[发明专利]一种定子开槽型双永磁游标电机及其设计方法

说明书

本发明公开一种定子开槽型双永磁游标电机及其设计方法。电机结构包括定子和转子，定子包括定子铁芯、绕组以及定子永磁体，转子包括转子铁芯以及转子永磁体。每个定子齿分裂为两个小齿，参与调制，定子永磁体分别表嵌在每个分裂齿内，转子采用凸极结构，参与调制，同时转子永磁体分别表嵌在转子凸极齿内。定子齿部依次间隔开空气槽，空气槽贯穿定子铁芯，三相单层分数槽集中绕组分别绕在每个开槽定子齿上。本发明设计方法从原结构的谐波对转矩的贡献分量出发，通过定子相内开槽定向增大主要工作波的等效绕组因数，减小低次谐波的等效绕组因数，从而增加电枢磁场主要工作波的幅值，减小低次谐波等非工作波。

技术领域

本发明涉及一种定子开槽型双永磁游标电机及其设计方法，属于电机领域。采用定子相间开空气槽的结构设计，使电机具有高转矩密度、低转矩脉动、低损耗、高功率因数的性能优势，适用于航空航天、船舶推进等领域。

背景技术

双永磁游标电机的定子及转子上均有永磁体分布，在保证电机大小相同时拥有比普通永磁游标电机更高的转矩密度，适用于风力发电、油田开采、雷达转台等低速大转矩的应用场合。然而，其独特的双边励磁结构已然最大化了励磁源的分布，如何进一步提高电机转矩密度成为了研究的热点。同时，游标电机基于磁场调制机理，利用多谐波工作，绕组一般需采用分数槽集中绕组，这样不可避免的引入低次谐波等非工作波，这些谐波会增加电机损耗，增大电机的转矩脉动，不利于电机的正常运行。

中国发明专利申请号为CN2021110283979.8、名称为“一种低谐波损耗的定子模块化磁场调制电机”的文献中公开了一种采用定子模块化技术降低电机损耗的结构。但是，该结构在降低电机损耗的同时不可避免的增大了工作波的磁阻，对电机的转矩造成了一定的牺牲。

发明内容

本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种定子开槽型双永磁游标电机及其设计方法，从原结构电机谐波贡献转矩分量出发，通过定子相内开槽定向增大主要工作波的等效绕组因数，减小低次谐波的等效绕组因数，从而增加电枢磁场中主要工作波幅值，减小低次谐波幅值。本发明能在该电机其余各尺寸参数不变的前提下有效提高电机的转矩密度、降低转矩脉动的同时降低电机损耗，并且提高了电机的功率因数。

为达到上述目的，本发明的电机的技术方案为：一种定子开槽型双永磁游标电机，其特征在于：该电机包括定子铁芯、转子铁芯、定子永磁体、转子永磁体、电枢绕组，定子与转子间留有气隙；所述定子铁芯包含12个分裂齿，每个分裂齿分裂为2个小齿，参与调制过程，12块连续极定子永磁体分别表嵌在每个分裂齿内；所述转子铁芯包含19个凸极齿，参与调制过程，19块连续极转子永磁体分别表嵌在转子凸极齿内；定子铁芯依次间隔开空气槽，空气槽贯穿定子铁芯，三相单层分数槽集中绕组分别绕在每个开槽定子齿上。

进一步，所有定子永磁体与转子永磁体均采用径向充磁，充磁方向均背离圆心向外，使得定子与转子磁场正向叠加，以获得最佳性能。

进一步，依据双边励磁结构及双向磁场调制效应，所述等效电枢绕组极对数mP_w，定子齿数N_s，定子永磁体数P_s，转子齿数N_r，转子永磁体数P_r满足以下关系式：

进一步，定子铁芯开空气槽，空气槽位于定子齿部正中，贯穿定子铁芯，与定子永磁体相连，空气槽个数为定子齿数的一半，开槽定子齿的相邻两个定子齿不开空气槽，不开槽定子齿的相邻两个定子齿开空气槽，依次间隔。

进一步，电枢绕组采用三相分数槽集中绕组，每相线圈皆绕制于开空气槽定子齿上，不开槽定子齿上不绕制线圈(相内开槽)。

本发明的设计方法的技术方案为：一种定子开槽型双永磁游标电机的设计方法，包括以下步骤：

步骤1，根据原结构电机的谐波贡献转矩分量，找出对电机正转矩贡献较大的工作谐波；