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CN109660098B - 一种变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机 - Google Patents

一种变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机 Download PDF

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李忠文
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Abstract

本发明属于电机技术领域，公开了一种变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机，包括定子和转子，转子包括右转子、左转子和转子轴，所述右转子和左转子同轴连接在转子轴上，定子设于右转子和左转子之间，所述右转子和左转子与定子之间分别设有独立的气隙，定子包括定子铁芯和定子环形绕组，定子铁芯为盘式环形铁芯，定子环形绕组连接有逆变器，左转子和右转子均包括转子铁芯和励磁绕组，定子环形绕组与励磁绕组相对应，励磁绕组与可控的直流电源相连接。本发明通过改变励磁电流方向及大小和电枢电流的大小及相位，来实现电机的变极变相，能够在不停机状态下，改变电机的相数和极对数，同时能够在宽范围内实现电机调速。

Description

一种变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，涉及一种变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机。
背景技术
交流电机调速是电动机应用的重要课题。在所有的电机负载中，约有50%是负载变动的，其中的30%可以通过电机调速满足其负载变动的要求，各行各业普遍存在对电动机进行调速的要求。
为实现交流电机调速，当前主要通过变频或变极，实现交流电机的调速。变极调速方法通过改变绕组接法来获得多种极对数，使一台电机在不同速度范围内以不同的极对数运行。现有变极电机一般采用多绕组结构，在一套绕组工作时，另一套绕组被闲置，导致该部分绕组在此时被浪费，令电机的制作成本升高。另外，动态变极难以实现，大部分变极电机往往需要停机后改变绕组连接方式，使用极不灵活。因结构问题，变极电机也很难具备较多的绕组套数，故一般只能在两到三个离散速度下运行，难以满足生产需要。且变极调速多用于鼠笼式转子的异步电机，因为鼠笼转子的极对数可以自动随着定子极对数的改变而改变。对于同步电机，需要同时改变定子和转子的极对数，限制了变极调速的应用。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机，包括定子和转子，转子包括右转子、左转子和转子轴，所述右转子和左转子同轴连接在转子轴上，定子设于右转子和左转子之间，所述右转子和左转子与定子之间分别设有独立的气隙，所述定子包括定子铁芯和定子环形绕组，所述定子铁芯为盘式环形铁芯，定子铁芯上沿圆周方向均布有多个双面开槽的定子槽，所述定子环形绕组包括沿径向方向设置于每个定子槽上的定子环形绕组元件，定子环形绕组连接有逆变器，逆变器内设有多个逆变桥臂，每个定子环形绕组元件单独连接一个逆变桥臂，通过逆变器的逆变桥控制每个定子环形绕组元件所通电流的相位和大小，所述左转子和右转子均包括转子铁芯和励磁绕组，励磁绕组采用非叠绕组，相邻的每3个定子环形绕组元件分别与右转子和左转子的一对励磁绕组相对应，所述励磁绕组与可控的直流电源相连接。
优选的，所述左转子和右转子结构尺寸相同，便于电机结构和功能的稳定。
优选的，所述定子铁芯的定子槽为直槽或斜槽,加工方便。
优选的，所述定子铁芯的定子槽采用开口槽、半闭口槽或闭口槽，应用范围广，满足不同条件下的产品需求。
本发明还包括能够使变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机正常使用的其它组件，均为本领域的常规技术手段。另外，本发明中未加限定的装置或组件均采用本领域中的常规技术手段。
本发明的工作原理是，每个定子槽内的定子环形绕组元件独立接入逆变器，由逆变器为所述定子环形绕组提供电枢电流，逆变器向各个定子环形绕组元件的线圈中通入不同相位的电流，仅通过改变每个定子环形绕组元件的流入电流即可改变极对数，而不需要改变电机的绕组结构或连接方式。左转子和右转子的励磁绕组连接到可控的直流电源上，通过控制直流电源的电流方向、大小来控制左右转子的极对数和电机磁场的大小。该电机通过改变励磁电流方向及大小和电枢电流的大小及相位，来实现电机的变极变相。
本发明的有益效果是, 本发明可实现一套绕组变极变相，能够在不停机状态下，改变电机的相数和极对数，同时能够在宽范围内实现电机调速；定子环形绕组和励磁绕组的各线圈之间不存在物理接触，该结构具有良好的散热性；同时，定子环形绕组匝间绝缘不会被绕组间的电压差击穿，绝缘性能大大提高，有效防止了绝缘老化；在电机故障时，仅需更换故障线圈，不会出现传统结构中故障线圈烧坏多个相邻线圈的情况，节约了维修的时间和成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机的立体结构图。
图2为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机的定子立体结构图。
图3为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机的定子结构主视图。
图4为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机的定子结构左视图。
图5为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机的定子结构爆炸视图。
图6为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机的定子铁芯立体结构图。
图7为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机的左转子或右转子的立体结构图。
图8为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机的左转子结构或右转子结构主视图。
图9为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机的左转子结构或右转子结构左视图。
图10为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机的定子环形绕组绕线示意图。
图11为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机的定子环形绕组与逆变器接线图。
图12为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机为三相电机时采用6对极定子环形绕组的绕组电流流入方式示意图。
