并聯(lián)部分繞組可以不局限于3Y接法，也可以為3Y/4Y或其它多星并聯(lián)接法。
圖4所示為本發(fā)明轉(zhuǎn)子繞組的另一種接線方案。圖4采用的是兩套接法相同，變極比為p/q的3Y并聯(lián)接法換相變極繞組，也按上述“來復(fù)利用”的思想，采用一套繞組的p對極的三個出線端與另一套繞組q對極的三個出線端反相序聯(lián)接，這種接法可能的好處是兩套繞組的線圈節(jié)距，有效串聯(lián)匝數(shù)，甚至繞組線圈連接方案都可以不同，從而可能提供更多的選擇。
圖5所示為2p＝4，2q＝2，槽數(shù)為24的轉(zhuǎn)子繞組實例。其中，4極為60°相帶，2極為120°相帶，為減少支路間的環(huán)流，線圈采用了兩種不同的匝數(shù)(圖中用上標(biāo)1和2區(qū)分)。
圖6所示為2p＝6，2q＝4，槽數(shù)為36的轉(zhuǎn)子繞組實例。其中6極為90°相帶，3Y+Y接法，4極為60°相帶，3Y接法。
圖7所示為2p＝4，2q＝2，槽數(shù)為36，采用兩套3Y并聯(lián)接法換相變極繞組異極反相序互相串聯(lián)連接的轉(zhuǎn)子繞組實例。其中，4極和2極均為120°相帶，線圈采用了三種不同的匝數(shù)(圖中用上標(biāo)1、2、3區(qū)分)。
以上舉例說明了本發(fā)明轉(zhuǎn)子繞組的連接形式，也說明了這種形式的多樣性。實際應(yīng)用中，可根據(jù)具體情況，按以上所述基本原理，實現(xiàn)任意槽數(shù)和極數(shù)轉(zhuǎn)子繞組的連接。
權(quán)利要求
1.一種交流無刷雙饋電機，其定子繞組具有p和q兩種不同的極對數(shù)，轉(zhuǎn)子繞組為m(m為大于2的整數(shù))個m相星形連接并聯(lián)構(gòu)成的、變極比為p/q的換相變極繞組，其特征在于，轉(zhuǎn)子繞組有2m個出線端，其中p對極的m個出線端和q對極的m個出線端作反相序連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的電機，其特征在于，該電機轉(zhuǎn)子上還具有另一套p對極m相繞組，換相變極繞組的p對極m個出線端和p對極m相繞組串接后再與q對極的m個出線端作反相序連接。
3.按照權(quán)利要求1所述的電機，其特征在于，該電機轉(zhuǎn)子上還具有另兩套分別為星型連接的p對極m相繞組和q對極m相繞組。換相變極繞組的p對極m個出線端和q對極m相繞組作反相序連接，q對極的m個出線端和p對極m相繞組作反相序連接。
4.按照權(quán)利要求1所述的電機，其特征在于，該電機轉(zhuǎn)子上還具有一套轉(zhuǎn)子繞組為m(m為大于2的整數(shù))個m相星形連接并聯(lián)構(gòu)成的、變極比為p/q的換相變極繞組，轉(zhuǎn)子繞組有2m個出線端，其中p對極的m個出線端和q對極的m個出線端作反相序連接；兩套繞組按一套繞組p對極的m個出線端和另一套繞組q對極的m個出線端作反相序聯(lián)接順序連接。
全文摘要
一種交流無刷雙饋電機,其定子繞組具有p和q兩種不同的極對數(shù),轉(zhuǎn)子繞組為m個m相星形連接并聯(lián)構(gòu)成的、變極比為p/q的換相變極繞組,轉(zhuǎn)子繞組有2m個出線端,其中p對極的m個出線端和q對極的m個出線端作反相序連接。上述轉(zhuǎn)子上還可具有另一套為p對極m相繞組;或兩套分別為星型連接的p對極m相繞組和q對極m相繞組;或一套轉(zhuǎn)子繞組為m個m相星形連接并聯(lián)構(gòu)成的、變極比為p/q的換相變極繞組。本發(fā)明是盡可能做到采用單繞組來代替通常雙饋調(diào)速機組中的兩套轉(zhuǎn)子繞組,以達(dá)到簡化電機結(jié)構(gòu)的目的,它利用了3Y并聯(lián)接法換相變極繞組的特點,使轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體得到重復(fù)利用,只用一套繞組就可以完全達(dá)到兩套繞組的效果;該電機體積減小,接線方式靈活。
文檔編號H02K17/24GK1378326SQ02115588
公開日2002年11月6日 申請日期2002年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月8日
發(fā)明者王雪帆 申請人:華中科技大學(xué)