CN108448759A - 一种无刷双馈电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无刷双馈电机，一种无刷双馈电机，包括，定子和转子，其中定子绕组由功率绕组和控制绕组构成，所述功率绕组采用2极3相接线方式，且每相有一个极相组；所述控制绕组采用6极3相接线方式，且每相有三个极相组；所述定子设置有定子电枢铁芯冲片槽；所述转子设置有转子电枢铁芯冲片槽。本发明使得无刷双馈电机转子加工工艺得到了简化，减少了无刷双馈电机转子的端部漏抗，提高了转子的机械强度，改善了端环的绝缘性能以及电机气隙磁场分布，进而使得电机功率因数、电机运行效率得以提高；非常适用于中、大功率无刷双馈电机。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种无刷双馈电机。
背景技术
无刷双馈电机是由两套不同极对数的定子绕组和转子构成的交流感应电机，由于转子上取消电刷和滑环，使得无刷双馈电机具有结构简单、运行安全可靠和维护成本低等优点，在大容量交流变频调速方面以及船用轴带发电、水力发电和风力发电等领域得到了广泛地应用。
无刷双馈电机发挥其良好调速性能的关键在于转子。目前，转子绕组在铸造时，需要借助额外设计的短路端环磨具来完成导体端环的制造，短路端环还需要进行绝缘处理，因此，加工工艺比较复杂。此外，在工艺下转子匝数较小，造成电机运行过程中磁场分布不均匀，进而使得电机功率因数较低、电机效率低，性能较差。
因此，如何提供一种高性能的无刷双馈电机是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种无刷双馈电机，解决现有结构的无刷双馈电机功率因数较低、效率不高、转矩波动和噪音大，难以满足高性能工程应用的要求等问题。为实现上述目的其具体方案如下：
一种无刷双馈电机，包括，定子和转子，其中定子绕组由功率绕组pp和控制绕组pc构成，定子绕组的极对数pr＝pp+pc，所述功率绕组pp采用2极3相接线方式，且每相有一个极相组；所述控制绕组pc采用6极3相接线方式，且每相有三个极相组；所述定子设置有定子电枢铁芯冲片槽；所述转子设置有转子电枢铁芯冲片槽。
优选的，所述定子电枢铁芯冲片槽为定子电枢铁芯冲片矩形槽，且数目为72，所述功率绕组采用72槽2极3相接线方式；相应的所述转子电枢铁芯冲片槽为转子电枢铁芯冲片矩形槽，且数目为96。
优选的，所述定子电枢铁芯冲片槽为定子电枢铁芯冲片矩形槽，且数目为72，所述功率绕组采用72槽2极3相接线方式；相应的所述转子电枢铁芯冲片槽为转子电枢铁芯冲片矩形槽，且数目为56。
优选的，所述定子电枢铁芯冲片槽为定子电枢铁芯冲片梨形槽，且数目为36，所述功率绕组采用36槽2极3相接线方式；相应的所述转子电枢铁芯冲片槽为转子电枢铁芯冲片梨形槽，且数目为44，所述转子绕组线圈采用变跨距的接线方式，共40个线圈。
优选的，所述功率绕组每个线圈匝数为34，线圈跨距Y＝29，共36个线圈。
优选的，所述控制绕组每个线圈匝数为3，线圈跨距Y＝10，共72个线圈。
优选的，所述转子绕组线圈匝数为1，采用变跨距的接线方式，共76个线圈。
优选的，所述转子绕组每个线圈匝数为1，采用变跨距的接线方式，共64个线圈。
优选的，所述功率绕组每个线圈匝数为16，线圈跨距Y＝15，位于所述定子电枢铁芯冲片梨形槽顶部。
优选的，所述控制绕组每个线圈匝数为10，线圈跨距Y＝5，位于所述定子电枢铁芯冲片梨形槽底部。
优选的，所述定子电枢铁芯冲片矩形槽和所述转子电枢铁芯冲片矩形槽的槽内壁均开有槽口，所述槽口与所述槽内壁呈60°倾斜角。
优选的，所述定子电枢铁芯冲片梨形槽和所述转子电枢铁芯冲片梨形槽在靠近开口端1mm位置均形成30°倾角。
优选的，极对数为：pr＝pp+pc＝4。
优选的，所述pc与所述pp满足如下约束关系：所述pc为pp的3倍。
优选的，无刷双馈电机中定子、转子的设置方式适用于电动机和发电机。
