专利名称：内馈式无刷交流调速电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种交流电机，特别是涉及一种内馈式无刷交流调速电机。
背景技术：
现有无刷双馈交流电机主要有两种结构型式。一种是由两台常规绕线型感应电机组成的串级式无刷双馈交流电机，两台电机的定子绕组分别与供电电源相连，转子同轴连接而两转子绕组同相序或反相序联接；另一种是在上述串级无刷双馈交流电机基础上发展起来的单电机无刷双馈交流电机，电机定子铁心上嵌放两套不同极数的绕组，一套用作功率绕组，而另一套用作控制绕组，转子则采用特殊设计的笼型或磁阻转子结构。上述两种电机的共同优点，一是无刷结构运行可靠，二是可用较小功率的变频器控制较大功率的调速电机。
然而，上述无刷电机存在需要两套供电电源的共同缺点。由于定子两套绕组的功率和电压不同，特别是对于大型交流电机，功率绕组需要采用高压电源供电，而控制绕组一般为低压电源供电，因此上述无刷双馈电机需要采用不同电压等级的两套电源供电，如采用一套电源则需要配备一台专用的变压器，不仅会增加成本，而且将给用户使用带来不便。
实用新型内容为弥补上述缺陷，本实用新型提供一种结构简单、易于控制的内馈式无刷交流调速电机。
由于功率绕组与内馈绕组具有相同的极数和绕组结构，故可直接进行电磁耦合传输电能，本实用新型内馈式无刷交流调速电机，由定子、转子、转轴、轴承、端盖、机壳部件组成，其特征是所述定子有3套独立的绕组分别为功率绕组、控制绕组和内馈绕组，所述功率绕组与供电电源相连接，所述控制绕组与内馈绕组通过控制器互相连接，所述转子(2)为无滑环电刷结构，通过所述控制器(3)改变所述控制绕组电流的频率、幅值和相位，控制电机的转速和运行状态。
本实用新型内馈式无刷交流调速电机，所述功率绕组和内馈绕组具有相同的极数2p和相同分布和短距系数的绕组结构，所述控制绕组具有2q极，所述功率绕组和控制绕组的极数不能相等，其关系为2p＞2q+2。
本实用新型内馈式无刷交流调速电机，所述转子采用具有同心式短路绕组的笼型转子，或者凸极结构的磁阻转子，或者轴向叠片的磁阻转子，或者笼型转子与磁阻转子相结合的混合转子结构，所述转子等效极数必须等于所述定子功率绕组和控制绕组的极数之和，即2p+2q。
本实用新型内馈式无刷交流调速电机，所述控制器是由电力电子开关器件及其控制电路构成的静止功率变换装置，由两个双向变流器(4、5)和控制单元(6)组成，两个双向变流器(4、5)互联，控制单元(6)分别连接双向变流器(4、5)。
本实用新型内馈式无刷交流调速电机中，控制绕组与功率绕组的极数和绕组结构不同，两绕组之间不能直接进行电磁耦合和能量传输，需要通过转子对功率绕组和控制绕组的磁场调制作用，方可实现电机的机电能量转换。功率绕组的作用是传输电能，当作电动机运行时，电机通过功率绕组输入电能将其转换为机械能并由转轴输出；当作发电机运行时，电机将机械能转化为电能，然后通过功率绕组输出。控制绕组的作用是控制电机的运行状态和参数，如电机的转速和运行方式(异步、同步或双馈调速运行)。内馈绕组的作用是为控制绕组提供电源，或者将控制绕组输出的电能回馈给功率绕组。控制器的作用是实现控制绕组和内馈绕组两种不同频率电能的双向转换，为控制绕组提供所需要的电压和电流。
