CN101645637A - 单一铁心无刷同步电机 - Google Patents

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Abstract

一种单一铁心无刷同步电机，定子由定子铁心、定子单相交流励磁绕组和定子三相功率绕组组成；转子由转子铁心、转子交流感应绕组和转子直流励磁绕组组成，定子铁心和转子铁心都是单一铁心结构，转子为隐磁极结构，定子铁心中有短距且分布排列的三相功率绕组和整距且集中排列的单相交流励磁绕组，分别放置在定子大线槽和小线槽内，三相功率绕组外接功率电源，单相交流励磁绕组外接中频电源；转子铁心中有同心式排列的直流励磁绕组和整距且分布排列的交流感应绕组，分别放置在转子大线槽和小线槽内，转子轴上固定有旋转整流器。该同步电机取消了传统无刷同步电机系统中同轴连接的单独励磁电机，使得电机结构简单，运行可靠，便于维护，效率高，具有广泛的实用性。

Description

单一铁心无刷同步电机
技术领域
本发明涉及电机类，尤其是涉及一种定子和转子都为单一铁心结构的无刷同步电机。
背景技术
普通常用的无刷同步电机系统由同步电机、旋转整流器和交流励磁机等组成。该同步电机与交流励磁机同轴相连，旋转整流器固定于转轴上，与两个电机的转子同步旋转。交流励磁机定子铁心中放置直流励磁绕组，转子铁心中放置三相对称交流绕组。直流电源为励磁机定子绕组提供励磁电流，建立恒定磁场，励磁机转子绕组旋转就会感应电势，输出三相交流电压，该电压经过旋转整流器转换成直流电压，为同步电机转子励磁绕组提供直流励磁电压，建立同步电机需要的转子磁场。调节励磁机定子的直流电压大小，就可以间接调节同步电机转子直流励磁电压的大小，它们基本成正比关系。
该系统的不足之处：1)需要一个单独的励磁电机与同步电机同轴相连，因此系统结构复杂；2)机组轴系长，轴承座多，使轴振和瓦振幅值较高，因而对轴系稳定和机组的安全运行不利。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术中的不足，提出一种结构简单，性能稳定，运行安全的单一铁心无刷同步电机。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案：包括机壳，设在机壳内的定子和转子，固定在转轴上的旋转整流器，所述的定子由定子铁心、定子单相交流励磁绕组和定子三相功率绕组组成；所述的转子由转子铁心、转子交流感应绕组和转子直流励磁绕组组成，为隐磁极结构；定子铁心和转子铁心均为单一铁心结构，定子三相功率绕组短距且分布排列在定子铁心内设置的小线槽和大线槽上层，定子单相交流励磁绕组整距且集中排列在定子铁心内的大线槽下层，定子三相功率绕组外接功率电源，定子单相交流励磁绕组外接中频电源；转子交流感应绕组整距且分布排列在转子铁心内的小线槽和大线槽上层，转子直流励磁绕组同心式排列在转子铁心内的大线槽下层，转子交流感应绕组的输出端与整流器的输入端连接，整流器的输出端与转子直流励磁绕组连接。
所述的定子三相功率绕组极对数为Pp，定子单相交流励磁绕组极对数为Pe，且Pe＞＞Pp，Pe＝2×k×Pp，(k＝1、2、3......)；所述的定子单相交流励磁绕组的励磁电源为中频电源。
本发明与现有无刷同步电机系统相比的有益效果是：没有同轴连接的单独励磁电机，单一的定子铁心和转子铁心结构，使得电机结构简单，运行可靠，便于维护，使用场合广泛。采用中频励磁电压，转子励磁电压与转速无关，仅与定子励磁电压成正比，因此方便励磁调节和控制，对发电机和电动机都适用。所采用的定子绕组极对数设计使定子两套绕组间的耦合可以基本消除，使电机的效率更优，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是单一铁心无刷同步电机纵剖面图；
图2是单一铁心无刷同步电机A-A剖截面图；
图3是单一铁心无刷同步电机的励磁电路原理图。
图中：1-机壳；2-定子铁心；3-定子单相交流励磁绕组；4-定子三相功率绕组；5-转子铁心；6-转子交流感应绕组；7-转子直流励磁绕组；8-转轴；9-旋转整流器；10-定子大线槽；11-定子小线槽；12-转子大线槽；13-转子小线槽；14-中频电源。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
本发明的定子由定子铁心2、定子单相交流励磁绕组3和定子三相功率绕组4组成，定子铁心2和转子铁心5均为单一铁心结构，定子铁心2中设有一套短距分布排列的定子三相功率绕组4和一套整距集中排列的定子单相交流励磁绕组3，定子三相功率绕组4的极对数为Pp，定子单相交流励磁绕组3的极对数为Pe，且满足：Pe＞＞Pp，Pe＝2×k×Pp，(k＝1、2、3......)，k为常数；中频电源14为定子单相交流励磁绕组3提供励磁电压Use。转子为隐磁极结构，它由转子铁心5、转子交流感应绕组6和转子直流励磁绕组7组成，转子铁心5中设有同心式排列的转子直流励磁绕组7和整距分布排列的转子交流感应绕组6，转子交流感应绕组6的输出端与整流器9的输入端连接，整流器9的输出端与转子直流励磁绕组7连接，转子交流感应绕组6上的交流感应电压通过固定在转轴上的旋转整流器9转化为直流励磁电压Uf，为转子直流励磁绕组7提供励磁电流。
取定子单相交流励磁绕组极对数Pe＝4，定子三相功率绕组极对数pp＝1，满足Pe＝2×k×Pp(k＝1、2、3......)关系，定子两套绕组间的耦合可以基本消除。
定子铁心2由0.3mm厚的硅钢片叠成，其上设有大线槽10和小线槽11，取定子总线槽数Zs＝24，其中大线槽个数为Pe×2＝8，大线槽10沿定子铁心2内圆面均匀分布，每两个定子大线槽10之间间隔2个定子小线槽11，定子小线槽的个数为16个。定子三相功率绕组4按照普通三相对称绕组的排列规则，放置在定子小线槽11和定子大线槽10的上层。定子单相交流励磁绕组3按照单相集中整距绕组的排列规则，放置在定子大线槽下层。
转子铁心5用0.3mm厚的硅钢片叠成，为隐磁极结构，其上设有大线槽12和小线槽13，功率磁极尖部安排小线槽。电机转子总线槽数Zr＝16，其中转子大线槽12个数为12，转子小线槽数13为4，每6个转子大线槽12间隔设置两个转子小线槽13。转子直流励磁绕组7按照同心式排列规则放置在转子大线槽12的下层。转子交流感应绕组6按照单相分布整距绕组的排列规则，放置在转子小线槽13和大线槽12的上层。转子小线槽13中不放置转子直流励磁绕组7，这样分布转子直流励磁绕组7可以使其产生的磁密波在转子铁心5外表面按照正弦波分布。
其工作原理：定子单相交流励磁绕组3加中频电压14，绕组中流过中频电流，在电机磁路中建立一个中频脉振磁场，该磁场与定子单相交流励磁绕组3和转子交流感应绕组6相环链，因此在转子交流感应绕组6中会感应变压器电势，其大小与定子单相交流励磁绕组3输入电压成正比，与转子的转速几乎无关。该中频脉振磁场不会在定子三相功率绕组4中感应电势。转子交流感应绕组6输出交流电压，该电压经过旋转整流器9转换成直流励磁电压Uf，为转子直流励磁绕组6提供励磁电流，建立同步电机需要的转子恒定磁场。调节定子单相交流励磁绕组3的中频电压大小，就可以成比例地调节同步电机转子直流励磁电压的大小，从而实现了同步电机的无刷励磁调节。