本发明一种无刷双馈电机，由于采用了上述方案，首先使得无刷双馈电机转子加工工艺得到了简化，减少了无刷双馈电机转子的端部漏抗，提高了转子的机械强度，改善了端环的绝缘性能，在一定程度提高了无刷馈电机的性能；其次，本发明还可改善电机气隙磁场分布，进而使得电机功率因数、电机运行效率得以提高；另外，在这种方案下，转子可等效为类凸极结构，非常适用于中、大功率无刷双馈电机。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一公开的一种无刷双馈电机定、转子电枢铁芯冲片矩形槽结构图；
图2为本发明实施例一公开的一种无刷双馈电机功率绕组接线图；
图3为本发明实施例一公开的一种无刷双馈电机控制绕组接线图；
图4为本发明实施例一公开的一种无刷双馈电机转子绕组接线图；
图5为本发明实施例二公开的一种无刷双馈电机定、转子电枢铁芯冲片矩形槽结构图；
图6为本发明实施例二公开的一种无刷双馈电机功率绕组接线图；
图7为本发明实施例二公开的一种无刷双馈电机控制绕组接线图；
图8为本发明实施例二公开的一种无刷双馈电机转子绕组接线图；
图9为本发明实施例三公开的一种无刷双馈电机定、转子电枢铁芯冲片矩形槽结构图；
图10为本发明实施例三公开的一种无刷双馈电机功率绕组接线图；
图11为本发明实施例三公开的一种无刷双馈电机控制绕组接线图；
图12为本发明实施例三公开的一种无刷双馈电机转子绕组接线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种无刷双馈电机，包括，定子和转子，其中定子绕组由功率绕组pp和控制绕组pc构成，定子绕组的极对数pr＝pp+pc，功率绕组pp采用2极3相接线方式，且每相有一个极相组；控制绕组pc采用6极3相接线方式，且每相有三个极相组；定子设置有定子电枢铁芯冲片槽1；转子设置有转子电枢铁芯冲片槽2。
实施例一
定子电枢铁芯冲片槽1为定子电枢铁芯冲片矩形槽，定子电枢铁芯冲片矩形槽的数目为72，转子电枢铁芯冲片槽2为转子电枢铁芯冲片矩形槽，转子电枢铁芯冲片矩形槽的数目为96，功率绕组采用72槽2极3相接线方式，控制绕组采用72槽6极3相接线方式。
为了进一步优化上述技术方案，功率绕组每个线圈匝数为22，线圈跨距Y＝29，共36个线圈。
为了进一步优化上述技术方案，控制绕组每个线圈匝数为3，线圈跨距Y＝10，共72个线圈。
为了进一步优化上述技术方案，转子绕组线圈匝数为1，采用变跨距的接线方式，共76个线圈。
在这里以额定功率为560Kw、额定转速为750r/min，额定电源频率为50Hz，调速范围为：750r/min-1000r/min的无刷双馈电机介绍具体实施方法。实施方法包括如下步骤：
步骤1：定子绕组极对数计算。由于功率绕组极对数pp和控制绕组极对数pc的大小决定了电机的调速范围，结合电机的额定转速要求，可以确定极对数为：pr＝pp+pc＝4。
步骤2：控制绕组和功率绕组极对数确定。为消除两个定子绕组间的电磁作用，极对数应满足pp≠pc。考虑到当pp和pc相差越大，越能降低噪声与振动及为了产生较强的对应谐波磁场，极对数pp和pc最好满足3倍关系这些约束关系，可以确定本设计的定子绕组极对数为：pp＝1和pc＝3。
步骤3：定子绕组节距的设计。考虑到功率绕组和控制绕组的合理性，本设计电机的定子槽数Z1＝36，则功率绕组和控制绕组的每极每相槽数分别为12和4，极距分别为τp＝36和τc＝12。考虑到三相绕组采用“Y型”连接可消除三次及其倍数谐波。所以设计绕组节距主要考虑削弱5、7次谐波，因此功率绕组和控制绕组的第一节距分别设计为：ypl＝5τp/6＝30、ycl＝5τp/6＝10。
步骤4：定子绕组跨距设计，在节距已经获得情况下，可以获得功率绕组线圈跨距Y＝29，控制绕组线圈跨距Y＝10。
步骤5：功率绕组和控制绕组在定子槽中的具体分布设计。在这里使用60°相带划分方法来确定功率绕组和控制绕组在定子槽位置。考虑功率绕组和控制绕组放置的合理性，本例中定子绕组采用双层形式。虽然定子绕组是双层形式，但对于每个绕组而言相当于单层绕组。因此，功率绕组每相有一个极相组，而控制绕组有三个极相组。为了保证每个元件节距一致，绕组形式选用交叉绕组。根据节距可以获得如附图2和附图3所示的功率绕组和控制绕组的接线图。
