一種交流無刷雙饋電機的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種交流無刷雙饋電機，包括定子和轉(zhuǎn)子，定子具有分別為p1和p2的極對數(shù)，轉(zhuǎn)子具有大齒和小齒，大齒和小齒均以轉(zhuǎn)子為中心呈發(fā)散狀分布，小齒位于相鄰兩大齒之間，大齒和小齒的數(shù)量均為p1+p2個，該轉(zhuǎn)子等效極對數(shù)pr＝p1+p2，轉(zhuǎn)子等效極距為τr，大齒齒寬區(qū)間和小齒齒寬區(qū)間之和為τr，大齒和小齒之間間隔形成對稱且非均勻分布的p1+p2個轉(zhuǎn)子齒槽Zr，每個大齒上分別圍繞有一自閉合的線圈。本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)子損耗小，效率高，運行可靠。
【專利說明】
一種交流無刷雙饋電機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及電機，具體來說涉及一種交流無刷雙饋電機。
【背景技術(shù)】
[0002] 無刷雙饋電機采用電網(wǎng)電源和變頻電源分別供電，具有運行可靠，要求的變頻電 源容量較小，且可采用不同電壓等級等特點，既能以電動機變頻調(diào)速方式運行，又適合作為 發(fā)電機，用于風力或是水力變速恒頻發(fā)電等。
[0003] 無刷雙饋電機具有良好性能的關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)子。其中，轉(zhuǎn)子類型可分為反應(yīng)式和感 應(yīng)式，具體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)主要有兩種，一種是屬于反應(yīng)式的磁阻轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子鐵芯制成類似凸極的 結(jié)構(gòu)，其上沒有任何導體;另一種是屬于感應(yīng)式的"同心籠"轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子齒槽內(nèi)按"同心嵌套" 方式放置有多個各自電氣獨立回路環(huán)籠型繞組。這兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，磁阻轉(zhuǎn)子因為轉(zhuǎn)子上 沒有導體，故轉(zhuǎn)子損耗小，效率較高，但不足之處是噪聲和振動比較大，"同心籠"轉(zhuǎn)子作為 電動機起動特性較好，但其中繞組導體需用絕緣材料與鐵芯隔離，制作工藝復雜，還存在功 率密度較低等諸多問題，因而還未能進入商業(yè)化工業(yè)實際應(yīng)用。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種交流無刷雙饋電機， 其結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)子損耗小，效率高，運行可靠。
[0005] 本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0006] -種交流無刷雙饋電機，包括定子和轉(zhuǎn)子，定子具有分別為?1和?2的極對數(shù)，轉(zhuǎn)子 具有大齒和小齒，大齒和小齒均以轉(zhuǎn)子為中心呈發(fā)散狀分布，小齒位于相鄰兩大齒之間，大 齒和小齒的數(shù)量均為 Pl+p2個，該轉(zhuǎn)子等效極對數(shù)pr = Pl+p2,轉(zhuǎn)子等效極距為^，大齒齒寬區(qū) 間和小齒齒寬區(qū)間之和為Tr，大齒和小齒之間間隔形成對稱且非均勻分布的2(pi+p 2)個轉(zhuǎn) 子齒槽Zr，每個大齒上分別圍繞有一自閉合的線圈。
[0007] 優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子齒槽Zr為偶數(shù)個。
[0008] 優(yōu)選地，線圈跨距yr<Tr。
[0009] 優(yōu)選地，大齒上開有開口空槽。
