[实用新型]一种轴向磁场的无刷双馈双机械端口电机

说明书

技术领域

本实用新型属于交流电机及其控制技术领域，具体涉及两种新型结构的双转子无电刷馈电的双机械端口电机。

背景技术

交流电机调速方法包括变极调速和变频调速，除此之外，交流感应电动机还可以变转差调速。变极调速不能连续调速，应用范围有限。变频调速需要使用和电机同容量的变频器，成本高。变转差调速又分为耗能型和回馈型变转差调速，前者调速时的耗能很大，运行效率低，使用范围也有限；后者可以将电机调速时的转差能量回送电源，运行效率高，如串极调速和双馈调速系统。

目前双馈调速交流感应电机转子上有一套三相绕组，通过集电环和电刷将转子三相绕组与电能变换器连接，并通过电能变换器与交流电网交换能量，调节电机的转速。为了消除集电环和电刷之间的磨损和运行的不可靠性，20世纪初，Hunt提出原型自级联电机并于70年代由Broadway等人改进成为的无刷双馈电机；Wallace Alan K于1994年设计一种无刷双馈电机，见Wallace Alan K，A Design Procedure For the Brushless Doubly-FedMachine Adjustable Speed Drive.ICEM，1994，该电机定子上有功率绕组和控制绕组，通过能量变换器调节控制绕组与交流电网之间的能量流动，可以调节电机转速。这种电机只有一个机械端口，原动机不能直接传递能量到负载。

上世纪90年代，瑞典皇家工学院的Nordlund等人提出一种双机械端口电机，于2005年发表论文，见E.Nordlund，The Four-Quadrant TransducerSystem for Hybrid Electric Vehicles.Doctor’s thesis，Royal Institute ofTechnology，Stockholm，May，2005，ISBN 91-7178-057-2，ISSN 1650-674X。该电机有两个转子，一个转子(内转子)与原动机相联，另一个转子(外转子)与负载相联，原动机可以直接传递机械能到负载，调节电机内转子和定子之间的能量流动，可以调节电机转速，这种电机能量变化灵活多样，而且电能变换器的容量通常也可以不用达到系统总的容量，降低了电能变换器的成本。但这种电机内转子绕组需要通过集电环和电刷引出电流，造成电机运行效率下降、可靠性降低以及经常需要对电刷等部件进行维护等弊端。

华中科技大学的黄声华教授等提出了一种无刷双馈双机械端口电机，(发明专利号：ZL 2007 2 0087223.1)，文中提出一种内转子上有两套绕组，外转子上内外侧各贴有一套永磁体，定子上有两套绕组的结构。从电气原理来看，此结构相当于一台永磁同步发电机、一台永磁同步电动机和一台绕线式异步电机的结合体。此结构从原理上可以解决由集电环和电刷引起的一系列问题，但是其使用绕组数量多，绕组利用率低，电机体积较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种轴向磁场的无刷双馈双机械端口电机，提高了绕组利用率，减小了电机的体积。

一种轴向磁场的无刷双馈双机械端口电机，由机械部分和电气部分组成，机械部分包括定子3，以及位于定子3内部且并排对立的内转子1和外转子2，内转子1靠近外转子2的一侧装有内转子永磁体9；电气部分包括定子绕组、外转子绕组和交-直-交电能变换器4，其特征在于：

所述定子绕组包括定子功率绕组10和定子控制绕组6；

所述外转子绕组包括独立外转子控制绕组8和外转子复合绕组7，外转子复合绕组7的各相绕组由一个或以上的线圈串联构成，每个线圈由两个导体并联构成，各相绕组端口与所述独立外转子控制绕组8反相序相连，在电机运行时，外转子复合绕组7对外同时表现出两种极对数，两种极数的磁场相互正交，互不影响，在电气上完全独立；

独立外转子控制绕组8与内转子永磁体9相对应，它们之间的磁场相互耦合；外转子复合绕组7一方面与定子控制绕组6对应，它们之间的磁场相互耦合；另一方面与定子功率绕组10对应，它们之间的磁场相互耦合；

定子功率绕组10和定子控制绕组6通过交-直-交电能变换器相连接。

作为本实用新型的改进，所述交-直-交电能变换器4包括整流器和逆变器，整流器交流侧与定子控制绕组6电气连接，逆变器交流侧与定子功率绕组10电气连接，整流器和逆变器的直流侧互相电气连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述整流器和逆变器之间并联直流电源，所述直流电源为蓄电池、超级电容和直流电网中的一种。