專利名稱：一種籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本實(shí)用新型涉及一種同步電機(jī)，特別是一種籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)及其控制方法。該電機(jī)既可作電動機(jī)運(yùn)行，又可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。
技術(shù)背景:籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)的定子上包括2p極的三相對稱電樞繞組和2q極的單相對稱勵磁繞組(或者2q極的三相對稱電樞繞組和2p極的單相對稱勵磁繞組)，且滿足2p_2q ^ 4，兩套繞組之間的耦合是由PfP+q對極特殊設(shè)計的轉(zhuǎn)子來實(shí)現(xiàn)的，因此該種電機(jī)無需安裝電刷滑環(huán)，即可通過電樞繞組磁場與勵磁繞組磁場的相互作用實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，與常規(guī)同步電機(jī)相比電機(jī)運(yùn)行可靠性高、維護(hù)成本低?？捎糜谠摲N電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)主要包括繞線式和磁阻式兩大類。其中繞線式包括單層同心式短路繞組，齒諧波雙層分布繞組；磁阻類包括具有齒槽的徑向疊片凸極磁阻轉(zhuǎn)子、軸向疊片磁阻轉(zhuǎn)子。繞線類轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是制造工藝與常規(guī)電機(jī)類似，缺點(diǎn)是對定子兩套繞組的耦合完全是以犧牲轉(zhuǎn)子繞組銅耗為代價的，而且對定子兩套繞組耦合能力欠佳，電機(jī)的動態(tài)性能也較差，而齒諧波雙層分布繞組的工藝性欠佳。磁阻類轉(zhuǎn)子的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)子上沒有任何銅損耗，對定子兩套繞組耦合能力和加工復(fù)雜程度各異。具有齒槽的徑向疊片凸極磁阻轉(zhuǎn)子易于加工，但對定 子兩套繞組的耦合效果欠佳；軸向疊片磁阻轉(zhuǎn)子的耦合能力強(qiáng)，但制造工藝復(fù)雜，在大型定子雙繞組交流電機(jī)中應(yīng)用困難。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的:本實(shí)用新型提供一種籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)及其控制方法，其目的在于提出了一種既便于加工制造，又可使得對定子兩套繞組耦合能力實(shí)現(xiàn)最大化，從而具有高功率密度和優(yōu)良穩(wěn)態(tài)與動態(tài)性能的新型籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)。技術(shù)方案:本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)，主要包括定子、轉(zhuǎn)子、雙向逆變器，其特征在于:在定子上安放2p極的三相對稱電樞繞組和2q極的單相對稱勵磁繞組，電樞繞組的極數(shù)和勵磁繞組的極數(shù)亦可互換，且均滿足2p_2q ^ 4，轉(zhuǎn)子采用K個相同的籠障轉(zhuǎn)子模塊沿圓周方向拼成一個具有K個凸極型的轉(zhuǎn)子，每個籠障轉(zhuǎn)子模塊內(nèi)側(cè)通過定位槽與非導(dǎo)磁材料制成的套筒相連，套筒通過轉(zhuǎn)軸上的定位銷與轉(zhuǎn)軸固定在一起；每個籠障轉(zhuǎn)子模塊外表面開有多個徑向梯形槽，徑向梯形槽間距可以相等也可以不等，每個梯形槽沿徑向具有數(shù)個不等的階梯槽寬，每個梯形槽內(nèi)放入若干根導(dǎo)體組成短路籠條；相鄰籠障轉(zhuǎn)子模塊相接處為階梯型豁口，相鄰籠障轉(zhuǎn)子模塊拼接后在其相接處形成&個公共梯形槽，且公共梯形槽底部的間隙一直達(dá)到套筒外表面，每個公共梯形槽沿徑向具有數(shù)個不等的階梯槽寬，每個公共梯形槽內(nèi)放入若干根導(dǎo)體組成公共籠條；公共籠條和短路籠條分別采用端部導(dǎo)電環(huán)連接形成導(dǎo)電回路；籠障轉(zhuǎn)子模塊中心處開有多組切向隔磁層，分別與各自兩側(cè)嵌放短路籠條的梯形槽組合形成多組徑向疊片磁障，在籠障轉(zhuǎn)子模塊內(nèi)形成多個導(dǎo)磁層。