CN105914978B - 一种双定子无刷双馈电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双定子无刷双馈电机，包括定子和转子，所述定子由内定子和外定子组成，所述转子位于内定子和外定子之间，所述转子的内侧设有与内定子槽相匹配的内转子槽，所述转子的外侧设有与外定子槽相匹配的外转子槽，所述内定子槽和外定子槽上分别设有极对数为p₁和p₂的两套绕组，其中,P₁≠P₂，且|P₁‑P₂|≥2，所述内转子槽和外转子槽上分别设有一套可形成极对数为p₁和p₂磁场的转子绕组，且转子内、外侧的转子绕组相位相反。本发明采用同心共轴方式布置绕组，其轴向长度任意，转子内部空间能够被有效利用，电机的功率水平可保持为内、外两台电机功率之和，电机转矩平稳，振动和噪声不明显。

Description

一种双定子无刷双馈电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种双定子无刷双馈电机。

背景技术

交流励磁双定子无刷双馈电机适用于变速恒频发电和变频调速系统，其特点是系统运行所需变频器容量小、运行可靠。

现有的双定子无刷双馈电机，根据电机本体结构可以分为两类，即级联式和磁场调制式。级联式结构由两台磁场互不干涉的子电机同轴连接构成，两台子电机之间只有电气连接，而不存在磁场耦合。级联式电机的优点是两台子电机的极对数配合不受限制，转矩平稳，振动小，噪声低。级联式电机的缺点是电机轴向长度过长，难以在轴向长度受到限制的场合应用。同时，由于无效体积占有很大空间，使得空间利用率和功率密度降低。磁场调制式双定子无刷双馈电机则具有轴向长度不受限制，但是磁场调制式电机的功率密度比级联式电机的功率密度低，同时存在着转矩脉动大，振动和噪声明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转子内部空间能够被有效利用，转矩脉动小，振动和噪声低且能够提高功率密度的交流励磁双定子无刷双馈电机。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括定子和转子，所述定子由内定子和外定子组成，所述转子位于内定子和外定子之间，所述转子的内侧设有与内定子槽相匹配的内转子槽，所述转子的外侧设有与外定子槽相匹配的外转子槽，所述内定子槽和外定子槽上分别设有极对数为p₁和p₂的两套绕组，其中,P₁≠P₂，且|P₁-P₂|≥2，所述内转子槽和外转子槽上分别设有一套可形成极对数为p₁和p₂磁场的转子绕组，且转子内、外侧的转子绕组相位相反。

所述内定子和外定子p₁对极绕组的轴线相差π(2n+1)/p₁机械角度，其中n＝0,1,2,...,p₁-1,所述内定子和外定子p₂对极绕组的轴线相差π(2m+1)/p₂机械角度，m＝0,1,2,...,p₂-1。

所述内转子槽与外转子槽的槽数相等。

所述内转子槽与外转子槽的槽数不相等。

由上述技术方案可知，本发明采用同心共轴方式布置绕组，其轴向长度任意，转子内部空间能够被有效利用，电机的功率水平可保持为内、外两台电机功率之和，电机转矩平稳，振动和噪声不明显；该电机可以使得转子绕组“重复”利用，同时也使得转子磁路得到“重复”利用，从而增加了电机的利用率，进而提高了电机的功率密度，改善电机的性能。

附图说明

图1为本发明无刷双馈电机定子结构图；

图2为本发明无刷双馈电机转子结构图；

图3为本发明当外侧转子Z_r1＝54，p₁/p₂＝4/2时，外侧转子绕组的槽号相位图及三相槽号分布图；

图4为本发明当内侧转子Z_r2＝54，p₁/p₂＝4/2，内外侧转子绕组的节距均为y＝7槽时，内侧转子绕组的槽号相位图及三相槽号分布图；

图5为本发明当外侧转子Z_r1＝54，内侧转子Z_r2＝54，p₁/p₂＝4/2，内外侧转子绕组的节距均为y＝7槽时，内、外侧转子绕组在转子槽中的位置图；

图6为本发明当外侧转子Z_r1＝54，p₁/p₂＝4/2，内、外侧转子绕组无电气连接时，外侧转子绕组接线图；

图7为本发明当外侧转子Z_r1＝54，内侧转子Z_r2＝54，p₁/p₂＝4/2，内、外侧转子绕组有电气连接时，内、外侧转子绕组接线图；

图8为本发明当外侧转子Z_r1＝54，内侧转子Z_r2＝54，p₁/p₂＝4/2，内、外侧磁场共用转子扼部磁路示意图；

图9为本发明电机内、外定的空间位置图。

具体实施方式

为了阐述本发明，下面结合附图对本发明做进一步说明：

本实施例中选取一台功率绕组的极对数为p₁＝4的无刷双馈电机，选取控制绕组的极对数为p₂＝2，实施例中选取外定子11槽数为72，内定子槽数为48，其结构如图1所示。转子12介于内定子13、外定子11之间，其结构如图2所示。

