一种复合转子无刷双馈电机及其机械偏移角度的确定方法技术

本发明专利技术公开一种复合转子无刷双馈电机及其机械偏移角度的确定方法，电机包括由内而外设置的复合转子调制器和定子，复合转子调制器和定子之间设有气隙；复合转子调制器包括凸极磁阻调制器和短路线圈调制器；凸极磁阻调制器和短路线圈调制器的对称轴的机械偏移角度α，α≠0；定子包括定子铁心和电枢绕组，电枢绕组包括控制绕组和功率绕组，电枢绕组分布式缠绕在定子铁心上，控制绕组靠近气隙,功率绕组远离气隙。两种调制器的组合方式异步调制源磁动势分布过程中增加了相应源调制及和调制磁场转换系数，从而有效改善无刷双馈电机的调制气隙磁场分布，增强磁场转换能力进而改善负载转矩输出能力，并能一定程度上抑制负载转矩脉动、转矩峰峰值等负面外特性。

【技术实现步骤摘要】
一种复合转子无刷双馈电机及其机械偏移角度的确定方法
本专利技术涉及磁场调制电机领域，具体是一种复合转子无刷双馈电机及其机械偏移角度的确定方法。
技术介绍
19世纪60年代后期，随着电力的广泛应用，人类开始步入电气化时代。在150多年的发展历程中，经济而可靠的电力极大地改善着人们生活的方方面面。如今电气化水平已经成为衡量一个国家和地区经济社会发展程度的重要指标。电气化与经济发展水平、能源平衡结构、生产技术进步、居民文化程度等因素密切相关。面对环境问题的日益突出和能源危机的不断加剧，大力实施清洁电能替代，降低电力、工业、建筑等部门的能源消耗和污染物排放，推动包括道路运输、水路运输和航空运输在内的交通电气化具有重要的战略意义和现实意义。电机是通过电磁场耦合完成机电能量转换的装置，在实际生产和生活中，电机承担绝大部分电能的产生和消耗，因而在电气化进程中扮演重要角色。应用需求的多样化和精细化对电机的多样性提出了更高的要求。就电气性能而言，相比传统交流电机中的感应电机和电励磁同步电机，无刷双馈电机具有高效、高功率密度、宽调速范围的优点。其中，采用转子调制方式衍生的调制式无刷双馈电机，包括如短路线圈转子无刷双馈感应电机和凸极磁阻/多层磁障转子无刷双馈磁阻电机等。而兼具凸极磁阻和短路线圈的复合转子无刷双馈电机，本质上为凸极磁阻转子与嵌套环短路线圈转子结构的结合，旨在利用凸极磁阻和短路线圈的双重凸极性增强转子的磁场转换能力，相比无刷双馈磁阻电机在转矩输出及脉动抑制等方面存在明显的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合转子无刷双馈电机及其机械偏移角度的确定方法，无刷双馈电机的凸极磁阻与短路线圈调制器的对称轴不重合，存在的空间机械偏移角度α，形似将短路线圈调制器沿逆时针方向偏移α机械角度后与凸极磁阻调制器组合而成；两种调制器的组合方式异步调制源磁动势分布过程中增加了相应源调制及和调制磁场转换系数，对于调制磁场能够提高基波及有效和调制谐波幅值，然而却削弱部分无效高次调制谐波幅值，从而有效改善无刷双馈电机的调制气隙磁场分布，增强磁场转换能力进而改善负载转矩输出能力，并能一定程度上抑制负载转矩脉动、转矩峰峰值等负面外特性。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种复合转子无刷双馈电机，所述电机包括由内而外设置的复合转子调制器和定子，复合转子调制器和定子之间设有气隙；所述复合转子调制器包括凸极磁阻调制器和短路线圈调制器；所述凸极磁阻调制器和短路线圈调制器的对称轴的机械偏移角度α，α≠0；所述定子包括定子铁心和电枢绕组，电枢绕组包括控制绕组和功率绕组，电枢绕组分布式缠绕在定子铁心上，控制绕组靠近气隙，功率绕组远离气隙。进一步的，所述复合转子调制器中，凸极磁阻调制器和短路线圈调制器均异步调制由定子绕组建立的源磁动势，凸极磁阻调制器和短路线圈调制器等效主极对数相同，所建立的调制磁动势频谱一致，满足空间叠加的条件。进一步的，所述复合转子调制器中，凸极磁阻调制器的凸极率为0.45-0.5，短路线圈调制器由2层或3层短路导条嵌套连接组成以保证高效的磁场调制能力。一种复合转子无刷双馈电机的机械偏移角度的确定方法，凸极磁阻调制器和短路线圈调制器的机械偏移角度α取决于对称分布的复合转子无刷双馈电机与凸极磁阻调制器无刷双馈磁阻电机在负载情形下调制磁场主对极谐波的空间偏移角度，所述机械偏移角度的确定方法具体包括以下步骤：S1：求解对称分布的复合转子无刷双馈电机调制磁场主对极谐波空间分布角度，并求解与该电机同尺寸参数、但转子为凸极磁阻调制器的无刷双馈磁阻电机调制磁场主对极谐波空间分布角度，进而分别求得磁场谐波空间相位偏移Δφ；S2：重复S1，求解无刷双馈电机铁心不饱和条件下，功率绕组同步速/频率范围内空间相位偏移Δφ并取得平均值；S3：综合考虑转矩外特性，确定复合转子无刷双馈电机两种调制器对称轴偏移角度，并根据转子等效极对数折合为机械偏移角度α；S4：将短路线圈调制器沿逆时针方向旋转机械偏移角度α以弥补调制磁场主对极谐波空间相位偏差Δφ，并与凸极磁阻调制器组成复合转子调制器。