图13为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机为三相电机时采用3对极定子环形绕组的绕组电流流入方式示意图。
图14为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机为三相电机时采用2对极定子环形绕组的绕组电流流入方式示意图。
图15为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机为三相电机时采用1对极定子环形绕组的绕组电流流入方式示意图。
图16为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机为三相电机时采用6对极转子励磁绕组的电流方向及磁极分布示意图。
图17为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机为三相电机时采用3对极转子励磁绕组的电流方向及磁极分布示意图。
图18为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机为三相电机时采用2对极转子励磁绕组的电流方向及磁极分布示意图。
图19为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机为三相电机时采用1对极转子励磁绕组的电流方向及磁极分布示意图。
图20为本发明变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机为六相电机时采用3对极定子环形绕组的电流电流流入方式示意图。
图中：1.定子，1-1.定子铁芯,1-2.定子环形绕组元件，2.右转子，2-1.转子铁芯，2-2.励磁绕组，3.左转子，4.转子轴。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图以及具体实施例对本发明进行清楚地描述，在此处的描述仅仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例
下面结合本发明实施例中的附图以及具体实施例对本发明进行清楚地描述，在此处的描述仅仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
如图1-11所示，本发明提供了一种变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机，包括定子1和转子，转子包括右转子2、左转子3和转子轴4，所述右转子2和左转子3同轴连接在转子轴4上，定子1设于右转子2和左转子3之间，所述右转子2和左转子3与定子1之间分别设有独立的气隙，所述定子1包括定子铁芯1-1和定子环形绕组，所述定子铁芯1-1为盘式环形铁芯，定子铁芯1-1上沿圆周方向均布有多个双面开槽的定子槽，所述定子环形绕组包括沿径向方向设置于每个定子槽上的定子环形绕组元件1-2，定子环形绕组连接有逆变器，逆变器内设有多个逆变桥臂，每个定子环形绕组元件1-2单独连接一个逆变桥臂，通过逆变器的逆变桥控制每个定子环形绕组元件1-2所通电流的相位和大小，所述右转子2和左转子3均包括转子铁芯2-1和励磁绕组2-2，励磁绕组2-2采用非叠绕组，相邻的每3个定子环形绕组元件1-2分别与右转子2和左转子3的一对励磁绕组2-2相对应，所述励磁绕组2-2与可控的直流电源相连接，本实施例中，定子槽数为18槽，右转子2和左转子3结构尺寸相同，各有12个励磁线圈。
如图10所示，每个定子环形绕组元件1-2的绕线方向均相同。
如图11所示，每个定子槽的定子环形绕组元件1-2与一个逆变桥臂相连，通过逆变器控制每个定子槽内定子环形绕组元件1-2的电流相位和大小。
如图12-15所示，本发明定子环形绕组通三相对称电流时，6对极、3对极、2对极和1对极定子环形绕组分别对应的电流流入方式。
本发明转子可实现6对极、3对极、2对极和1对极，图16-19显示了6对极、3对极、2对极和1对极转子励磁绕组相应的电流方向及磁极分布。
对定子环形绕组通N相对称电流，即为N相电机，通过对定子环形绕组通N相对称电流，本发明可实现多相电机。如图20所示，通过逆变器，对定子环形绕组通6相对称电流，相邻A、B、C、D、E、F六相绕组形成一对极，此时电机为6相3对极。
所述定子铁芯1-1的定子槽为直槽,加工方便。
所述定子铁芯1-1的定子槽采用开口槽，定子环形绕组绕线方便且有利于散热。
本发明的工作原理是，每个定子槽内的定子环形绕组元件1-2独立接入逆变器，由逆变器为所述定子环形绕组提供电枢电流，逆变器向各个定子环形绕组元件1-2的线圈中通入不同相位的电流，仅通过改变每个定子环形绕组元件1-2的流入电流即可改变极对数，而不需要改变电机的绕组结构或连接方式。左转子3和右转子2的励磁绕组2-2连接到可控的直流电源上，通过控制直流电源的电流方向、大小来控制左转子3和右转子2的极对数和电机磁场的大小。该电机通过改变励磁电流方向及大小和电枢电流的大小及相位，来实现电机的变极变相。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机的方法，其特征在于，包括以下步骤：每个定子槽内的定子环形绕组元件（1-2）独立接入逆变器，由逆变器为定子环形绕组提供电枢电流，逆变器向各个定子环形绕组元件（1-2）的线圈中通入不同相位的电流，通过改变每个定子环形绕组元件（1-2）的流入电流改变极对数，左转子（3）和右转子（2）的励磁绕组（2-2）连接到可控的直流电源上，通过控制直流电源的电流方向、大小来控制左转子（3）和右转子（2）的极对数和电机磁场的大小，电机通过改变励磁电流方向及大小和电枢电流的大小及相位，来实现电机的变极变相；
该变极变相双转子轴向磁通环形绕组同步电机，包括定子（1）和转子，转子包括右转子（2）、左转子（3）和转子轴（4），所述右转子（2）和左转子（3）同轴连接在转子轴上（4），定子（1）设于右转子（2）和左转子（3）之间，所述右转子（2）和左转子（3）与定子（1）之间分别设有独立的气隙，所述定子（1）包括定子铁芯（1-1）和定子环形绕组，所述定子铁芯（1-1）为盘式环形铁芯，定子铁芯上沿圆周方向均布有多个双面开槽的定子槽，所述定子环形绕组包括沿径向方向设置于每个定子槽上的定子环形绕组元件（1-2），定子环形绕组连接有逆变器，逆变器内设有多个逆变桥臂，每个定子环形绕组元件（1-2）单独连接一个逆变桥臂，通过逆变器的逆变桥控制每个定子环形绕组元件（1-2）所通电流的相位和大小，所述左转子和右转子均包括转子铁芯（2-1）和励磁绕组（2-2），励磁绕组（2-2）采用非叠绕组，相邻的每3个定子环形绕组元件（1-2）分别与右转子（2）和左转子（3）的一对励磁绕组（2-2）相对应，所述励磁绕组（2-2）与可控的直流电源相连接；
所述左转子（3）和右转子（2）结构尺寸相同；
所述定子铁芯（1-1）的定子槽为直槽或斜槽；
所述定子铁芯（1-1）的定子槽采用开口槽、半闭口槽或闭口槽。
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