專利名稱：模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明涉及一種同步電機(jī)，特別是一種模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)。該電機(jī)既可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。
背景技術(shù)：
:模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)有2個(gè)定子，每個(gè)定子上都有2p極的單相對(duì)稱電樞繞組和2q極的三相對(duì)稱勵(lì)磁繞組(或者2q極的三相對(duì)稱電樞繞組和2p極的單相對(duì)稱勵(lì)磁繞組)，且滿足2p_2q ^ 4，兩套繞組之間的耦合是由p,=p+q對(duì)極特殊設(shè)計(jì)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)，即可通過勵(lì)磁繞組磁場(chǎng)與電樞繞組磁場(chǎng)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(duì)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(jià)的，而且對(duì)定子兩套繞組耦合能力欠佳，電機(jī)的動(dòng)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(duì)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(duì)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。此外，常規(guī)定子雙繞組交流電機(jī)的控制系統(tǒng)受不確定性參數(shù)變化和擾動(dòng)影響較大，具有抗干擾能力差等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明提供一種模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)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(duì)每個(gè)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(dòng)態(tài)性能的新型模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也大大提高了該種交流電機(jī)的抗擾動(dòng)能力。技術(shù)方案:本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)，主要包括內(nèi)定子、外定子、轉(zhuǎn)子、可控直流電源，其特征在于:電機(jī)沿徑向由內(nèi)而外依次為內(nèi)定子、轉(zhuǎn)子、外定子，內(nèi)定子通過轉(zhuǎn)軸上的定位銷與轉(zhuǎn)軸固定在一起，其中內(nèi)定子和外定子上都安放2p極的三相對(duì)稱電樞繞組和2q極的單相對(duì)稱勵(lì)磁繞組，電樞繞組的極數(shù)和勵(lì)磁繞組的極數(shù)亦可互換，且均滿足2p-2q ^ 4 ;轉(zhuǎn)子內(nèi)外表面都采用個(gè)相同的籠障轉(zhuǎn)子模塊沿圓周方向拼成一個(gè)每個(gè)表面都具有h個(gè)凸極型的轉(zhuǎn)子，每個(gè)籠障轉(zhuǎn)子模塊靠近中心側(cè)通過定位槽與非導(dǎo)磁材料制成的套筒相連；每個(gè)籠障轉(zhuǎn)子模塊靠近定子 的表面開有多個(gè)徑向梯形槽，徑向梯形槽間距可以相等也可以不等，每個(gè)梯形槽沿徑向具有數(shù)個(gè)不等的階梯槽寬，每個(gè)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Pr個(gè)公共梯形槽，且該槽底部的模塊間隙深度一直達(dá)到套筒表面，每個(gè)公共梯形槽沿徑向具有數(shù)個(gè)不等的階梯槽寬，每個(gè)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(gè)導(dǎo)磁層。電樞繞組與電網(wǎng)相連，勵(lì)磁繞組與可控直流電源相連。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)端部全部連在一起；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槽內(nèi)同層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)相連；也可以在相鄰兩個(gè)公共梯形槽內(nèi)放置多匝線圈導(dǎo)體；短路籠條端部連接形式可以為:以籠障轉(zhuǎn)子模塊徑向?qū)ΨQ線為中心，將兩側(cè)相對(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)的兩個(gè)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。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)子定位孔位置相同的定位孔，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。整個(gè)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。一種如上所述模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)的控制方法，其特征在于:控制方式采用PIMD控制方法來實(shí)現(xiàn)模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟蹤，其控制思想是針對(duì)模 塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)具有不確定性參數(shù)變化和擾動(dòng)影響的特點(diǎn)，利用負(fù)延遲方法，通過調(diào)整延遲時(shí)間來消除不確定干擾信號(hào)，并引入了H00控制策略，進(jìn)而提高系統(tǒng)的魯棒性；具體為:采用電樞繞組dq坐標(biāo)系，則模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程為 (/,p + /;, n,V …=./^ + Βωτ+Τι(I)式中，Pp和P。分別表示電樞繞組和勵(lì)磁繞組的極對(duì)數(shù)，ψφ為電樞繞組磁鏈的d軸分量，iqc為勵(lì)磁繞組電流的q軸分量，為轉(zhuǎn)速輸出，J為轉(zhuǎn)子機(jī)械慣量，B為轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼系數(shù)，Te為總電磁轉(zhuǎn)矩，T1為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。對(duì)式(I)兩邊進(jìn)行拉氏變換，可得標(biāo)稱模型的傳遞函數(shù)P(S)為/Χ-ν) = —(2)
Js + B控制器的傳遞函數(shù)可表示為K(s) = ^- = Kp+^-KiQ-T^(3)
E(s)s式中，E (或e)為誤差，U (或u)為控制輸入信號(hào)，K(S)為控制器，Kp、Ki, Kd為控制參數(shù)，Td為延遲時(shí)間。對(duì)式⑶進(jìn)行拉氏反變換，可得
權(quán)利要求
