无刷双机械端口电机制造技术

无刷双机械端口电机，属于交流电机及其控制技术领域，克服无刷双馈电机原动机不能直接传递能量到负载；双机械端口电机采用电刷结构所导致的效率、可靠性降低，经常需要进行维护等问题。本实用新型专利技术机械部分包括定子、外转子和内转子，外转子的内外表面分别贴装内侧永磁体和外侧永磁体；电气部分定子绕组包括定子功率绕组和定子感应绕组，内转子绕组包括转子功率绕组和转子感应绕组；定子的两套绕组通过交－直－交电能变换器相连接，内转子两套绕组直接内部串联。本实用新型专利技术具有两个机械端口，两个电端口，四个端口均可作为能量的输入、输出，能量变换灵活，运行工况多种多样，同时，免去对电刷等部件经常维护更换，减小机械损耗，提高系统效率及可靠性。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于交流电机及其控制
，具体涉及一种双转子 无电刷馈电的双机械端口电机。
技术介绍
交流电机调速方法包括变极调速和变频调速，除此之外，交流感应 电动机还可以变转差调速。变极调速不能连续调速，应用范围有限。变 频调速需要使用和电机同容量的变频器，成本高。变转差调速又分为耗 能型和回馈型变转差调速，前者调速时的耗能很大，运行效率低，使用 范围也有限；后者可以将电机调速时的转差能量回送电源，运行效率高， 如串极调速和双馈调速系统。目前双馈调速交流感应电机转子上有一套三相绕组，通过集电环和 电刷将转子三相绕组与电能变换器连接，并通过电能变换器与交流电网 交换能量，调节电机的转速。为了消除集电环和电刷之间的磨损和运行 的不可靠性，20世纪初，Hunt提出原型自级联电机并于70年代由 Broadway等人改进成为的无刷双馈电机；Wallace AlanK于1994年设计 一种无刷双馈电机，见Wallace Alan K， A Design Procedure For the Brushless Doubly-Fed Machine Adjustable Speed Drive. ICEM, 1994，该电 机定子上有功率绕组和控制绕组，通过能量变换器调节控制绕组与交流 电网之间的能量流动，可以调节电机转速。这种电机只有一个机械端口， 原动机不能直接传递能量到负载。上世纪90年代，瑞典皇家工学院的Nordlund等人提出一种双机械端 口电机，于2005年发表论文，见E.Nordlund, The Four-Quadrant TransducerSystem for Hybrid Electric Vehicles. Doctor's thesis, Royal Institute of Technology, Stockholm, May, 2005, ISBN 91-7178-057-2, ISSN 1650-674X。该电机有两个转子， 一个转子(内转子)与原动机相联，另一个转子(外 转子)与负载相联，原动机可以直接传递机械能到负载，调节电机内转 子和定子之间的能量流动，可以调节电机转速，这种电机能量变化灵活 多样，而且电能变换器的容量通常也可以不用达到系统总的容量，降低 了电能变换器的成本。但这种电机内转子绕组需要通过集电环和电刷引 出电流，造成电机运行效率下降、可靠性降低以及经常需要对电刷等部 件进行维护等弊端。
技术实现思路
本技术提供一种无刷双机械端口电机，既有两个转子，又无集 电环和电刷，通过电能变换器调节电机内转子传递的转差能量，克服无 刷双馈电机原动机不能直接传递能量到负载；双机械端口电机采用电刷 结构所导致的运行效率下降、可靠性降低、经常需要对电刷等部件进行 维护等问题。本技术的一种无刷双机械端口电机，由机械部分和电气部分组 成，机械部分包括由外向内依次装设的定子、外转子和内转子，外转子 的内外表面分别贴装内侧永磁体和外侧永磁体，与定子通过轴承转动连 接，内转子与外转子和定子通过轴承转动连接，内、外转子轴与机械机 构相连，作为动力输出或者输入；电气部分包括定子绕组、内转子绕组 和交一直一交电能变换器，其特征在于所述定子绕组包括定子功率绕组和定子感应绕组；所述内转子绕组 包括转子功率绕组和转子感应绕组；转子功率绕组与外转子的内侧永磁体对应，它们之间的磁场相互耦 合；转子感应绕组与定子感应绕组对应，它们之间的磁场相互耦合；定子功率绕组与外转子的外侧永磁体对应，它们之间的磁场相互耦合；定子的两套绕组通过交一直一交电能变换器相连接，内转子两套绕 组直接内部串联。