由无刷双馈电机的基本原理知，转子槽数的最小值为p₁+p₂＝6，当转子槽数较少时，电机转子磁动势谐波较大、齿槽效应较大，为了消弱上述不足，通常通过增加转子槽数，即增加转子绕组分布宽度。转子外侧的总槽数为K₁(p₁+p₂)，其中K₁为正整数，转子内侧的总槽数为K₂(p₁+p₂)，其中K₂为正整数，这里选取K₁＝K₂＝9，即内转子槽15、外转子槽14的槽数均为54槽，即Z_r1＝Z_r2＝54。而增加槽数也会带来绕组分布系数降低。为了尽量提高转子绕组的利用率，电机设计时通常舍弃边缘槽号。

图3为外侧转子舍弃4个边缘槽号，采用5个相邻槽号时，转子绕组在p₁＝4时转子绕组的槽号相位图及三相槽号分布图。这里转子绕组相数为3，其转子绕组的相数m满足关系式：m＝(p₁+p₂)/m_k，其中，m_k为p₁和p₂的最大公约数。显然，对于p₁＝4、p₂＝2的电机，其相数为3。图4为布置在转子内侧的，与外侧转子绕组相对应的转子绕组，在p₁＝4时转子绕组的槽号相位图及三相槽号分布图。由图3、图4不难发现，转子内外侧对应位置的绕组相位相反，其具体接线方式如图5所示。

首先排布外侧转子绕组。这里线圈编号以其线圈首边所在槽号命名。每个线圈的都有两个线圈边，两个线圈边中的电流方向必然相反。选择线圈1的首边作为电流的参考正方向，其余槽号线圈电流的正负均已1号槽的首边作为参考。为了表示反向电流，这里以编号右上加“’”号表示，同时也以此撇号作为线圈尾边的标识。例如1-1’为同一个线圈的两个线圈边，“1”表示线圈1的首边在1号槽内，且1号线圈的首边电流参考方向为正，1’表示1号线圈的尾边电流参考方向为负，其余线圈类同。这里转子线圈节距为7个槽。

第二，排布内侧转子绕组。内侧转子绕组的排列须以外侧转子绕组的排列为参照。内侧转子绕组排列如图5所示。内侧转子1号线圈的首边置于外侧转子绕组1’相对应的位置。即外侧的1’与内侧1成镜像对称分布。同时内侧的1’与外侧1成镜像对称分布。其余线圈分布方式类同。从图5不难看出，外侧线圈组1、2、3、4、5与内侧线圈组1’、2’、3’、4’、5’成镜像分布。两者位置对称，线圈边电流相反。

最后，内外侧转子绕组连接方式。内外侧转子绕组有两种连接方式，一是各自独立，自成闭合回路，外侧转子自闭和时转子联结图如图6所示，内侧转子连接图与图6相似。二是内、外侧转子绕组联结在一起，其接线图如图7所示，显然，内外侧转子绕组电流是反方向的。无论采用哪一种联结方式，内、外转子绕组的相序是一致的，即电机转子磁场旋转方向相同。

按照图7所示的绕组接法，电机转子扼部磁力线方向相同，即内、外侧转子共用扼部，从而达到扼部“重复”利用的目的，如图8所示。

实施例中电机外定子11上布置有极对数为p₁和p₂的独立的两套绕组，内定子13上布置有极对数为p₁和p₂的独立的另外两套绕组。电机内定子13与外定子11的p₁对极绕组的轴线相差π(2n+1)/p₁机械角度，n＝0,1,2,...,p₁-1。内、外侧定子绕组轴线相差上述机械角度，其对应的p₁对极的电角度为π(2n+1)，式中n＝0,1,2,...,p₁-1，其目的是为了保证电机内、外侧的p₁对极绕组的磁场方向相反。当外侧定子磁力线进入外侧转子时，内侧定子磁力线进入同角度内侧转子。当外侧转子磁力线离开外侧转子时，内侧转子磁力线离开同角度内侧转子。从而实现了共用转子扼部。内、外定子p2对极绕组的轴线相差π(2m+1)/p₂机械角度，其对应的p₂对极的电角度为π(2m+1)，式中m＝0,1,2,...,p₂-1。n、m可以相等，也可以取不同的值。为简化计，图9仅仅给出了电机内、外定子A、a相的空间位置图，A表示外定子，a表示内定子，右下标为定子极数，右上标表示电流参考方向。显然，内外定子绕组电流方向关于转子对称。B、b相、C、c相与此类似。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种双定子无刷双馈电机，包括定子和转子，所述定子由内定子和外定子组成，所述转子位于内定子和外定子之间，所述转子的内侧设有与内定子槽相匹配的内转子槽，所述转子的外侧设有与外定子槽相匹配的外转子槽，所述内定子槽和外定子槽上均布置有极对数为p₁和p₂的两套绕组，其中,p₁≠p₂，且|p₁-p₂|≥2，所述内转子槽设有一套可形成极对数为p₁磁场的转子绕组，外转子槽上设有一套可形成极对数为p₂磁场的转子绕组，且转子内、外侧的转子绕组相位相反；所述内定子和外定子p₁对极绕组的轴线相差π(2n+1)/p₁机械角度，其中，n＝0,1,2,...,p₁-1；所述内定子和外定子p₂对极绕组的轴线相差π(2m+1)/p₂机械角度，其中，m＝0,1,2,...,p₂-1。

2.根据权利要求1所述的双定子无刷双馈电机，其特征在于：所述内转子槽与外转子槽的槽数相等。

3.根据权利要求1所述的双定子无刷双馈电机，其特征在于：所述内转子槽与外转子槽的槽数不相等。