[发明专利]高三次谐波电流利用率的单双层绕组径向磁通五相电机

说明书

具备高三次谐波电流利用率的单双层绕组径向磁通五相电机，属于电机领域，本发明为解决分数槽集中绕组五相永磁同步电机的定子绕组三次谐波绕组因数较小的问题。本发明包括定子和转子，定子同轴设置于转子外部；定子沿周向设置15个定子槽单元，每个定子槽单元包括2个单层绕组槽和1个双层绕组槽，五相绕组绕制方式相同，且B相、C相、D相和E相绕组相对于A相绕组在空间位置上依次相差72°、144°、216°和288°；每相绕组包括周向均布的三对线圈，每对线圈设置在1个双层绕组槽及两侧对称的2个单层绕组槽中，该对中的两个线圈绕制方向相反，线圈节距为γ；三对线圈串联为一相绕相；电机的三次谐波绕组因数高。

技术领域

本发明涉及一种提高三次谐波电流利用率技术，属于电机领域。

背景技术

五相永磁同步电机的三次谐波反电势与三次谐波电流相互作用会输出转矩，因此，五相电机系统能够通过注入三次谐波电流的方式提升输出转矩和转矩密度，在航空航天，交通运输等对电驱动系统转矩密度要求较高的应用场合受到了广泛关注。当三次谐波电流幅值一定时，五相电机的输出转矩与三次谐波反电势的幅值成正比，若能够提升电机三次谐波反电势的幅值，则能够提升电机在三次谐波电流注入下的输出转矩，从而提升三次谐波电流的利用率。电机三次谐波反电势的幅值与电机转速，每相绕组串联匝数，转子永磁体三次谐波磁链和定子绕组三次谐波绕组因数有关，若使电机转速，每相绕组串联匝数和转子形式保持不变，则定子绕组三次谐波绕组因数越大，电机三次谐波反电势的幅值越高。目前大多数分数槽集中绕组五相电机的定子绕组三次谐波绕组因数较小，导致电机在注入三次谐波电流后产生的输出转矩较小，存在三次谐波电流利用率较低的问题。

发明内容

本发明目的是为了解决分数槽集中绕组五相永磁同步电机的定子绕组三次谐波绕组因数较小，导致电机存在不能充分利用三次谐波电流提升输出转矩的问题，提供了一种具备高三次谐波电流利用率的单双层绕组径向磁通五相电机。

本发明所述具备高三次谐波电流利用率的单双层绕组径向磁通五相电机，包括定子和转子，定子同轴设置于转子外部；

定子沿周向设置15个定子槽单元，每个定子槽单元包括2个单层绕组槽和1个双层绕组槽，五相绕组绕制方式相同，且B相、C相、D相和E相绕组相对于A相绕组在空间位置上依次相差72°、144°、216°和288°；

每相绕组包括周向均布的三对线圈，每对线圈设置在1个双层绕组槽及两侧对称的 2个单层绕组槽中，该对中的两个线圈绕制方向相反，线圈节距为γ；三对线圈串联为一相绕相；

线圈节距γ满足关系式：

其中：p为电机的极对数，ξ为每相绕组任意两对线圈之间的夹角，ξ＝120°；

电机定子绕组三次谐波绕组因数k_3p按下式获取：

所述k_3p≥0.9用以实现电机高三次谐波电流利用率。

优选地，转子设置有12块永磁体，12块永磁体充磁方向交替相反，所有永磁体均沿径向充磁。

优选地，永磁体采用钕铁硼永磁材料构成。

优选地，每个定子槽单元中，双层绕组槽位于中间，2个单层绕组槽对称设置在双层绕组槽两侧，每相绕组的三对绕圈绕制位置为：每对线圈设置在一个定子槽单元的双层绕组槽，及相邻两个定子槽单元靠外侧的2个单层绕组槽中。

优选地，相邻两个单层绕组槽之间的夹角为λ₁，相邻的单层绕组槽和双层绕组槽之间的夹角为λ₂，满足以下关系式：

优选地，永磁体采用表贴式、Halbach阵列式或内置式结构。