CN209200777U - 一种磁场调制交流无刷双馈电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种磁场调制交流无刷双馈电机，包括定子和转子，所述定子包括定子轭部、可拆卸的设置在所述定子轭部内侧的定子齿，以及设置在所述定子齿之间的磁插片；所述定子齿具有伞状端部，所述伞状端部的两侧对称设有插接槽；所述磁插片插接在相邻两个所述定子齿的插接槽内，所述磁插片中间设有向所述定子轭部凹陷的V型部；所述转子包括转子齿，每个所述转子齿上分别围绕有自闭和的线圈；每两个相邻所述转子齿之间插装有导磁块；所述导磁块的中轴线位置具有绝缘体。本实用新型通过增设定子齿之间的磁插片形成了无槽结构，通过增设导磁块，增强了转子的调磁能力，从而实现磁场的调制，并且降低了无刷电机的噪音，减小损耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机技术领域，特别涉及一种磁场调制交流无刷双馈电机。
背景技术
无刷双馈电机采用电网电源和变频电源分别供电，具有运行可靠，要求的变频电源容量较小，且可采用不同电压等级等特点，既能以电动机变频调速方式运行，又适合作为发电机，用于风力或是水力变速恒频发电等。
无刷双馈电机具有良好性能的关键在于转子。其中，转子类型可分为反应式和感应式，具体转子结构主要有两种，一种是属于反应式的磁阻转子，转子铁芯制成类似凸极的结构，其上没有任何导体；另一种是属于感应式的“同心笼”转子，转子齿槽内按“同心嵌套”方式放置有多个各自电气独立回路环笼型绕组。这两种转子结构中，磁阻转子因为转子上没有导体，故转子损耗小，效率较高，但不足之处是噪声和振动比较大，“同心笼”转子作为电动机起动特性较好，但其中绕组导体需用绝缘材料与铁芯隔离，制作工艺复杂，还存在功率密度较低等诸多问题。并且无刷电机由于无机械换向结构，无刷直流电机是通过电控PWM脉宽调制将直流电调制得到近似地交流电，实现电机换向。调制得到的交流电中含有大量谐波，可以通过提高PWM斩波频率，将斩波频率调为20KHz，使高频噪音处于超声波区，使人耳无法辨别，从而达到降低噪音的目的，但是调高斩波频率会导致电机力矩不稳，存在失步风险。
因此，提供供一种转子损耗小，噪音小、输出功率高的磁场调制交流无刷双馈电机是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种磁场调制交流无刷双馈电机，可以通过增设定子齿之间的磁插片形成了无槽结构，通过增设导磁块，增强了转子的调磁能力，从而实现磁场的调制，并且降低了无刷电机的噪音，减小损耗。为实现上述目的其具体方案如下：
一种磁场调制交流无刷双馈电机，包括定子和转子，所述定子包括定子轭部、可拆卸的设置在所述定子轭部内侧的定子齿，以及设置在所述定子齿之间的磁插片；所述定子齿具有伞状端部，所述伞状端部的两侧对称设有插接槽；所述磁插片插接在相邻两个所述定子齿的插接槽内，所述磁插片中间设有向所述定子轭部凹陷的V型部；
所述转子包括转子齿，每个所述转子齿上分别围绕有自闭和的线圈；每两个相邻所述转子齿之间插装有导磁块；所述导磁块的中轴线位置具有绝缘体。
优选的，所述定子齿可拆卸地连接在所述定子轭部的内周面上且沿所述定子轭部的周向间隔设置。
优选的，所述定子轭部周向内侧间隔设置安装孔。
优选的，所述定子齿顶部具有与所述安装孔匹配的安装齿。
优选的，所述磁插片连段具有连接段，且所述连接段插接在相邻两个所述定子齿的插接槽内。
优选的，所述伞状端部靠近所述转子的伞面形状为内凹弧面。
优选的，所述转子齿顶面与所述伞状端部靠近所述转子的伞面形状相匹配。
优选的，所述导磁块的截面呈扇形，且顶面为弧面，所述弧面与所述转子齿顶面的弧度一致。
优选的，所述导磁块采用硅钢片叠压而成。
