专利名称：笼障拼装外转子定子双绕组交流电机及其控制方法
技术领域：
:本发明涉及一种交流电机，特别是一种笼障拼装外转子定子双绕组交流电机及其控制方法。该电机既可作电动机运行，又可作发电机运行。
背景技术：
:笼障拼装外转子定子双绕组交流电机的定子上包括2p极的三相对称功率绕组和2q极的三相对称控制绕组(或者2q极的三相对称功率绕组和2p极的三相对称控制绕组)，且满足2p_2q ^ 4，两套绕组之间的耦合是由PfP+q对极特殊设计的转子来实现的，因此该种电机的转子结构对电机的稳态性能、动态特性和功率密度等将产生重要影响。可用于该种电机的转子结构主要包括绕线式和磁阻式两大类。其中绕线式包括单层同心式短路绕组，齿谐波双层分布绕组；磁阻类包括具有齿槽的径向叠片凸极磁阻转子、轴向叠片磁阻转子。绕线类转子结构的优点是制造工艺与常规电机类似，缺点是对定子两套绕组的耦合完全是以牺牲转子绕组铜耗为代价的，而且对定子两套绕组耦合能力欠佳，电机的动态性能也较差，而齿谐波双层分布绕组的工艺性欠佳。磁阻类转子的优点是转子上没有任何铜损耗，对定子两套绕组耦合能力和加工复杂程度各异。具有齿槽的径向叠片凸极磁阻转子易于加工，但对定子两套绕组的耦合效果欠佳；轴向叠片磁阻转子的耦合能力强，但制造工艺复杂，在大型定子双绕组交流电机中应用困难。此外，常规定子双绕组交流电机受不确定性参数变化和扰动影响较大，抗干扰能力弱等缺点。
发明内容
发明目的:本发明提供一种笼障拼装外转子定子双绕组交流电机及其控制方法，其目的在于提出了一种既便于加工制造，又可使得对定子两套绕组耦合能力实现最大化，从而具有高功率密度和优良 稳态与动态性能的新型笼障拼装外转子定子双绕组交流电机结构，同时也大大提高了该种交流电机的抗干扰能力。技术方案:本发明采用以下技术方案:笼障拼装外转子定子双绕组交流电机，主要包括定子、外转子、双向逆变器、轴承和端盖，其特征在于:在定子上安放2p极的三相对称功率绕组和2q极的三相对称控制绕组，功率绕组的极数和控制绕组的极数亦可互换，但均满足2p_2q ^ 4，外转子由p^p+q个相同的笼障外转子模块沿圆周方向拼成一个具有个内凸极型的外转子，每个笼障外转子模块外侧通过定位槽与非导磁材料制成的套筒相连，套筒通过定位销与支撑轴同轴连接，外转子轴向两侧与端盖相连接，端盖通过轴承与支撑轴相连；每个笼障外转子模块内表面开有多个径向梯形槽，径向梯形槽间距可以相等也可以不等，每个梯形槽沿径向具有数个不等的阶梯槽宽，每个梯形槽内放入若干根导体组成短路笼条；相邻笼障外转子模块相接处为阶梯型豁口，相邻笼障外转子模块拼接后在其相接处形成h个公共梯形槽，且公共梯形槽底部的间隙深度一直达到套筒内表面，每个公共梯形槽沿径向具有数个不等的阶梯槽宽，每个公共梯形槽内放入若干根导体组成公共笼条；公共笼条和短路笼条端部分别采用端部导电环连接形成导电回路；笼障外转子模块中心处开有多组切向隔磁层，分别于各自两侧嵌放短路笼条的梯形槽组合形成多组径向叠片磁障，在笼障转子模块内形成多个导磁层。功率绕组与电网相连，控制绕组与双向逆变器的一端相连，双向逆变器另一端与电网相连。笼障外转子两端装有压板，压板与外转子间加绝缘层隔离，压板上钻有与笼障外转子定位孔位置相同定位孔，非导磁材料制成的压紧螺杆沿轴向穿过全部定位孔，在压板两端利用螺母压紧固定。