[0010] 優(yōu)選地，開口空槽內(nèi)具有空腔，且開口空槽沿轉(zhuǎn)子的軸向延伸。
[0011] 優(yōu)選地，開口空槽為多個，在轉(zhuǎn)子的外表分布。
[0012] 優(yōu)選地，開口空槽的兩側(cè)分別開有沿轉(zhuǎn)子軸向延伸的窄槽。
[0013] 優(yōu)選地，線圈為單匝，并通過非絕緣方式繞設(shè)在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子鐵芯上;插裝在轉(zhuǎn)子鐵 芯上的導電體采用導電金屬鑄造而成，或者，該導電體為銅導條，并焊接于轉(zhuǎn)子鐵芯。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下有益效果：
[0015] 本實用新型由于自閉合線圈可以為單匝，與轉(zhuǎn)子鐵芯間無需絕緣，因而能夠采用 鑄造或是銅導條焊接的方式制作。轉(zhuǎn)子每個大齒上另外有一個開口空槽，具備空腔，其中不 放置導體，使沿轉(zhuǎn)子圓周氣隙呈現(xiàn)非均勻分布，這種轉(zhuǎn)子兼有磁阻式和繞組式的特點，結(jié)構(gòu) 簡單，運行可靠，另外，通過對開口空槽尺寸大小的調(diào)節(jié)，可改變磁阻或是繞組這兩方面效 應(yīng)貢獻度的大小，使之轉(zhuǎn)子整體性能達到一個較好的平衡，進而降低轉(zhuǎn)子損耗，提高了效 率。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實用新型齒諧波感應(yīng)線圈的示意圖；
[0017] 圖2a為本實用新型Zr = pr = 4齒諧波繞組布置示意圖之一；
[0018] 圖2b為本實用新型Zr = pr = 4齒諧波繞組布置示意圖之二；
[0019] 圖3為本實用新型齒諧波磁阻和回路環(huán)轉(zhuǎn)子混合結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖4為本實用新型實施例1的2/6極齒諧波轉(zhuǎn)子沖片圖；
[0021] 圖5為本實用新型實施例1的2/6極齒諧波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖6為本實用新型實施例2的4/8極齒諧波轉(zhuǎn)子沖片圖；
[0023] 圖7為本實用新型實施例2的4/8極齒諧波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖中：1、定子;2、轉(zhuǎn)子;21、大齒;22、小齒;23、線圈；24、開口空槽;25、窄槽;26、轉(zhuǎn) 子鐵芯;27、導電體。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0026]如圖1-7所示的一種交流無刷雙饋電機，包括定子1和轉(zhuǎn)子2,定子1具有分別為Pi 和P2的極對數(shù)，轉(zhuǎn)子2具有大齒21和小齒22,大齒21和小齒22均以轉(zhuǎn)子2為中心呈發(fā)散狀分 布，小齒22位于相鄰兩大齒21之間，大齒21和小齒22的數(shù)量均為 Pl+p2個，該轉(zhuǎn)子2等效極對 數(shù)pr = pi+P2,轉(zhuǎn)子2等效極距為Tr，大齒21齒寬區(qū)間和小齒22齒寬區(qū)間之和為·^，大齒21和小 齒22之間間隔形成對稱且非均勻分布的2( Pl+p2)個轉(zhuǎn)子齒槽Zr，每個大齒21上分別圍繞有 一自閉合的線圈23。
[0027] 其中，本例所述的轉(zhuǎn)子齒槽Zr為偶數(shù)個。線圈23跨距yr< τ:。大齒21上開有開口空 槽24。開口空槽24內(nèi)具有空腔，且開口空槽24沿轉(zhuǎn)子2的軸向延伸。本例的開口空槽24為多 個，在轉(zhuǎn)子2的外表分布。開口空槽24的兩側(cè)分別開有沿轉(zhuǎn)子2軸向延伸的窄槽25。本例的線 圈23為單匝，并通過非絕緣方式繞設(shè)在轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)子鐵芯26上;插裝在轉(zhuǎn)子鐵芯26上的導電 體27采用導電金屬鑄造而成，或者，該導電體27為銅導條，并焊接于轉(zhuǎn)子鐵芯26。
