具有容错功能的双速电机的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种电机本体结构，属于电力系统领域。


背景技术：

[0002]
并网前后都需要电网支持的并网型兆瓦级风力发电机组已经成为目前风力发电组的发展趋势，风力发电机组通过齿轮箱将叶轮的低转速高扭矩转换为高转速低扭矩，带动发电机发电。双速电机主要应用在齿轮箱的油泵与油冷却器上作为动力源，大多数双速电机的结构是在定子槽内嵌有两个不同极对数的共有绕组，通过外部控制线路的切换来改变电机定子绕组的接线方式来实现变更磁极对数，从而改变电动机的转速，这种结构的双速电机利用的是一套转子结构，转子上的永磁体一般为表贴式或嵌入式两种设置方式，表贴式设置永磁体的电机其径向等效气隙较大，电枢反应较小，磁场波形和电流电压波形畸变率较小，总体性能优良，当电机为低速运行时没有问题，但当电机为高速运行时这种结构的弊端就暴露出来了，电机转速高时易脱落；嵌入式设置永磁体的电机在转速高时稳定，但总体电机效率却低。采用表贴式或嵌入式任意一种结构的转子在满足高效率的前提下，不能同时适用于高低两种转速的电机。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型目的是为了解决采用表贴式或嵌入式任意一种结构的转子在满足高效率的前提下，不能同时适用于高低两种转速的电机的问题，提供了一种具有容错功能的双速电机。
[0004]
本实用新型所述具有容错功能的双速电机包括双转子电机、转矩调节电机、低速输出轴1、高速输出轴8和机壳4；双转子电机和转矩调节电机并列设置在机壳4内部；
[0005]
双转子电机包括第一定子5、调制环转子6和永磁转子7，所述双转子电机的第一定子5固定在机壳4的内侧壁上，永磁转子7固定在低速输出轴1上，调制环转子6位于第一定子5与永磁转子7之间，低速输出轴1通过轴承与机壳4的左端盖、调制环转子6 转动连接，高速输出轴8的一端固定在调制环转子6上，高速输出轴8的另一端穿过机壳 4并通过轴承与其转动连接；
[0006]
转矩调节电机包括第二定子2和高速转子3，高速转子3固定在高速输出轴8上，高速转子3的外圆表面具有h个凸齿，第二定子2包括第二定子铁芯2-1、h个定子齿2-2、励磁绕组2-4和电枢绕组2-5，第二定子铁芯2-1固定在机壳4的内侧壁上，第二定子铁芯2-1内圆表面周向均布h个定子齿2-2，第二定子铁芯2-1由多个模块沿圆周拼接而成，每个模块设置有两个定子齿2-2，两个定子齿2-2上各绕制一个励磁绕组2-4，且绕向相反，两个定子齿2-2上共同绕制有一个电枢绕组2-5，两个模块相邻两个定子齿上的励磁绕组 2-4绕向相同；所有模块的励磁绕组2-4串联，所有模块的电枢绕组2-5联结成三相对称绕组；
[0007]
每个模块中有一个定子齿2-2的齿面上粘贴固定有2块永磁体2-3，永磁体2-3设置在励磁绕组绕向相同的h/2个定子齿上，所有永磁体2-3充磁方向相同且为径向。
[0008]
优选地，第一定子5由第一定子铁芯5-2和m相定子绕组5-1构成，定子绕组5-1通有m相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，m、p为正整数；
[0009]
永磁转子7由永磁转子铁芯7-2和2n个永磁体单元7-1构成，2n个永磁体单元7-1 沿圆周方向均匀分布排列，2n个永磁体单元7-1固定在永磁转子铁芯7-2的外圆表面上，相邻两块永磁体单元7-1的充磁方向相反，永磁转子7旋转时，形成2n极数的永磁转子表面磁场，n为正整数；
[0010]
优选地，调制环转子6由转子支架6-3、q块导磁块6-1和q块绝缘块6-2构成，转子支架6-3外圆表面沿圆周方向交错设置导磁块6-1和绝缘块6-2；低速输出轴1与转子支架6-3左右端盖转动连接、高速输出轴8与转子支架6-3的右端盖固定连接。
[0011]
优选地，导磁块6-1选用软磁复合材料、硅钢片、实心铁或软磁铁氧体。
[0012]
本实用新型的优点：本实用新型所述具有容错功能的双速电机是复合结构电机，为双转子电机和转矩调节电机两个电机复合构成，由两个输出轴输出高低两种转速。
[0013]