[0007]電樞繞組與電網(wǎng)相連，勵磁繞組與可控直流電源的相連?；\障轉(zhuǎn)子兩端裝有壓板，壓板與轉(zhuǎn)子間加絕緣層隔離，壓板上鉆有與籠障轉(zhuǎn)子定位孔位置相同定位孔，非導(dǎo)磁材料制成的壓緊螺桿沿軸向穿過全部定位孔，在壓板兩端利用螺母壓緊固定。放置公共籠條和短路籠條的梯形槽的槽口處開有內(nèi)豁口并嵌放槽楔。公共籠條端部鏈接形式可以為:端部導(dǎo)電環(huán)將公共梯形槽內(nèi)同層的公共籠條兩側(cè)端部連在一起；也可以將公共梯形槽內(nèi)單層公共籠條分成兩部分，兩部分公共籠條分別與相鄰公共梯形同層槽內(nèi)的公共籠條通過端部導(dǎo)電環(huán)相連；也可以將公共梯形槽內(nèi)外層公共籠條與單側(cè)相鄰公共梯形槽內(nèi)的內(nèi)層公共籠條通過端部導(dǎo)電環(huán)(17)相連；也可以在相鄰兩個公共梯形槽內(nèi)放置多匝線圈導(dǎo)體。短路籠條端部鏈接形式可以為:以籠障轉(zhuǎn)子模塊徑向?qū)ΨQ線為中心，將兩側(cè)相對應(yīng)的同層短路籠條端部通過導(dǎo)體相連，形成多組獨(dú)立的同心式環(huán)形導(dǎo)電回路；也可以將外層短路籠條與相對應(yīng)梯形槽的內(nèi)層短路籠條通過導(dǎo)體相連，形成多組獨(dú)立的交叉型同心式環(huán)形回路；也可以在相對應(yīng)的兩個同層梯形槽內(nèi)放置多匝線圈導(dǎo)體，同一轉(zhuǎn)子模塊上的多組線圈導(dǎo)體匝數(shù)可以相同也可不同。整個轉(zhuǎn)子安裝繞組后余下的公共梯形槽縫隙和模塊內(nèi)磁障縫隙內(nèi)可澆注耐高溫非導(dǎo)磁材料或者不澆筑。套筒的形式可以為圓形套筒或多邊形套筒；套筒上用于安裝轉(zhuǎn)子模塊的定位槽形式為矩形槽或燕尾槽。轉(zhuǎn)子隔磁層的形狀可以為弧形磁障式轉(zhuǎn)子或U形磁障式轉(zhuǎn)子。優(yōu)點(diǎn)效果:本實(shí)用新型提供一種新型籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)，該種交流電機(jī)具有定子兩套繞組的耦合能力強(qiáng)、功率密度和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)模塊化、工藝簡單、便于制成大型交流電機(jī)等顯著優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的有益 效果是:該電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用徑向疊片磁障和多組籠條復(fù)合式結(jié)構(gòu)，在進(jìn)一步改善轉(zhuǎn)子磁耦合能力的同時，可有效降低氣隙磁場諧波和損耗，提高電機(jī)的功率密度和運(yùn)行性能；轉(zhuǎn)子疊片沿徑向疊壓，可以減少轉(zhuǎn)子鐵芯中的渦流損耗，提高電機(jī)效率；凸極中心線處放置導(dǎo)電籠條，采用分層設(shè)計，可有效克服感應(yīng)電流的集膚效應(yīng)；勵磁繞組安放在定子側(cè)實(shí)現(xiàn)無刷勵磁，與常規(guī)同步電機(jī)相比，無需安裝同軸勵磁系統(tǒng)或電刷滑環(huán)裝置，電機(jī)可靠性提高；沿轉(zhuǎn)子一周由A個完全相同的疊片組構(gòu)成，這樣的對稱結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)僅加工一種疊片就可以組裝成整個轉(zhuǎn)子，因而大大減少了工藝成本，便于批量生產(chǎn)。該種新型復(fù)合轉(zhuǎn)子具有結(jié)構(gòu)新穎、工藝簡單、成本低廉、機(jī)械強(qiáng)度高、運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)模塊化、便于產(chǎn)業(yè)化等方面的顯著優(yōu)勢。

