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1、(10)申请公布号 CN 102624178 A (43)申请公布日 2012.08.01 C N 1 0 2 6 2 4 1 7 8 A *CN102624178A* (21)申请号 201210105169.4 (22)申请日 2012.05.09 H02K 17/12(2006.01) H02K 1/16(2006.01) H02K 1/26(2006.01) (71)申请人中国矿业大学 地址 221116 江苏省徐州市大学路1号中国 矿业大学科技处 (72)发明人邓先明 谭国俊 陈治国 曹海洋 甄文欢 庞晴晴 (74)专利代理机构江苏圣典律师事务所 32237 代理人程化铭 (54) 。
2、发明名称 一种无刷双馈异步电机 (57) 摘要 本发明公布的一种无刷双馈异步电机，包括 转轴，转轴上设有转子，转子外设有定子，所述的 定子包括定子铁心，定子铁心的内环面切向方向 设有三个圆环形的定子三相控制绕组线槽，定子 三相控制绕组线槽内设有定子三相控制绕组，定 子铁心的内环面轴向方向设有多个直线形的定子 三相功率绕组线槽，定子三相功率绕组线槽内设 有定子三相功率绕组，所述每个转子铁心上切向 方向均设有一个与定子三相控制绕组线槽相对应 的圆环形的转子三相控制绕组线槽，转子三相控 制绕组线槽内设有转子三相控制绕组，转子铁心 上沿轴向方向设有直线型的转子三相功率绕组线 槽，转子三相功率绕组线槽内。
3、设有转子三相功率 绕组。其效率高，损耗小，结构简单，体积较小。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种无刷双馈异步电机，包括转轴（9）、设在转轴（9）上的转子，转子外设有定子，其 特征在于：所述的定子包括定子铁心（1），定子铁心（1）的内环面切向方向设有三个圆环形 的定子三相控制绕组线槽（3），定子三相控制绕组线槽（3）内设有定子三相控制绕组（4）， 定子铁心（1）的内环面轴向方向设有多个直线形的定子三相功率绕组线槽（10），定子三相 功率。
4、绕组线槽（10）内设有定子三相功率绕组（2），所述转子上分段设有三个转子铁心（8）， 所述每个转子铁心（8）上切向方向均设有一个与定子三相控制绕组线槽（3）相对应的圆 环形的转子三相控制绕组线槽（5），转子三相控制绕组线槽（5）内设有转子三相控制绕组 （6），转子铁心（8）上沿轴向方向设有直线型的转子三相功率绕组线槽（11），转子三相功率 绕组线槽（11）内设有转子三相功率绕组（7）。 2.根据权利要求1所述的无刷双馈异步电机，其特征在于：所述的定子三相功率绕组 （2）和定子三相控制绕组（4）在空间相互垂直分布；所述的转子三相功率绕组（7）和转子三 相控制绕组（6）相互垂直分布。 3.根据权利。
5、要求1所述的无刷双馈异步电机，其特征在于：所述的三个转子铁心（8）之 间留有气隙。 权 利 要 求 书CN 102624178 A 1/3页 3 一种无刷双馈异步电机 技术领域 0001 本发明涉及一种双馈异步电机，尤其是一种工矿企业中应用的无刷双馈异步电 机。 背景技术 0002 双馈电机的功率绕组直接与工频电网连接，控制绕组通过变频器与电网连接。双 馈电机功率因数可以调节，调速范围宽。在额定转速附近运行时，变频电源只需给控制绕组 供电，其容量远小于电动机的额定功率，一方面降低了调速系统的成本，另一方面减少了对 电网的谐波污染。因此，目前有刷双馈电机广泛应用于风力发电和交流提升系统。但是，有。
6、 刷双馈电机存在电刷，容易产生机械故障，电机维护工作量大，可靠性较差，应用场合也受 限制的缺点。无刷化是克服这些缺点的根本途径，但是现有的无刷双馈电机的线槽都是与 转轴方向相同的直线型线槽，控制绕组和功率绕组之间存在电磁耦合关系，会在对方绕组 中感应电势和消耗功率，因此现有结构的无刷双馈电机损耗较大，效率较低，不能满足工程 应用的要求。 发明内容 0003 本发明针对目前已有技术的不足之处，提出一种结构简单、效率高损耗小的无刷 双馈异步电机。 0004 为实现上述目的，本发明的无刷双馈异步电机，包括转轴、设在转轴上的转子，转 子外设有定子，所述的定子包括定子铁心，定子铁心的内环面切向方向设有三。