[0028] 本交流無刷雙饋電機的工作原理如下:構(gòu)成齒諧波繞組所需要感應(yīng)線圈23的數(shù)量 與無刷雙饋電機定子1所具有的兩種極對數(shù)有關(guān)。若無刷雙饋電機定子1具有兩種極對數(shù)分 別為PdPp 2,兩者之和為轉(zhuǎn)子2對應(yīng)的等效極對數(shù)：
[0029] pr = pi+P2,
[0030] 則，構(gòu)成齒諧波繞組所需要的轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)為：
[0031] Zr = Pr = Pl+P2，
[0032] 因為感應(yīng)線圈23嵌放在每個轉(zhuǎn)子齒槽，因此Zr也是感應(yīng)線圈23的個數(shù)。若Zr = Pr不 為偶數(shù)，則兩種極數(shù)合成后的氣隙磁場將會不對稱。
[0033]由這種感應(yīng)線圈23構(gòu)成的轉(zhuǎn)子2繞組，當無刷雙饋電機定子Ipi或是P2繞組接入交 流電源產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場時，所感應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子2磁動勢中，除含有極對數(shù)?1和?2這兩種基 本諧波外，還有一系列高次諧波。可以證明，無論是基本諧波還是高次諧波，均只與轉(zhuǎn)子2齒 數(shù)Zr有關(guān)，這些諧波極對數(shù)滿足關(guān)系式Pv = kZr ± P1 ( k = O，1，2，3…），因而被稱為齒諧波。
[0034] 齒諧波轉(zhuǎn)子2繞組中共含有Zr個自閉合的感應(yīng)線圈23,于是可以認為每個線圈23 自成一相，也即齒諧波轉(zhuǎn)子2繞組的相數(shù)m r = Zr = pr。顯然，這樣構(gòu)成的齒諧波轉(zhuǎn)子2繞組磁 動勢諧波中不會含有任何與Zr無關(guān)的相帶諧波，所產(chǎn)生的全部諧波均為齒諧波。若假定 Pl< P2,則這些齒諧波中最小極對數(shù)Sp1，也即Pv的集合中不會出現(xiàn)極數(shù)小于 ?1的低次齒諧波。
[0035] 這種齒諧波轉(zhuǎn)子2繞組產(chǎn)生的齒諧波磁動勢有以下兩個自然屬性：
[0036] 1)相鄰兩個齒諧波磁動勢旋轉(zhuǎn)方向相反；
[0037] 2)所有齒諧波磁動勢的繞組系數(shù)相等。
[0038] 本交流無刷雙饋電機定子1同時具有pi和P2兩種極對數(shù)，也要求轉(zhuǎn)子2繞組能同時 產(chǎn)生極對數(shù)PdPp2且旋轉(zhuǎn)方向相反的磁動勢波，并對于兩種極對數(shù)PdPp 2有盡可能高的繞 組系數(shù)，而這些要求正好與齒諧波轉(zhuǎn)子2繞組的自然屬性相符合，因此本交流無刷雙饋電機 的轉(zhuǎn)子2繞組可利用上述齒諧波磁動勢自然屬性來進行設(shè)計。
[0039] 若上述齒諧波繞組每相只有1個閉合的線圈23,每個轉(zhuǎn)子齒槽內(nèi)有兩個線圈邊。這 時對應(yīng)的等效轉(zhuǎn)子2極距為^ = Zr/pr，線圈23節(jié)距(跨距)則為yr = L，因而是整距繞組，此時 大齒21和小齒22之間間隔形成對稱且非均勾分布的P1+P2個轉(zhuǎn)子齒槽Zr。
[0040] 齒諧波整距繞組磁動勢中所有齒諧波繞組系數(shù)相等。因此，相對于極對數(shù)PdPp2這 兩種所需要的基本齒諧波外，其余高次齒諧波相對幅值也較大，這會嚴重影響無刷雙饋電 機性能。一般總是希望在保留基本齒諧波的前提下，盡可能削弱這些有害的高次齒諧波。改 變線圈23節(jié)距使y r<ir，也即采用齒諧波短距繞組是削弱高次齒諧波一個有效的方法。在很 多情況下，采用齒諧波短距繞組可能獲得更好的性能。但是，感應(yīng)線圈23節(jié)距改變后，轉(zhuǎn)子 齒槽數(shù)也必須相應(yīng)增加一倍，以能安置節(jié)距改變后的線圈邊，這時的轉(zhuǎn)子2繞組也相應(yīng)變成 單層繞組。