所述的无刷双机械端口电机，其特征在于所述交一直一交电能变 换器包括整流器和逆变器，整流器交流侧与定子感应绕组电气壤接，逆 变器交流侧与定子功率绕组电气连接，整流器和逆变器的直流侧互相电 气连接。所述的无刷双机械端口电机，其特征在于所述整流器和逆变器之 间并联直流电源，调整电机输入和输出机械功率之间的不平衡，所述直 流电源为蓄电池、超级电容或者直流电网中的一种。当内、外转子旋转的时候，转子功率绕组与内侧永磁体，转子感应 绕组与定子感应绕组，定子功率绕组与外侧永磁体构成三套电磁耦合关 系，实现电机内部的机械能与电、磁能量转换。电机内转子的旋转使转 子功率绕组与内侧永磁体产生电磁耦合，感应出电能，并且同时会将其 部分机械能传递给外转子使其旋转，同时，转子感应绕组与定子感应绕 组发生电磁耦合，将产生的电能传递给定子感应绕组，再经过电能变换 器传递给定子功率绕组，然后定子功率绕组与外侧永磁体也存在电磁耦 合关系，又将电能转化为机械能传递给外转子。内外转子转速差折合成 频率，也就是转差频率是和内转子中感应电流的频率相等的，而这个频 率又和定子感应绕组中感应的电流频率是有对应关系的，换言之，如果 电能变换器能够改变定子感应绕组中电流的频率，也就可以改变内转子 中电流的频率，如果原动机转速恒定，就可以改变外转子的转速，相当 于对负载调速。这个原理同双馈调速的原理是类似的，区别在于这里调节的其实是转差。本技术继承了双机械端口电机具有两个机械端口 ，两个电端口 ， 四个端口均可作为能量的输入、输出，能量变换灵活，运行工况多种多 样的优点，同时，在无电刷的情况下实现能量双馈，免去了对电刷等部 件经常维护更换的麻烦，减小了机械损耗，提高了系统效率以及可靠性。此外，本技术采用的电能变换器是交一直一交型电能变换器， 在中间的直流环节再加入储能装置，则能量的变换受到的约束更少，变 化情况更为多样，适合多种工况运行，满足复杂的运行要求。附图说明图l是本技术结构示意图2是本技术在混合动力电动汽车上应用的系统结构示意图3是本技术在图2实施方式下的一种工况示意图。具体实施方式如图1所示，本技术由机械部分和电气部分组成，机械部分包 括由内向外依次装设的内转子l、外转子2和定子3，外转子的内表面贴 装内侧永磁体10，外表面贴装外侧永磁体11，外转子2与定子3通过轴 承转动连接，内转子1与外转子2和定子3通过轴承转动连接，内、外 转子轴与机械机构相连，作为动力输出或者输入；电气部分包括定子绕组及内转子绕组和电能变换器，所述定子绕组 包括定子功率绕组8和定子感应绕组9;所述内转子绕组包括转子功率绕 组6和转子感应绕组7;定子的两套绕组通过交一直一交电能变换器4相 连接，内转子两套绕组直接内部串联。交一直一交电能变换器4包括整流器4-1和逆变器4-2，整流器4-1 交流侧与定子感应绕组9电气连接，逆变器4-2交流侧与定子功率绕组8电气连接，整流器和逆变器的直流侧互相电气连接。整流器4-1和逆变器4-2之间可以并联直流电源5，调整电机输入和 输出机械功率之间的不平衡。图2所示为本技术在混合动力电动汽车上应用的系统结构图。 其中，汽车内燃机16与内转子1相连，作为原动机输入，外转子2与汽 车的驱动轮17相连，作为机械负载。同时，定子的两套绕组之间采用交 一直—交电能变换器4、其中整流器4-l，逆变器4-2，在交一直一交电 能变换器4的直流环节中，直流电源5为蓄电池，作为功率的补充。如图3所示，当汽车内燃机16以恒定转速和功率旋转时，拖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无刷双机械端口电机，由机械部分和电气部分组成，机械部分包括由外向内依次装设的定子、外转子和内转子，外转子的内外表面分别贴装内侧永磁体和外侧永磁体，与定子通过轴承转动连接，内转子与外转子和定子通过轴承转动连接，内、外转子轴与机械机构相连，作为动力输出或者输入；电气部分包括定子绕组、内转子绕组和交－直－交电能变换器，其特征在于：所述定子绕组包括定子功率绕组和定子感应绕组；所述内转子绕组包括转子功率绕组和转子感应绕组；转子功率绕组与外转子的内侧永磁体对应，它们之间的磁场相互耦合；转子感应绕组与定子感应绕组对应，它们之间的磁场相互耦合；定子功率绕组与外转子的外侧永磁体对应，它们之间的磁场相互耦合；定子的两套绕组通过交－直－交电能变换器相连接，内转子两套绕组直接内部串联。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄声华，万山明，庞珽，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：83[]