7、个圆环形的 定子三相控制绕组线槽，定子三相控制绕组线槽内设有定子三相控制绕组，定子铁心的内 环面轴向方向设有多个直线形的定子三相功率绕组线槽，定子三相功率绕组线槽内设有定 子三相功率绕组，所述转子上分段设有三个转子铁心，所述每个转子铁心上切向方向均设 有一个与定子三相控制绕组线槽相对应的圆环形的转子三相控制绕组线槽，转子三相控制 绕组线槽内设有转子三相控制绕组，转子铁心上沿轴向方向设有直线型的转子三相功率绕 组线槽，转子三相功率绕组线槽内设有转子三相功率绕组。 0005 所述的定子三相功率绕组和定子三相控制绕组在空间相互垂直分布；所述的转子 三相功率绕组和转子三相控制绕组相互垂直分布；所述的三。
8、个转子铁心之间留有气隙。 0006 有益效果： （1）、本发明利用定子控制绕组和转子控制绕组构成的变压器，实现了可逆变频器与转 子功率绕组的无电刷连接，提高了电机的可靠性，降低了维护工作量； （2）、本发明无刷双馈异步电机中的绕线异步电机子系统和变压器子系统共用铁心，因 此，电机结构简单，体积较小； （3）、本明的定子三相功率绕组和定子三相控制绕组在空间相互垂直分布，它们之间不 存在电磁耦合关系，不会在对方绕组中感应电势和消耗功率；转子三相功率绕组和转子三 相控制绕组也在空间相互垂直分布，它们之间也不存在电磁耦合关系，不会在对方绕组中 说 明 书CN 102624178 A 2/3页 4 感应。
9、电势和消耗功率，因此电机效率高，损耗小，其结构简单，体积较小。 附图说明 0007 图1是本发明无刷双馈异步电机的纵剖截面结构图。 0008 图2是本发明无刷双馈异步电机的定子铁心纵剖面结构图。 0009 图3是本发明无刷双馈异步电机的转子结构图。 0010 图4是本发明的一个定子功率绕组线圈和一个定子控制绕组线圈的空间分布图。 0011 图5是发明无刷双馈异步电机的控制绕组电路图。 0012 图中：1-定子铁心；2-定子三相功率绕组；3-定子三相控制绕组线槽；3-1-定子A 相控制绕组线槽；3-2-定子B相控制绕组线槽；3-3-定子C相控制绕组线槽；4-定子三相 控制绕组；5-转子三相控制绕。
10、组线槽；5-1-转子a相控制绕组线槽；5-2-转子b相控制绕 组线槽；5-3-转子c相控制绕组线槽；6-转子三相控制绕组；7-转子三相功率绕组；8-转 子铁心；8-1-a转子铁心；8-2-b转子铁心；8-3-c转子铁心；9-转轴；10-定子三相功率绕 组线槽；11-转子三相功率绕组线槽；12-变频器。 具体实施方式 0013 下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述： 图1、图2和图3所示，本发明的无刷双馈异步电机包括转轴9，设在转轴9上的转子， 转子外设有定子，所述的定子包括定子铁心1，定子铁心1的内环面切向方向设有三个圆环 形的定子三相控制绕组线槽3，定子三相控制绕组线槽3内设有定子。
11、三相控制绕组4，定子 铁心1的内环面轴向方向设有多个直线形的定子三相功率绕组线槽10，定子三相功率绕组 线槽10内设有定子三相功率绕组2，其中定子铁心1内表面开有36个定子三相功率绕组 线槽10和3个定子三相控制绕组线槽3，定子三相功率绕组2和定子三相控制绕组4在空 间相互垂直分布；所述转子上分段设有三个转子铁心8，转子铁心8由0.3mm厚的硅钢片叠 成，所述的三个转子铁心8之间留有气隙，所述每个转子铁心8上切向方向均设有一个与 定子三相控制绕组线槽3相对应的圆环形的转子三相控制绕组线槽5，转子三相控制绕组 线槽5内设有转子三相控制绕组6，转子铁心8上沿轴向方向设有直线型的转子三相功率绕 组线。
