CN1933294A

CN1933294A - 转子绕组为电枢绕组的无刷无滑环交流异步、同步电机

Info

Publication number: CN1933294A
Application number: CNA2005100372791A
Authority: CN
Inventors: 丁振荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2007-03-21

Abstract

转子绕组为电枢绕组的无刷无滑环交流异步、同步电机，属电机制造领域，使交流异步、同步电机能无刷、无滑环在高电压潮湿条件下安全运行。主要是通过一种安装在电机机座内部的转轴上的三相旋转变压器在静止的三相交流电源与电机旋转的转子之间双向传递电功率，电机转子绕组为交流电机电枢绕组、分布式结构，电机定子绕组同步电机时为直流励磁绕组、异步电机时为鼠笼绕组或为绕线式绕组。本发明的交流异步、同步电机定子为集中环形绕组，绝缘容易处理，很容易地设计成高电压结构，转子绕组为交流电枢绕组，可以很容易地设计成低电压结构，因而这种电机输入电压高、不怕潮湿。

Description

转子绕组为电枢绕组的无刷无滑环交流异步、同步电机

技术领域

本发明涉及一种新型的、无刷的交流异步、同步电机，属电机制造领域。

背景技术

现在普通交流异步、同步电机电枢绕组由定子绕组承担，通入三相交流电流后产生旋转磁场，是进行机电能量转换必不可少的主要部件，都为分布绕组。为使输电线路损耗减小，现电机的输入电压等级越来越高，由于为分布绕组，电机的绝缘处理越来越困难，电机的单位KW的体积也越来越大，电机的输入电压等级越高，电机也越怕潮湿。

本人申请了“基于三相旋转变压器技术的交流同步电机、交流绕线转子电机及其调速装置”的发明专利，申请号为200510036886.6，主要侧重于在同步电机无刷直流励磁和在绕线式转子电机转子绕组无刷控制的应用，现继续延伸这种电机应用。

发明内容

本发明的目的就是克服现有交流异步、同步电机的不足，提供一种新的无刷、无滑环，既可以输入高电压又可以不怕潮湿的交流异步、同步电机。电机主要由定子绕组51及其铁心、转子绕组52及其铁心、轴承装置53和机座54等组成，主要特征在于：电机通过一种安装在电机机座54内部的转轴56上的三相旋转变压器55在静止的三相交流电源R、S、T与电机旋转的转子绕组52之间双向传递电功率，电机转子绕组52为交流电机电枢绕组、分布式结构，电机定子绕组51同步电机时为直流励磁绕组、异步电机时为鼠笼绕组或为绕线式绕组，三相旋转变压器55的转子绕组57向电机转子绕组52传递交流电功率产生旋转磁场，电机处于电动状态，电机转子绕组52产生感应电动势向三相旋转变压器55的转子绕组57传递交流电功率，电机处于发电状态。

三相旋转变压器55的转子绕组57可以由N(N大于等于2)套相位相差60°/N、电压相等的三相绕组组成，与电机转子52的N套电气角度相差60°/N、电压相等的三相绕组相连，其中，三相旋转变压器55的转子三相绕组57一套按星形方式连接，一套按三角形方式连接，两套电压相等，是一种最简单的实现方式。

当电机为同步电机时，为给直流励磁绕组提供直流电源，三相旋转变压器55除定子绕组49外，还可以有定子付边三相绕组50，可以像三相旋转变压器55转子绕组57那样有N(N大于等于2)套相位相差60°/N的电压相等的三相绕组，与N个串联三相全桥整流电路连接构成6N脉波整流电路。

三相旋转变压器55的转子绕组57、电机转子绕组52可以按少匝数、大截面积结构设计，此时三相旋转变压器55的转子绕组57、电机转子绕组52运行在低电压、大电流状态。

三相旋转变压器55的定子绕组49可以用带状漆包铜片卷绕成型或带状铜片与带状绝缘片一起卷绕成型。

三相旋转变压器55的定子、转子铁心在保持磁路闭合的条件下，可以在定子、转子铁心适当开窗、开孔，以减轻重量和改善铁心、绕组散热。

三相旋转变压器55的定子绕组49可以设计成高电压、小电流结构，采用类似干式变压器的制造工艺直接进行绝缘、水密处理，必要时可以封装在由高电阻率、高磁阻率、水不能渗透的材料，如塑料、环氧树脂等构成的容器里，进一步增强在高电压条件下抗潮湿、防水能力。