放置公共笼条和短路笼条的梯形槽的槽口处开有内豁口并嵌放槽楔；公共笼条端部链接形式可以为:端部导电环将公共梯形槽内同层的公共笼条两侧端部全部连在一起；也可以将公共梯形槽内单层公共笼条分成两部分，两部分公共笼条分别与相邻公共梯形槽内同层的公共笼条通过端部导电环相连；也可以外内层公共笼条与单侧相邻倒梯形槽内的外层公共笼条通过端部导电环相连；也可以在相邻两个公共梯形槽内放置多匝线圈导体；短路笼条端部链接形式可以为:以笼障外转子模块径向对称线为中心，将两侧相对应的同层短路笼条端部通过导体相连，形成多组独立的同心式环形导电回路；也可以将内层短路笼条与相对应梯形槽的外层短路笼条通过导体相连，形成多组独立的交叉型同心式环形回路；也可以在相对应的两个同层梯形槽内放置多匝线圈导体，同一转子模块上的多组线圈导体匝数可以相同也可不同。整个转子安装绕组后余下的公共梯形槽缝隙和模块内磁障缝隙内可浇注耐高温非导磁材料或者不浇筑。套筒开槽形式可以为矩形槽或燕尾槽。隔磁层的形状可以为弧形磁障式 外转子或U形磁障式外转子。一种如上所述笼障拼装外转子定子双绕组交流电机的控制方法，其特征在于:控制方式采用PMD控制方法来实现笼障拼装外转子定子双绕组交流电机的转速跟踪，其控制思想是针对笼障拼装外转子定子双绕组交流电机具有不确定性参数变化和扰动影响的特点，利用负延迟方法，通过调整延迟时间来消除不确定干扰信号，并引入了 H00控制策略，进而提高系统的鲁棒性；具体为:采用功率绕组dq坐标系，则笼障拼装外转子定子双绕组交流电机的电磁转矩方程为[=1(/)3) :令,O)式中，Pp和P。分别表示功率绕组和控制绕组的极对数，ψφ为功率绕组磁链的d轴分量，iqc为控制绕组电流的q轴分量，为转速输出，J为外转子机械惯量，B为转动阻尼系数，Te为总电磁转矩，T1为负载转矩。对式(I)两边进行拉氏变换，可得标称模型的传递函数P(S)为P(s) = —^—(2)
Js + B控制器的传递函数可表示为
权利要求
1.笼障拼装外转子定子双绕组交流电机，主要包括定子(I)、外转子(2)、双向逆变器(3 )、轴承(8 )和端盖(9 )，其特征在于:在定子(I)上安放2p极的三相对称功率绕组(5 )和2q极的三相对称控制绕组(6)，或者功率绕组(5)的极数和控制绕组(6)的极数互换，外转子(2)由p^p+q个相同的笼障外转子模块沿圆周方向拼成一个具有^个内凸极型的外转子，每个笼障外转子模块外侧通过定位槽(15)与非导磁材料制成的套筒(16)相连，套筒(16)通过定位销与支撑轴(7)同轴连接，外转子(2)轴向两侧与端盖(9)相连接，端盖(9)通过轴承(8)与支撑轴相连；每个笼障外转子模块内表面开有多个径向梯形槽，径向梯形槽间距相等或者不等，每个梯形槽沿径向具有数个不等的阶梯槽宽，每个梯形槽内放入若干根导体组成短路笼条(13);相邻笼障外转子模块相接处为阶梯型豁口，相邻笼障外转子模块拼接后在其相接处形成个公共梯形槽，且公共梯形槽底部的间隙(17)深度一直达到套筒(16)内表面，每个公共梯形槽沿径向具有数个不等的阶梯槽宽，每个公共梯形槽内放入若干根导体组成公共笼条(12);公共笼条(12)和短路笼条(13)端部分别采用端部导电环(19)连接形成导电回路；笼障外转子模块中心处开有多组切向隔磁层(10)，分别于各自两侧嵌放短路笼条(13)的梯形槽组合形成多组径向叠片磁障，在笼障转子模块内形成多个导磁层(11)。
2.权利要求1所述笼障拼装外转子定子双绕组交流电机，其特征在于:功率绕组(5)与电网(4)相连，控制绕组(6)与双向逆变器(3)的一端相连，双向逆变器(3)另一端与电网(4)相连。