圖1為本實(shí)用新型籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型電機(jī)定子結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型電機(jī)的一種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型電機(jī)的一種轉(zhuǎn)子模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型電機(jī)轉(zhuǎn)子壓板結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實(shí)用新型電機(jī)第二種籠障轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；[0021]圖7為本實(shí)用新型電機(jī)第三種籠障轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本實(shí)用新型電機(jī)第四種籠障轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本實(shí)用新型電機(jī)只安裝公共籠條的一種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本實(shí)用新型電機(jī)公共籠條的一種端部連接方式示意圖；圖11為本實(shí)用新型電機(jī)公共籠條的一種端部連接方式展開圖；圖12為本實(shí)用新型電機(jī)公共籠條的第二種連接方式展開圖；圖13為本實(shí)用新型電機(jī)公共籠條的第三種連接方式端部鏈接圖；圖14為本實(shí)用新型電機(jī)短路籠條一種連接方式示意圖；圖15為本實(shí)用新型電機(jī)短路籠條第二種連接方式端部鏈接圖；圖16為本實(shí)用新型電機(jī)公共籠條和短路籠條安裝示意圖；圖17為本實(shí)用新型電機(jī)公共籠條和短路籠條的第二種連接方式展開圖；附圖標(biāo)記說明:1.定子；2.轉(zhuǎn)子；3.可控直流電源；4.電網(wǎng)；5.電樞繞組；6.勵磁繞組；7.隔磁層；8.導(dǎo)磁層；9.公共籠條； 10短路籠條；11.定位孔；12.定位槽；13.套筒；14.轉(zhuǎn)軸；
15.模塊間隙；16.槽楔；17.端部導(dǎo)電環(huán)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行具體說明:圖1為本實(shí)用新型籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)主要包括定子1、轉(zhuǎn)子2、雙向逆變器3，其中定子I上安放2p極的三相對稱電樞繞組5和2q極的單相對稱勵磁繞組6，電樞繞組5和勵磁繞組極數(shù)亦可互換，且均滿足2p_2q ^ 4，可實(shí)現(xiàn)定子兩套不同極數(shù)的繞組電磁耦合最大化。電樞繞組5與電網(wǎng)4相連，勵磁繞組6與可控直流電源3的相連。通過控直流電源3對勵磁繞組6提供可調(diào)幅值的電壓，可以調(diào)節(jié)該電機(jī)電樞繞組5輸出電壓和功率因數(shù)(作為發(fā)電機(jī))，也可以調(diào)節(jié)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩(作為電動機(jī))。圖2為本實(shí)用新型電機(jī)定子結(jié)構(gòu)示意圖，定子I內(nèi)表面均勻開槽，槽內(nèi)嵌放了兩套極數(shù)分別為2p極和2q極的獨(dú)立對稱繞組，即電樞繞組5和勵磁繞組6 (或者是勵磁繞組6和電樞繞組5)，每個槽內(nèi)嵌放多層繞組，每層繞組間都有絕緣，兩種繞組可以采用雙層或單層繞組，節(jié)距可以是整距或者短距。