專利名稱：單一鐵心無刷同步電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電機類，尤其是涉及一種定子和轉(zhuǎn)子都為單一鐵心結(jié)構(gòu)的無刷同步電機。
背景技術(shù)：
普通常用的無刷同步電機系統(tǒng)由同步電機、旋轉(zhuǎn)整流器和交流勵磁機等組成。該同步電機與交流勵磁機同軸相連，旋轉(zhuǎn)整流器固定于轉(zhuǎn)軸上，與兩個電機的轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。交流勵磁機定子鐵心中放置直流勵磁繞組，轉(zhuǎn)子鐵心中放置三相對稱交流繞組。直流電源為勵磁機定子繞組提供勵磁電流，建立恒定磁場，勵磁機轉(zhuǎn)子繞組旋轉(zhuǎn)就會感應電勢，輸出三相交流電壓，該電壓經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流器轉(zhuǎn)換成直流電壓，為同步電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組提供直流勵磁電壓，建立同步電機需要的轉(zhuǎn)子磁場。調(diào)節(jié)勵磁機定子的直流電壓大小，就可以間接調(diào)節(jié)同步電機轉(zhuǎn)子直流勵磁電壓的大小，它們基本成正比關(guān)系。
該系統(tǒng)的不足之處1)需要一個單獨的勵磁電機與同步電機同軸相連，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜；2)機組軸系長，軸承座多，使軸振和瓦振幅值較高，因而對軸系穩(wěn)定和機組的安全運行不利。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是克服已有技術(shù)中的不足，提出一種結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，運行安全的單一鐵心無刷同步電機。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案包括機殼，設在機殼內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子，固定在轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)整流器，所述的定子由定子鐵心、定子單相交流勵磁繞組和定子三相功率繞組組成；所述的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子交流感應繞組和轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組組成，為隱磁極結(jié)構(gòu)；定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心均為單一鐵心結(jié)構(gòu)，定子三相功率繞組短距且分布排列在定子鐵心內(nèi)設置的小線槽和大線槽上層，定子單相交流勵磁繞組整距且集中排列在定子鐵心內(nèi)的大線槽下層，定子三相功率繞組外接功率電源，定子單相交流勵磁繞組外接中頻電源；轉(zhuǎn)子交流感應繞組整距且分布排列在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)的小線槽和大線槽上層，轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組同心式排列在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)的大線槽下層， 轉(zhuǎn)子交流感應繞組的輸出端與整流器的輸入端連接，整流器的輸出端與轉(zhuǎn)子 直流勵磁繞組連接。
所述的定子三相功率繞組極對數(shù)為PP，定子單相交流勵磁繞組極對數(shù)為
Pe，且Pe》Pp ， Pe=2xkxPp， (k二l、 2、 3……);所述的定子單相交流勵磁 繞組的勵磁電源為中頻電源。
本實用新型與現(xiàn)有無刷同步電機系統(tǒng)相比的有益效果是沒有同軸連接
的單獨勵磁電機，單一的定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心結(jié)構(gòu)，使得電機結(jié)構(gòu)簡單，運 行可靠，便于維護，使用場合廣泛。采用中頻勵磁電壓，轉(zhuǎn)子勵磁電壓與轉(zhuǎn) 速無關(guān)，僅與定子勵磁電壓成正比，因此方便勵磁調(diào)節(jié)和控制，對發(fā)電機和 電動機都適用。所采用的定子繞組極對數(shù)設計使定子兩套繞組間的耦合可以 基本消除，使電機的效率更優(yōu)，具有廣泛的實用性。


