一種適用于短時(shí)高速大轉(zhuǎn)矩工況的電勵(lì)磁同步電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于短時(shí)高速大轉(zhuǎn)矩工況的電勵(lì)磁同步電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，高轉(zhuǎn)矩密度的電機(jī)實(shí)現(xiàn)方案以無(wú)刷直流電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)為主，包括永磁同步電機(jī)，無(wú)刷直流電機(jī)在內(nèi)的永磁電機(jī)存在稀土材料昂貴，高溫性能和穩(wěn)定性差的問(wèn)題。而開關(guān)磁阻電機(jī)很難滿足大轉(zhuǎn)矩密度的工況，電勵(lì)磁同步電機(jī)通過(guò)調(diào)整控制手段，能夠很大程度上突破電機(jī)傳統(tǒng)意義上“磁飽和”的限制，有效用于高轉(zhuǎn)矩密度的工況。
[0003]高轉(zhuǎn)矩密度電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋很多，不僅僅包括最近研宄最熱的電動(dòng)汽車領(lǐng)域，應(yīng)對(duì)汽車快速啟動(dòng)或剎車面臨的短時(shí)大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行的挑戰(zhàn)，還能夠應(yīng)用于其他需要電機(jī)小型化的領(lǐng)域，比如本發(fā)明解決的實(shí)際運(yùn)行工況，驅(qū)動(dòng)高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)，斷路器是電網(wǎng)一次設(shè)備中的重要一員，其技術(shù)核心為快速切斷大電流的能力，具體體現(xiàn)在其動(dòng)觸頭瞬時(shí)的拉力，速度以及動(dòng)觸頭加減速所需要的時(shí)間，給電網(wǎng)一次側(cè)帶來(lái)更高的可控性。本發(fā)明針對(duì)日益增長(zhǎng)的對(duì)于電機(jī)更高性能更高可靠性的需求，提出一種適用于短時(shí)高速大轉(zhuǎn)矩工況的電勵(lì)磁同步電機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種適用于短時(shí)高速大轉(zhuǎn)矩工況的電勵(lì)磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電勵(lì)磁同步電機(jī)采用定子勵(lì)磁的控制方式，轉(zhuǎn)子電流與定子的轉(zhuǎn)矩電流分量產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)相互抵消，僅定子勵(lì)磁電流分量提供氣隙磁場(chǎng)；具體是定子繞組采用雙層短距分布形式，轉(zhuǎn)子繞組采用單層分布的形式，以削弱3、5、7次及更高階次的合成諧波磁動(dòng)勢(shì)帶來(lái)的磁路飽和影響；
[0005]所述電勵(lì)磁同步電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)是采用隱極內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯，外定子鐵芯的形式；由定子壓裝板6將沖壓成型的外定子鐵芯4跌壓固定成多邊形或方形的電機(jī)外輪廓，外定子鐵芯4外露在空氣中，具有良好的散熱能力；電機(jī)前罩7和電機(jī)后罩5分別固定在外定子鐵芯4兩端，以保護(hù)電勵(lì)磁同步電機(jī)端部繞組；旋轉(zhuǎn)變壓器置于軸的端部，與接線盒3同側(cè)；接線盒3安裝在電機(jī)后罩5頂面，用于外部接線；內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯采用熱套工藝套在轉(zhuǎn)軸2上，轉(zhuǎn)軸2端部采用花鍵軸結(jié)構(gòu)與操動(dòng)機(jī)構(gòu)的花鍵槽相配合，以直接驅(qū)動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作；前端蓋I將采用法蘭安裝的形式固定在操動(dòng)機(jī)構(gòu)上。
[0006]所述電勵(lì)磁同步電機(jī)未加入散熱裝置。
[0007]所述電勵(lì)磁同步電機(jī)選擇小D/L比，其中D為轉(zhuǎn)子鐵芯外徑，L為電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯有效長(zhǎng)度。
[0008]所述電勵(lì)磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組利用扭纜接到接線盒處。
[0009]所述電勵(lì)磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組直流電流的引入直接利用扭纜結(jié)構(gòu)，并對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)采取限位措施。