12、槽11，转子三相功率绕组线槽11内设有转子三相功率绕组7，转子三相功率绕组7和 转子三相控制绕组6也相互垂直分布。 0014 如图3所示，转子铁心8由依次套装于转轴9上的a转子铁心8-1、b转子铁心8-2 和c转子铁心8-3三段铁心柱组成。所述转子铁心8上的转子三相功率绕组线槽11和转 子三相控制绕组线槽5，转子三相功率绕组线槽11是直线型，其方向与转轴9方向相同，且 每段转子铁心柱上的转子三相功率绕组线槽11沿转轴9方向对齐，转子三相功率绕组7安 放在上述转子三相功率绕组线槽11中，所述每个转子三相功率绕组7的有效边贯穿于上述 三段转子铁心8；定子三相控制绕组线槽3由定子A相控制绕组线槽3-。
13、1、定子B相控制绕 组线槽3-2和定子C相控制绕组线槽3-3三个以转轴9中心为圆心的圆环型线槽组成，其 中定子A相控制绕组线槽3-1与转子a相控制绕组线槽5-1构成同心圆槽结构，定子B相 控制绕组线槽3-2与转子b相控制绕组线槽5-2构成同心圆槽结构，定子C相控制绕组线 槽3-3与转子c相控制绕组线槽5-3构成同心圆槽结构；所述转子三相控制绕组线槽5由 说 明 书CN 102624178 A 3/3页 5 转子a相控制绕组线槽5-1、转子b相控制绕组线槽5-2和转子c相控制绕组线槽5-3三个 以转轴9中心为圆心的圆环型线槽组成，其中转子a相控制绕组线槽5-1位于上述a转子 铁心8-1中部的表面。
14、铁心内，转子b相控制绕组线槽5-2位于上述b转子铁心8-2中部的 表面铁心内，转子c相控制绕组线槽5-3位于上述c转子铁心8-3中部的表面铁心内；所述 转子三相控制绕组6是圆环型结构，有三个集中绕组，分别安放在所述三个转子三相控制 绕组线槽5中；所述定子A相控制绕组线槽的槽口与转子a相控制绕组线槽的槽口对齐，定 子B相控制绕组线槽的槽口与转子b相控制绕组线槽的槽口对齐，定子C相控制绕组线槽 的槽口与转子c相控制绕组线槽的槽口对齐。 0015 由图4所示，定子三相功率绕组2线圈构成的平面与定子三相控制绕组4线圈构 成的平面在空间相互垂直分布，它们之间不存在电耦合关系，不会在对方绕组中感应电势 和。
15、消耗功率。同样的，转子三相功率绕组7线圈构成的平面和转子三相控制绕组6线圈构 成的平面在空间相互垂直分布，它们之间也不存在电耦合关系，不会在对方绕组中感应电 势和消耗功率。 0016 由图5，转子三相功率绕组7和转子三相控制绕组6分别采用星型连接，并且其首 端对应连接，定子三相控制绕组4也采用星型连接，并将其首端与变频器12相连接，当改变 变频器输出给定子三相控制绕组4的电压频率时，该变频电压通过变压器传递给转子三相 功率绕组7，所述的变压器是定子三相控制绕组4和转子三相控制绕组6构成，这样就可以 对转子三相功率绕组7外加电源的频率和幅值进行调节。 0017 工作原理：本发明的无刷双馈异步电机。
16、由绕线异步电机子系统和变压器子系统组 成。其中，定子功率绕组和转子三相功率绕组7构成了绕线异步电机子系统，实现机电能量 的转换；定子控制绕组和转子控制绕组构成了变压器子系统，利用变压器原理实现转子三 相功率绕组7外加励磁电源频率和幅值的无电刷调节功能。 0018 本发明的无刷双馈异步电机双馈运行时，定子三相功率绕组2直接与工频电网连 接，定子三相控制绕组4通过变频器12与电网连接。当改变该变频器12输出给定子三相 控制绕组4的电压频率时，该变频电压通过变压器传递给转子三相功率绕组7，所述的变压 器是定子三相控制绕组3和转子三相控制绕组6构成，这样就可以对转子三相功率绕组7 外加电源的频率和幅值进行调节，从而达到控制电机速度、功率因数的目的。本发明的无刷 双馈异步电机转子速度与控制频率的关系为： 公式中，n r 是转子速度，f p 是定子三相功率绕组电源频率，f c 是定子三相控制绕组电源 频率，p是电机极对数，控制绕组电源与功率绕组电源同相序时取“-”号，控制绕组电源与 功率绕组电源反相序时取“+”号。 说 明 书CN 102624178 A 1/2页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图CN 102624178 A 2/2页 7 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图CN 102624178 A 。