所述三相旋转变压器第一种结构由依次排在同一个转轴上的三个单相旋转变压器58、59、60构成。

所述三相旋转变压器还可以有另外三种结构，主要都由铁心结构为“日”字形的普通三相变压器直接变形。

所述三相旋转变压器第二种结构为，沿轴心线的截面有三相相对的定、转子铁心A2、B2、C2，在每相相对的定子铁心和转子铁心的圆周面上，各安置两个或两个以上的集中绕组83，定子集中绕组83、转子集中绕组83的个数可以相等或不相等，每相定子的集中绕组83可以并联或串联，要求定子所有集中绕组83通电形成的磁场方向在任一瞬间为同一个方向，或全部朝向轴心或全部从轴心向外，每相转子的集中绕组83可以并联或串联，转子所有集中绕组83感应的电动势串联为增加的、并联为极性一致的，不能内部抵消。

所述三相旋转变压器第三种结构为，沿轴心线的截面有三相相对的定、转子铁心A1、B1、C1，定子有四个环绕转子的环形线圈90、91、92、93，B相与相串联的线圈91、92相连，线圈91、线圈92环绕转子的环形电流方向相反，线圈91、线圈92被中间相对的定、转子铁心B1隔开，A相与线圈90相连，C相与线圈93相连，线圈90、91、92、93匝数相等，绕制线圈91、92铜线的截面积相等，绕制线圈90、93铜线的截面积相等，绕制线圈91、92铜线截面积是绕制线圈90、93铜线截面积的两倍，转子绕组的情况与定子绕组的情况相同。B相可以与相并联的线圈91、92相连，同样线圈91、线圈92环绕转子的环形电流方向相反，线圈91、线圈92被中间相对的定、转子铁心B1隔开，此时，绕制线圈90、91、92、93铜线的截面积相等，线圈90、93匝数相等，线圈91、92匝数相等，线圈91、92匝数是线圈90、93匝数的两倍，转子绕组的情况跟随定子绕组的情况而变。

所述三相旋转变压器第四种结构为，相对的定、转子铁心B1可以像三相旋转变压器第二种结构那样，采用在相对的定子铁心和转子铁心的圆周面上各安置两个或两个以上的集中绕组的方法，而定、转子铁心A1和定、转子铁心C1的绕组结构与三相旋转变压器第三种结构相同，要求定子的三相绕组每相绕组的等效匝数相等、等效阻值相等，转子的三相绕组每相绕组的等效匝数相等、等效阻值相等。

所述三相旋转变压器，为减少气隙的影响，可以把每对相对的定子、转子铁心的一侧17尽可能远的两端刻入两个环形槽80，安置两个轴封81，两个轴封81间的气隙充入含有大量导磁粉末的油脂82。

也可以在每对相对的定子铁心、转子铁心98之间套入一个内外圈、滚珠或滚柱导磁性能都好、油脂含有导磁粉末的导磁轴承97，此时，三相旋转变压器定子99支撑在转子100上，可以不用固定在机座上，但三相旋转变压器定子99不能转动。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

图一本发明无刷无滑环交流异步、同步电机结构示意图

图二本发明无刷无滑环交流异步、同步电机电路示意图

图三本发明无刷无滑环交流异步、同步电机转子为双三相绕组电路示意图

图四本发明无刷无滑环同步电机定子直流励磁电路示意图

图五本发明三相旋转变压器第二种结构轴心线截面示意图

图六本发明三相旋转变压器第二种结构铁心圆截面示意图

图七本发明三相旋转变压器第三种结构轴心线截面示意图

图八本发明三相旋转变压器相对铁心有轴封的轴心线截面示意图

图九本发明三相旋转变压器相对铁心有导磁轴承的轴心线截面示意图

具体实施方式

见图一，三相旋转变压器55由三个单相的旋转变压器58、59、60构成。

见图二，三相旋转变压器55定子绕组49、转子绕组57、电机转子绕组52为星形连接，根据需要，可以为三角形连接，也可以为星形连接、三角形连接的组合。

见图三，三相转变压器55的转子绕组57为双三相绕组，一套为三角形连接，一套为星形连接，电机转子绕组52也为双三相绕组，一套比另一套滞后30度电气角度。

见图四，三相转变压器55的定子付边绕组50为双三相绕组，一套为三角形连接，一套为星形连接，两套绕组电压相等，与串联的三相全桥整流电路连接，构成12脉波整流电路。

见图五，三相旋转变压器三相相对的定、转子铁心A2、B2、C2。

见图六，三相旋转变压器某相定子上有4个集中绕组84、85、86、87，其磁场方向都指向轴心，转子3个集中绕组94、95、96其感应电动势串联是相加的，并联极性是一致的，不能内部抵消。