本实用新型的有益效果是根据无刷电机运行原理，在作亚同步(低于同步速)电动机运行时，控制绕组的功率流向是向外输出电能；而作超同步(高于同步速)电动机运行时，需要向控制绕组输入电能。通过增加内馈绕组，巧妙地从电机内部解决了控制绕组的供电和能量回馈问题。当需要从控制绕组输入励磁电流时，内馈绕组相当于一个降压变压器，将功率绕组输入电压降压后，为控制绕组提供供电电源；而控制绕组需要向电源回馈电能时，内馈绕组相当于一个升压变压器，将控制绕组输出经控制器进行频率变换后的电压进行升压，然后回馈给功率绕组，使电能得到重复利用，从而减少了由功率绕组从电源输入电机的电能。电机只需要一个电源，不仅为用户提供了方便，而且由于内馈绕组相当于变压器的次级线圈，与作为初级线圈的功率绕组集成在一起，与通过在电机之外单独设置电源变压器供电相比，可降低成本和减小体积。
图1为本实用新型内馈式无刷交流调速电机结构示意图；图2为本实用新型内馈式无刷交流调速电机定子绕组结构示意图；图3为本实用新型内馈式无刷交流调速电机一种转子结构示意图；图4为本实用新型内馈式无刷交流调速电机另一种转子结构示意图；图5为本实用新型内馈式无刷交流调速电机第三种转子结构示意图；图6为本实用新型内馈式无刷交流调速电机控制器原理框图。
具体实施方式
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型内馈式无刷交流调速电机做进一步详细说明。
图1为本实用新型内馈式无刷交流调速电机结构示意图，其中1为电机定子，2为转子，3为控制器，4为电源。在电机定子1中的铁心槽中放置了3套独立的对称绕组，分别为图1中出线端子用A1，B1，C1表示的功率绕组，用A2，B2，C2表示的控制绕组和用A3，B3，C3表示的内馈绕组。绕组的连接关系为功率绕组的出线端子A1，B1，C1与电源4相连接；控制绕组的出线端子A2，B2，C2通过控制器3，与内馈绕组的出线端子A3，B3，C3相连接。
图2为本实用新型内馈式无刷交流调速电机定子绕组结构示意图。功率绕组和内馈绕组具有相同的极数(2p极)和相同的绕组结构(相同的分布和短距系数)，控制绕组具有2q极，功率绕组和控制绕组的极数不能相等，而且需满足下述关系2p＞2q+2。功率绕组与内馈绕组具有相同的极数和绕组结构，仅为匝数不同，相当于一个变压器，可直接进行电磁耦合与电能交换；而具有不同极数和绕组结构的控制绕组与功率绕组之间，则不能直接进行电磁耦合和能量传输，需要通过转子的磁场调制作用，方可实现电机的机电能量转换。功率绕组的作用是传输电能，控制绕组的作用是控制电机的运行状态和参数，而内馈绕组的作用是为控制绕组提供电源和能量回馈路径。
图1和图2中电机转子2用凸极结构的磁阻转子表示，只是一种示意，实际上不限于该种转子结构方式。图4图5图6为本实用新型内馈式无刷交流调速电机不同转子结构示意图，其中图4为具有同心式短路绕组的转子，图5为具有凸极结构的磁阻转子，图6为采用轴向叠片的磁阻转子。转子的作用是对具有不同极数的定子绕组电流产生的磁场进行调制，产生所需要的旋转磁场实现机电能量转换。不管采用哪种结构的转子，其等效极数必须等于定子功率绕组和控制绕组的极数之和，即2p+2q。
控制器3是由电力电子开关器件及其控制电路构成的静止功率变换装置，可实现交流-直流-交流电压和频率的双向变换。可将内馈绕组提供的固定频率的电压，转换为控制绕组所需要的频率、幅值和相位可调的交流电压；同时也可将控制绕组输出的频率、幅值和相位变化的电压转换为固定频率的电压，以通过内馈绕组实现能量回馈。
