專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種徑向磁場(chǎng)的無(wú)刷雙饋雙機(jī)械端口電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型屬于交流電機(jī)及其控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種雙轉(zhuǎn)子無(wú)電刷饋電的雙機(jī)械端口電機(jī)。
背景技術(shù)：
：交流電機(jī)調(diào)速方法包括變極調(diào)速和變頻調(diào)速，除此之外，交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還可以變轉(zhuǎn)差調(diào)速。變極調(diào)速不能連續(xù)調(diào)速，應(yīng)用范圍有限。變頻調(diào)速需要使用和電機(jī)同容量的變頻器，成本高。變轉(zhuǎn)差調(diào)速又分為耗能型和回饋型變轉(zhuǎn)差調(diào)速，前者調(diào)速時(shí)的耗能很大，運(yùn)行效率低，使用范圍也有限；后者可以將電機(jī)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)差能量回送電源，運(yùn)行效率高，如串極調(diào)速和雙饋調(diào)速系統(tǒng)。目前雙饋調(diào)速交流感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子上有一套三相繞組，通過(guò)集電環(huán)和電刷將轉(zhuǎn)子三相繞組與電能變換器連接，并通過(guò)電能變換器與交流電網(wǎng)交換能量，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。為了消除集電環(huán)和電刷之間的磨損和運(yùn)行的不可靠性，20世紀(jì)初Hunt提出原型自級(jí)聯(lián)電機(jī)，并于70年代由Broadway等人改進(jìn)成為無(wú)刷雙饋電機(jī)；WallaceAlanK于1994年設(shè)計(jì)一種無(wú)刷雙饋電機(jī)，見(jiàn)WallaceAlanK，ADesignProcedureFortheBmshlessDoubly-FedMachineAdjustableSpeedDrive.ICEM，1994，該電機(jī)定子上有功率繞組和控制繞組，通過(guò)能量變換器調(diào)節(jié)控制繞組與交流電網(wǎng)之間的能量流動(dòng)，達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。這種電機(jī)只有一個(gè)機(jī)械端口，原動(dòng)機(jī)不能直接傳遞能量到負(fù)載o7上世紀(jì)90年代，瑞典皇家工學(xué)院的Nordhmd等人提出一種雙機(jī)械端口電機(jī)，于2005年發(fā)表論文，見(jiàn)E.Nordkmd，TheFour-QuadrantTransducerSystemforHybridElectricVehicles.Doctor'sthesis,RoyalInstituteof4Technology,Stockholm,May,2005,ISBN91-7178-057-2,ISSN1650-674X。該電機(jī)有兩個(gè)轉(zhuǎn)子，一個(gè)轉(zhuǎn)子(內(nèi)轉(zhuǎn)子)與原動(dòng)機(jī)相聯(lián)，另一個(gè)轉(zhuǎn)子(外轉(zhuǎn)子)與負(fù)載相聯(lián)，原動(dòng)機(jī)可以直接傳遞機(jī)械能到負(fù)載，調(diào)節(jié)電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子之間的能量流動(dòng)，可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，這種電機(jī)能量變化靈活多樣，而且電能變換器的容量通常也可以不用達(dá)到系統(tǒng)總的容量，降低了電能變換器的成本。但這種電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組需要通過(guò)集電環(huán)和電刷引出電流，造成電機(jī)運(yùn)行效率下降、可靠性降低以及經(jīng)常需要對(duì)電刷等部件進(jìn)行維護(hù)等出^i山弊頓。中國(guó)專(zhuān)利ZL200720087223.1公布了一種無(wú)刷雙機(jī)械端口電機(jī)，該技術(shù)方案提出一種內(nèi)轉(zhuǎn)子上有兩套繞組，外轉(zhuǎn)子上內(nèi)外側(cè)各貼有一套永磁體，定子上有兩套繞組的結(jié)構(gòu)。從電氣原理來(lái)看，此結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一臺(tái)永磁同步發(fā)電機(jī)、一臺(tái)永磁同歩電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)繞線(xiàn)式異步電機(jī)的結(jié)合體。