[0010]本發(fā)明的有益效果是針對(duì)短時(shí)高速大轉(zhuǎn)矩工況的特點(diǎn)，通過(guò)采用定子勵(lì)磁的控制手段，突破了永磁電機(jī)、異步電機(jī)的磁飽和限制，解決了開關(guān)磁阻電機(jī)難以產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩的問(wèn)題，能夠?qū)崿F(xiàn)高倍數(shù)過(guò)載，體積小且制造成本低，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，具有良好的市場(chǎng)前景。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為電勵(lì)磁同步電機(jī)外觀圖。
[0012]圖2為電勵(lì)磁同步電機(jī)繞組排布示意圖。
[0013]圖3為電勵(lì)磁同步電機(jī)的扭纜結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4為電勵(lì)磁同步電機(jī)d軸、q軸定義示意圖。
[0015]圖中標(biāo)號(hào):1-前端蓋、2-轉(zhuǎn)軸、3-接線盒、4-外定子鐵芯、5-電機(jī)后罩、6_定子壓裝板、7-電機(jī)前罩、8-扭纜結(jié)構(gòu)與接線盒連接側(cè)、9-扭纜結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)子繞組連接側(cè)、10-扭纜。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明提出一種適用于短時(shí)高速大轉(zhuǎn)矩工況的電勵(lì)磁同步電機(jī)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]圖1所示為電勵(lì)磁同步電機(jī)外觀圖，所述電勵(lì)磁同步電機(jī)采用定子勵(lì)磁的控制方式，轉(zhuǎn)子電流與定子的轉(zhuǎn)矩電流分量產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)相互抵消，僅定子勵(lì)磁電流分量提供氣隙磁場(chǎng)；具體是定子繞組采用雙層短距分布形式，轉(zhuǎn)子繞組采用單層分布的形式，以削弱3、5、7次及更高階次的合成諧波磁動(dòng)勢(shì)帶來(lái)的磁路飽和影響。
[0018]所述電勵(lì)磁同步電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)是采用隱極內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯，外定子鐵芯的形式；由定子壓裝板6將沖壓成型的外定子鐵芯4跌壓固定成多邊形或方形的電機(jī)外輪廓，外定子鐵芯4外露在空氣中，既避免了增加外殼所帶來(lái)的整體體積增加又有利于散熱，具有良好的散熱能力，所以電勵(lì)磁同步電機(jī)未加入散熱裝置。電機(jī)前罩7和電機(jī)后罩5分別固定在外定子鐵芯4兩端，以保護(hù)電勵(lì)磁同步電機(jī)端部繞組；旋轉(zhuǎn)變壓器置于軸的端部，與接線盒3同側(cè)，用于測(cè)量電勵(lì)磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速；接線盒3安裝在電機(jī)后罩5頂面，用于外部接線；內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯采用熱套工藝套在轉(zhuǎn)軸2上，轉(zhuǎn)軸2端部采用花鍵軸結(jié)構(gòu)與操動(dòng)機(jī)構(gòu)的花鍵槽相配合，以直接驅(qū)動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作；前端蓋I將采用法蘭安裝的形式固定在操動(dòng)機(jī)構(gòu)上。
[0019]由于電勵(lì)磁同步電機(jī)是短時(shí)運(yùn)行，電流的發(fā)熱問(wèn)題和電機(jī)的散熱問(wèn)題屬于次要問(wèn)題，因而，電勵(lì)磁同步電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組通入電流的電密能夠做到很高，電勵(lì)磁同步電機(jī)線負(fù)荷選取能夠達(dá)到10倍以上。
[0020]電勵(lì)磁同步電機(jī)用于高速伺服的工況時(shí)，考慮到電勵(lì)磁同步電機(jī)會(huì)有快速加減速的運(yùn)行工況，因而對(duì)電勵(lì)磁同步電機(jī)的尺寸進(jìn)行了要求，電勵(lì)磁同步電機(jī)選擇小D/L比，其中D為轉(zhuǎn)子鐵芯外徑，L為電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯有效長(zhǎng)度；小D/L比對(duì)應(yīng)小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，能夠盡量減小電勵(lì)磁同步電機(jī)加速所需要的轉(zhuǎn)矩，適應(yīng)于此工況，取D/L比值為0.467。