圖l是單一鐵心無刷同步電機縱剖面圖2是單一鐵心無刷同步電機A-A剖截面圖3是單一鐵心無刷同步電機的勵磁電路原理圖。
圖中l(wèi)一機殼；2 —定子鐵心；3 —定子單相交流勵磁繞組；4 —定子三 相功率繞組；5 —轉(zhuǎn)子鐵心；6 —轉(zhuǎn)子交流感應繞組；7 —轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組； 8 —轉(zhuǎn)軸；9一旋轉(zhuǎn)整流器；IO —定子大線槽；ll一定子小線槽；12 —轉(zhuǎn)子大
線槽；13 —轉(zhuǎn)子小線槽；14一中頻電源。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖中的實施例對本實用新型作進一步的描述
本實用新型的定子由定子鐵心2、定子單相交流勵磁繞組3和定子三相功 率繞組4組成，定子鐵心2和轉(zhuǎn)子鐵心5均為單一鐵心結(jié)構(gòu)，定子鐵心2中設有 一套短距分布排列的定子三相功率繞組4和一套整距集中排列的定子單相交 流勵磁繞組3，定子三相功率繞組4的極對數(shù)為Pp，定子單相交流勵磁繞組3 的極對數(shù)為Pe，且滿足Pe》Pp， Pe二2xkxPp， (k=l、 2、 3......) ， k為常數(shù);
中頻電源14為定子單相交流勵磁繞組3提供勵磁電壓IL。轉(zhuǎn)子為隱磁極結(jié)構(gòu)， 它由轉(zhuǎn)子鐵心5、轉(zhuǎn)子交流感應繞組6和轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組7組成，轉(zhuǎn)子鐵心5 中設有同心式排列的轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組7和整距分布排列的轉(zhuǎn)子交流感應繞組6，轉(zhuǎn)子交流感應繞組6的輸出端與整流器9的輸入端連接，整流器9的輸出端與轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組7連接，轉(zhuǎn)子交流感應繞組6上的交流感應電壓通過固定在轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)整流器9轉(zhuǎn)化為直流勵磁電壓Uf，為轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組7提供勵磁電流。
取定子單相交流勵磁繞組極對數(shù)Pe二4，定子三相功率繞組極對數(shù)Pp二l ，滿足Pe二2xkxPp(k二l、 2、 3......)關(guān)系，定子兩套繞組間的耦合可以基本消除。
定子鐵心2由0. 3mm厚的硅鋼片疊成，其上設有大線槽10和小線槽11，取定子總線槽數(shù)Zs二24，其中大線槽個數(shù)為Pex2二 8，大線槽10沿定子鐵心2內(nèi)圓面均勻分布，每兩個定子大線槽10之間間隔2個定子小線槽11，定子小線槽的個數(shù)為16個。定子三相功率繞組4按照普通三相對稱繞組的排列規(guī)則，放置在定子小線槽11和定子大線槽10的上層。定子單相交流勵磁繞組3按照單相集中整距繞組的排列規(guī)則，放置在定子大線槽下層。
轉(zhuǎn)子鐵心5用0.3mm厚的硅鋼片疊成，為隱磁極結(jié)構(gòu)，其上設有大線槽12和小線槽13，功率磁極尖部安排小線槽。電機轉(zhuǎn)子總線槽數(shù)ZFl6，其中轉(zhuǎn)子大線槽12個數(shù)為12,轉(zhuǎn)子小線槽數(shù)13為4，每6個轉(zhuǎn)子大線槽12間隔設置兩個轉(zhuǎn)子小線槽13。轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組7按照同心式排列規(guī)則放置在轉(zhuǎn)子大線槽12的下層。轉(zhuǎn)子交流感應繞組6按照單相分布整距繞組的排列規(guī)則，放置在轉(zhuǎn)子小線槽13和大線槽12的上層。轉(zhuǎn)子小線槽13中不放置轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組7，這樣分布轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組7可以使其產(chǎn)生的磁密波在轉(zhuǎn)子鐵心5外表面按照正弦波分布。
其工作原理定子單相交流勵磁繞組3加中頻電壓14，繞組中流過中頻