双转子电机的低速转子的永磁体为高效率的表贴式设置，高速的调制环转子不设置永磁体。转矩调节电机与调制环转子同为高速，转矩调节电机的转子上不设置永磁体，克服了表贴式易脱落及嵌入式效率低的缺陷，转而采用特殊的电枢结构来实现电机运转，且定子部分采用模块化容错设计，在任一模块出现故障时不会影响电机运行，并且模块化设计方便后期维修。
[0014]
本实用新型双速电机在兼顾永磁体效率的前提下，能同时适应高速和低速两种运行环境，本实用新型所述的可长期稳定运行的双转速电机适用于电力系统。
附图说明
[0015]
图1是本实用新型所述具有容错功能的双速电机的结构示意图；
[0016]
图2是图1的a-a剖视图；
[0017]
图3是图1的b-b剖视图；
[0018]
图4是图2中两个模块的局部放大图。
具体实施方式
[0019]
具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述具有容错功能的双速电机括双转子电机、转矩调节电机、低速输出轴1、高速输出轴8和机壳4；双转子电机和转矩调节电机并列设置在机壳4内部；
[0020]
双转子电机包括第一定子5、调制环转子6和永磁转子7，所述双转子电机的第一定子5固定在机壳4的内侧壁上，永磁转子7固定在低速输出轴1上，调制环转子6位于第一定子5与永磁转子7之间，低速输出轴1通过轴承与机壳4的左端盖、调制环转子6 转动连接，高速输出轴8的一端固定在调制环转子6上，高速输出轴8的另一端穿过机壳 4并通过轴承与其转动连接；
[0021]
第一定子5由第一定子铁芯5-2和m相定子绕组5-1构成，定子绕组5-1通有m相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，m、p为正整数；
[0022]
永磁转子7由永磁转子铁芯7-2和2n个永磁体单元7-1构成，2n个永磁体单元7-1 沿圆周方向均匀分布排列，2n个永磁体单元7-1固定在永磁转子铁芯7-2的外圆表面上，相
邻两块永磁体单元7-1的充磁方向相反，永磁转子7旋转时，形成2n极数的永磁转子表面磁场，n为正整数；
[0023]
调制环转子6由转子支架6-3、q块导磁块6-1和q块绝缘块6-2构成，转子支架6-3 外圆表面沿圆周方向交错设置导磁块6-1和绝缘块6-2；低速输出轴1与转子支架6-3左右端盖转动连接、高速输出轴8与转子支架6-3的右端盖固定连接。
[0024]
导磁块6-1选用软磁复合材料、硅钢片、实心铁或软磁铁氧体。
[0025]
满足p＝|hn+kq|关系式成立，其中，h是正奇数，k是整数。
[0026]
调制环转子6的输出转矩t3满足条件：t3＝-(t1+t2)，t1是调制环转子6对永磁转子7产生的内调制转矩并作为永磁转子7的输出转矩，t2是调制环转子6对第一定子5 产生的外调制转矩。转矩与转速成正比，可见调制环转子6的转速高，调制环转子6的转速取决于转矩调节电机。
[0027]
转矩调节电机包括第二定子2和高速转子3，高速转子3固定在高速输出轴8上，高速转子3的外圆表面具有h个凸齿，第二定子2包括第二定子铁芯2-1、h个定子齿2-2、励磁绕组2-4和电枢绕组2-5，第二定子铁芯2-1固定在机壳4的内侧壁上，第二定子铁芯2-1内圆表面周向均布h个定子齿2-2，第二定子铁芯2-1由多个模块沿圆周拼接而成，每个模块设置有两个定子齿2-2，两个定子齿2-2上各绕制一个励磁绕组2-4，且绕向相反，两个定子齿2-2上共同绕制有一个电枢绕组2-5，两个模块相邻两个定子齿上的励磁绕组 2-4绕向相同；所有模块的励磁绕组2-4串联，所有模块的电枢绕组2-5联结成三相对称绕组；
[0028]
每个模块中有一个定子齿2-2的齿面上粘贴固定有2块永磁体2-3，永磁体2-3设置在励磁绕组绕向相同的h/2个定子齿上，所有永磁体2-3充磁方向相同且为径向。
[0029]
转矩调节电机的转子上取消永磁体设计，可以克服高速运行时表贴式永磁体易脱落的缺陷，本实施方式中，将永磁体设置在定子上来构建磁路，既能实现电机正常运行，又具有高稳定性。定子结构为模块化设计，参见图3所示，转矩调节电机的定子有a1、b1、 c1、a2、b2、c2六个模块。模块化设计可以在某一模块发生故障的情况下迅速更换，降低系统的维护成本。