[0021]圖2為電勵(lì)磁同步電機(jī)繞組排布示意圖，在大轉(zhuǎn)矩的運(yùn)行工況下，單邊轉(zhuǎn)矩電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)很大，由于電勵(lì)磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流與定子的轉(zhuǎn)矩電流分量產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)相互抵消，因而，定、轉(zhuǎn)子開槽即繞組設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于避免諧波磁動(dòng)勢(shì)未實(shí)現(xiàn)相互抵消(尤其是轉(zhuǎn)子繞組通入的直流電流產(chǎn)生的3、5次諧波磁動(dòng)勢(shì))帶來(lái)的飽和影響。定子繞組采用雙層短距分布形式(如圖2上部所示)；轉(zhuǎn)子繞組采用單層分布的形式(如圖2下部所示)，削弱3、5、7次及更高階次的合成諧波磁動(dòng)勢(shì)，避免由于定轉(zhuǎn)子電流合成的諧波磁動(dòng)勢(shì)抵消不完全而導(dǎo)致的磁路飽和問(wèn)題出現(xiàn)。
[0022]圖3為電勵(lì)磁同步電機(jī)的扭纜結(jié)構(gòu)示意圖，由于電勵(lì)磁同步電機(jī)是短時(shí)運(yùn)行，其轉(zhuǎn)子只旋轉(zhuǎn)一個(gè)特定角度，則其轉(zhuǎn)子側(cè)繞組直流電流的引入不用經(jīng)過(guò)滑環(huán)，直接利用扭纜結(jié)構(gòu)，并對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行限位(避免操作失誤旋轉(zhuǎn)過(guò)多角度損壞扭纜)就能夠?qū)崿F(xiàn)。由于轉(zhuǎn)子電流抵消定子轉(zhuǎn)矩電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)，因而，在電勵(lì)磁同步電機(jī)工作在大轉(zhuǎn)矩的工況下，轉(zhuǎn)子電流會(huì)很大，扭纜結(jié)構(gòu)會(huì)避免由滑環(huán)帶來(lái)的能量損耗，安全性能也更高。電勵(lì)磁同步電機(jī)在初始位置時(shí)，扭纜10與轉(zhuǎn)子軸有一個(gè)比較大的空隙，在電勵(lì)磁同步電機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，扭纜結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)子繞組連接側(cè)9也跟隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，扭纜結(jié)構(gòu)與接線盒連接側(cè)8固定不動(dòng)，扭纜10與轉(zhuǎn)軸間的空隙逐漸減小，達(dá)到運(yùn)動(dòng)行程的終點(diǎn)時(shí)，扭纜10與轉(zhuǎn)軸間空隙達(dá)到最小，因而，選擇合適的扭纜長(zhǎng)度，增加電勵(lì)磁同步電機(jī)限位措施，能夠保證電勵(lì)磁同步電機(jī)正常運(yùn)行，不至于使得扭纜扭斷。
[0023]圖4為電勵(lì)磁同步電機(jī)d軸、q軸定義示意圖，電勵(lì)磁同步電機(jī)的控制手段采用定子勵(lì)磁的方式，電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流與定子的轉(zhuǎn)矩電流分量產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)相互抵消，僅定子勵(lì)磁電流分量提供氣隙磁場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)氣隙磁通量恒定。定義轉(zhuǎn)子側(cè)直流繞組所在的軸線為d軸，q軸領(lǐng)先d軸90度電角度，于是電勵(lì)磁同步電機(jī)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)由定子側(cè)q軸電流分量產(chǎn)生，即q軸為勵(lì)磁軸，d軸為轉(zhuǎn)矩軸。