此結(jié)構(gòu)從原理上可以解決由集電環(huán)和電刷引起的一系列問(wèn)題，但是其使用繞組數(shù)量多，繞組利用率低，電機(jī)體積較大。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種無(wú)刷雙饋雙機(jī)械端口電機(jī)，提高了繞組利用率，減小了電機(jī)的體積。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種徑向磁場(chǎng)的無(wú)刷雙饋雙機(jī)械端口電機(jī)，由機(jī)械部分和電氣部分組成，機(jī)械部分由內(nèi)向外依次包括內(nèi)轉(zhuǎn)子l、外轉(zhuǎn)子2和定子3，電氣部分包括定子繞組、外轉(zhuǎn)子繞組和交一直一交電能變換器4，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子外表面裝有一套永磁體9;所述定子繞組包括定子功率繞組10和定子控制繞組6;所述外轉(zhuǎn)子繞組包括獨(dú)立外轉(zhuǎn)子控制繞組8和外轉(zhuǎn)子復(fù)合繞組7，所述外轉(zhuǎn)子復(fù)合繞組7的各相繞組由至少一個(gè)線(xiàn)圈串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)線(xiàn)圈由兩個(gè)導(dǎo)體并聯(lián)構(gòu)成，各相繞組端口與獨(dú)立外轉(zhuǎn)子控制繞組反相序相連，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，外轉(zhuǎn)子復(fù)合繞組7對(duì)外同時(shí)表現(xiàn)出兩種極對(duì)數(shù)，兩種極數(shù)的磁場(chǎng)相互正交，互不影響，在電氣上完全獨(dú)立；獨(dú)立外轉(zhuǎn)子控制繞組8與內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體9相對(duì)應(yīng)，它們之間的磁場(chǎng)相互耦合；外轉(zhuǎn)子復(fù)合繞組7—方面與定子控制繞組6對(duì)應(yīng)，它們之間的磁場(chǎng)相互耦合；另一方面與定子功率繞組IO對(duì)應(yīng)，它們之間的磁場(chǎng)相互耦合；定子功率繞組10和定子控制繞組6通過(guò)交一直一交電能變換器相連接。所述交—直一交電能變換器包括整流器和逆變器，整流器交流側(cè)與定子控制繞組電氣連接，逆變器交流側(cè)與定子功率繞組電氣連接，整流器和逆變器的直流側(cè)互相電氣連接。作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述整流器和逆變器之間并聯(lián)直流電源，直流電源為蓄電池、超級(jí)電容和直流電網(wǎng)中的一種。本實(shí)用新型的技術(shù)效果體現(xiàn)為(1)本實(shí)用新型將永磁體貼于內(nèi)轉(zhuǎn)子外表面，且只有一套，外轉(zhuǎn)子上有兩套繞組，將電機(jī)磁場(chǎng)設(shè)計(jì)在同一軸向坐標(biāo)上，減小了電機(jī)的軸向長(zhǎng)度，減小了電機(jī)軸向上的體積。(2)本新型結(jié)構(gòu)采用了一種繞組復(fù)用的技術(shù)，即由一套繞組通過(guò)特定的接法實(shí)現(xiàn)兩套功能不同的、電氣上不相連的繞組的功能，提高了繞組利用率，也在徑向方向上減小了電機(jī)體積。圖l為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型電氣原理圖；圖3為本實(shí)用新型外轉(zhuǎn)子復(fù)合繞組接法示意圖。具體實(shí)施方式如圖l，圖2所示，本實(shí)用新型由機(jī)械部分和電氣部分組成，機(jī)械部分包括由內(nèi)向外依次裝設(shè)的內(nèi)轉(zhuǎn)子l、外轉(zhuǎn)子2和定子3，內(nèi)轉(zhuǎn)子的外表面貼裝永磁體9，外轉(zhuǎn)子2與內(nèi)轉(zhuǎn)子1和定子3通過(guò)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接，內(nèi)轉(zhuǎn)子l與外轉(zhuǎn)子2和定子3通過(guò)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸與內(nèi)燃機(jī)相連，作為動(dòng)力輸入；外轉(zhuǎn)子軸與機(jī)械負(fù)載相連，作為動(dòng)力輸出；電氣部分包括定子繞組、外轉(zhuǎn)子繞組和電能變換器，所述定子繞組包括定子功率繞組10和定子控制繞組6;所述外轉(zhuǎn)子繞組包括第一外轉(zhuǎn)子控制繞組8，第二轉(zhuǎn)子控制繞組7-1和外轉(zhuǎn)子功率繞組7-2。通過(guò)繞組復(fù)用技術(shù)，第二外轉(zhuǎn)子控制繞組7-1與外轉(zhuǎn)子功率繞組7-2的功能采用一套繞組7來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且滿(mǎn)足第二外轉(zhuǎn)子控制繞組和外轉(zhuǎn)子功率繞組電氣上不相連的要求。因此，從繞組使用情況看，可將第一外轉(zhuǎn)子控制繞組8稱(chēng)為獨(dú)立外轉(zhuǎn)子控制繞組8，將第二轉(zhuǎn)子控制繞組7-1稱(chēng)為非獨(dú)立第二轉(zhuǎn)子控制繞組7-l。