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：
本實用新型屬于電機技術(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)，且其性能指標與常規(guī)交流電機轉(zhuǎn)子相比有相當差距，體積也較大等。
本實用新型的目的在于提供一種能克服上述缺陷的交流無刷雙饋電機，該電機轉(zhuǎn)子與籠型短路繞組轉(zhuǎn)子相比具有更好的技術(shù)性能，體積減小、接線方式靈活。
為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型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。
本實用新型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)也復雜。本實用新型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，以達到簡化電機結(jié)構(gòu)的目的。為此，本實用新型對繞線轉(zhuǎn)子繞組的構(gòu)成提出“來復利用”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，本實用新型轉(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對極磁勢是相同導體中流過電流而產(chǎn)生的，而本實用新型轉(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)子繞組導體得到重復利用，只用一套繞組就可以完全達到兩套繞組的效果。
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，本實用新型轉(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，而本實用新型轉(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，而本實用新型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，本實用新型轉(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，本實用新型的特性和通常無刷雙饋電機相比可以有很大不同。本實用新型轉(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，當極對數(shù)為p的定子繞組接電網(wǎng)電源，本實用新型可以直接以極對數(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3為本實用新型p/q，3Y+Y/3Y+Y換相變極異極反相序串聯(lián)接的轉(zhuǎn)子繞組的示意圖；圖4為本實用新型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為本實用新型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為本實用新型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為本實用新型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。
首先以本實用新型繞線轉(zhuǎn)子繞組的一種基本構(gòu)成為例說明。本實用新型轉(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。本實用新型是將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，本實用新型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，這意味著本實用新型能直接以極對數(shù)p運行，這時候本實用新型適合的調(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，本實用新型將特別適合風機水泵類負載的調(diào)速，因為這類負載往往只需要向下調(diào)速，調(diào)速范圍也不太大。對這種負載，本實用新型可以選擇額定轉(zhuǎn)速為n1＝(f1/p)，這時候無需變頻器即可如同普通單速標準電機那樣正常工作。需要調(diào)速時，接入變頻器即可進入調(diào)速工作態(tài)，這時本實用新型轉(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所示為本實用新型轉(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1、2、3區(qū)分)。
以上舉例說明了本實用新型轉(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。
專利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。本實用新型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)子繞組導體得到重復利用，只用一套繞組就可以完全達到兩套繞組的效果；該電機體積減小，接線方式靈活。
文檔編號H02K17/02GK2586286SQ02290388
公開日2003年11月12日 申請日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者王雪帆 申請人:華中科技大學