圖3為本實(shí)用新型電機(jī)的一種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，所述轉(zhuǎn)子采用^個相同的籠障轉(zhuǎn)子模塊沿圓周方向拼成一個具有個凸極型的轉(zhuǎn)子，每個籠障轉(zhuǎn)子模塊內(nèi)側(cè)通過定位槽12與非導(dǎo)磁材料制成的套筒13相連，套筒13通過轉(zhuǎn)軸上的定位銷與轉(zhuǎn)軸14固定在一起。圖4為籠障轉(zhuǎn)子模塊示意圖，每個模塊外表面開有多個徑向梯形槽，每個梯形槽沿徑向具有數(shù)個不等的階梯槽寬，每個梯形槽內(nèi)放入若干根導(dǎo)體組成短路籠條10 ;此外，相鄰籠障轉(zhuǎn)子模塊相接處為階梯型豁口，相鄰籠障轉(zhuǎn)子模塊拼接后在其相接處形成K個公共梯形槽，且公共梯形槽底部的間隙15深度一直達(dá)到套筒13外表面，主要目的是隔離相鄰模塊磁通，使得各模塊之間磁路相互獨(dú)立無耦合，提高該電機(jī)兩套繞組的耦合性能，整個轉(zhuǎn)子外表面共有h個這樣的梯形槽，將K個籠障轉(zhuǎn)子模塊沿圓周方向磁隔離，由于套筒13為非導(dǎo)磁材料，所以每個籠障轉(zhuǎn)子模塊之間也是不導(dǎo)磁的，各模塊在結(jié)構(gòu)和磁路兩方面都相互獨(dú)立，每個公共梯形槽沿徑向具有數(shù)個不等的階梯槽寬，每個公共梯形槽內(nèi)放入若干根導(dǎo)體組成公共籠條9。放置公共籠條9和短路籠條10的梯形槽的槽口處開有內(nèi)豁口并嵌放槽楔16，用來固定槽內(nèi)籠條。梯形槽內(nèi)靠近氣隙的槽寬度大于或者等于靠近轉(zhuǎn)軸的槽寬度，其目的是為了克服感應(yīng)電流的集膚效應(yīng)，梯形槽內(nèi)的籠條層數(shù)可以為單層或者多層，根據(jù)階梯槽內(nèi)階梯的數(shù)量選取層數(shù)，各層之間、籠條與轉(zhuǎn)子之間均加有絕緣進(jìn)行隔離，籠條通過端部連接在一起形成回路，本實(shí)用新型附圖選取層數(shù)都為2，且外層槽寬大于內(nèi)層槽寬。圖3中籠障轉(zhuǎn)子模塊中心處開有多組切向隔磁層7，分別與各自兩側(cè)嵌放短路籠條的梯形槽組合形成多組U型徑向疊片磁障，在籠障轉(zhuǎn)子模塊內(nèi)形成多個導(dǎo)磁層8，其目的是增大交軸磁阻，減少直軸磁阻，便于磁通沿著有利于磁場調(diào)制的路徑流通，另外，所有籠障轉(zhuǎn)子模塊之間磁路獨(dú)立，在加入隔磁層7形成U型徑向疊片磁障后，其磁場轉(zhuǎn)換能力明顯提高，而且隔磁層數(shù)越多，效果就越明顯，但隔磁層太多時，其成本又會增大，因此隔磁層應(yīng)選擇為合適層數(shù)。此外，各導(dǎo)磁層寬度可以相等或者不等，寬度不等時則嵌放短路籠條的梯形槽間距不等，可以改變氣隙磁阻分布，削弱不利磁場諧波幅值，增強(qiáng)有用磁場諧波幅值，提高定子兩套繞組的耦合能力，減少附加損耗，改善電機(jī)的性能，在對性能要求不高時也可采用寬度相同的導(dǎo)磁層。每個籠障轉(zhuǎn)子模塊的內(nèi)側(cè)隔磁層內(nèi)部和外側(cè)隔磁層外部有多個定位孔11。整個轉(zhuǎn) 子安裝繞組后余下的公共梯形槽縫隙和模塊內(nèi)磁障縫隙內(nèi)可澆注環(huán)氧樹脂或者耐高溫非導(dǎo)磁材料，其目是增強(qiáng)轉(zhuǎn)子整體強(qiáng)度，減少噪聲振動，也對籠條進(jìn)行緊固定位；也可不進(jìn)行澆注利用縫隙通風(fēng)散熱，降低電機(jī)的溫升，提高電機(jī)性能，且這樣依然可使各模塊間的磁路沒有耦合?；\障轉(zhuǎn)子模塊采用疊片軸向疊壓而成，其目的可以減少轉(zhuǎn)子鐵芯中的渦流損耗，提高電機(jī)效率。轉(zhuǎn)子采用模塊化形式，使得僅加工一種轉(zhuǎn)子模塊就可以組裝成整個轉(zhuǎn)子，大大減少了工藝成本，生產(chǎn)電機(jī)外徑較大的大功率電機(jī)，亦有益于該電機(jī)產(chǎn)業(yè)化。圖5為本實(shí)用新型電機(jī)轉(zhuǎn)子壓板結(jié)構(gòu)示意圖，轉(zhuǎn)子壓板位于籠障轉(zhuǎn)子軸向兩端，與轉(zhuǎn)子外輪廓形狀相同，壓板與轉(zhuǎn)子間加絕緣層隔離，壓板上鉆有與籠障轉(zhuǎn)子定位孔11 (見圖3)位置相同定位孔11，非導(dǎo)磁材料制成的壓緊螺桿沿軸向穿過全部定位孔11，壓緊螺桿與轉(zhuǎn)子模塊間加絕緣隔離，在壓板兩端利用螺母壓緊固定，外側(cè)定位孔內(nèi)穿過的壓緊螺桿對籠障轉(zhuǎn)子模塊起到了軸向壓緊作用，也用以抵抗轉(zhuǎn)子模塊旋轉(zhuǎn)時所承受的離心力。