一种转子错极模块化外转子开关磁通电机制造技术

本发明专利技术公开一种转子错极模块化外转子开关磁通电机，包括两段定子、两段转子和一套绕组；两段转子为轴向同心连接且所述两段转子圆周方向错开反电势半个周期所对应的机械角设置；绕组包括k个绕组模块，各所述绕组模块包括m个绕组单元，各所述绕组单元包括两个绕组线圈，各所述绕组单元的两个绕组线圈分别嵌入在两段定子中对应的一对定子单元上的四个定子槽内，且处于同一绕组线圈内、两段定子上的一对永磁体极性相反。本发明专利技术将两段转子互相错开反电势半个周期对应的机械角，将两段定子上正对的一对永磁体设置相反极性，在保证输出平均转矩和反电势的有效值不变的情况下，削弱齿槽转矩和转矩波动中的奇次谐波，降低反电势中的偶次谐波。

【技术实现步骤摘要】
一种转子错极模块化外转子开关磁通电机
本专利技术涉及电机
，特别是涉及一种转子错极模块化外转子开关磁通电机。
技术介绍
开关磁通电机具有高转矩密度、高功率密度以及正弦性反电势等优点。它具有双凸极结构，交流绕组和永磁体放置在定子侧，结合了交流无刷电机和开关磁阻电机的优点，有利于冷却和高速运行。与普通永磁电机相比，开关磁通电机弱磁能力强、工作点稳定、容错性能好，因此开关磁通电机适合作为电动汽车的驱动电机。由于永磁体放置在定子侧，开关磁通电机的槽面积小于普通永磁电机；与双凸极电机相比，其转矩波动较大、永磁体用量多、永磁体利用率低。外转子结构能提供更高转矩密度，从而使得车辆能提供额外的乘坐空间，电机可采用独立的直接控制，使车辆运行安全、操纵容易。为抑制开关磁通电机的缺点，将开关磁通电机与外转子结构相结合，提出了模块化外转子开关磁通电机结构。该结构与定子槽数相同的开关磁通电机相比，永磁体用量减少，永磁体利用率提高，定子槽面积增大。但由于外转子开关磁通电机定子槽口较大，转矩波动大，在此基础上将电机结构模块化后定子槽口更大，其齿槽转矩和转矩波动更加严重，应用于电动车难以满足汽车对电动机的稳定性要求，因此，如何削弱齿槽转矩和转矩波动是目前电机
急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种转子错极模块化外转子开关磁通电机，在保证输出平均转矩和反电势的有效值不变的情况下，削弱齿槽转矩和转矩波动中的奇次谐波，降低反电势中的偶次谐波。为实现上述目的，本专利技术提供了一种转子错极模块化外转子开关磁通电机，包括两段定子、两段转子和一套绕组(3)；所述两段定子为轴向同心连接；所述两段转子为轴向同心连接且所述两段转子圆周方向错开反电势半个周期所对应的机械角设置；每段定子包括k个定子模块，各所述定子模块包括m个定子单元(1-3)和m个连接块(1-4)，所述连接块(1-4)设置在两个所述定子单元(1-3)之间，其中，k为大于等于1的整数，m为大于等于3的整数；所述定子单元(1-3)包括：一个第一叠层段(1-6)、两个第二叠层段(1-7)以及永磁体(1-5)，所述第一叠层段(1-6)设置在相邻两个第二叠层段(1-7)之间；在所述第一叠层段(1-6)上开设两个定子槽(1-8)，在所述第二叠层段(1-7)上开设一个定子槽(1-8)，各所述定子槽(1-8)的开口远离圆弧的圆心处；所述永磁体(1-5)设置在所述第二叠层段(1-7)与第一叠层段(1-6)之间，任意所述定子单元(1-3)的相邻两个永磁体(1-5)的极性相反；所述绕组包括k个绕组模块(3),所述绕组模块(3)包括m个绕组单元(3-1)，m个所述绕组单元(3-1)具体为m相绕组；各所述绕组单元(3-1)包括两个绕组线圈，各所述绕组单元(3-1)的两个绕组线圈分别嵌入在两段定子中对应的一对定子单元(1-3)上的四个定子槽(1-8)内，且处于同一绕组线圈内、两段定子上的一对永磁体(1-5)极性相反。可选的，所述转子包括多个转子凸极(2-1)，所述转子凸极(2-1)的数量与所述定子槽(1-8)的数量相匹配；其匹配关系式为：其中，θ1为两个相邻所述转子凸极(2-1)之间对应的机械角，θ2为相邻所述第二叠层段(1-7)的定子槽(1-8)与所述第一叠层段(1-6)的定子槽(1-8)之间对应的机械角，θ3为同一定子单元(1-3)中相邻所述永磁体(1-5)之间对应的机械角，θ4为相邻所述定子单元(1-3)之间对应的机械角，p为所述转子凸极(2-1)的数量，m为所述绕组单元(3-1)的相数，i、j、l、n为参考系数，i、j、n为非负整数，l取值为0或1。