优选的，所述绝缘体成条状结构，且沿所述中轴线纵向贯穿所述导磁块。
本实用新型公开的一种磁场调制交流无刷双馈电机，具有以下有益效果：
1、定子采用模块化结构，定子齿可拆卸地安装在定子轭部上，便于嵌线和现场安装；
2、利用转子导磁块的调制作用，通过改变线圈的频率，可以实现电机的变速恒频运行；
3、导磁块中设计绝缘体，绝缘体能有效消除导磁块上的局部饱和现象，减小损耗，且不会影响导磁块的调磁能力；
4、磁插片与定子齿使得定子内表面构成无槽结构，可以减少电机工作时高次谐波对电机运转的影响，提高电机的输出功率，并有效降低无刷双馈电机的噪音。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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为本实用新型公开的一种磁场调制交流无刷双馈电机的整体结构示意图；
图2为本实用新型公开的定子结构示意图；
图3为本实用新型公开的定子局部放大示意图；
图4为本实用新型公开的定子齿侧面结构示意图；
图5为本实用新型公开的转子结构示意图；
图6为本实用新型公开的导磁块结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
参见图1所示，本实用新型公开了一种磁场调制交流无刷双馈电机，定子包括定子轭部11、可拆卸的设置在定子轭部11内侧的定子齿12，以及设置在定子齿12之间的磁插片13；定子齿12具有伞状端部14，伞状端部14的两侧对称设有插接槽15；磁插片13插接在相邻两个定子齿12的插接槽15内，磁插片13中间设有向定子轭部11凹陷的V型部19；转子包括转子齿21，每个转子齿21上分别围绕有自闭和的线圈22；每两个相邻转子齿21之间插装有导磁块23；导磁块23的中轴线位置具有绝缘体24。
参见图2-图4所示，定子齿12可拆卸地连接在定子轭部11的内周面上且沿定子轭部11的周向间隔设置。定子轭部11周向内侧间隔设置安装孔。定子齿12顶部具有与安装孔匹配的安装齿17，安装齿17的下方为绕线杆18，绕线杆18的底端连接伞状端部14。定子齿12的拆装过程如下：功率绕组缠绕在绕线杆18上，绕线完成后，安装齿17插入安装孔，完成定子的组装。定子中的功率绕组不经过逆变器可与工频电网直接相连，定子中的控制绕组经双向逆变器与工频电网或电源相连；当转子速度变化时，可通过控制逆变器改变控制绕组中电流频率，保证功率绕组中的电流频率恒定，实现变速恒频运行。
定子具有分别为p1和p2的极对数，伞状端部14靠近转子的伞面形状为内凹弧面，定子齿12构成的内凹弧面与定子轭部11的内壁弧度一致，大幅度降低了定子齿槽转矩，从而降低了无刷电机的嘈音。
磁插片13的V型部19的尺寸与定子齿开口的尺寸相配合，完全遮挡了绕线槽的开口，使得定子内表面构成无槽结构，的定转子之间的气隙磁场分布均匀，得以更好的消除齿槽转矩，从而降低了无刷双馈电机的噪音。同时，V型部19形成了向内凹陷的凹槽结构，可以减少电机工作时高次谐波对电机运转的影响，提高电机的输出功率。
参见图5-图6所示，转子齿21顶面与伞状端部14靠近转子的伞面形状相匹配。导磁块23的截面呈扇形，且顶面为弧面，弧面与转子齿21顶面的弧度一致。导磁块23采用硅钢片叠压而成，绝缘体24成条状结构，且沿中轴线纵向贯穿导磁块23。线圈22构成齿谐波绕组，线圈22的数量与定子所具有的两种极对数有关。若定子具有两种极对数分别为p1和p2，两者之和为转子2对应的等效极对数：
pr＝p1+p2，
则，构成齿谐波绕组所需要的转子齿槽数为：
Zr＝pr＝p1+p2，
因为线圈22嵌放在每个转子齿槽，因此Zr也是线圈22的个数。若Zr＝pr不为偶数，则两种极数合成后的气隙磁场将会不对称。