壓板外側(cè)與轉(zhuǎn)子梯形槽相同位置和形狀相同的梯形縫隙，公共籠條9和短路籠條10從該縫隙穿過，進(jìn)行端部鏈接。圖6、圖7和圖8分別為本實(shí)用新型籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)的三種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。該電機(jī)轉(zhuǎn)子根據(jù)隔磁層的形狀可分為兩類:弧形磁障式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(如圖6和圖7所示)和U形磁障式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(如圖8所示)，不同形式的轉(zhuǎn)子隔磁層結(jié)構(gòu)都可以起到限制磁通路徑的作用，使得磁通沿著有利于磁場調(diào)制的路徑流通。該電機(jī)轉(zhuǎn)子根據(jù)套筒形狀可分為兩類:圓形套筒(如圖6和圖8所示)和多邊形套筒(如圖7所示)。該電機(jī)轉(zhuǎn)子根據(jù)套筒開槽形式可分為兩類:矩形槽(如圖6和圖8所示)和燕尾槽(如圖7所示)。圖9為本實(shí)用新型電機(jī)只安裝公共籠條的一種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，此外也可采用只安裝短路籠條形式和不安裝任何籠條的形式。公共籠條和短路籠條都能起到磁場調(diào)制作用，由于公共籠條位于凸極中心處，所以其磁場調(diào)制效果比短路籠條明顯，因此采用公共籠條和短路籠條的形式電機(jī)性能最佳，以后依次為只采用公共籠條的形式、只采用短路籠條的形式、不安裝任何籠條的形式。圖10為本實(shí)用新型電機(jī)公共籠條的一種端部連接方式示意圖，采用端部導(dǎo)電環(huán)17將公共梯形槽內(nèi)同層的公共籠條9兩側(cè)端部連接在一起，形成個網(wǎng)孔型導(dǎo)電回路，當(dāng)外部磁通穿過導(dǎo)電回路的網(wǎng)孔中心時,會在其中感應(yīng)出電動勢,從而在回路中形成電流,該電流產(chǎn)生的磁場方向與外部磁通方向相反，從而影響流經(jīng)轉(zhuǎn)子的主磁通路徑，使得主磁通從凸極處進(jìn)入轉(zhuǎn)子，起到了隔磁和改變磁通路徑的作用，改善磁場調(diào)制效果，內(nèi)層和外層的端部導(dǎo)電環(huán)17之間采用絕緣隔離，因此各層之間無電流流過，使得公共籠條9和端部導(dǎo)電環(huán)17的銅耗降低且磁場調(diào)制效果更佳。圖11為圖10中公共籠條的端部連接方式展開圖。圖12為本實(shí)用新型電機(jī)公共籠條的第二種連接方式展開圖，將公共梯形槽內(nèi)單層公共籠條9分成兩部分，且相互絕緣隔離，兩部分公共籠條分別與相鄰公共梯形槽內(nèi)的公共籠條通過端部導(dǎo)電環(huán)17相連，可將同一層公共籠條9連接成&個獨(dú)立環(huán)形導(dǎo)電回路，其隔磁作用與圖10相同，但內(nèi)外兩層也相互絕緣隔離，可以進(jìn)一步減小公共籠條內(nèi)電流，降低公共籠條9和端部導(dǎo)電環(huán)17的銅耗，提高磁場調(diào)制效果；也可以在相鄰兩個公共梯形槽內(nèi)放置多匝線圈導(dǎo)體，其連接示意與圖12相同，采用多匝繞組線圈，可以減小集膚效應(yīng)，由于匝數(shù)較多其隔磁效果更加明顯，使得電機(jī)磁場調(diào)制效果更好。圖13為本實(shí)用新型電機(jī)本實(shí)用新型電機(jī)公共籠條的第三種連接方式端部鏈接圖，外層公共籠條9與單側(cè)相鄰梯形槽內(nèi)的內(nèi)層公共籠條9通過端部導(dǎo)電環(huán)17相連，形成h個不同層獨(dú)立環(huán)形導(dǎo)電回路，其連接方式展開圖與圖12相同，所達(dá)到的效果也相同。