步骤7：转子结构设计。考虑到闭环结构笼型转子极数转换作用很强，本例设计电机转子的结构采用闭环结构笼型转子。为消除定转子齿谐波磁场引起的附加同步转矩和避免一阶齿谐波相互作用产生的单向振动力，根据“近槽”选择原则选择转子槽数。本例设计的电机转子由4个巢组成，每一个巢内又包含多个相互独立的闭环。基于增强基波和三次谐波磁势，抑制其他高次谐波(主要是减少5次谐波)。可设计如附图4所示的转子绕组的接线图。
附图4中单点划线、单虚线和双虚线中线圈个数、跨距、匝数和下线顺序如下表所示。
| 图形框 | 单点划线 | 单虚线 | 双虚线 | 双点划线 |
| 线圈个数 | 4×8＝32 | 8×4＝32 | 2×4＝8 | 1×4＝4 |
| 线规 | 1～5.6×28 | 1～5.6×28 | 1～5.6×28 | 1～5.6×28 |
| 跨距 | 40 | 16 | 18 | 34 |
| 匝数 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 下线顺序 | 1 | 2 | 3 | 4 |
步骤8：线圈绝缘材料选取。根据温升，定、转子线圈可采用双玻璃丝的结构。
步骤9：定子电枢铁芯冲片矩形槽和转子电枢铁芯冲片矩形槽结构设计。根据前面的设计的线圈匝数和绝缘材料类型，可确定如附图1所示的定、转子电枢铁芯冲片矩形槽具体参数如下：
定子电枢铁心冲片矩形槽长61mm，宽15.6mm，距定子电枢铁心冲片矩形槽开口1mm位置处设有3mm长槽口；转子电枢铁心冲片矩形槽长65mm，宽7.2mm，距转子电枢铁心冲片矩形槽开口1mm位置处设有3mm长槽口。定子电枢铁心冲片矩形槽开口与转子电枢铁心冲片矩形槽开口相距2mm。
实施例二
定子电枢铁芯冲片槽1为定子电枢铁芯冲片矩形槽，定子电枢铁芯冲片矩形槽的数目为72，转子电枢铁芯冲片槽2为转子电枢铁芯冲片矩形槽，转子电枢铁芯冲片矩形槽的数目为56，功率绕组采用72槽2极3相接线方式，控制绕组采用72槽6极3相接线方式。
为了进一步优化上述技术方案，功率绕组每个线圈匝数为34，线圈跨距Y＝29，共36个线圈。
为了进一步优化上述技术方案，控制绕组每个线圈匝数为3，线圈跨距Y＝10，共72个线圈。
为了进一步优化上述技术方案，转子绕组每个线圈匝数为1，采用变跨距的接线方式，共64个线圈。
在这里以额定功率为250Kw、额定转速为750r/min，额定电源频率为50Hz，调速范围为：750r/min～1000r/min的无刷双馈电机介绍具体实施方法与实施例一中的实施方法的区别在于：
功率绕组线规为：1～0.9×3.15，控制绕组线规为：2～2.24×11.2。附图8中单点划线、单虚线和双虚线中线圈个数、跨距、匝数和下线顺序如下表所示。
| 图形框 | 单点划线 | 单虚线 | 双虚线 |
| 线圈个数 | 40 | 20 | 4 |
| 跨距 | 11 | 23 | 20 |
| 匝数 | 1 | 1 | 1 |
| 下线顺序 | 2 | 1 | 3 |
定子电枢铁心冲片矩形槽长57mm，宽13mm，距定子电枢铁心冲片矩形槽开口1mm位置处设有3mm长槽口；转子电枢铁心冲片矩形槽长55mm，宽9mm，距转子电枢铁心冲片矩形槽开口1mm位置处设有3mm长槽口。定子电枢铁心冲片矩形槽开口与转子电枢铁心冲片矩形槽开口相距2mm。
实施例三
定子电枢铁芯冲片槽1为定子电枢铁芯冲片梨形槽，且数目为36，功率绕组采用36槽2极3相接线方式；相应的转子电枢铁芯冲片槽2为转子电枢铁芯冲片梨形槽，且数目为44，转子绕组线圈采用变跨距的接线方式，共40个线圈。
为了进一步优化上述技术方案，功率绕组每个线圈匝数为16，线圈跨距Y＝15，位于定子电枢铁芯冲片梨形槽顶部。
为了进一步优化上述技术方案，控制绕组每个线圈匝数为10，线圈跨距Y＝5，位于定子电枢铁芯冲片梨形槽底部。
