一種無刷諧波勵磁同步電的制造方法
【專利摘要】一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，屬于電勵磁同步電機(jī)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有永磁電機(jī)要依賴于昂貴的永磁材料，電勵磁電機(jī)需要獨(dú)立勵磁機(jī)的問題。本發(fā)明所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，在每一極的極靴中間位置開有繞組槽，將極靴分出轉(zhuǎn)子分齒，并在每個轉(zhuǎn)子分齒均嵌套諧波繞組，利用定子中的三次諧波電流、高次諧波電流或直流分量電流在電機(jī)氣隙中產(chǎn)生諧波磁場，在諧波繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流給勵磁繞組提供勵磁電流，實(shí)現(xiàn)無刷勵磁。本發(fā)明所述的電機(jī)完全基于電勵磁，不依賴于永磁材料和勵磁機(jī)，克服了獨(dú)立的勵磁機(jī)勵磁方式中的電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且龐大的不足，結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、性能良好。本發(fā)明適用于風(fēng)力發(fā)電和混合動力汽車的應(yīng)用。
【專利說明】一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電勵磁同步電機(jī)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁同步電機(jī)由于具有高效節(jié)能、功率密度高及無刷控制等特點(diǎn)，在工業(yè)界逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在一些中小功率應(yīng)用場合，如電動汽車，新能源發(fā)電系統(tǒng)等。然而,永磁電機(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)都是建立在高性能的稀土永磁材料的基礎(chǔ)之上的。隨著工業(yè)和社會的發(fā)展，對稀土資源需求量會不斷增大。近十年來，稀土永磁材料的價格上漲了數(shù)倍之多，這會使稀土資源逐漸成為影響高性能永磁電機(jī)發(fā)展的瓶頸。并且，永磁同步電機(jī)本身還存在一些技術(shù)上的問題，如:(I)在一些特定的場合，需要發(fā)電機(jī)在較大的轉(zhuǎn)速差的情況下控制輸出電壓調(diào)整率，永磁電機(jī)由于磁場調(diào)節(jié)困難，難以達(dá)到相關(guān)要求。⑵在作為電動機(jī)時，由于永磁體的氣隙磁場不能調(diào)節(jié)，不能進(jìn)行弱磁控制，會限制電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍。(3)永磁同步電機(jī)存在固有的定位轉(zhuǎn)矩，消除定位轉(zhuǎn)矩也是比較復(fù)雜的問題。
[0003]對于大型電勵磁同步電機(jī)，主要采用同軸聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)電樞式勵磁機(jī)及旋轉(zhuǎn)整流器構(gòu)成無刷勵磁系統(tǒng)。而對于中小功率電機(jī)，受限于體積重量與成本等因素，往往不適合增加額外勵磁機(jī)。
[0004]此外，耦合變壓器勵磁在中小型電機(jī)無刷勵磁中也有所采用。但是，與普通變壓器高效傳遞能量不同，在耦合變壓器中，磁通路徑不全是鐵心，在定、轉(zhuǎn)子鐵心部分之間必然存在一段氣隙，這就需要很大的變壓器激磁電流來克服氣隙磁壓降，從而使功率傳遞效率及功率因數(shù)等指標(biāo)降低。采用諧波勵磁最大的問題是，由于諧波電動勢依然屬于運(yùn)動電動勢，因此與采用獨(dú)立勵磁機(jī)情況相同，適合于發(fā)電機(jī)運(yùn)行，而作為電動機(jī)運(yùn)行時存在起動問題需要解決。而各種混合勵磁方式中電機(jī)的都較復(fù)雜，而且也同樣依賴于永磁材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有永磁電機(jī)要依賴于昂貴的永磁材料，電勵磁電機(jī)需要獨(dú)立勵磁機(jī)的問題，現(xiàn)提供一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)。
[0006]一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯為4極結(jié)構(gòu)，每一極的極靴中間位置均開有繞組槽，該繞組槽將4個極靴分為8個轉(zhuǎn)子分齒，每個轉(zhuǎn)子分齒上均嵌套有諧波繞組。
[0007]上述電機(jī)的定子鐵芯為12槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為單層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為3，且為開放繞組。
[0008]上述電機(jī)的定子鐵芯為12槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為雙層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為3。
[0009]上述電機(jī)的定子鐵芯為18槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為雙層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為2。
[0010]上述電機(jī)的定子鐵芯為18槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為雙層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為4。
[0011]上述電機(jī)的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為小于N的三次諧波電流。[0012]上述電機(jī)的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為N/5的三次諧波電流。
[0013]上述電機(jī)的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和高次諧波電流。
[0014]上述電機(jī)的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和直流分量電流。
