一种双定子无刷双馈电机的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种双定子无刷双馈电机，包括定子和转子，所述定子由内定子和外定子组成，所述转子位于内定子和外定子之间，所述转子的内侧设有与内定子槽相匹配的内转子槽，所述转子的外侧设有与外定子槽相匹配的外转子槽，所述内定子槽和外定子槽上分别设有极对数为p1和p2的两套绕组，其中,P1≠P2，且|P1?P2|≥2，所述内转子槽和外转子槽上分别设有一套可形成极对数为p1和p2磁场的转子绕组，且转子内、外侧的转子绕组相位相反。本发明采用同心共轴方式布置绕组，其轴向长度任意，转子内部空间能够被有效利用，电机的功率水平可保持为内、外两台电机功率之和，电机转矩平稳，振动和噪声不明显。
【专利说明】
一种双定子无刷双馈电机
技术领域
[0001 ]本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种双定子无刷双馈电机。
【背景技术】
[0002]交流励磁双定子无刷双馈电机适用于变速恒频发电和变频调速系统，其特点是系统运行所需变频器容量小、运行可靠。
[0003]现有的双定子无刷双馈电机，根据电机本体结构可以分为两类，即级联式和磁场调制式。级联式结构由两台磁场互不干涉的子电机同轴连接构成，两台子电机之间只有电气连接，而不存在磁场耦合。级联式电机的优点是两台子电机的极对数配合不受限制，转矩平稳，振动小，噪声低。级联式电机的缺点是电机轴向长度过长，难以在轴向长度受到限制的场合应用。同时，由于无效体积占有很大空间，使得空间利用率和功率密度降低。磁场调制式双定子无刷双馈电机则具有轴向长度不受限制，但是磁场调制式电机的功率密度比级联式电机的功率密度低，同时存在着转矩脉动大，振动和噪声明显。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种转子内部空间能够被有效利用，转矩脉动小，振动和噪声低且能够提高功率密度的交流励磁双定子无刷双馈电机。
[0005]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:包括定子和转子，所述定子由内定子和外定子组成，所述转子位于内定子和外定子之间，所述转子的内侧设有与内定子槽相匹配的内转子槽，所述转子的外侧设有与外定子槽相匹配的外转子槽，所述内定子槽和外定子槽上分别设有极对数为PdPP2的两套绕组，其中，P1^P2,且IP1-P21多2，所述内转子槽和外转子槽上分别设有一套可形成极对数为PdPP2磁场的转子绕组，且转子内、外侧的转子绕组相位相反。
[000?]所述内定子和外定子Pi对极绕组的轴线相差3T(2n+l)/pi机械角度，其中n = 0,1，2，...,p1-1，所述内定子和外定子P2对极绕组的轴线相差π(2πι+1)/ρ2机械角度，m = 0，I，
2，...，Ρ2_1ο
[0007]所述内转子槽与外转子槽的槽数相等。
[0008]所述内转子槽与外转子槽的槽数不相等。
[0009]由上述技术方案可知，本发明采用同心共轴方式布置绕组，其轴向长度任意，转子内部空间能够被有效利用，电机的功率水平可保持为内、外两台电机功率之和，电机转矩平稳，振动和噪声不明显；该电机可以使得转子绕组“重复”利用，同时也使得转子磁路得到“重复”利用，从而增加了电机的利用率，进而提高了电机的功率密度，改善电机的性能。
【附图说明】
[0010]图1为本发明无刷双馈电机定子结构图；
[0011]图2为本发明无刷双馈电机转子结构图；
[0012]图3为本发明当外侧转子Zrl= 54，Pl/P2 = 4/2时，外侧转子绕组的槽号相位图及三相槽号分布图；
[0013]图4为本发明当内侦紳专子Zr2= 54，pi/p2 = 4/2，内外侧转子绕组的节距均为y = 7槽时，内侧转子绕组的槽号相位图及三相槽号分布图；
[OOM]图5为本发明当外侧转子Zri = 54，内侧转子Zr2 = 54，pi/p2 = 4/2，内外侧转子绕组的节距均为y = 7槽时，内、外侧转子绕组在转子槽中的位置图；
[0015]图6为本发明当外侧转子Zri = 54，pi/p2 = 4/2，内、夕卜侧转子绕组无电气连接时，夕卜侧转子绕组接线图；
[ΟΟ??]图7为本发明当外侧转子Zri = 54，内侦紳专子Zr2 = 54，ρι/ρ2 = 4/2，内、外侧转子绕组有电气连接时，内、外侧转子绕组接线图；
[0017]图8为本发明当外侧转子Zri= 54，内侦紳专子Zr2 = 54，pi/p2 = 4/2，内、外侧磁场共用转子扼部磁路示意图；
[0018]图9为本发明电机内、外定的空间位置图。
【具体实施方式】
[0019]为了阐述本发明，下面结合附图对本发明做进一步说明:
[0020]本实施例中选取一台功率绕组的极对数为Pl= 4的无刷双馈电机，选取控制绕组的极对数为P2 = 2，实施例中选取外定子11槽数为72，内定子槽数为48，其结构如图1所示。转子12介于内定子13、外定子11之间，其结构如图2所示。