Claims (3)

1、一种单一铁心无刷同步电机，包括机壳(1)，设在机壳(1)内的定子和转子，固定在转轴(8)上的旋转整流器(9)，其特征在于：所述的定子由定子铁心(2)、定子单相交流励磁绕组(3)和定子三相功率绕组(4)组成；所述的转子由转子铁心(5)、转子交流感应绕组(6)和转子直流励磁绕组(7)组成，转子为隐磁极结构；定子铁心(2)和转子铁心(5)均为单一铁心结构，定子三相功率绕组(4)短距且分布排列在定子铁心(2)内的小线槽(11)和大线槽(10)上层，定子单相交流励磁绕组(3)整距且集中排列在定子铁心(2)内的大线槽(10)下层，定子三相功率绕组(4)外接功率电源，定子单相交流励磁绕组(3)外接中频电源；转子交流感应绕组(6)整距且分布排列在转子铁心(5)内的小线槽(13)和大线槽(12)上层，转子直流励磁绕组(7)同心式排列在转子铁心(5)内的大线槽(12)下层，转子交流感应绕组(6)的输出端与整流器(9)的输入端连接，整流器(9)的输出端与转子直流励磁绕组(7)连接。
2、根据权利要求1所述的单一铁心无刷同步电机，其特征在于：所述的定子三相功率绕组(4)极对数为Pp，定子单相交流励磁绕组(3)极对数为Pe，且Pe＞＞Pp，Pe＝2×k×Pp，(k＝1、2、3……)。
3、根据权利要求1所述的单一铁心无刷同步电机，其特征在于：所述的定子单相交流励磁绕组(3)的励磁电源为中频电源。
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