CN115733277A - 一种采用多相对称双套独立转子绕组的无刷双馈电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种采用多相对称双套独立转子绕组的无刷双馈电机。该无刷双馈电机包括：定子结构与转子结构，定子结构包括定子铁心与定子绕组，转子结构包括转子铁心与转子绕组；转子绕组包括两套独立的绕组，分别为转子功率绕组和转子控制绕组，两者同相序串联或反相序串联；且均设置于同一转子铁芯内的同一个槽中；转子功率绕组极对数pp和转子控制绕组极对数pc不相等，转子功率绕组和转子控制绕组分别产生pp和pc两种极对数的磁动势。解决现有无刷双馈电机结构所存在丰富谐波、振动噪声、电机自身运行效率偏低的问题，实现了通过两套独立绕组消除无刷双馈电机的转子磁动势谐波，降低电机漏抗，改善振动噪声，提升电机的运行效率。
Description
技术领域
本发明属于交流电机技术领域，更具体地，涉及一种采用多相对称双套独立转子绕组的无刷双馈电机。
背景技术
提升能源利用效率与开发利用新型清洁能源是实现国家“双碳”战略目标的关键途径。无刷双馈电机在取消了传统有刷双馈电机的电刷与滑环同时，也继承了有刷双馈电机变频器容量小、控制特性灵活等优点，具有结构坚固、运行可靠、维护成本低的特点，十分适合在变速恒频发电与变频调速驱动等领域应用，在防爆、石化、海上等应用环境中更是具有独特优势，受到众多专家学者的广泛关注。
无刷双馈电机为了满足双主波磁场的要求，需要同时产生两种不同极对数的磁场，在调制产生不同极对数磁场的过程中，因磁动势或磁阻的改变会引起其他极对数的谐波磁场。现有的无刷双馈电机多采用调整单套转子绕组节距与匝数的方式改善谐波，但是无法做到完全消除谐波，仍存在磁场谐波含量丰富，导致振动噪声等现象的出现，电机自身运行效率偏低等问题；与此同时，调整单套转子绕组节距与匝数的方式导致了不等匝、不等节距转子绕组结构，当前此类电机的设计方法与加工制造工艺均较为复杂，不利于其规模化推广与应用。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提出一种采用多相对称双套独立转子绕组的无刷双馈电机，旨在解决调整单套转子绕组节距和匝数改善谐波，但谐波无法完全消除，且导致了不等匝、不等节距转子绕组结构，从而引起振动噪声、电机自身运行效率偏低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种采用多相对称双套独立转子绕组的无刷双馈电机，包括：定子结构与转子结构，所述定子结构包括定子铁心与定子绕组，所述转子结构包括转子铁心与转子绕组；
所述转子绕组包括两套独立的绕组，分别为转子功率绕组和转子控制绕组，两者同相序串联或反相序串联；且均设置于同一转子铁芯内的同一个槽中；
转子功率绕组极对数pp和转子控制绕组极对数pc不相等，所述转子功率绕组和转子控制绕组分别产生pp和pc两种极对数的磁动势。
可选的，所述转子功率绕组极对数pp与所述转子控制绕组极对数pc的差值为偶数。
可选的，当所述转子功率绕组和所述转子控制绕组采用同相序串联时，所述无刷双馈电机为“差调制”模式，所述无刷双馈电机的等效极对数为pc与pp的差的绝对值。
可选的，当所述转子功率绕组和所述转子控制绕组采用反相序串联时，所述无刷双馈电机为“和调制”模式，所述无刷双馈电机的等效极对数为pc与pp的和。
可选的，所述转子功率绕组和所述转子控制绕组的相数相同，且大于等于2。
可选的，所述转子功率绕组和所述转子控制绕组为空间相差同样电角度的对称绕组。
可选的，所述定子绕组采用双绕组或单绕组结构。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明提供的具有两套多相对称独立转子绕组的无刷双馈电机，可以充分发挥两套独立绕组的优良电气性能，尽可能消除无刷双馈电机的转子磁动势谐波，进而降低电机漏抗，改善振动噪声，提升电机的运行效率。
(2)本发明提供的具有两套多相对称独立转子绕组的无刷双馈电机，两套转子绕组可以通过对应相的反相序串联或同相序串联方便地形成无刷双馈电机的“和调制”与“差调制”，有效弥补传统无刷双馈电机结构难以形成“差调制”模式的缺陷，扩展无刷双馈电机的变速运行范围。