[0021]由无刷双馈电机的基本原理知，转子槽数的最小值为P1+P2= 6，当转子槽数较少时，电机转子磁动势谐波较大、齿槽效应较大，为了消弱上述不足，通常通过增加转子槽数，即增加转子绕组分布宽度。转子外侧的总槽数SK1(PdP2)，其中仏为正整数，转子内侧的总槽数为Κ2(Ρ1+Ρ2)，其中1(2为正整数，这里选取K1 = K2 = I即内转子槽15、外转子槽14的槽数均为54槽，S卩Zrl = Zr2 = 54。而增加槽数也会带来绕组分布系数降低。为了尽量提高转子绕组的利用率，电机设计时通常舍弃边缘槽号。
[0022]图3为外侧转子舍弃4个边缘槽号，采用5个相邻槽号时，转子绕组在P1= 4时转子绕组的槽号相位图及三相槽号分布图。这里转子绕组相数为3，其转子绕组的相数m满足关系式:m=(pi+p2)/mk，其中，mk为pi和P2的最大公约数。显然，对于pi = 4、p2 = 2的电机，其相数为3。图4为布置在转子内侧的，与外侧转子绕组相对应的转子绕组，在Pl = 4时转子绕组的槽号相位图及三相槽号分布图。由图3、图4不难发现，转子内外侧对应位置的绕组相位相反，其具体接线方式如图5所示。
[0023]首先排布外侧转子绕组。这里线圈编号以其线圈首边所在槽号命名。每个线圈的都有两个线圈边，两个线圈边中的电流方向必然相反。选择线圈I的首边作为电流的参考正方向，其余槽号线圈电流的正负均已I号槽的首边作为参考。为了表示反向电流，这里以编号右上加“’”号表示，同时也以此撇号作为线圈尾边的标识。例如1-1’为同一个线圈的两个线圈边，“I”表示线圈I的首边在I号槽内，且I号线圈的首边电流参考方向为正，I’表示I号线圈的尾边电流参考方向为负，其余线圈类同。这里转子线圈节距为7个槽。
[0024]第二，排布内侧转子绕组。内侧转子绕组的排列须以外侧转子绕组的排列为参照。内侧转子绕组排列如图5所示。内侧转子I号线圈的首边置于外侧转子绕组I’相对应的位置。即外侧的I’与内侧I成镜像对称分布。同时内侧的Γ与外侧I成镜像对称分布。其余线圈分布方式类同。从图5不难看出，外侧线圈组1、2、3、4、5与内侧线圈组1’、2’、3’、4’、5’成镜像分布。两者位置对称，线圈边电流相反。
[0025]最后，内外侧转子绕组连接方式。内外侧转子绕组有两种连接方式，一是各自独立，自成闭合回路，外侧转子自闭和时转子联结图如图6所示，内侧转子连接图与图6相似。二是内、外侧转子绕组联结在一起，其接线图如图7所示，显然，内外侧转子绕组电流是反方向的。无论采用哪一种联结方式，内、外转子绕组的相序是一致的，即电机转子磁场旋转方向相同。
[0026]按照图7所示的绕组接法，电机转子扼部磁力线方向相同，即内、外侧转子共用扼部，从而达到扼部“重复”利用的目的，如图8所示。
[0027]实施例中电机外定子11上布置有极对数为PdPP2的独立的两套绕组，内定子13上布置有极对数为PdPP2的独立的另外两套绕组。电机内定子13与外定子11的？1对极绕组的轴线相差:π(2η+1)/ρι机械角度，n = 0,1，2，...，ρι_1。内、外侧定子绕组轴线相差上述机械角度，其对应的Pi对极的电角度为π(2η+1)，式中η = 0，1，2，...，ρι_1，其目的是为了保证电机内、外侧的Pi对极绕组的磁场方向相反。当外侧定子磁力线进入外侧转子时，内侧定子磁力线进入同角度内侧转子。当外侧转子磁力线离开外侧转子时，内侧转子磁力线离开同角度内侧转子。从而实现了共用转子扼部。内、外定子P2对极绕组的轴线相差3i(2m+l)/p2机械角度，其对应的P2对极的电角度为:π(2ηι+1)，式中m=0，I，2，...，p2_l可以相等，也可以取不同的值。为简化计，图9仅仅给出了电机内、外定子A、a相的空间位置图，A表示外定子，a表示内定子，右下标为定子极数，右上标表示电流参考方向。显然，内外定子绕组电流方向关于转子对称。B、b相、C、c相与此类似。
[0028]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种双定子无刷双馈电机，包括定子和转子，所述定子由内定子和外定子组成，所述转子位于内定子和外定子之间，所述转子的内侧设有与内定子槽相匹配的内转子槽，所述转子的外侧设有与外定子槽相匹配的外转子槽，所述内定子槽和外定子槽上分别设有极对数为PdPP2的两套绕组，其中，p#p2，且IP1-P21彡2，所述内转子槽和外转子槽上分别设有一套可形成极对数为PdPP2磁场的转子绕组，且转子内、外侧的转子绕组相位相反。2.根据权利要求1所述的双定子无刷双馈电机，其特征在于:所述内定子和外定子?1对极绕组的轴线相差:π(2η+1)/ρι机械角度，其中，η = 0,1，2，...，ρι_1;所述内定子和外定子Ρ2对极绕组的轴线相差<2m+l)/p2机械角度，其中，m=0，l，2,...，p2_l。3.根据权利要求1或2所述的双定子无刷双馈电机，其特征在于:所述内转子槽与外转子槽的槽数相等。4.根据权利要求1或2所述的双定子无刷双馈电机，其特征在于:所述内转子槽与外转子槽的槽数不相等。
【文档编号】H02K16/04GK105914978SQ201610243219
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】阚超豪, 吴孝洁, 赵威
【申请人】合肥工业大学