[0041 ]圖2a、圖213所示為Pi = I，p2 = 3，Zr = pr = pi+p2 = 4，Tr = Zr/pr=l齒諧波繞組布置示 意圖。其中圖2a為線圈23節(jié)距yr=ir的齒諧波整距繞組；圖2b為線圈23節(jié)距
的齒諧 波短距繞組，
為放置短距線圈23,必須在線圈邊轉(zhuǎn)子2相應(yīng)位置上增加4個轉(zhuǎn)子 齒槽，從而形成8槽非均勾分布的大小齒22結(jié)構(gòu)，這時每個轉(zhuǎn)子齒槽中只有一個線圈邊，也 即這個齒諧波短距繞組為單層繞組。
[0042]上述齒諧波整距繞組和短距繞組磁動勢諧波分析結(jié)果列于表1。表1中Fv表示磁動 勢相對幅值，而Fv+表示正轉(zhuǎn)波Fv-表示反轉(zhuǎn)波。
[0043]表 1
[0044] Pr = pi+P2 = 4齒諧波繞組磁動勢諧波分析
[0047] 從表1可以看出，適當調(diào)整線圈23節(jié)距可以顯著削弱高次齒諧波。當線圈23為
1短距，相對于齒諧波短距繞組和整距繞組中極對數(shù)Pv=I和p v = 3這兩個基波而言， 幅值較大的極對數(shù)Pv = 5的高次諧波相對幅值，從60.0000降為29.9320，極對數(shù)Pv = 7相對幅 值從42.8571降為21.4966。這也可以看成是由于短距繞組槽數(shù)比整距繞組增加一倍，而離 散了高次齒諧波的結(jié)果。
[0048] 上述大齒21圍繞著的閉合線圈23匝數(shù)可以是1匝，這樣實際上就形成了一個短路 環(huán)，整個轉(zhuǎn)子2短路環(huán)的個數(shù)為Zr = pr = Pl+p2。由于轉(zhuǎn)子2鐵磁材料和導體導電性能相差很 大，因此可以不再需要槽絕緣材料，甚至可以采用金屬鑄造或是銅導條直接焊接的方式制 作短路環(huán)，使轉(zhuǎn)子2結(jié)構(gòu)進一步簡化。
[0049] 在上述分析的基礎(chǔ)上，若要進一步提高轉(zhuǎn)子2性能，就需要利用轉(zhuǎn)子2凸極產(chǎn)生的 磁阻效應(yīng)。以在圖2b所示轉(zhuǎn)子2為例，在其中大齒21上增加一個寬度為b的開口孔槽，使開口 孔槽處的氣隙從原來的心增加到如，沿轉(zhuǎn)子2圓周氣隙大小如同凸極轉(zhuǎn)子2那樣呈現(xiàn)非均勻 變化，如圖3所示。圖3中3 2和開口孔槽寬度b的具體數(shù)值需要通過氣隙磁場諧波分析才能最 后決定。氣隙磁場諧波分析的原則仍然是需使得極對數(shù)PdPp 2這兩種基本齒諧波相對幅值 盡可能大，而其余高次齒諧波相對幅值盡可能小。不過這里要注意的是，大齒21上增加的開 口孔槽會使繞在上面的線圈23效用減弱，也會改變氣隙磁場分布及其中諧波含量，這也意 味著對于這樣混合結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子2設(shè)計時，需要綜合考慮磁阻和繞組這兩方面的效應(yīng)，通過開 口孔槽尺寸大小的調(diào)節(jié)，改變兩者之間貢獻度的大小，使之轉(zhuǎn)子2整體性能達到一個較好的 平衡。
[0050] 實施例1
[0051 ]設(shè)計pi = 1和P2 = 3的齒諧波轉(zhuǎn)子2結(jié)構(gòu)方案。
[0052] 本例的pr = pi+p2 = 4,采用大小齒22間隔對稱分布的結(jié)構(gòu)，大小齒22各有4個，大小
齒22之間形成對稱但非均勻分布的8個轉(zhuǎn)子齒槽 共有4個短路環(huán)圍繞大齒21 ， 放置在轉(zhuǎn)子齒槽內(nèi)。為增強凸極磁阻效應(yīng)，大齒21上另外設(shè)置開口空槽24,形成了沿轉(zhuǎn)子2 圓周氣隙的非均勻分布，轉(zhuǎn)子2導體槽兩側(cè)也另外再開兩個不放置導電體27的窄槽25,由此 得到轉(zhuǎn)子沖片圖如圖4所示。圖5所示為轉(zhuǎn)子齒槽中放置導體并連接后的轉(zhuǎn)子2整體結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0053] 實施例2