在这里以额定功率为100Kw、额定转速为750r/min，额定电源频率为50Hz，调速范围为：750r/min-1000r/min的无刷双馈电机介绍具体实施方法与实施例一中的实施方法的区别在于：
定子绕组跨距设计，在节距已经获得情况下，可以获得功率绕组线圈跨距Y＝15，控制绕组线圈跨距Y＝5。
功率绕组线规为：1～0.9×3.15，控制绕组线规为：2～2.24×11.2。附图12中单点划线、单虚线和双虚线中线圈个数、跨距、匝数和下线顺序如下表所示。
| 图形框 | 单虚线 | 双虚线 | 单点划线 | 双点划线 | 三点划线 |
| 线径 | 10～Φ1.5 | 10～Φ1.5 | 10～Φ1.5 | 10～Φ1.5 | 10～Φ1.5 |
| 跨距 | 8 | 8 | 18 | 18 | 4 |
| 匝数 | 2 | 4 | 4 | 2 | 2 |
| 下线顺序 | 3 | 4 | 1 | 2 | 5 |
定子电枢铁心冲片梨形槽末端为半径φ8mm的弧形槽，弧形槽圆心距定子电枢铁心冲片梨形槽前段开口距离为22.3mm，开口口径为3.6mm，定子电枢铁芯冲片梨形槽在靠近开口端1mm位置具有30°倾角，并形成13.6mm的槽距；转子电枢铁芯冲片梨形槽末端为半径φ1.8mm的弧形槽，弧形槽圆心距定子电枢铁心冲片梨形槽前段开口距离为48.8mm，开口口径为3.6mm，定子电枢铁芯冲片梨形槽在靠近开口端1mm位置均具有30°倾角，并形成9.6mm的槽距。定子电枢铁心冲片梨形槽开口与转子电枢铁心冲片梨形槽开口相距0.8mm。
以上对本发明所提供的一种无刷双馈电机进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种无刷双馈电机，包括，定子和转子，其中定子绕组由功率绕组pp和控制绕组pc构成，定子绕组的极对数pr＝pp+pc，其特征在于：所述功率绕组pp采用2极3相接线方式，且每相有一个极相组；所述控制绕组pc采用6极3相接线方式，且每相有三个极相组；所述定子设置有定子电枢铁芯冲片槽(1)；所述转子设置有转子电枢铁芯冲片槽(2)。
2.根据权利要求1所述的一种无刷双馈电机，其特征在于，所述定子电枢铁芯冲片槽(1)为定子电枢铁芯冲片矩形槽，且数目为72，所述功率绕组采用72槽2极3相接线方式；相应的所述转子电枢铁芯冲片槽(2)为转子电枢铁芯冲片矩形槽，且数目为96。
3.根据权利要求1所述的一种无刷双馈电机，其特征在于，所述定子电枢铁芯冲片槽(1)为定子电枢铁芯冲片矩形槽，且数目为72，所述功率绕组采用72槽2极3相接线方式；相应的所述转子电枢铁芯冲片槽(2)为转子电枢铁芯冲片矩形槽，且数目为56。
4.根据权利要求1所述的一种无刷双馈电机，其特征在于，所述定子电枢铁芯冲片槽(1)为定子电枢铁芯冲片梨形槽，且数目为36，所述功率绕组采用36槽2极3相接线方式；相应的所述转子电枢铁芯冲片槽(2)为转子电枢铁芯冲片梨形槽，且数目为44，所述转子绕组线圈采用变跨距的接线方式，共40个线圈。
5.根据权利要求2或3所述的一种无刷双馈电机，其特征在于，所述功率绕组每个线圈匝数为34，线圈跨距Y＝29，共36个线圈。
6.根据权利要求2或3所述的一种无刷双馈电机，其特征在于，所述控制绕组每个线圈匝数为3，线圈跨距Y＝10，共72个线圈。
7.根据权利要求2所述的一种无刷双馈电机，其特征在于，所述转子绕组线圈匝数为1，采用变跨距的接线方式，共76个线圈。
8.根据权利要求3所述的一种无刷双馈电机，其特征在于，所述转子绕组每个线圈匝数为1，采用变跨距的接线方式，共64个线圈。
9.根据权利要求4所述的一种无刷双馈电机，其特征在于，所述功率绕组每个线圈匝数为16，线圈跨距Y＝15，位于所述定子电枢铁芯冲片梨形槽顶部。
10.根据权利要求4所述的一种无刷双馈电机，其特征在于，所述控制绕组每个线圈匝数为10，线圈跨距Y＝5，位于所述定子电枢铁芯冲片梨形槽底部。
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