(3)本发明提供的具有两套多相对称独立转子绕组的无刷双馈电机，转子绕组的相数可以灵活选择为二相、三相、四相、五相或其它多相(即相数可灵活设计为≥2的整数)，对无刷双馈电机的极对数不限制，有利于转子绕组利用率的提升。
(4)本发明提供的具有两套多相对称独立转子绕组的无刷双馈电机，转子设计方法可以借鉴传统正规多相对称绕组，具有设计方法简单、设计流程规范、转子绕组制作加工工艺简单的优点。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种无刷双馈电机中双套独立转子绕组的连接示意图；
图2为本发明实施例提供的无刷双馈电机的转子功率绕组的槽号相位图；
图3为本发明实施例提供的无刷双馈电机的转子控制绕组的槽号相位图；
图4为本发明实施例二提供的另一种无刷双馈电机中双套独立转子绕组的连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种无刷双馈电机中双套独立转子绕组的连接示意图。
如图1所示，一种采用多相对称双套独立转子绕组的无刷双馈电机，包括：定子结构与转子结构，所述定子结构包括定子铁心与定子绕组，所述转子结构包括转子铁心与转子绕组。
转子绕组包括两套独立的绕组，分别为转子功率绕组和转子控制绕组，两者均设置于同一转子铁芯内的同一个槽中，且转子功率绕组和转子控制绕组采用同相序串联；如图1所示，转子绕组一为转子功率绕组，转子绕组二为转子控制绕组；转子功率绕组和转子控制绕组的一端多相绕组串联，转子功率绕组中的A相Arp连接转子控制绕组中的A相Arc，转子功率绕组中的B相Brp连接转子控制绕组中的B相Brc，转子功率绕组中的C相Crp连接转子控制绕组中的C相Crc；转子功率绕组和转子控制绕组的另一端多相绕组分别并联形成公共端点，从而转子功率绕组和转子控制绕组形成完整的自闭回路。转子功率绕组极对数pp和转子控制绕组极对数pc不相等，如图1所示，回路中分别产生pp和pc两种极对数的圆形旋转磁动势，旋转磁动势的空间方向相同。
可选的，转子功率绕组极对数pp与转子控制绕组极对数pc的差值为偶数。
可选的，转子功率绕组和转子控制绕组的相数相同，且大于等于2。
可选的，转子功率绕组和转子控制绕组为空间相差同样电角度的对称绕组。
示例性的，本实施例中选择转子功率绕组极对数pp＝1，转子控制绕组极对数pc＝3，转子绕组相数m＝3，转子槽数Z＝18槽的转子绕组方案。本实施例提供的为转子采用三相对称双套独立绕组的无刷双馈电机。本实施例中的转子绕组的三个绕组各自空间相差120°。其转子绕组连接方式如图1所示，由于两套转子绕组对应相同相序串联，然后再作并联，满足无刷双馈电机的“差调制”模式，无刷双馈电机的等效极对数为pc与pp的差的绝对值，即电机等效极对数为2。
其中，对于极对数pp＝1的转子功率绕组，其槽号相位图如图2所示。A相线圈取为1，2，3，-10，-11，-12，；B相线圈取为7，8，9，-16，-17，-18；C相线圈取为13，14，15，-4，-5，-6；选取节距为极距的5/6，即选取节距yp＝7的双层绕组，可以较好的消除5、7次谐波。
对于极对数pc＝3的转子控制绕组，其槽号相位图如图3所示。A相线圈取为1，7，13，-4，-10，-16；B相线圈取为3，9，15，-6，-12，-18；C相线圈取为5，11，17，-2，-8，-14；选取节距为极距的5/6，即选取节距yc＝2的双层绕组，可以较好的消除5、7次谐波。
将转子功率绕组和转子控制绕组的各相线圈对应槽号相位图设置后，可以同时产生pp与pc两种极对数的磁动势，并保留两套绕组谐波含量少的优良特性，完全满足无刷双馈电机对转子结构的要求。两套独立绕组采用标准正规交流绕组，本身不含有谐波，故按照规定的方式连接后也不含有谐波。有效弥补传统无刷双馈电机结构难以形成“差调制”模式的缺陷，扩展无刷双馈电机的变速运行范围。
进一步的，根据无刷双馈电机的设计需求，定子绕组可选择采用双绕组或单绕组结构。
现有相关技术通过调整单套转子绕组节距与匝数的方式改善谐波，转子绕组通常为不等匝、不等节距，加工制造非常复杂，规律性差，难以采用自动化工艺生产。本实施例提出的采用多相对称双套独立转子绕组的无刷双馈电机，结构为等匝数、等节距，可以采用标准绕组加工制造工艺实现自动化生成，具有设计方法简单、设计流程规范、转子绕组制作加工工艺简单的优点。
