CN211377853U - 一种绕组式永磁耦合调速电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及本交流调速电机，尤其涉及绕组式永磁耦合调速电机，包括定子、电动转子和绕组转子，其中，定子包括定子铁芯和励磁绕组，励磁绕组采用三相整数槽分布式排列；电动转子包括电动转子铁芯、鼠笼导条和永磁体，电动转子铁芯贴近绕组转子一侧表贴以聚磁阵列方式充磁的永磁体；绕组转子包括绕组转子铁芯和感应绕组，绕组转子铁芯贴近电动转子一侧开槽，感应绕组设置于开槽中，另外在相邻感应绕组之间开槽以形成调制齿，调制齿用来对永磁磁场和感应磁场进行调制，感应绕组采用三相双层分数槽集中式排列。本实用新型提供的电机，具备低电压穿越能力，此外通过调制齿引入磁场调制效应，对感应绕组所匝链磁通进行调制，提高了电机转矩密度。
Description
技术领域
本实用新型涉及交流调速电机领域，尤其涉及一种绕组式永磁耦合调速电机。
背景技术
近年来，我国经济迅速发展，尤其是工业发展突出，促进了对电力的需求量。火力发电作为我国主要发电方式，2018年占全国总发电量70％以上，当环保节能成为中国电力工业结构调整的重要方向时，国内火电设备也在加速更新换代。在火力发电厂中，一类辅机是最主要的耗电辅机设备，且容量大、耗电多，加上这些设备都是长期连续运行和常常处于低负荷运行状态，缩小体积、提高单位体积功率密度成为了辅机设备的发展方向之一。另外调查表明，我国50MW以上机组辅机运行效率低于70％的占一半以上，低于50％的占20％左右，由于目前普遍的机组负荷偏低，辅机的效率就更低，结果是白白地浪费掉大量的电能，因此节能也成为辅机设备改造的重点。
目前我国火电厂中除少量采用液力耦合器及双速电机外，大量辅机采用变频器调速方式，也因此，全国各级电网均出现过瞬时电压波动导致机组跳闸事故。事故的主要原因是电网故障电压降低时，电厂的一类辅机(特别是磨煤机、给煤机和引风机等)变频器不具备低电压穿越功能，辅机变频器不能躲过故障时间，低压保护动作跳闸，辅机退出，从而造成机组跳闸、非计划脱离电网等事故，严重影响电力系统的安全稳定运行面对上述低电压穿越问题，目前变频器调速系统中提高发电厂一类辅机(特别是磨煤机、给煤机和引风机等)可靠性主要有以下四个方案：
(1)在变频器直流母线加装电池组；
(2)在变频器加装交流稳压装置；
(3)给煤机安装三相UPS电源；
(4)每台给煤机安装单相UPS电源。
然而，上述四个解决变频器调速低电压穿越能力的方案均需要增加设备，改造投资较高，随着投运时间延长，电容、UPS、蓄电池等都存在老化问题，后期维护成本较高。
技术目的：
本实用新型的目的在于解决上述火电厂辅机现有问题，在不增加设备的前提下，提出一种具有低电压穿越能力、高转矩密度、高功率密度并且节能的绕组式永磁耦合调速电机。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种绕组式永磁耦合调速电机。
本实用新型的技术方案如下：
绕组式永磁耦合调速电机，其特征在于，包括定子、电动转子和绕组转子，其中，定子包括定子铁芯和励磁绕组，电动转子包括电动转子铁芯、鼠笼导条和永磁体，电动转子铁芯贴近定子一侧设计为开口槽，鼠笼导条放置于电动转子铁芯开口槽内，鼠笼导条端部由端环短接以获得感应涡流，电动转子铁芯贴近绕组转子一侧表贴以聚磁阵列方式充磁的永磁体；绕组转子包括绕组转子铁芯和感应绕组，绕组转子铁芯贴近电动转子一侧开槽，感应绕组设置于开槽中，另外在相邻感应绕组之间开槽以形成调制齿，调制齿用来对永磁磁场和感应磁场进行调制，感应绕组采用分数槽集中式排列，并通过集电环和电刷与外部控制器相连，将转差功率回馈电网。
进一步，所述定子铁芯设计为开口槽，所述励磁绕组设置在定子铁芯开口槽内，励磁绕组采用整数槽分布式排列，并通过逆变器供交流电以产生旋转磁场，每个绕组线圈缠绕在定子齿上。
进一步，所述电机为旋转电机，所述定子铁芯沿圆周方向且靠近所述鼠笼转子的一侧开槽。
进一步，所述电动转子铁芯沿圆周方向且靠近所述绕组转子一侧设置永磁体，所述永磁体共p2对极，每对极由3个永磁体组成，3个永磁体充磁方式依次为径向向内、切向和径向向外，以此组成聚磁阵列。
