[发明专利]一种模块化永磁游标电机

说明书

本发明公开了一种模块化永磁游标电机，属于永磁电机领域，包括：同轴套设的定子组件和转子组件，定子组件和转子组件之间存在一气隙；定子组件包括定子铁心和绕组；定子铁心为开口槽结构，且包括沿周向均匀设置的多个定子齿模块，定子齿模块包括弧形的定子轭部以及位于定子轭部两端的两个定子齿，相邻定子齿模块的轭部之间存在间隙；绕组绕制在定子齿外周；转子组件包括多个永磁体；优选地，绕组为分数槽集中绕组，且绕组中的每个线圈的跨距为一个槽距；定子齿模块内，槽底宽度大于槽口宽度；转子组件内的多个永磁体为无轭部海尔贝克永磁体阵列。本发明能够打断低次电枢磁场谐波路径，使永磁游标电机同时具有高转矩密度输出和高功率因数。

技术领域

本发明属于永磁电机领域，更具体地，涉及一种模块化永磁游标电机。

背景技术

与常规永磁同步电机相比，永磁游标电机具有高转矩密度、反电势正弦度好、转矩脉动小等特点，是当前最受关注的新型电机拓扑之一。其定子采用开口槽结构，除起励磁引导作用外，还起到了对转子侧励磁磁势的调制作用。研究表明，经过调制，励磁单元产生多个工作谐波，均可以和定子绕组(电枢单元)交链，进而贡献电动势和转矩。相较于常规的单工作谐波永磁同步电机，永磁游标电机的高转矩密度取决于其多工作谐波特性。

然而，进一步研究发现永磁游标电机的电枢反应强，功率因数普遍较低，并且功率因数和转矩密度负相关，呈现出极比(转子永磁体极对数与定子电枢绕组极对数之比)越大，功率因数越低的趋势。高极比下永磁游标电机功率因数可低至0.5以下，而同样条件下常规永磁电机可达到0.9左右。

低功率因数，一方面造成驱动器容量大幅提升；另一方面带来磁路易饱和、过载能力差、随负荷增大功率因数明显减小等系列寄生效应，严重阻碍了高转矩密度永磁游标电机的工程应用。因此，亟需解决永磁游标电机低功率因数这一技术瓶颈。现有技术中，提出了对永磁游标电机的转子结构进行改进，达到提高功率因数的目的，但是，该方案中转子结构较为复杂，且在输出转矩密度方面，仍有待进一步提高。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种模块化永磁游标电机，其目的在于，使永磁游标电机同时具有高转矩密度输出和高功率因数。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种模块化永磁游标电机，包括：同轴套设的定子组件和转子组件，定子组件和转子组件之间存在一气隙；

定子组件包括定子铁心和绕组；定子铁心为开口槽结构，且包括沿周向均匀设置的多个定子齿模块，定子齿模块包括弧形的定子轭部以及位于定子轭部两端的两个定子齿，相邻定子齿模块的轭部之间存在间隙；绕组绕制在定子齿外周；

转子组件包括多个永磁体。

进一步地，本发明提供的模块化永磁游标电机，绕组为分数槽集中绕组，且绕组中的每个线圈的跨距为一个槽距。

进一步地，本发明提供的模块化永磁游标电机，定子齿模块内，槽底宽度大于槽口宽度。

在一些可选的实施例中，本发明提供的模块化永磁游标电机，转子组件内的多个永磁体为无轭部海尔贝克永磁体阵列。

在一些可选的实施例中，本发明提供的模块化永磁游标电机，转子组件还包括转子轭部；

并且，转子组件内的多个永磁体为表贴式径向充磁永磁体或辐轴式切向充磁永磁体。

进一步地，本发明提供的模块化永磁游标电机，定子铁心由两面绝缘的硅钢片轴向叠压而成。

进一步地，本发明提供的模块化永磁游标电机，转子组件的永磁体极对数P_r、绕组产生的电枢磁场极对数iP_a以及定子齿模块的数量N_s，满足以下关系：

|iP_a±P_r|＝kN_s