[发明专利]一种单层鼠笼式双定子无刷双馈电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种单层鼠笼式双定子无刷双馈电机，适用于变频调速场合，本发明涉及电机、机械领域。

背景技术

传统双馈电机为绕线转子异步电机，转子绕组随转子旋转，必须使用电刷滑环将旋转绕组中的电压电流以传导方式引出。从而使双馈电机具有两个电端口，一个机械端口，具有良好的变频调速性能，在兆瓦级风力发电系统和高性能驱动中应用广泛。但电刷滑环的存在导致电机可靠性差，维护成本高。有刷双馈电机的去电刷化一直是人们研究的焦点。

现有的无刷双馈电机有三种结构，级联式、嵌套环转子式和磁阻转子式。其中，级联式为两台绕线异步电机同轴级联而成，其轴向长度长，难以在空间受到严格限制的应用场合使用。专利CN200510047247.X公开了一种双定子、单转子盘式无刷双馈交流电机，两个定子和一个转子沿轴向布置，转子位于两个定子中间。两个定子铁心均在靠近转子侧单面开槽，分别嵌放2p极和2q极三相对称定子绕组，两套定子绕组相互独立。转子铁心双面开槽分别嵌放2p和2q极三相对称转子绕组，两套转子绕组同相序或反相序连接形成一套转子绕组。该结构将轴向级联的两台径向磁通异步电机改成轴向级联的两台轴向磁通异步电机，能够实现期望的双馈同步运行，但只有在p＝q且两套三相对称转子绕组反相序连接形成一套转子绕组时才能达到与有刷双馈电机相同的转矩转子体积比。当p≠q时，内外两层气隙电磁负荷不能同时取较大值，其转矩体积比约为有刷双馈电机的0.75倍。

嵌套环转子式和磁阻转子式均为单定子结构，即极对数不同的两套定子绕组共用一个定子铁心，因此，单一极对数的电磁负荷受到限制，使得转矩体积比也约为有刷双馈电机的0.75倍。

为了提高现有无刷双馈电机的功率密度(功率体积比)，专利CN201220025540.1提出一种径向同心布置的双定子无刷双馈电机结构。该电机的转子采用内、外双层鼠笼绕组，在转子沿轴方向的一侧，内、外层鼠笼导条分别用两个相互独立的公共端环连接；在转子沿轴方向的的另一侧，内、外层鼠笼导条按照各自所产生的旋转磁场相对于转子本身的运动方向相反对应连接。从而使稳态转速满足n_r＝60(f_p±f_q)/(p+q)，实现双馈同步运行。该结构要求转子内、外层导条数相同，槽数相同。由于双定子无刷双馈电机转子内、外层铁心之间只有电路连接而无磁路耦合，内外层转子铁心均应留有足够的轭部厚度以避免转子铁心提前饱和。使得转子沿半径方向的厚度增加，以一台p＝4，q＝2的双定子无刷双馈电机为例，外径与内径之比可达2:1。如果仍按照先前设计的双定子无刷双馈电机转子结构，内外圆周开槽数目相同，势必导致内层气隙电负荷为外层气隙的2倍，内层气隙磁负荷为外层气隙的2倍。由于内定子铁心饱和的限制，外定子铁心的电磁负荷显著低于内定子，进而电机单位体积的出力受到限制。

综上可知，现有的无刷双馈电机在无刷化的同时降低了有刷双馈电机的功率密度(约减少25％)。

发明内容

技术问题：本发明针对传统双馈电机存在电刷滑环的问题，从双馈电机的运行原理出发，将内定子和单层鼠笼式转子等效为一个绕线转子，提出一种单层鼠笼式双定子无刷双馈电机，从而在完全实现传统双馈电机功能的基础上取消电刷滑环，同时保持与有刷双馈电机相近的功率密度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种单层鼠笼式双定子无刷双馈电机，包括外定子，内定子和设置在外定子和内定子之间的转子，所述外定子、转子和内定子同轴心且相互独立，外定子与转子之间设有外气隙，转子与内定子之间设有内气隙，其特征在于：所述外定子包括外定子铁心和嵌放在外定子铁心槽内的极对数为2p的外定子绕组；所述内定子包括内定子铁心和嵌放在内定子铁心槽内的极对数为2q的内定子绕组，其中p和q分别为正整数，且p与q不相等；所述的转子为单层鼠笼式转子，包括转子铁心和单层鼠笼绕组，转子铁心沿圆周方向均匀设置有转子槽，所述的单层鼠笼绕组位于所述的转子槽内，单层鼠笼绕组由(p+q)个多回路单元构成，每个多回路单元沿自身角平分线对称，包括设置在关于角平分线对称的至少两个转子槽内的导体，在转子铁心沿轴方向的一侧，对称设置的两个导体用一根端部导体短接形成至少一个闭合回路，在转子铁心沿轴方向的另一侧，用一个公共圆环将所有槽内导体短接。