进一步，所述定子铁芯、所述电动转子铁芯和所述绕组转子铁芯由齿槽式硅钢片叠压而成，所述永磁体采用稀土永磁材料。
进一步，所述励磁绕组采用单层或者双层排列方式，所述感应绕组采用双层排列方式。
借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：
(1)本实用新型中的电机具有低电压穿越能力，当电网电压降低时，励磁绕组产生磁场强度降低，为了维持鼠笼导条所受转矩不变，增大励磁绕组电流，增强励磁绕组产生磁场强度，励磁绕组磁场强度增加会使得鼠笼导条感应电流增大，然而电网电压降落时间较短，且鼠笼转子不需要设置功率变换器件，故鼠笼转子不会被烧毁。鼠笼导条所受转矩不变，则电动转子转速不变，永磁体转速不变，永磁体所产生的磁场转速不变，感应绕组的感应电流只与永磁转子和绕组转子之间的转差有关，因此感应绕组中感应电流不变，从而绕组转子输出转矩不变。综上所述，输出转矩不受电网电压降落的影响，即具备低电压穿越能力。
(2)永磁体采用聚磁阵列充磁，强制磁力线从感应绕组所匝链主磁路走，减少了励磁磁场和永磁磁场之间的互相干扰，减少了永磁磁场的漏磁，使得更多磁力线从气隙中通过，提高了电机的转矩密度和功率密度。
(3)绕组转子设置调制齿，对永磁磁场和感应绕组所产生的感应磁场进行磁通调制，通过磁场调制可以提高绕组转子转矩输出能力，从而提高电机转矩密度。
(4)本实用新型中的感应绕组通过集电环和电刷与外部控制器相连，通过控制器将感应电流回馈给电网，实现节能。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本实用新型主视结构示意图；
图2是本实用新型定子结构示意图；
图3是本实用新型电动转子结构示意图；
图4是本实用新型绕组转子结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
参见图1和图2，本实用新型一较佳实施例所述的一种电动汽车用电机智能控制装置，包括
图1为本实用新型一种实施例提供的绕组式永磁耦合调速电机的结构示意图。如图1所示包括定子100、电动转子200、绕组转子300。如图2所示，定子100包括定子铁芯101和励磁绕组102，定子铁芯101由齿槽式硅钢片叠压而成，在靠近电动转子200一侧开槽，励磁绕组102 设置在定子铁芯开口槽内，每相绕组的线圈通过串联或并联或串并联混合连接，励磁绕组102 按照单层整数槽分布式排列，并与外部逆变器连接，通以三相交流电流；如图3所示，电动转子200包括电动转子铁芯201、鼠笼导条202、径向充磁永磁体203和切向充磁永磁体204，电动转子铁芯201由齿槽式硅钢片叠压而成，在靠近定子100一侧开槽，鼠笼导条202设置于开口槽内，端部通过端环连接以形成感应涡流，电动转子铁芯201贴近绕组转子一侧表贴了p2对以聚磁阵列方式充磁的永磁体，每对磁极由3个永磁体组成，包括1个径向向内充磁的永磁体、1 个切向充磁的永磁体和1个径向向外充磁的永磁体，3个永磁体交替放置；如图4所示，绕组转子300包括绕组转子铁芯301、调制齿302和感应绕组303，绕组转子铁芯301由硅钢片叠压而成，在靠近电动转子一侧开槽，感应绕组303设置于开口槽内，感应绕组采用双层分数槽集中式排列，并通过集电环和电刷连接至外部控制器，将感应电流回馈电网，在相邻两感应绕组槽之间开槽以形成z个调制齿302。
具体而言，在工作时，外部电源给励磁绕组102通以交流电，从而在励磁绕组中产生一个基波极对数为p1、转速为n1的旋转磁场，鼠笼导条202置身于该旋转磁场中切割磁力线而感生出涡流，感应涡流产生极对数为p1、转速为n1的旋转磁场，与励磁绕组产生的磁场相互作用产生转矩，使得电动转子旋转，当转矩达到稳定值时，电动转子转速为n2，励磁磁场转速与电动转子转速满足n2<n1以保证鼠笼导条切割励磁磁场磁力线。