[0015]本發(fā)明所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，在每一極的極靴中間位置開有繞組槽，將極靴分出轉(zhuǎn)子分齒，并在每個轉(zhuǎn)子分齒均嵌套諧波繞組，利用定子中的三次諧波電流、高次諧波電流或直流分量電流在電機(jī)氣隙中產(chǎn)生諧波磁場，在諧波繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流給勵磁繞組提供勵磁電流，實(shí)現(xiàn)無刷勵磁。本發(fā)明所述的電機(jī)完全基于電勵磁，不依賴于永磁材料和勵磁機(jī)，克服了獨(dú)立的勵磁機(jī)勵磁方式中的電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且龐大的不足，結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、性能良好。本發(fā)明所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，適用于風(fēng)力發(fā)電和混合動力汽車的應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為【具體實(shí)施方式】二所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為定子電樞磁場與轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)變化曲線圖，其中箭頭I表示基波磁場旋轉(zhuǎn)方向，箭頭2表示三次諧波脈振磁場方向，箭頭3表示轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)方向；曲線4表示基波電流波形曲線，曲線5表示三次諧波電流波形曲線；折線6表示定子齒槽結(jié)構(gòu)，折線7表示轉(zhuǎn)子齒結(jié)構(gòu)；A、B和C分別表示定子三相繞組的每一相繞組，F(xiàn)表示轉(zhuǎn)子勵磁繞組，H表示轉(zhuǎn)子諧波繞組。
[0019]圖4為本發(fā)明所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)的電氣原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]【具體實(shí)施方式】一:參照圖1具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯I為4極結(jié)構(gòu)，每一極的極靴2中間位置均開有繞組槽，該繞組槽將4個極靴分為8個轉(zhuǎn)子分齒3，每個轉(zhuǎn)子分齒3上均嵌套有諧波繞組4。
[0021]本實(shí)施方式中，所述無刷諧波勵磁同步電機(jī)與普通電勵磁同步電機(jī)相比，本實(shí)施方式所述電機(jī)在轉(zhuǎn)子上增加了一套諧波繞組，該諧波繞組能夠利用定子電流產(chǎn)生的諧波磁場感應(yīng)諧波電勢，諧波電勢通過旋轉(zhuǎn)整流器給勵磁繞組提供勵磁電流，從而實(shí)現(xiàn)無刷勵磁。本實(shí)施方式所述電機(jī)完全基于電勵磁，而不依賴于永磁材料勵磁，也不需要獨(dú)立勵磁機(jī)勵磁，因此使成本降低。
[0022]【具體實(shí)施方式】二:參照圖2具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述電機(jī)的定子鐵芯為12槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為單層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為3，且為開放繞組。
[0023]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述電機(jī)的定子鐵芯為12槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為雙層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為3。
[0024]本實(shí)施方式中，當(dāng)所述電機(jī)的定子鐵芯為12槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為雙層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為3時，電機(jī)產(chǎn)生的諧波電勢最大。[0025]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述電機(jī)的定子鐵芯為18槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為雙層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為2。
[0026]本實(shí)施方式中，當(dāng)所述電機(jī)的定子鐵芯為18槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為雙層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為2時，電機(jī)產(chǎn)生的諧波電勢最大。
[0027]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述電機(jī)的定子鐵芯為18槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為雙層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為4。
[0028]本實(shí)施方式中，當(dāng)所述電機(jī)的定子鐵芯為18槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為雙層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為4時，電機(jī)產(chǎn)生的諧波電勢最大。
[0029]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述電機(jī)的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為小于N的三次諧波電流。
[0030]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】六所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述電機(jī)的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為N/5的三次諧波電流。