所述繞組復(fù)用的技術(shù)，見(jiàn)王雪帆，利用串級(jí)聯(lián)接調(diào)速原理的變極起動(dòng)繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，Vo1.24，No.5，May2004，具體接法如圖3所示，外轉(zhuǎn)子復(fù)合繞組7包括A、B、C相繞組，每相繞組由至少一個(gè)線(xiàn)圈串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)線(xiàn)圈又由兩個(gè)導(dǎo)體并聯(lián)構(gòu)成，其中A，B，C相端口與獨(dú)立外轉(zhuǎn)子控制繞組8反相序相連。線(xiàn)圈的數(shù)量依據(jù)所需電機(jī)磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)確定。對(duì)于p對(duì)極的繞線(xiàn)式電機(jī)和q對(duì)極的鼠籠式電機(jī)，A，B，C端口通入p極感應(yīng)電流，定子功率繞組在此外轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出q極感應(yīng)電流。對(duì)于每個(gè)線(xiàn)圈中的兩個(gè)導(dǎo)體，p極感應(yīng)電流同向流過(guò)，而q極感應(yīng)電流反向流過(guò)，即q極感應(yīng)電流在每個(gè)線(xiàn)圈小回路中形成環(huán)流。運(yùn)用此繞組接法，在電機(jī)運(yùn)行情況下，一套繞組能夠同時(shí)對(duì)外表現(xiàn)出兩種極對(duì)數(shù)，兩種極數(shù)的磁場(chǎng)相互正交，互不影響，在電氣上完全獨(dú)立。即用一套繞組實(shí)現(xiàn)了兩套繞組的功能，運(yùn)用此種接法即可提高繞組利用率。定子3的兩套繞組通過(guò)交—直一交電能變換器4相連接，外轉(zhuǎn)子兩套控制繞組直接內(nèi)部反相序串聯(lián)。內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體9與獨(dú)立外轉(zhuǎn)子控制繞組8相對(duì)應(yīng)，它們之間的磁場(chǎng)相互耦合，組成一臺(tái)永磁同步發(fā)電機(jī)；非獨(dú)立外轉(zhuǎn)子控制繞組7-1與定子控制繞組6對(duì)應(yīng)，它們之間的磁場(chǎng)相互耦合，組成一臺(tái)繞線(xiàn)式異步電機(jī)；非獨(dú)立外轉(zhuǎn)子功率繞組7-2與定子功率繞組10對(duì)應(yīng)，它們之間的磁場(chǎng)相互耦合，組成一臺(tái)鼠籠式異步電機(jī)；內(nèi)燃機(jī)作為原動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)電，由于在電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行的絕大部分時(shí)間里，內(nèi)轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)速高于外轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)速，故僅有一部分能量直接傳遞給外轉(zhuǎn)子用于拖動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)，其余能量可以通過(guò)獨(dú)立外轉(zhuǎn)子控制繞組8與定子控制繞組6的相互感應(yīng)通過(guò)整流器4-1儲(chǔ)存到直流電源5中。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，可以從直流電源5中取出能量，通過(guò)逆變器4-2供給鼠籠電機(jī)，提供附加轉(zhuǎn)矩，從而使總轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡。交一直一交電能變換器4包括整流器4-1和逆變器4-2，整流器4-1交流側(cè)與定子控制繞組6電氣連接，逆變器4-2交流側(cè)與定子功率繞組10電氣連接，整流器和逆變器的直流側(cè)互相電氣連接。整流器4-1和逆變器4-2之間可以并聯(lián)直流電源5，調(diào)整電機(jī)輸入和輸出機(jī)械功率之間的不平衡。對(duì)于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)來(lái)講，內(nèi)燃機(jī)經(jīng)常因?yàn)槭艿截?fù)載工況的影響而頻繁改變工作點(diǎn)，但大部分工作點(diǎn)又不是內(nèi)燃機(jī)工作的高效率點(diǎn)，所以導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)效率低下，能量損耗嚴(yán)重，但是采用無(wú)刷雙機(jī)械端口電機(jī)作為傳動(dòng)系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)可以工作在一個(gè)固定的工作點(diǎn)，而負(fù)載的工況卻可以任意調(diào)節(jié)，從而使輸入和輸出之間沒(méi)有直接的機(jī)械聯(lián)系，內(nèi)燃機(jī)可以長(zhǎng)期工作在高效率工作點(diǎn)，從而提高燃料利用率，降低損耗。