见图七，把B相定子绕组相串联的线圈91、92与三相旋转变压器第二种结构某相定、转子集中绕组的个数都为一个的情况对比，它们对B1定、转子铁心产生的磁场本质上是一样的，因而，三相旋转变压器第三种结构的B1定、转子铁心可以采用三相旋转变压器第二种结构的方法，安装定、转子集中绕组。

见图八，环形槽80开在定子上。

见图九，轴承97为导磁滚柱轴承。

本发明的交流异步、同步电机可以容易地制造输入高电压、不怕潮湿的电机，虽然，比起一般的交流异步、同步电机多了一个变压器，似乎体积会增大、效率会降低，但电机的电枢绕组在转子上，并且转子的绕组按少匝数、大截面积设计，电机的转子绕组体积、用铜量大为减少，总体上，电机体积不会增大很多、效率不会下降很多，考虑到，电机定子绕组为集中绕组，很容易像变压器那样设计成高电压的结构，可以省掉上一级的变压器直接连接更高电压的交流电源，所以这种定子电压很高、转子电压很低的电机系统的效率是高的、用铜量是少的、电机的可靠性也是高的。

Claims

1、转子绕组为电枢绕组的无刷无滑环交流异步、同步电机，电机主要由定子绕组51及其铁心、转子绕组52及其铁心、轴承装置53和机座54等组成，主要特征在于：电机通过一种安装在电机机座54内部的转轴56上的三相旋转变压器55在静止的三相交流电源R、S、T与电机旋转的转子绕组52之间双向传递电功率，电机转子绕组52为交流电机电枢绕组、分布式结构，电机定子绕组51同步电机时为直流励磁绕组、异步电机时为鼠笼绕组或为绕线式绕组，三相旋转变压器55的转子绕组57向电机转子绕组52传递交流电功率产生旋转磁场，电机处于电动状态，电机转子绕组52产生感应电动势向三相旋转变压器55的转子绕组57传递交流电功率，电机处于发电状态。

2、如权利要求1所述的转子绕组为电枢绕组的无刷无滑环交流异步、同步电机，其特征是：所述的三相旋转变压器55的转子绕组57可以由N(N大于等于2)套相位相差60°/N、电压相等的三相绕组组成，与电机转子52的N套电气角度相差60°/N、电压相等的三相绕组相连，其中，三相旋转变压器55的转子三相绕组57一套按星形方式连接，一套按三角形方式连接，两套电压相等，是一种最简单的实现方式。

3、如权利要求1所述的转子绕组为电枢绕组的无刷无滑环交流异步、同步电机，其特征是：当电机为同步电机时，为给直流励磁绕组提供直流电源，所述的三相旋转变压器55除定子绕组49外，还可以有定子付边三相绕组50，可以像三相旋转变压器55转子绕组57那样有N(N大于等于2)套相位相差60°/N的电压相等的三相绕组，与N个串联三相全桥整流电路连接构成6N脉波整流电路。

4、如权利要求1所述的转子绕组为电枢绕组的无刷无滑环交流异步、同步电机，其特征是：所述的三相旋转变压器55的转子绕组57、电机转子绕组52可以按少匝数、大截面积结构设计，此时三相旋转变压器55的转子绕组57、电机转子绕组52运行在低电压、大电流状态。

5、如权利要求1所述的转子绕组为电枢绕组的无刷无滑环交流异步、同步电机，其特征是：所述的三相旋转变压器55的定子绕组49可以用带状漆包铜片卷绕成型或带状铜片与带状绝缘片一起卷绕成型。

6、如权利要求1所述的转子绕组为电枢绕组的无刷无滑环交流异步、同步电机，其特征是：所述的三相旋转变压器55的定子、转子铁心在保持磁路闭合的条件下，可以在定子、转子铁心适当开窗、开孔，以减轻重量和改善铁心、绕组散热。

7、如权利要求1所述的转子绕组为电枢绕组的无刷无滑环交流异步、同步电机，其特征是：所述的三相旋转变压器55的定子绕组49可以设计成高电压、小电流结构，采用类似干式变压器的制造工艺直接进行绝缘、水密处理，必要时可以封装在由高电阻率、高磁阻率、水不能渗透的材料，如塑料、环氧树脂等构成的容器里，进一步增强在高电压条件下抗潮湿、防水能力。