本专利技术的有益效果：1、本专利技术无刷双馈电机的凸极磁阻与短路线圈调制器的对称轴不重合，存在的空间机械偏移角度α，形似将短路线圈调制器沿逆时针方向偏移α机械角度后与凸极磁阻调制器组合而成；2、本专利技术无刷双馈电机中两种调制器的组合方式异步调制源磁动势分布过程中增加了相应源调制及和调制磁场转换系数，对于调制磁场能够提高基波及有效和调制谐波幅值，然而却削弱部分无效高次调制谐波幅值，从而有效改善无刷双馈电机的调制气隙磁场分布，增强磁场转换能力进而改善负载转矩输出能力，并能一定程度上抑制负载转矩脉动、转矩峰峰值等负面外特性。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1是传统对称分布复合转子无刷双馈电机截面图；图2是本专利技术非对称复合转子无刷双馈电机截面图；图3是本专利技术非对称复合转子调制器的结构示意图；图4是本专利技术复合转子调制器结构的嵌套连接结构示意图；图5是本专利技术复合转子调制器结构的全部短接结构示意图；图6是本专利技术调制谐波空间相位偏移与激励的关系图；图7是本专利技术转矩外特性对比图；图8是本专利技术调制气隙磁场频谱分布图；图9是本专利技术复合转子无刷双馈电机空间相位偏移图；图10是本专利技术各次谐波贡献转矩分量示意图；图11是本专利技术凸极磁阻转子与复合转子无刷双馈电机起动性能对比图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种复合转子无刷双馈电机，由内向外依次包括复合转子调制器1、气隙2和定子3，复合转子调制器1由凸极磁阻11调制器、短路线圈12调制器嵌套组合而成，凸极磁阻11调制器、短路线圈12调制器的对称轴的机械偏移角度为α(α≠0)，均能够异步调制源磁动势分布以产生磁动势谐波分量；所述定子3包括定子铁心31、控制绕组32、功率绕组33；所述分布式控制绕组32及功率绕组33频选范围较窄，作为空间谐波滤波器提取有效的气隙磁通密度谐波分量用于感应生成磁链或电动势，并抑制部分高次无效谐波。电机转子为凸极磁阻11、短路线圈12调制器嵌套组合的复合结构，能够调制源磁动势分布以产生一系列磁动势谐波分量，因此它也被称为调制器。令控制绕组32主极对数为pc，功率绕组33主极对数为pp，复合转子调制器1等效极对数为NRT/SC，三者满足和调制极对数配合关系。如图1、图2所示，传统对称复合转子无刷双馈电机和非对称复合转子无刷双馈电机的气隙2内调制励磁磁场均包含复合转子调制器1异步调制出谐波次数为2(pc)、4(NRT/SC–pc)、8(NRT/SC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合转子无刷双馈电机，其特征在于，所述电机包括由内而外设置的复合转子调制器(1)和定子(3)，复合转子调制器(1)和定子(3)之间设有气隙(2)；/n所述复合转子调制器(1)包括凸极磁阻调制器(11)和短路线圈调制器(12)；/n所述凸极磁阻调制器(11)和短路线圈调制器(12)的对称轴的机械偏移角度α，α≠0；/n所述定子(3)包括定子铁心(31)和电枢绕组，电枢绕组包括控制绕组(32)和功率绕组(33)，电枢绕组分布式缠绕在定子铁心(31)上，控制绕组(32)靠近气隙(2)，功率绕组(33)远离气隙(2)。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合转子无刷双馈电机，其特征在于，所述电机包括由内而外设置的复合转子调制器(1)和定子(3)，复合转子调制器(1)和定子(3)之间设有气隙(2)；
所述复合转子调制器(1)包括凸极磁阻调制器(11)和短路线圈调制器(12)；
所述凸极磁阻调制器(11)和短路线圈调制器(12)的对称轴的机械偏移角度α，α≠0；
所述定子(3)包括定子铁心(31)和电枢绕组，电枢绕组包括控制绕组(32)和功率绕组(33)，电枢绕组分布式缠绕在定子铁心(31)上，控制绕组(32)靠近气隙(2)，功率绕组(33)远离气隙(2)。


2.根据权利要求1所述的一种复合转子无刷双馈电机，其特征在于，所述复合转子调制器(1)中，凸极磁阻调制器(11)和短路线圈调制器(12)均异步调制由定子绕组建立的源磁动势，凸极磁阻调制器(11)和短路线圈调制器(12)等效主极对数相同，所建立的调制磁动势频谱一致，满足空间叠加的条件。


3.根据权利要求1所述的一种复合转子无刷双馈电机，其特征在于，所述复合转子调制器(1)中，凸极磁阻调制器(11)的凸极率为0.45-0.5，短路线圈调制器(12)由2层或3...

【专利技术属性】
技术研发人员：程明，文宏辉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32