而且在電能變換器中間直流環(huán)節(jié)加入蓄電池，更可以使輸入功率和輸出功率不一定要相等。由蓄電池彌補(bǔ)輸入同輸出之間的功率差，內(nèi)燃機(jī)的功率也可以不需要隨負(fù)載工況快速變化而變化，從而可以有效地保證負(fù)載工況頻繁變動(dòng)的情況下內(nèi)燃機(jī)始終工作于高效區(qū)。權(quán)利要求1.一種徑向磁場(chǎng)的無(wú)刷雙饋雙機(jī)械端口電機(jī)，由機(jī)械部分和電氣部分組成，機(jī)械部分由內(nèi)向外依次包括內(nèi)轉(zhuǎn)子(1)、外轉(zhuǎn)子(2)和定子(3)，電氣部分包括定子繞組、外轉(zhuǎn)子繞組和交-直-交電能變換器(4)，其特征在于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子外表面裝有一套永磁體(9)；所述定子繞組包括定子功率繞組(10)和定子控制繞組(6)；所述外轉(zhuǎn)子繞組包括獨(dú)立外轉(zhuǎn)子控制繞組(8)和外轉(zhuǎn)子復(fù)合繞組(7)，外轉(zhuǎn)子復(fù)合繞組(7)為三相對(duì)稱(chēng)Y型繞組，其各相繞組由一個(gè)或以上的線(xiàn)圈串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)線(xiàn)圈由兩個(gè)導(dǎo)體并聯(lián)構(gòu)成，各相繞組端口與所述獨(dú)立外轉(zhuǎn)子控制繞組反相序相連，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，外轉(zhuǎn)子復(fù)合繞組(7)對(duì)外同時(shí)表現(xiàn)出兩種極對(duì)數(shù)，兩種極數(shù)的磁場(chǎng)相互正交，互不影響，在電氣上完全獨(dú)立；獨(dú)立外轉(zhuǎn)子控制繞組(8)與內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體(9)相對(duì)應(yīng)，它們之間的磁場(chǎng)相互耦合；外轉(zhuǎn)子復(fù)合繞組(7)一方面與定子控制繞組(6)對(duì)應(yīng)，它們之間的磁場(chǎng)相互耦合；另一方面與定子功率繞組(10)對(duì)應(yīng)，它們之間的磁場(chǎng)相互耦合；定子功率繞組(10)和定子控制繞組(6)通過(guò)交-直-交電能變換器相連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種徑向磁場(chǎng)的無(wú)刷雙饋雙機(jī)械端口電機(jī)，其特征在于所述交一直一交電能變換器(4)包括整流器和逆變器，整流器交流側(cè)與定子控制繞組(6)電氣連接，逆變器交流側(cè)與定子功率繞組(10)電氣連接，整流器和逆變器的直流側(cè)互相電氣連接。3.如權(quán)利要求2所述的一種徑向磁場(chǎng)的無(wú)刷雙饋雙機(jī)械端口電機(jī)，其特征在于所述整流器和逆變器之間并聯(lián)直流電源，所述直流電源為蓄電池、超級(jí)電容和直流電網(wǎng)中的一種。專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種徑向磁場(chǎng)的無(wú)刷雙饋雙機(jī)械端口電機(jī)，屬于交流電機(jī)及其控制
技術(shù)領(lǐng)域：
。本實(shí)用新型由機(jī)械部分和電氣部分組成，機(jī)械部分由內(nèi)向外依次包括內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子和定子，電氣部分包括定子繞組、外轉(zhuǎn)子繞組和交—直—交電能變換器；內(nèi)轉(zhuǎn)子外表面貼有一套永磁體，外轉(zhuǎn)子繞組包括獨(dú)立外轉(zhuǎn)子控制繞組和外轉(zhuǎn)子復(fù)合繞組，外轉(zhuǎn)子復(fù)合繞組本身為一套繞組，但通過(guò)繞組復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩套不同的、電氣上不相連的繞組功能。獨(dú)立外轉(zhuǎn)子控制繞組與內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體間的磁場(chǎng)相互耦合；外轉(zhuǎn)子復(fù)合繞組一方面與定子控制繞組間的磁場(chǎng)相互耦合，另一方面與定子功率繞組的磁場(chǎng)相互耦合，兩磁場(chǎng)相互解耦。本實(shí)用新型減少了繞組使用數(shù)量，提高了繞組利用率，減小了電機(jī)的體積。文檔編號(hào)H02K16/02GK201323515SQ20082019357公開(kāi)日2009年10月7日申請(qǐng)日期2008年12月9日優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日發(fā)明者萬(wàn)山明,珽龐,驍陳,黃聲華申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)