1.模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)，主要包括內(nèi)定子(I)、外定子(2)、轉(zhuǎn)子(3)、可控直流電源(4)，其特征在于:電機(jī)沿徑向由內(nèi)而外依次為內(nèi)定子(I)、轉(zhuǎn)子(3)、外定子(2),內(nèi)定子(I)通過轉(zhuǎn)軸(8)上的定位銷與轉(zhuǎn)軸固定在一起,其中內(nèi)定子(I)和外定子(2)上都安放2p極的三相對(duì)稱電樞繞組(6)和2q極的單相對(duì)稱勵(lì)磁繞組(7)，或者電樞繞組(6)的極數(shù)和勵(lì)磁繞組(7)的極數(shù)互換，且均滿足2p_2q ^ 4 ;轉(zhuǎn)子(3)內(nèi)外表面都采用K個(gè)相同的籠障轉(zhuǎn)子模塊沿圓周方向拼成一個(gè)每個(gè)表面都具有個(gè)凸極型的轉(zhuǎn)子，每個(gè)籠障轉(zhuǎn)子模塊靠近中心側(cè)通過定位槽(14)與非導(dǎo)磁材料制成的套筒(15)相連；每個(gè)籠障轉(zhuǎn)子模塊靠近定子的表面開有多個(gè)徑向梯形槽，徑向梯形槽間距相等或者不等，每個(gè)梯形槽沿徑向具有數(shù)個(gè)不等的階梯槽寬，每個(gè)梯形槽內(nèi)放入若干根導(dǎo)體組成短路籠條(12);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(gè)公共梯形槽，且該槽底部的模塊間隙(16)深度一直達(dá)到套筒(15)表面，每個(gè)公共梯形槽沿徑向具有數(shù)個(gè)不等的階梯槽寬，每個(gè)公共梯形槽內(nèi)放入若干根導(dǎo)體組成公共籠條(11);公共籠條(11)和短路籠條(12)分別采用端部導(dǎo)電環(huán)(18)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(9)，分別與各自兩側(cè)嵌放短路籠條(12)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(gè)導(dǎo)磁層(10)。
2.權(quán)利要求1所述模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)，其特征在于:電樞繞組(6)與電網(wǎng)(5)相連，勵(lì)磁繞組(7)與可控直流電源(4)相連。
3.權(quán)利要求1所述模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)，其特征在于:放置公共籠條(11)和短路籠條(12)的梯形槽的槽口處開有內(nèi)豁口并嵌放槽楔(17);公共籠條(11)端部鏈接形式可以為:端部導(dǎo)電環(huán)(18)將公共梯形槽內(nèi)同層的公共籠條(11)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(11)分成兩部分，兩部分公共籠條(11)分別與相鄰公共梯形槽內(nèi)同層的公共籠條(11)通過端部導(dǎo)電環(huán)(18)相連；也可以將公共梯形槽內(nèi)外層公共籠條(11)與單側(cè)相鄰公共梯形槽內(nèi)的內(nèi)層公共籠條(11)通過端部導(dǎo)電環(huán)(18)相連；也可以在相鄰兩個(gè)公共梯形槽內(nèi)放置多匝線圈導(dǎo)體；短路籠條(12)端部連接形式可以為:以籠障轉(zhuǎn)子模塊徑向?qū)ΨQ線為中心，將兩側(cè)相對(duì)應(yīng)的同層短路籠條(12)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(duì)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(duì)應(yīng)的兩個(gè)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所述模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)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(13)位置相同的定位孔(13)，非導(dǎo)磁材料制成的壓緊螺桿沿軸向穿過全部定位孔(13)，在壓板兩端利用螺母壓緊固定。
5.權(quán)利要求1所述模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)，其特征在于:整個(gè)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)磁材料或者不燒筑。
6.一種如權(quán)利要求1所述模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)的控制方法，其特征在于:控制方式采用PIMD控制方法來實(shí)現(xiàn)模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟蹤，其控制思想是針對(duì)模塊化單籠障轉(zhuǎn)子 雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)具有不確定性參數(shù)變化和擾動(dòng)影響的特點(diǎn)，利用負(fù)延遲方法，通過調(diào)整延遲時(shí)間來消除不確定干擾信號(hào)，并引入了 H00控制策略，進(jìn)而提高系統(tǒng)的魯棒性；具體為:采用電樞繞組dq坐標(biāo)系，則模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程為
7.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)的控制方法，其特征在于:在PMD控制中加入權(quán)值函數(shù)，即可將其轉(zhuǎn)化為H控制問題，設(shè)權(quán)值函數(shù)的狀態(tài)空間形式為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)。其特征在于轉(zhuǎn)子內(nèi)外兩側(cè)分別安放內(nèi)、外定子，每個(gè)定子靠近轉(zhuǎn)子側(cè)的槽內(nèi)均安放三相對(duì)稱電樞繞組和單相對(duì)稱勵(lì)磁繞組；轉(zhuǎn)子內(nèi)外表面均由籠障轉(zhuǎn)子模塊通過定位槽與套筒組合成一個(gè)內(nèi)外兩側(cè)都有凸極型的轉(zhuǎn)子；籠障轉(zhuǎn)子模塊在靠近定子側(cè)表面開有多個(gè)徑向梯形槽，具有數(shù)個(gè)不等的階梯槽寬，槽內(nèi)放入短路籠條；相鄰籠障轉(zhuǎn)子模塊相接處為階梯型豁口，模塊拼接后在其相接處形成公共梯形槽，槽底部的間隙深度達(dá)到套筒表面，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，又可定子側(cè)自勵(lì)磁，從而具有高可靠性和優(yōu)良穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)性能的新型模塊化單籠障轉(zhuǎn)子雙定子自勵(lì)磁同步電機(jī)。
文檔編號(hào)H02K16/04GK103166399SQ20131010910
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)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, 劉光偉, 賈廣隆, 彭薇, 金石 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)