[0031]【具體實(shí)施方式】六和七中，定子繞組中通過的是基波電流和三次諧波電流，三次諧波電流在氣隙中形成周期為1/3基波周期的脈振磁場，如圖3所示，任一時刻轉(zhuǎn)子勵磁繞組同一極線圈的兩個有效邊在脈振磁場中所感應(yīng)的電動勢是相互抵消的，因此勵磁繞組不會在三次諧波脈振磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電流，即三次諧波脈振磁場對勵磁繞組無影響。而諧波繞組每一個線圈的兩個有效邊在三次諧波脈振磁場中感應(yīng)的電動勢是同向的，可以產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流器整流后給勵磁繞組提供勵磁電流，實(shí)現(xiàn)諧波無刷勵磁。
[0032]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述電機(jī)的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和高次諧波電流。
[0033]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述電機(jī)的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和直流分量電流。
[0034]本發(fā)明所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)的工作原理是三次諧波電流、高次諧波電流或直流分量電流勵磁原理。
[0035]在定子三相繞組中通入幅值為N的基波和幅值為N/5的三次諧波電流、高次諧波電流或直流分量電流，諧波繞組能在所產(chǎn)生的諧波脈振磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流器整流后給勵磁繞組提供勵磁電流，原理如圖4所示。其中，定子開放繞組中的電流由圖4中所示的雙逆變器控制，電機(jī)定子繞組的一端接在一個逆變器的交流側(cè)，電機(jī)定子繞組的另一端接在另一個逆變器的交流側(cè)。穩(wěn)態(tài)條件下，基波分量電流在氣隙中形成同步旋轉(zhuǎn)的磁場，轉(zhuǎn)子也作同步旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上的勵磁繞組和諧波繞組與基波磁場的相對位置不變，不會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，因此基波電流分量對勵磁繞組和諧波繞組中的電勢均無影響。本發(fā)明所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)時，在原動機(jī)的帶動下可以在定子繞組中產(chǎn)生反電勢，向負(fù)載供電。此時需要用雙逆變器控制定子繞組中的三次諧波電流，定子繞組中有諧波電流才會繼續(xù)在諧波繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，在勵磁繞組中產(chǎn)生勵磁電流。本發(fā)明所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)在作為電動機(jī)時，雙逆變器給電機(jī)定子提供含基波和諧波的電流，諧波磁場可以在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生勵磁電流，勵磁電流在氣隙中產(chǎn)生的勵磁磁場與定子繞組基波電流產(chǎn)生中的基波磁場相互作用，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的同步旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)有永磁電機(jī)勵磁磁場難以調(diào)節(jié)，本發(fā)明所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，與傳統(tǒng)的電勵磁電機(jī)類似，勵磁磁場的調(diào)節(jié)都是通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)子上勵磁繞組的電流大小來改變的。與傳統(tǒng)電勵磁電機(jī)不同，本電機(jī)不需要獨(dú)立的勵磁機(jī)，勵磁電流的調(diào)節(jié)是通過改變電機(jī)定子中所加入的三次諧波電流的幅值來改變的。勵磁電流的大小與定子中的三次諧波電流幅值成正相關(guān)關(guān)系，所以通過改變定子三次諧波電流的幅值即可調(diào)節(jié)勵磁電流，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)勵磁磁場的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯(I)為4極結(jié)構(gòu)，每一極的極靴(2)中間位置均開有繞組槽，四個繞組槽將4個極靴分為8個轉(zhuǎn)子分齒(3)，每個轉(zhuǎn)子分齒(3)上均嵌套有諧波繞組(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)的定子鐵芯為12槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為單層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)的定子鐵芯為12槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為雙層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)的定子鐵芯為18槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為雙層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)的定子鐵芯為18槽結(jié)構(gòu)，定子繞組為雙層結(jié)構(gòu)，節(jié)距為4。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為小于N的三次諧波電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為N/5的三次諧波電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和高次諧波電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無刷諧波勵磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和直流分量電流。
【文檔編號】H02K1/24GK103887908SQ201410162925
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】孫立志, 姚飛, 高小龍, 安群濤 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)