圖14為本實(shí)用新型電機(jī)短路籠條一種連接方式示意圖，每個籠障轉(zhuǎn)子模塊中，以籠障轉(zhuǎn)子模塊徑向?qū)ΨQ線為中心，將兩側(cè)相對應(yīng)的同層短路籠條端部通過導(dǎo)體相連，形成多組獨(dú)立的同心式環(huán)形導(dǎo)電回路，同樣具有與公共籠條相似的隔磁作用，可以進(jìn)一步改善磁場調(diào)制效果，每個環(huán)形回路相互絕緣隔離，內(nèi)層短路籠條和外層短路籠條形成的環(huán)形回路也相互絕緣隔離。也可以在相對應(yīng)的兩個同層梯形槽內(nèi)放置多匝線圈導(dǎo)體，形成多組獨(dú)立的同心式環(huán)形多匝導(dǎo)電回路，采用多匝繞組線圈，可以減小集膚效應(yīng)，由于匝數(shù)較多其隔磁效果更加明顯，磁場調(diào)制效果好，同一轉(zhuǎn)子模塊上所形成的多組獨(dú)立的同心式環(huán)形導(dǎo)電回路匝數(shù)可以相等也可以不等，不等式可以削弱磁場中不利的諧波磁場，提高定子兩套繞組的耦合能力，減少附加損耗，進(jìn)一步改善電機(jī)的性能。圖15為本實(shí)用新型電機(jī)短路籠條第二種連接方式端部鏈接圖，外層短路籠條與相應(yīng)梯形槽的內(nèi)層短路籠條通過導(dǎo)體相連，形成多組獨(dú)立的交叉型同心式環(huán)形回路，所達(dá)到的效果與圖14中所述連接方式相同。圖16為本實(shí)用新型電機(jī)公共籠條和短路籠條安裝示意圖，圖中公共籠條采用圖10中的連接方式，短路籠條采用圖14的連接方式。不論采用何種形式，所有公共籠條與短路籠條之間都采用絕緣隔離。圖17為第二種公共籠條和短路籠條連接方式展開圖，圖中同一側(cè)端部的同層的公共籠條與短路籠條通過同一個端部導(dǎo)電環(huán)連接在一起。這樣在不影響效果的前提下，不僅減少了端部連接環(huán)的數(shù)量，簡化了電機(jī)端部結(jié)構(gòu)，降低了電機(jī)重量，而且由于所有籠條一側(cè)連接在一起，各導(dǎo)電環(huán) 路內(nèi)感應(yīng)電勢減少，流過的電流也減少，電機(jī)銅耗降低，效率提高。
權(quán)利要求1.籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)，主要包括定子(I)、轉(zhuǎn)子(2)、雙向逆變器(3)，其特征在于:在定子(I)上安放2p極的三相對稱電樞繞組(5)和2q極的單相對稱勵磁繞組(6 )，或者電樞繞組(5 )的極數(shù)和勵磁繞組(6 )的極數(shù)互換，且均滿足2p_2q > 4，轉(zhuǎn)子(2 )由p^p+q個相同的籠障轉(zhuǎn)子模塊沿圓周方向拼成一個具有K個凸極型的轉(zhuǎn)子，每個籠障轉(zhuǎn)子模塊內(nèi)側(cè)通過定位槽(12)與非導(dǎo)磁材料制成的套筒(13)相連，套筒(13)通過轉(zhuǎn)軸上的定位銷與轉(zhuǎn)軸(14)固定在一起；每個籠障轉(zhuǎn)子模塊外表面開有多個徑向梯形槽，徑向梯形槽間距相等或者不等，每個梯形槽沿徑向具有數(shù)個不等的階梯槽寬，每個梯形槽內(nèi)放入若干根導(dǎo)體組成短路籠條(10);相鄰籠障轉(zhuǎn)子模塊相接處為階梯型豁口，相鄰籠障轉(zhuǎn)子模塊拼接后在其相接處形成個公共梯形槽，且公共梯形槽底部的間隙(15)深度一直達(dá)到套筒(13)外表面，每個公共梯形槽沿徑向具有數(shù)個不等的階梯槽寬，每個公共梯形槽內(nèi)放入若干根導(dǎo)體組成公共籠條(9);公共籠條(9)和短路籠條(10)分別采用端部導(dǎo)電環(huán)(17)連接形成導(dǎo)電回路；籠障轉(zhuǎn)子模塊中心處開有多組切向隔磁層(7)，分別與各自兩側(cè)嵌放短路籠條(10)的梯形槽組合形成多組徑向疊片磁障，在籠障轉(zhuǎn)子模塊內(nèi)形成多個導(dǎo)磁層(8)。
2.權(quán)利要求1所述籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)，其特征在于:電樞繞組(5)與電網(wǎng)(4)相連，勵磁繞組(6)與可控直流電源(3)相連。
