[发明专利]无刷双馈电机混联式笼型转子结构及绕制方法

说明书

本发明公开了一种无刷双馈电机混联式笼型转子结构及绕制方法，在转子铁心上包含多个沿铁芯圆周均布的转子巢，每个转子巢由多个回路构成，每个转子巢的多个回路由内向外设置，每个转子巢中至少存在两个并列布置的线圈组，线圈组之间彼此分开独立，无电气连接；至少有一个线圈组是由两个或两个以上相邻回路串联并自行闭合而成的串联组合。本笼型转子能够提高BDFM样机的运行效率及功率因数等运行性能，整个转子电流分布较平衡，转子磁动势趋于正弦分布，谐波含量较低。

技术领域

本发明涉及无刷双馈电机，具体涉及无刷双馈电机用的混联式笼型转子结构及绕制方法，属于变频调速驱动领域和变速恒频发电领域。

背景技术

无刷双馈电机(Brushless Doubly-Fed Machine，BDFM)定子上一般嵌放有两套不同极数的独立三相对称绕组，其中与电网直接相连的称为功率绕组，与变频器相连的称为控制绕组。两套定子绕组产生不同极数的旋转磁场，通过转子实现电磁耦合，从而实现机电能量的转换。因此，转子结构的电磁耦合能力是决定BDFM运行性能、功率密度及推广应用的关键因素。

常见的BDFM转子结构型式主要有三种，即笼型、绕线型、磁障型。从制造工艺来看，笼型转子最为简单，磁障型及绕线型转子较为复杂；从磁场调制效果来看，轴向叠片的磁障型转子最好，绕线型转子次之，笼型转子较差。对于笼型转子，根据是否带公共笼条和公共端环，可分为四种：(a)无公共笼条无公共端环；(b)带公共笼条无公共端环；(c)带公共端环无公共笼条；(d)带公共笼条和公共端环。BDFM笼型转子具有较好起动能力和异步运行能力，可采用类似于传统感应电机的转子制造工艺，适于大容量电机，引起国内外学者广泛关注。

然而，转子磁场调制效果不佳，效率等运行性能差仍然是制约笼型转子BDFM推广应用重要因素。与常规交流电机相比，笼型转子BDFM结构特殊，在电磁耦合机理及其结构设计方面，仍有一些基础理论及关键技术问题尚有待研究解决，BDFM内部的电磁耦合关系十分复杂，其笼型转子几何结构相关参数对磁场调制效果影响的分析尚不够深入，且结论并未取得完全一致。笼型转子结构型式多样，对于如何深入挖掘笼型转子在改善转子磁场调制效果方面的潜力，从而提高BDFM运行性能的研究尚不够深入和全面。

在国外，英国学者基于等效电路参数法分析了转子导条数、导条跨距等对笼型转子阻抗参数的影响，并研制了1台250kW的笼型转子BDFM，其效率及功率因数可达90％以上；巴西学者研究了绕线式笼型转子，转子槽非均匀分布，相邻转子巢外环线圈共用一个槽，实验表明额定效率可达90％；伊朗学者提出了串联式笼型转子，实验表明该转子样机运行效率为76.6％。在国内，中国矿业大学提出了一种等距笼型转子，每巢各回路节距相等，感应电动势大小相等，回路电流大小均匀；沈阳工业大学提出了磁障与笼条相结合的新型混合径向叠片转子结构，实验表明该转子样机的输出功率比磁障式磁阻转子平均高出17％；重庆大学学者通过理论分析，阐述了笼型转子BDFM的磁场调制机理，有限元分析表明，对磁场调制起主要作用的是靠外的短路环，通过调整转子短路环分布可增强有用谐波磁场，抑制无用谐波磁场。综上所述，BDFM笼型转子制造工艺简单，结构型式灵活，对于提高BDFM运行性能，具有较大潜力可挖。

由此可见，可对BDFM笼型转子结构进行多种不同形式的尝试，如磁阻与短路环混合型、等距笼型以及串联笼型等。然而，目前笼型转子BDFM的磁场调制效果并未得到显著改善，磁场调制基本原理尚未完全阐明，效率等运行性能差的问题依然存在，对于BDFM笼型转子及其改型设计的研究也缺乏一致的结论，且笼型转子结构形式多样，在改善转子磁场调制效果、提高电机运行性能等方面仍有较大潜力。因此，笼型转子结构改型设计仍为值得进一步研究的课题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种无刷双馈电机混联式笼型转子结构，本笼型转子能够提高BDFM样机的运行效率及功率因数等运行性能。

本发明同时还提供该特殊结构转子绕制方法，以解决该混联笼型转子绕制不便、绝缘性能不佳、焊接不牢靠的问题。