電流，在電機磁路中建立一個中頻脈振磁場，該磁場與定子單相交流勵磁繞組3和轉(zhuǎn)子交流感應繞組6相環(huán)鏈，因此在轉(zhuǎn)子交流感應繞組6中會感應變壓器電勢，其大小與定子單相交流勵磁繞組3輸入電壓成正比，與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速幾乎無關(guān)。該中頻脈振磁場不會在定子三相功率繞組4中感應電勢。轉(zhuǎn)子交流感應繞組6輸出交流電壓，該電壓經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流器9轉(zhuǎn)換成直流勵磁電壓Uf，為轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組6提供勵磁電流，建立同步電機需要的轉(zhuǎn)子恒定磁場。調(diào)節(jié)定子單相交流勵磁繞組3的中頻電壓大小，就可以成比例地調(diào)節(jié)同步電機轉(zhuǎn)子直流勵磁電壓的大小，從而實現(xiàn)了同步電機的無刷勵磁調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求1、一種單一鐵心無刷同步電機，包括機殼(1)，設在機殼(1)內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子，固定在轉(zhuǎn)軸(8)上的旋轉(zhuǎn)整流器(9)，其特征在于所述的定子由定子鐵心(2)、定子單相交流勵磁繞組(3)和定子三相功率繞組(4)組成；所述的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心(5)、轉(zhuǎn)子交流感應繞組(6)和轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組(7)組成，轉(zhuǎn)子為隱磁極結(jié)構(gòu)；定子鐵心(2)和轉(zhuǎn)子鐵心(5)均為單一鐵心結(jié)構(gòu)，定子三相功率繞組(4)短距且分布排列在定子鐵心(2)內(nèi)的小線槽(11)和大線槽(10)上層，定子單相交流勵磁繞組(3)整距且集中排列在定子鐵心(2)內(nèi)的大線槽(10)下層，定子三相功率繞組(4)外接功率電源，定子單相交流勵磁繞組(3)外接中頻電源；轉(zhuǎn)子交流感應繞組(6)整距且分布排列在轉(zhuǎn)子鐵心(5)內(nèi)的小線槽(13)和大線槽(12)上層，轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組(7)同心式排列在轉(zhuǎn)子鐵心(5)內(nèi)的大線槽(12)下層，轉(zhuǎn)子交流感應繞組(6)的輸出端與整流器(9)的輸入端連接，整流器(9)的輸出端與轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組(7)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的單一鐵心無刷同步電機，其特征在于所述的 定子三相功率繞組(4)極對數(shù)為Pp，定子單相交流勵磁繞組(3)極對數(shù)為 Pe,且Pe》Pp ， Pe二2xkxPp， (k=l、 2、 3......)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單一鐵心無刷同步電機，其特征在于所述 的定子單相交流勵磁繞組(3)的勵磁電源為中頻電源。
專利摘要一種單一鐵心無刷同步電機，定子由定子鐵心、定子單相交流勵磁繞組和定子三相功率繞組組成；轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子交流感應繞組和轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組組成，定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心都是單一鐵心結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子為隱磁極結(jié)構(gòu)，定子鐵心中有短距且分布排列的三相功率繞組和整距且集中排列的單相交流勵磁繞組，分別放置在定子大線槽和小線槽內(nèi)，三相功率繞組外接功率電源，單相交流勵磁繞組外接中頻電源；轉(zhuǎn)子鐵心中有同心式排列的直流勵磁繞組和整距且分布排列的交流感應繞組，分別放置在轉(zhuǎn)子大線槽和小線槽內(nèi)，轉(zhuǎn)子軸上固定有旋轉(zhuǎn)整流器。該同步電機取消了傳統(tǒng)無刷同步電機系統(tǒng)中同軸連接的單獨勵磁電機，使得電機結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，便于維護，效率高，具有廣泛的實用性。
文檔編號H02K19/02GK201263113SQ20082003886
公開日2009年6月24日 申請日期2008年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月4日
發(fā)明者曉 張, 王冬冬, 譚國俊, 鄧先明 申請人:中國礦業(yè)大學;徐州中礦大傳動與自動化有限公司