本发明实施例的技术方案通过采用多相对称双套独立转子绕组设计无刷双馈电机，转子绕组包括两套独立的多相对称绕组，分别为转子功率绕组和转子控制绕组，两者同相序串联或反相序串联；且均设置于同一转子铁芯内的同一个槽中；转子功率绕组极对数pp和转子控制绕组极对数pc不相等，分别产生pp和pc两种极对数的磁动势。解决了调整单套转子绕组节距和匝数改善谐波，但谐波无法完全消除，且导致了不等匝、不等节距转子绕组结构，从而引起振动噪声、电机自身运行效率偏低的技术问题，实现了通过两套独立绕组的优良电气性能，消除无刷双馈电机的转子磁动势谐波，进而降低电机漏抗，改善振动噪声，提升电机的运行效率的有益效果。
实施例二
图4为本发明实施例二提供的另一种无刷双馈电机中双套独立转子绕组的连接示意图。
在上述实施例的基础上，采用不同连接方式构成新的转子绕组。
如图4所示，一种采用多相对称双套独立转子绕组的无刷双馈电机，包括：定子结构与转子结构，定子结构包括定子铁心与定子绕组，所述转子结构包括转子铁心与转子绕组。
转子绕组包括两套独立的绕组，分别为转子功率绕组和转子控制绕组，两者均设置于同一转子铁芯内的同一个槽中，转子功率绕组和转子控制绕组为空间相差同样电角度的对称绕组，转子功率绕组和转子控制绕组采用反相序串联；两套转子绕组的一端多相绕组串联，如图4所示，转子绕组一为转子功率绕组，转子绕组二为转子控制绕组；转子功率绕组中的A相Arp连接转子控制绕组中的A相Arc，转子功率绕组中的B相Brp连接转子控制绕组中的C相Crc，转子功率绕组中的C相Crp连接转子控制绕组中的B相Brc；转子功率绕组和转子控制绕组的另一端多相绕组分别并联形成公共端点，从而两套转子绕组形成完整的自闭回路。转子功率绕组极对数pp和转子控制绕组极对数pc不相等，回路中分别产生pp和pc两种极对数的圆形旋转磁动势，旋转磁动势的空间方向相反。
转子功率绕组极对数pp与转子控制绕组极对数pc可选择任意正整数，且两个极对数的差值为偶数。示例性的，本实施例中，转子绕组采用双绕组结构，选择转子功率绕组极对数pp＝1，转子控制绕组极对数pc＝3，转子绕组相数m＝3，转子槽数Z＝18槽的转子绕组方案。本实施例提供的为转子采用三相对称双套独立绕组的无刷双馈电机。其转子绕组连接方式如图4所示，由于两套转子绕组对应相作反相序串联，然后再作并联，满足无刷双馈电机的“和调制”模式，无刷双馈电机的等效极对数为pc与pp的和，即电机等效极对数为4。
其中，对于极对数pp＝1的转子功率绕组，其槽号相位图如图2所示。A相线圈取为1，2，3，-10，-11，-12；B相线圈取为7，8，9，-16，-17，-18；C相线圈取为13，14，15，-4，-5，-6；选取节距为极距的5/6，即选取节距yp＝7的双层绕组，可以较好的消除5、7次谐波。
对于极对数pc＝3的转子控制绕组，其槽号相位图如图3所示。A相线圈取为1，7，13，-4，-10，-16；B相线圈取为3，9，15，-6，-12，-18；C相线圈取为5，11，17，-2，-8，-14；选取节距为极距的5/6，即选取节距yc＝2的双层绕组，可以较好的消除5、7次谐波。
将转子功率绕组和转子控制绕组的各相线圈对应槽号相位图设置后，可以同时产生pp与pc两种极对数的磁动势，并保留两套绕组谐波含量少的优良特性，完全满足无刷双馈电机对转子结构的要求。两套独立绕组采用标准正规交流绕组，本身不含有谐波，故按照规定的方式连接后也不含有谐波。
进一步的，根据无刷双馈电机的设计需求，定子绕组可选择采用双绕组或单绕组结构。
进一步的，转子设计方法可以借鉴传统正规多相对称绕组，具有设计方法简单、设计流程规范、转子绕组制作加工工艺简单的优点。
实施例三
在上述实施例的基础上，可选的，转子绕组的相数可以灵活选择为二相、三相、四相、五相或其它多相，相数大于等于2的整数，且转子功率绕组和转子控制绕组的相数相同。
多相的设置可以满足无刷双馈电机的不同需求，突破传统无刷双馈电机相数受到极对数组合的制约，有利于提升转子绕组利用率。
进一步的，两套转子绕组可独立设计与制作，两套绕组的有效匝数及两套绕组间的有效匝数比可以根据电机运行及控制性能进行灵活设计和匹配。