电动转子200转动后带动永磁体以相同转速n2转动，永磁体因此产生极对数p2、转速为n2的旋转磁场，感应绕组303置身于该旋转磁场中切割磁力线而感生出电流，感应电流产生极对数为p2、转速为n2的旋转磁场，感应磁场与永磁磁场相互作用产生转矩，使得绕组转子旋转，绕组绕组转速为n3，永磁磁场转速与绕组转子转速满足n3<n2以保证感应绕组切割永磁磁场磁力线。感应绕组中所产生的感应电流通过控制器回馈给电网，可以实现节能。由上述表述可知，励磁磁场与永磁磁场各司其职，理论上应当互不干扰，然而由于永磁体设置于电动转子上，与励磁磁场距离很近，励磁磁场和永磁磁场之间必然会出现耦合，为了降低励磁磁场和永磁磁场之间的干扰，将永磁体设置为聚磁阵列，在原本径向充磁的磁极中增加切向充磁永磁体，增强了永磁体靠近气隙一侧的磁场，减弱的永磁体靠近鼠笼导条一侧的磁场，以此减少永磁磁场中与励磁磁场耦合的漏磁通，使得更多磁力线从气隙中通过，增大了电机的输出转矩，提高了电机的转矩密度和功率密度。在绕组转子转动时，调制齿302可以调制产生除永磁气隙磁密基波分量外的其他阶次有用的谐波分量，其他有用阶次的谐波分量的频率虽然与基波频率不同，但也能够贡献产生基波的反电势，从而提高绕组转子的转矩输出能力，电机的转矩密度得以再次提高。调速时，通过控制器调节绕组转子中的感应电流大小，来改变感应电流产生的磁场强度，从而调节感应磁场和永磁磁场之间传递的转矩大小，当电磁转矩大于负载转矩时则升速，当电磁转矩小于负载转矩时则减速，以此达成调速的目的。
当电网电压降低时，励磁绕组输入电压降低，此时通过增加定子励磁绕组电流来增强励磁磁场，以保证励磁磁场和鼠笼导条感生磁场之间传递的转矩不变；鼠笼导条所受转矩不变，则电动转子转速不变，所以永磁体转速保持不变，绕组转子所受转矩大小仅与永磁体和绕组转子转速差以及感应绕组中感应电流大小相关，因此电网电压降低时不会影响绕组转子的输出转矩，即具备低电压穿越能力。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.绕组式永磁耦合调速电机，其特征在于：
包括定子、电动转子和绕组转子；
其中，所述定子包括定子铁芯和励磁绕组，所述电动转子包括电动转子铁芯、鼠笼导条和永磁体；
所述电动转子铁芯贴近定子一侧设计为开口槽，所述鼠笼导条放置于所述电动转子铁芯开口槽内，所述鼠笼导条端部由端环短接以获得感应涡流，所述电动转子铁芯贴近绕组转子一侧表贴以聚磁阵列方式充磁的永磁体；
所述绕组转子包括绕组转子铁芯和感应绕组，所述绕组转子铁芯贴近电动转子一侧开槽，感应绕组设置于开槽中，另外在相邻感应绕组之间开槽以形成调制齿，调制齿用来对永磁磁场和感应磁场进行调制，感应绕组采用分数槽集中式排列，并通过集电环和电刷与外部控制器相连，将转差功率回馈电网。
2.根据权利要求1所述的绕组式永磁耦合调速电机，其特征在于：所述定子铁芯设置有为开口槽，所述励磁绕组设置在定子铁芯开口槽内，所述励磁绕组采用整数槽分布式排列，并通过逆变器供交流电以产生旋转磁场，每个绕组线圈缠绕在定子齿上。
3.根据权利要求1所述的绕组式永磁耦合调速电机，其特征在于：所述电机为旋转电机，所述定子铁芯沿圆周方向且靠近鼠笼转子的一侧开槽。
4.根据权利要求1所述的绕组式永磁耦合调速电机，其特征在于：所述电动转子铁芯沿圆周方向且靠近所述绕组转子一侧设置永磁体，所述永磁体共p2对极，每对极由3个永磁体组成，3个永磁体充磁方式依次为径向向内、切向和径向向外，以此组成聚磁阵列。
5.根据权利要求1所述的绕组式永磁耦合调速电机，其特征在于：所述定子铁芯、所述电动转子铁芯和所述绕组转子铁芯由齿槽式硅钢片叠压而成，所述永磁体采用稀土永磁材料。
6.根据权利要求1所述的绕组式永磁耦合调速电机，其特征在于：所述励磁绕组采用单层或者双层排列方式，所述感应绕组采用双层排列方式。
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| CN114050705A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-02-15 | 西安交通大学 | 一种基于磁场调制原理的电励磁变压变频器及设计方法 |
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