3.權(quán)利要求1所述籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)，其特征在于:放置公共籠條(9)和短路籠條(10)的梯形槽的槽口處開有內(nèi)豁口并嵌放槽楔(16);公共籠條(9)端部鏈接形式可以為:端部導(dǎo)電環(huán)(17)將公共梯形槽內(nèi)同層的公共籠條(9)兩側(cè)端部全部連在一起；也可以將公共梯形槽內(nèi)單層公共籠條(9)分成兩部分，兩部分公共籠條(9)分別與相鄰公共梯形槽內(nèi)同層的公共籠條通過端部導(dǎo)電環(huán)(17)相連；也可以將公共梯形槽內(nèi)外層公共籠條(9)與單側(cè)相鄰公共梯形槽內(nèi)的內(nèi)層公共籠條(9)通過端部導(dǎo)電環(huán)(17)相連；也可以在相鄰兩個公共梯形槽內(nèi)放置多匝線圈導(dǎo)體；短路籠條(10)端部鏈接形式可以為:以籠障轉(zhuǎn)子模塊徑向?qū)ΨQ線為中心，將兩側(cè)相對應(yīng)的同層短路籠條(10)端部通過導(dǎo)體相連，形成多組獨(dú)立的同心式環(huán)形導(dǎo)電回路；也可以將外層短路籠條與相對應(yīng)梯形槽的內(nèi)層短路籠條通過導(dǎo)體相連，形成多組獨(dú)立的交叉型同心式環(huán)形回路；也可以在相對應(yīng)的兩個同層梯形槽內(nèi)放置多匝線圈導(dǎo)體，同一轉(zhuǎn)子模塊上的多組線圈導(dǎo)體匝數(shù)可以相同也可不同。
4.權(quán)利要求1所述籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)，其特征在于:籠障轉(zhuǎn)子兩端裝有壓板，壓板與轉(zhuǎn)子間加絕緣層隔離，壓板上鉆有與籠障轉(zhuǎn)子定位孔(11)位置相同的定位孔(11)，非導(dǎo)磁材料制成的壓緊螺桿沿軸向穿過全部定位孔(11)，在壓板兩端利用螺母壓緊固定。
5.權(quán)利要求1所述籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)，其特征在于:整個轉(zhuǎn)子安裝繞組后余下的公共梯形槽縫隙和模塊內(nèi)磁障縫隙內(nèi)可澆注耐高溫非導(dǎo)磁材料或者不澆筑。
6.權(quán)利要求1所述籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)，其特征在于:套筒(13)的形式可以為圓形套筒或多邊形套筒；套筒上用于安裝轉(zhuǎn)子模塊的定位槽形式為矩形槽或燕尾槽。
7.權(quán)利要求1所述籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)，其特征在于:轉(zhuǎn)子模塊隔磁層的形狀可以為弧形磁障縫隙或U形磁障縫隙。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種同步電機(jī)，其特征在于在定子上安放一套2p極三相電樞繞組和一套2q極單相勵磁繞組，對勵磁繞組供電實(shí)現(xiàn)定子自勵磁，轉(zhuǎn)子由籠障轉(zhuǎn)子模塊沿圓周方向拼成具有凸極型的轉(zhuǎn)子，每個籠障轉(zhuǎn)子模塊通過定位槽與非導(dǎo)磁材料制成的套筒相連；籠障轉(zhuǎn)子模塊開有多個徑向梯形槽，每個梯形槽沿徑向具有數(shù)個不等的階梯槽寬，梯形槽內(nèi)放入短路籠條，相鄰籠障轉(zhuǎn)子模塊邊緣為階梯型豁口，拼接后在形成公共梯形槽，槽底部的間隙深度達(dá)到套筒外表面，槽內(nèi)放入公共籠條；其目的在于提出了一種既便于加工制造，又可使得對定子兩套繞組耦合能力實(shí)現(xiàn)最大化，從而具有高功率密度和優(yōu)良穩(wěn)態(tài)與動態(tài)性能的新型模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子自勵磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)。
文檔編號H02K19/12GK203135668SQ20132015842
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者張鳳閣 申請人:張鳳閣