[0054]設(shè)計pi = 2和P2 = 4的齒諧波轉(zhuǎn)子2結(jié)構(gòu)方案。
[0055] 本例的pr = Pl+p2=mr = 6,采用大小齒22間隔對稱分布的結(jié)構(gòu)，大小齒22各有6個，
大小齒22之間有對稱但非均勻分布的12個轉(zhuǎn)子齒槽， 共有6個短路環(huán)圍繞大齒 .， 21放置在轉(zhuǎn)子齒槽內(nèi)。為增強凸極磁阻效應(yīng)，大齒21上另外設(shè)置開口空槽24,形成了沿轉(zhuǎn)子 2圓周氣隙的非均勾分布，轉(zhuǎn)子2導體槽兩側(cè)也另外再開兩個不放置導電體27的窄槽25,由 此得到轉(zhuǎn)子沖片圖如圖6所示。圖7所示為轉(zhuǎn)子齒槽中放置導體并連接后的轉(zhuǎn)子2整體結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0056]本實用新型的實施方式不限于此，按照本實用新型的上述內(nèi)容，利用本領(lǐng)域的普 通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本實用新型上述基本技術(shù)思想前提下，本實用新型還可 以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本實用新型權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種交流無刷雙饋電機，包括定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于，定子具有分別為PdPp2的極 對數(shù)，轉(zhuǎn)子具有大齒和小齒，大齒和小齒均以轉(zhuǎn)子為中心呈發(fā)散狀分布，小齒位于相鄰兩大 齒之間，大齒和小齒的數(shù)量均為 Pl+p2個，該轉(zhuǎn)子等效極對數(shù)pr = Pl+p2,轉(zhuǎn)子等效極距為τΓ， 大齒齒寬區(qū)間和小齒齒寬區(qū)間之和為Tr，大齒和小齒之間間隔形成對稱且非均勻分布的2 (Pi+p 2)個轉(zhuǎn)子齒槽Zr，每個大齒上分別圍繞有一自閉合的線圈。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流無刷雙饋電機，其特征在于，轉(zhuǎn)子齒槽Zr為偶數(shù)個。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流無刷雙饋電機，其特征在于，線圈跨距yr<Tr。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流無刷雙饋電機，其特征在于，大齒上開有開口空槽。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的交流無刷雙饋電機，其特征在于，開口空槽內(nèi)具有空腔，且開 口空槽沿轉(zhuǎn)子的軸向延伸。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流無刷雙饋電機，其特征在于，開口空槽為多個，在轉(zhuǎn)子的 外表分布。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的交流無刷雙饋電機，其特征在于，開口空槽的兩側(cè)分別開有沿 轉(zhuǎn)子軸向延伸的窄槽。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的交流無刷雙饋電機，其特征在于，線圈為單匝，并通 過非絕緣方式繞設(shè)在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子鐵芯上;插裝在轉(zhuǎn)子鐵芯上的導電體采用導電金屬鑄造而 成，或者，該導電體為銅導條，并焊接于轉(zhuǎn)子鐵芯。
【文檔編號】H02K1/26GK205489852SQ201620096976
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月29日
【發(fā)明人】王雪帆, 楊華
【申請人】廣東上水能源科技有限公司, 華中科技大學