由这种线圈22构成的转子绕组，当定子p1或是p2绕组接入交流电源产生气隙旋转磁场时，所感应产生的转子磁动势中，除含有极对数p1和p2这两种基本谐波外，还有一系列高次谐波。可以证明，无论是基本谐波还是高次谐波，均只与转子齿数Zr有关，这些谐波极对数满足关系式pv＝kZr±p1(k＝0，1，2，3...)。
每个导磁块中都包含一个或多个并排设置的绝缘体，其能阻断导磁块上的的部分磁通路径，可有效消除导磁块上的局部饱和；合理设计导磁块的极弧系数和绝缘体尺寸，可使导磁块的导磁能力不因绝缘体的存在而受到影响。
在一个实施例中，导磁块的极弧系数选定为0.65-0.75。
本实用新型的工作原理：线圈中通入三相对称交流电，频率为fc，通过控制与控制绕组相连的逆变器可以改变该频率，从而在内气隙中产生的磁场，经转子导磁块的调制作用，在转子齿之间的气隙中建立极对数的磁场，该磁场的旋转速度与转子的旋转速度和控制电流频率fc有关，其与定子上的功率绕组匝链。如果原动机拖动转子旋转，会在功率绕组中感应出感应电动势，对外输出电功率，当转子速度变化时，通过调节线圈频率fc，可使功率绕组频率fw保持不变，实现变速恒频运行。同理，如果在功率绕组中通入交流电，该电流会与磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动转子旋转，对外输出机械功率，通过调节频率fc，可实现变速运行。
以上对本实用新型所提供的一种磁场调制交流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实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。
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 (8)
1.一种磁场调制交流无刷双馈电机，包括定子和转子，其特征在于：所述定子包括定子轭部(11)、可拆卸的设置在所述定子轭部(11)内侧的定子齿(12)，以及设置在所述定子齿(12)之间的磁插片(13)；所述定子齿(12)具有伞状端部(14)，所述伞状端部(14)的两侧对称设有插接槽(15)；所述磁插片(13)插接在相邻两个所述定子齿(12)的插接槽(15)内，所述磁插片(13)中间设有向所述定子轭部(11)凹陷的V型部(19)；
所述转子包括转子齿(21)，每个所述转子齿(21)上分别围绕有自闭和的线圈(22)；每两个相邻所述转子齿(21)之间插装有导磁块(23)；所述导磁块(23)的中轴线位置具有绝缘体(24)。
2.根据权利要求1所述的一种磁场调制交流无刷双馈电机，其特征在于，所述定子齿(12)可拆卸地连接在所述定子轭部(11)的内周面上且沿所述定子轭部(11)的周向间隔设置。
3.根据权利要求2所述的一种磁场调制交流无刷双馈电机，其特征在于，所述定子轭部(11)周向内侧间隔设置安装孔。
4.根据权利要求3所述的一种磁场调制交流无刷双馈电机，其特征在于，所述定子齿(12)顶部具有与所述安装孔匹配的安装齿(17)。
5.根据权利要求1所述的一种磁场调制交流无刷双馈电机，其特征在于，所述伞状端部(14)靠近所述转子的伞面形状为内凹弧面。
6.根据权利要求1或5所述的一种磁场调制交流无刷双馈电机，其特征在于，所述转子齿(21)顶面与所述伞状端部(14)靠近所述转子的伞面形状相匹配。
7.根据权利要求6所述的一种磁场调制交流无刷双馈电机，其特征在于，所述导磁块(23)的截面呈扇形，且顶面为弧面，所述弧面与所述转子齿(21)顶面的弧度一致。
8.根据权利要求1所述的一种磁场调制交流无刷双馈电机，其特征在于，所述导磁块(23)采用硅钢片叠压而成，所述绝缘体(24)成条状结构，且沿所述中轴线纵向贯穿所述导磁块(23)。
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