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于短時(shí)高速大轉(zhuǎn)矩工況的電勵(lì)磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電勵(lì)磁同步電機(jī)采用定子勵(lì)磁的控制方式，轉(zhuǎn)子電流與定子的轉(zhuǎn)矩電流分量產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)相互抵消，僅定子勵(lì)磁電流分量提供氣隙磁場(chǎng)；具體是定子繞組采用雙層短距分布形式，轉(zhuǎn)子繞組采用單層分布的形式，以削弱3、5、7次及更高階次的合成諧波磁動(dòng)勢(shì)帶來(lái)的磁路飽和影響； 所述電勵(lì)磁同步電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)是采用隱極內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯，外定子鐵芯的形式；由定子壓裝板(6)將沖壓成型的外定子鐵芯(4)跌壓固定成多邊形或方形的電機(jī)外輪廓，外定子鐵芯⑷外露在空氣中，具有良好的散熱能力；電機(jī)前罩(7)和電機(jī)后罩(5)分別固定在外定子鐵芯(4)兩端，以保護(hù)電勵(lì)磁同步電機(jī)端部繞組；旋轉(zhuǎn)變壓器置于軸的端部，與接線盒(3)同側(cè)；接線盒(3)安裝在電機(jī)后罩(5)頂面，用于外部接線；內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯采用熱套工藝套在轉(zhuǎn)軸(2)上，轉(zhuǎn)軸(2)端部采用花鍵軸結(jié)構(gòu)與操動(dòng)機(jī)構(gòu)的花鍵槽相配合，以直接驅(qū)動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作；前端蓋(I)將采用法蘭安裝的形式固定在操動(dòng)機(jī)構(gòu)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種適用于短時(shí)高速大轉(zhuǎn)矩工況的電勵(lì)磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電勵(lì)磁同步電機(jī)未加入散熱裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種適用于短時(shí)高速大轉(zhuǎn)矩工況的電勵(lì)磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電勵(lì)磁同步電機(jī)選擇小D/L比，其中D為轉(zhuǎn)子鐵芯外徑，L為電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯有效長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種適用于短時(shí)高速大轉(zhuǎn)矩工況的電勵(lì)磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電勵(lì)磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組利用扭纜接到接線盒處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種適用于短時(shí)高速大轉(zhuǎn)矩工況的電勵(lì)磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電勵(lì)磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組直流電流的引入直接利用扭纜結(jié)構(gòu)，并對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)采取限位措施。
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于電機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域的一種適用于短時(shí)高速大轉(zhuǎn)矩工況的電勵(lì)磁同步電機(jī)。該電勵(lì)磁同步電機(jī)采用定子勵(lì)磁的控制方式，轉(zhuǎn)子電流與定子的轉(zhuǎn)矩電流分量產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)相互抵消，僅定子勵(lì)磁電流分量提供氣隙磁場(chǎng)；具體是定子繞組采用雙層短距分布形式，轉(zhuǎn)子繞組采用單層分布的形式，以削弱3、5、7次及更高階次的合成諧波磁動(dòng)勢(shì)帶來(lái)的磁路飽和影響；本發(fā)明突破了永磁電機(jī)、異步電機(jī)的磁飽和限制，解決了開關(guān)磁阻電機(jī)難以產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩的問(wèn)題，能夠?qū)崿F(xiàn)高倍數(shù)過(guò)載，體積小且制造成本低，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，具有良好的市場(chǎng)前景。
【IPC分類】H02K19-12, H02K5-22, H02K1-12
【公開號(hào)】CN104734442
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510115299
【發(fā)明人】柴建云, 孫旭東, 師喻, 熊志
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月17日