一种双定子单笼障转子无刷电励磁同步电机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种模块化单笼障转子耦合双定子自励磁同步电机。其特征在于：转子内外两侧分别安放内、外定子，每个定子靠近转子侧的槽内均安放三相对称电枢绕组和单相对称励磁绕组；转子内外表面均由笼障转子模块通过定位槽与套筒组合成一个内外两侧都有凸极型的转子；笼障转子模块在靠近定子侧表面开有多个径向梯形槽，具有数个不等的阶梯槽宽，槽内放入短路笼条；相邻笼障转子模块相接处为阶梯型豁口，模块拼接后在其相接处形成公共梯形槽，槽底部的间隙深度达到套筒表面，槽内放入公共笼条；其目的在于提出了一种既便于加工制造，又可定子侧自励磁，从而具有高可靠性和优良稳态与动态性能的新型模块化单笼障转子耦合双定子自励磁同步电机。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

:本技术涉及一种交流电机，特别是一种双定子单笼障转子无刷电励磁同步电机及其控制方法。该电机既可作电动机运行，又可作发电机运行。技术背景:双定子单笼障转子无刷电励磁同步电机有2个定子，每个定子上都有2p极的单相对称电枢绕组和2q极的三相对称励磁绕组(或者2q极的三相对称电枢绕组和2p极的单相对称励磁绕组)，且满足2p_2q ^ 4，两套绕组之间的耦合是由p^p+q对极特殊设计的转子来实现的，因此该种电机无需安装电刷滑环，即可通过励磁绕组磁场与电枢绕组磁场的相互作用实现机电能量转换，与常规同步电机相比电机运行可靠性高、维护成本低。可用于该种电机的转子结构主要包括绕线式和磁阻式两大类。其中绕线式包括单层同心式短路绕组，齿谐波双层分布绕组；磁阻类包括具有齿槽的径向叠片凸极磁阻转子、轴向叠片磁阻转子。绕线类转子结构的优点是制造工艺与常规电机类似，缺点是对定子两套绕组的耦合完全是以牺牲转子绕组铜耗为代价的，而且对定子两套绕组耦合能力欠佳，电机的动态性能也较差，而齿谐波双层分布绕组的工艺性欠佳。磁阻类转子的优点是转子上没有任何铜损耗，对定子两套绕组耦合能力和加工复杂程度各异。具有齿槽的径向叠片凸极磁阻转子易于加工，但对定子两套绕组的耦合效果欠佳；轴向叠片磁阻转子的耦合能力强，但制造工艺复杂，在大型定子双绕组交流电机中应用困难。
技术实现思路
专利技术目的:本技术提供一种双定子单笼障转子无刷电励磁同步电机及其控制方法，其目的在于提出了一种既便于加工制造，又可使得对每个定子两套绕组耦合能力实现最大化，从而具有高功率密度和优良稳态与动态性能的新型双定子单笼障转子无刷电励磁同步电机结构，同时也大大提高 了该种交流电机的抗扰动能力。技术方案:本技术采用以下技术方案:双定子单笼障转子无刷电励磁同步电机，主要包括内定子、外定子、转子、可控直流电源，其特征在于:电机沿径向由内而外依次为内定子、转子、外定子，内定子通过转轴上的定位销与转轴固定在一起，其中内定子和外定子上都安放2p极的三相对称电枢绕组和2q极的单相对称励磁绕组，电枢绕组的极数和励磁绕组的极数亦可互换，但均满足2p-2q ^ 4 ;转子内外表面都采用K个相同的笼障转子模块沿圆周方向拼成一个每个表面都具有K个凸极型的转子，每个笼障转子模块靠近中心侧通过定位槽与非导磁材料制成的套筒相连；每个笼障转子模块靠近定子的表面开有多个径向梯形槽，径向梯形槽间距可以相等也可以不等，每个梯形槽沿径向具有数个不等的阶梯槽宽，每个梯形槽内放入若干根导体组成短路笼条；相邻笼障转子模块相接处为阶梯型豁口，相邻笼障转子模块拼接后在其相接处形成h个公共梯形槽，且该槽底部的模块间隙深度一直达到套筒表面，每个公共梯形槽沿径向具有数个不等的阶梯槽宽，每个公共梯形槽内放入若干根导体组成公共笼条；公共笼条和短路笼条分别采用端部导电环连接形成导电回路；笼障转子模块中心处开有多组切向隔磁层，分别与各自两侧嵌放短路笼条的梯形槽组合形成多组径向叠片磁障，在笼障转子模块内形成多个导磁层。电枢绕组与电网相连，励磁绕组与可控直流电源相连。放置公共笼条和短路笼条的梯形槽的槽口处开有内豁口并嵌放槽楔；公共笼条端部链接形式可以为:端部导电环将公共梯形槽内同层的公共笼条两侧端部全部连在一起；也可以将公共梯形槽内单层公共笼条分成两部分，两部分公共笼条分别与相邻公共梯形槽内同层的公共笼条通过端部导电环相连；也可以将公共梯形槽内外层公共笼条与单侧相邻公共梯形槽内的内层公共笼条通过端部导电环相连；也可以在相邻两个公共梯形槽内放置多匝线圈导体；短路笼条端部连接形式可以为:以笼障转子模块径向对称线为中心，将两侧相对应的同层短路笼条端部通过导体相连，形成多组独立的同心式环形导电回路；也可以将外层短路笼条与相对应梯形槽的内层短路笼条通过导体相连，形成多组独立的交叉型同心式环形回路；也可以在相对应的两个同层梯形槽内放置多匝线圈导体，同一转子模块上的多组线圈导体匝数可以相同也可不同。