通过转子有效匝数比例的设计与调整，改变电机的电感、电阻参数，进而影响电机的效率、功率因数、响应时间等电机运行及控制性能，实现对无刷双馈电机的优化。
本实施例提供的采用多相对称双套独立转子绕组的无刷双馈电机，具有两套独立转子绕组，两个独立绕组均可借鉴传统标准绕组的设计方法，而两套绕组的两种连接方式(同相序，反相序)满足了无刷双馈电机的特殊要求，实现了无刷双馈电机的“差调制”与“和调制”，扩展无刷双馈电机的变速运行范围，并且简化了转子绕组的制造和设计流程。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)
1.一种采用多相对称双套独立转子绕组的无刷双馈电机，其特征在于，包括：定子结构与转子结构，所述定子结构包括定子铁心与定子绕组，所述转子结构包括转子铁心与转子绕组；
所述转子绕组包括两套独立的绕组，分别为转子功率绕组和转子控制绕组，两者同相序串联或反相序串联；且均设置于同一转子铁芯内的同一个槽中；
转子功率绕组极对数pp和转子控制绕组极对数pc不相等，所述转子功率绕组和转子控制绕组分别产生pp和pc两种极对数的磁动势。
2.根据权利要求1所述的无刷双馈电机，其特征在于，所述转子功率绕组极对数pp与所述转子控制绕组极对数pc的差值为偶数。
3.根据权利要求2所述的无刷双馈电机，其特征在于，当所述转子功率绕组和所述转子控制绕组采用同相序串联时，所述无刷双馈电机为“差调制”模式，所述无刷双馈电机的等效极对数为pc与pp的差的绝对值。
4.根据权利要求2所述的无刷双馈电机，其特征在于，当所述转子功率绕组和所述转子控制绕组采用反相序串联时，所述无刷双馈电机为“和调制”模式，所述无刷双馈电机的等效极对数为pc与pp的和。
5.根据权利要求1所述的无刷双馈电机，其特征在于，所述转子功率绕组和所述转子控制绕组的相数相同，且大于等于2。
6.根据权利要求1所述的无刷双馈电机，其特征在于，所述转子功率绕组和转子控制绕组为空间相差同样电角度的对称绕组。
7.根据权利要求1所述的无刷双馈电机，其特征在于，所述定子绕组采用双绕组或单绕组结构。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101510702A (zh) * | 2009-03-27 | 2009-08-19 | 华中科技大学 | 一种绕线转子无刷双馈电机 |
| CN104300755A (zh) * | 2014-09-11 | 2015-01-21 | 东南大学 | 双层绕线转子式双定子无刷双馈电机 |
| CN212063669U (zh) * | 2020-06-02 | 2020-12-01 | 潘卫东 | 一种新型绕线转子无刷双馈电机 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101510702A (zh) * | 2009-03-27 | 2009-08-19 | 华中科技大学 | 一种绕线转子无刷双馈电机 |
| US20120007461A1 (en) * | 2009-03-27 | 2012-01-12 | Wang Xuefan | Wound rotor brushless doubly-fed motor |
| CN104300755A (zh) * | 2014-09-11 | 2015-01-21 | 东南大学 | 双层绕线转子式双定子无刷双馈电机 |
| CN212063669U (zh) * | 2020-06-02 | 2020-12-01 | 潘卫东 | 一种新型绕线转子无刷双馈电机 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 潘卫东: "轴向叠片各向异性转子无刷双馈电机研究", 中国优秀硕士学位论文数据库, 15 April 2019 (2019-04-15) * |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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