控制器的原理框图如图6所示，由双向变流器4、5和控制单元6组成。当电机作电动机运行并工作在同步转速以下时，双向变流器4用作整流器，将电机控制绕组输出电压和频率与电机转速有关的交流电转变为直流电；而双向变流器5用作逆变器，将4输出的直流电转变与电机功率绕组供电频率相同的交流电，通过内馈绕组将控制绕组输出的电能回馈给功率绕组。当电机转速高于同步速时，需要向控制绕组输入电能，此时双向变流器4与5的功能进行交换，双向变流器5用作整流器而双向变流器4用作逆变器，双向变流器5将内馈绕组提供的交流电转换为直流电，然后通过逆变器4进而转换为所需要频率、幅值和相位的交流电供给控制绕组。当电机用作发电机时，双向变流器4和5的功率流向与上述电动机运行模式刚好相反。控制单元6的功能是，根据电机的不同运行状态功率流向和控制绕组供电或输出交流电压的要求，控制双向变流器4和5的工作模式和功率变换特性，控制单元采用微处理器作核心控制芯片，具有比较精确地控制能力，但是控制单元并不是唯此方案不可，也可以采用其它现有的双馈无刷电机的控制单元。。
根据无刷电机运行原理，在作亚同步(低于同步速)电动机运行时，控制绕组的功率流向是向外输出电能；而作超同步(高于同步速)电动机运行时，需要向控制绕组输入电能。通过增加内馈绕组，巧妙地从电机内部解决了控制绕组的供电和能量回馈问题。当需要从控制绕组输入励磁电流时，内馈绕组相当于一个降压变压器，将功率绕组输入电压降压后，为控制绕组提供供电电源；而控制绕组需要向电源回馈电能时，内馈绕组相当于一个升压变压器，将控制绕组输出经控制器进行频率变换后的电压进行升压，然后回馈给功率绕组，使电能得到重复利用，从而减少了由功率绕组从电源输入电机的电能。
本实用新型内馈式无刷交流调速电机只需要一个电源，不仅为用户提供了方便，而且由于内馈绕组相当于变压器的次级线圈，与作为初级线圈的功率绕组集成在一起，与通过在电机之外单独设置电源变压器供电相比，可降低成本和减小体积。
权利要求1.一种內馈式无刷交流调速电机，由定子、转子、转轴、轴承、端盖、机壳部件组成，其特征是所述定子(1)有3套独立的绕组分别为功率绕组、控制绕组和内馈绕组，所述功率绕组与供电电源相连接，所述控制绕组与内馈绕组通过控制器互相连接，所述转子(2)为无滑环电刷结构，通过所述控制器(3)改变所述控制绕组电流的频率、幅值和相位，控制电机的转速和运行状态。
2.根据权利要求1所述的內馈式无刷交流调速电机，其特征是所述功率绕组和内馈绕组具有相同的极数2p和相同分布和短距系数的绕组结构，所述控制绕组具有2q极，所述功率绕组和控制绕组的极数不能相等，其关系为2p＞2q+2。
3.根据权利要求2所述的內馈式无刷交流调速电机，其特征在于所述转子采用具有同心式短路绕组的笼型转子，或者凸极结构的磁阻转子，或者轴向叠片的磁阻转子，或者笼型转子与磁阻转子相结合的混合转子结构，所述转子等效极数必须等于所述定子功率绕组和控制绕组的极数之和，即2p+2q。
4.根据权利要求3所述的內馈式无刷交流调速电机，其特征在于所述控制器是由电力电子开关器件及其控制电路构成的静止功率变换装置，由两个双向变流器(4、5)和控制单元(6)组成，两个双向变流器(4、5)互联，控制单元(6)分别连接双向变流器(4、5)。
专利摘要本实用新型内馈式无刷交流调速电机，围绕无刷转子的定子有3套独立的绕组分别为功率绕组、控制绕组和内馈绕组，控制绕组与内馈绕组通过控制器互相连接，通过控制器改变控制绕组电流的频率、幅值和相位，可以控制电机的转速和运行状态。本实用新型通过增加内馈绕组，巧妙地从电机内部解决了控制绕组的供电和能量回馈问题，电机只需要一个电源，不仅为用户提供了方便，而且由于内馈绕组相当于变压器的次级线圈，与作为初级线圈的功率绕组集成在一起，与通过在电机之外单独设置电源变压器供电相比，可降低成本和减小体积。
文档编号H02P27/00GK2891456SQ200620018159
公开日2007年4月18日 申请日期2006年3月21日 优先权日2006年3月21日
发明者王凤翔, 张凤阁, 王正 申请人:广东华拿东方能源有限公司