笼障转子两端装有压板，压板与转子间加绝缘层隔离，压板上钻有与笼障转子定位孔位置相同的定位孔，非导磁材料制成的压紧螺杆沿轴向穿过全部定位孔，在压板两端利用螺母压紧固定。整个转子安装绕组后余下的公共梯形槽缝隙和模块内磁障缝隙内可浇注耐高温非导磁材料或者不浇筑。优点效果:本实用 新型提供一种新型双定子单笼障转子无刷电励磁同步电机，该种交流电机具有定子两套绕组的耦合能力强、功率密度和机电能量转换效率高、结构模块化、工艺简单、便于制成大型交流电机等显著优点。本技术的有益效果是:该电机的转子采用径向叠片磁障和多组笼条复合式结构，在进一步改善转子磁耦合能力的同时，可有效降低气隙磁场谐波和损耗，提高电机的功率密度和运行性能；转子叠片沿径向叠压，可以减少转子铁芯中的涡流损耗，提高电机效率；凸极中心线处放置导电笼条，采用分层设计，可有效克服感应电流的集肤效应；励磁绕组安放在定子侧实现无刷励磁，与常规同步电机相比，无需安装同轴励磁系统或电刷滑环装置，电机可靠性提高；沿转子一周由K个完全相同的叠片组构成，这样的对称结构可实现仅加工一种叠片就可以组装成整个转子，因而大大减少了工艺成本，便于批量生产。该种新型复合转子具有结构新颖、工艺简单、成本低廉、机械强度高、运行可靠、结构模块化、便于产业化等方面的显著优势。附图说明图1为本技术双定子单笼障转子无刷电励磁同步电机系统结构示意图；图2为本技术电机定子结构示意图；图3为本技术电机的一种转子结构示意图；图4为本技术电机的一种转子模块结构示意图；图5为本技术电机转子压板结构示意图；图6为本技术电机公共笼条的一种端部连接方式示意图；图7为本技术电机公共笼条的一种端部连接方式展开图；图8为本技术电机公共笼条的第二种连接方式展开图；图9为本技术电机公共笼条的第三种连接方式端部链接图；图10为本技术电机短路笼条一种连接方式示意图；图11为本技术电机短路笼条第二种连接方式端部链接图；图12为本技术电机公共笼条和短路笼条安装示意图；图13为本技术电机公共笼条和短路笼条的第二种连接方式展开图；附图标记说明:1.内定子；2.外定子；3.转子；4.可控直流电源；5.电网；6.电枢绕组；7.励磁绕组；8.转轴；9.隔磁层；10.导磁层；11.公共笼条；12短路笼条；13.定位孔；14.定位槽；15.套筒；16.模块间隙；17.槽楔；18.端部导电环。具体实施方式以下结合附图对本技术进行具体说明:图1为本技术双定子单笼障转子无刷电励磁同步电机系统结构示意图，该系统主要包括内定子1、外定子2、转子3、可控直流电源4，电机沿径向由内而外依次为内定子1、转子3、外定子2,内定子与转轴通过转轴8上的定位销与转轴8固定在一起,其中内定子I和外定子2上都安放2p极的三相对称电枢绕组6和2q极单相对称励磁绕组7，即为两个电端口，两个定子共四个电端口，电枢绕组6和励磁绕组7极数亦可互换，但均满足2p-2q ^ 4，，可实现同一定子两套不同极数的绕组电磁耦合最大化。电枢绕组6与电网5相连，励磁绕组7与可控直流电源4相连。通过可控直流电源4分别对内定子和外定子的励磁绕组7提供可调节幅值的电压，可以调节该电机电枢本文档来自技高网...

【技术保护点】
双定子单笼障转子无刷电励磁同步电机，主要包括内定子（1）、外定子（2）、转子（3）、可控直流电源（4），其特征在于：电机沿径向由内而外依次为内定子（1）、转子（3）、外定子（2），内定子（1）通过转轴（8）上的定位销与转轴固定在一起，其中内定子（1）和外定子（2）上都安放2p极的三相对称电枢绕组（6）和2q极的单相对称励磁绕组（7），或者电枢绕组（6）的极数和励磁绕组（7）的极数互换，且均满足2p?2q≥4；转子（3）内外表面都采用pr个相同的笼障转子模块沿圆周方向拼成一个每个表面都具有pr个凸极型的转子，每个笼障转子模块靠近中心侧通过定位槽（14）与非导磁材料制成的套筒（15）相连；每个笼障转子模块靠近定子的表面开有多个径向梯形槽，径向梯形槽间距相等或者不等，每个梯形槽沿径向具有数个不等的阶梯槽宽，每个梯形槽内放入若干根导体组成短路笼条（12）；相邻笼障转子模块相接处为阶梯型豁口，相邻笼障转子模块拼接后在其相接处形成pr个公共梯形槽，且该槽底部的模块间隙（16）深度一直达到套筒（15）表面，每个公共梯形槽沿径向具有数个不等的阶梯槽宽，每个公共梯形槽内放入若干根导体组成公共笼条（11）；公共笼条（11）和短路笼条（12）分别采用端部导电环（18）连接形成导电回路；笼障转子模块中心处开有多组切向隔磁层（9），分别与各自两侧嵌放短路笼条（12）的梯形槽组合形成多组径向叠片磁障，在笼障转子模块内形成多个导磁层（10）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光伟，张凤阁，贾广隆，彭薇，宋双，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：实用新型
国别省市：