3.权利要求1所述笼障拼装外转子定子双绕组交流电机，其特征在于:放置公共笼条(12)和短路笼条(13)的梯形槽的槽口处开有内豁口并嵌放槽楔(18);公共笼条(12)端部链接形式可以为:端部导电环(19)将公共梯形槽内同层的公共笼条(12)两侧端部全部连在一起；也可以将 公共梯形槽内单层公共笼条(12)分成两部分，两部分公共笼条(12)分别与相邻公共梯形槽内同层的公共笼条(12)通过端部导电环(19)相连；也可以外内层公共笼条(12)与单侧相邻倒梯形槽内的外层公共笼条(12)通过端部导电环(19)相连；也可以在相邻两个公共梯形槽内放置多匝线圈导体；短路笼条(13)端部链接形式可以为:以笼障外转子模块径向对称线为中心，将两侧相对应的同层短路笼条(13)端部通过导体相连，形成多组独立的同心式环形导电回路；也可以将内层短路笼条与相对应梯形槽的外层短路笼条通过导体相连，形成多组独立的交叉型同心式环形回路；也可以在相对应的两个同层梯形槽内放置多匝线圈导体，同一转子模块上的多组线圈导体匝数可以相同也可不同。
4.权利要求1所述笼障拼装外转子定子双绕组交流电机，其特征在于:笼障转子两端装有压板，压板与转子间加绝缘层隔离，压板上钻有与笼障转子定位孔(14)位置相同定位孔(14)，非导磁材料制成的压紧螺杆沿轴向穿过全部定位孔(14)，在压板两端利用螺母压紧固定。
5.权利要求1所述笼障拼装外转子定子双绕组交流电机，其特征在于:整个转子安装绕组后余下的公共梯形槽缝隙和模块内磁障缝隙内可浇注耐高温非导磁材料或者不浇筑。
6.权利要求1所述笼障拼装外转子定子双绕组交流电机，其特征在于:套筒(16)的开槽形式可以为矩形槽或燕尾槽。
7.权利要求1所述笼障拼装外转子定子双绕组交流电机，其特征在于:隔磁层的形状可以为弧形磁障式外转子或U形磁障式外转子。
8.—种如权利要求1所述笼障拼装外转子定子双绕组交流电机的控制方法，其特征在于:控制方式采用PIMD控制方法来实现笼障拼装外转子定子双绕组交流电机的转速跟踪，其控制思想是针对笼障拼装外转子定子双绕组交流电机具有不确定性参数变化和扰动影响的特点，利用负延迟方法，通过调整延迟时间来消除不确定干扰信号，并引入了 H00控制策略，进而提高系统的鲁棒性；具体为:采用功率绕组dq坐标系，则笼障拼装外转子定子双绕组交流电机的电磁转矩方程为
9.根据权利要求8所述的笼障拼装外转子定子双绕组交流电机的控制方法，其特征在于:在PMD控制中加入权值函数，即可将其转化为H00控制问题；设权值函数的状态空间形式为
全文摘要
本发明涉及一种笼障拼装外转子定子双绕组交流电机。其特征在于外转子位于定子外侧，定子外侧表面槽内安放三相对称的功率绕组和控制绕组，外转子采用相同的笼障外转子模块通过外侧定位槽与套筒相连，沿圆周方向拼装成具有凸极型的外转子；笼障外转子模块内表面开有径向梯形槽，具有数个不等的阶梯槽宽，槽内放入短路笼条；相邻转子模块拼装后在其相接处形成公共梯形槽，沿径向具有数个不等的阶梯槽宽，且槽底部的间隙深度达到套筒内表面，槽内放入公共笼条；其目的在于提出了一种既便于加工制造，又可使得对定子两套绕组耦合能力实现最大化，从而具有高功率密度和优良稳态与动态性能的新型笼障组合外转子定子双馈电交流电机。
文档编号H02K17/16GK103166405SQ20131010924
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者张凤阁, 王秀平, 金石, 刘光伟, 朱连成 申请人:沈阳工业大学