可选的，所述两段定子、两段转子和绕组构成两段电机，所述两段电机具体为一段电机、二段电机；一段电机反电势的表达为：二段电机反电势的表达为：电机总反电势的表达式为：其中，E1，E2，E分别表示一段电机反电势、二段电机反电势和电机总反电势，Em(2n-1)，Em2n分别表示反电势奇次谐波幅值和反电势偶次谐波幅值，分别表示反电势奇次谐波相位和反电势偶次谐波相位，n表示正整数，ω表示电角速度；一段电机齿槽转矩的表达为：二段电机齿槽转矩的表达为：电机总齿槽转矩的表达为：其中，Tcog1，Tcog2，Tcog分别表示一段电机齿槽转矩、二段电机齿槽转矩和电机总齿槽转矩，Tcm(2n-1)，Tcm(2n)分别表示齿槽转矩奇次谐波幅值和齿槽转矩偶次谐波幅值，分别表示齿槽转矩奇次谐波相位和齿槽转矩偶次谐波相位。可选的，各所述定子单元(1-3)中的两块永磁体(1-5)周向充磁方向相反。可选的，所述所述绕组(3)的反电势相位不变。可选的，所述连接块(1-4)为非磁性材料。可选的，所述定子、所述转子均由多个硅钢片叠压而成。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：1)、本专利技术将定转子分成两段，两段转子之间圆周方向互相错开反电势半个周期所对应的机械角，同时将两段定子中正对的一对永磁体设置为相反极性，在保证输出平均转矩和反电势的有效值不变的情况下，削弱齿槽转矩和转矩波动中的奇次谐波，降低反电势中的偶次谐波。2)、本专利技术将每段定子分成k个定子模块，每个定子模块分为n个定子单元，每个定子单元都将所述第二叠层段和第一叠层段相结合，从而降低了每相绕组间的磁路耦合，提高了容错能力和永磁体利用效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例转子错极模块化外转子开关磁通电机的总体结构示意图；图2为本专利技术实施例转子错极模块化外转子开关磁通电机的转子结构示意图；图3为本专利技术实施例转子错极模块化外转子开关磁通电机的定子结构示意图；图4为本专利技术实施例转子错极模块化外转子开关磁通电机的绕组示意图；图5为本专利技术实施例转子错极模块化外转子开关磁通电机的定子结构与绕组相组合的结构示意图；图6为本专利技术实施例转子错极模块化外转子开关磁通电机的横截面示意图；图7为本专利技术实施例一种转子错极模块化外转子开关磁通电机的总体结构主视图；图8为转子错极模块化外转子开关磁通电机分段后两段电机A相无负载反电势、电机合成无负载反电势及分段前电机无负载反电势示意图；图9为转子错极模块化外转子开关磁通电机分段前后A相无负载反电势傅里叶谐波分析的各谐波幅值对比示意图；图10为转子错极模块化外转子开关磁通电机分段前后齿槽转矩波形及其傅里叶谐波分析的各谐波幅值对比示意图；图11为转子错极模块化外转子开关磁通电机分段前后输出转矩波形及其傅里叶谐波分析的各谐波幅值对比示意图。定子结构1一号定子段1-1二号定子段1-2定子单元1-3连接块1-4永磁体1-5第一叠层段1-6第二叠层段1-7定子槽1-8转子结构2转子凸极2-1一号转子段2-2二号转子段2-3绕组模块3绕组单元3-1第一绕组线圈3-1-1第二绕组线圈3-1-2具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转子错极模块化外转子开关磁通电机，其特征在于，包括两段定子、两段转子和一套绕组(3)；所述两段定子为轴向同心连接；所述两段转子为轴向同心连接且所述两段转子圆周方向错开反电势半个周期所对应的机械角设置；每段定子包括k个定子模块，各所述定子模块包括m个定子单元(1‑3)和m个连接块(1‑4)，所述连接块(1‑4)设置在两个所述定子单元(1‑3)之间，其中，k为大于等于1的整数，m为大于等于3的整数；所述定子单元(1‑3)包括：一个第一叠层段(1‑6)、两个第二叠层段(1‑7)以及永磁体(1‑5)，所述第一叠层段(1‑6)设置在相邻两个第二叠层段(1‑7)之间；在所述第一叠层段(1‑6)上开设两个定子槽(1‑8)，在所述第二叠层段(1‑7)上开设一个定子槽(1‑8)，各所述定子槽(1‑8)的开口远离圆弧的圆心处；所述永磁体(1‑5)设置在所述第二叠层段(1‑7)与第一叠层段(1‑6)之间，任意所述定子单元(1‑3)的相邻两个永磁体(1‑5)的极性相反；所述绕组包括k个绕组模块(3),各所述绕组模块(3)包括m个绕组单元(3‑1)，m个所述绕组单元(3‑1)具体为m相绕组；各所述绕组单元(3‑1)包括两个绕组线圈，各所述绕组单元(3‑1)的两个绕组线圈分别嵌入在两段定子中对应的一对定子单元(1‑3)上的四个定子槽(1‑8)内，且处于同一绕组线圈内、两段定子上的一对永磁体(1‑5)极性相反。...

【技术特征摘要】
1.一种转子错极模块化外转子开关磁通电机，其特征在于，包括两段定子、两段转子和一套绕组(3)；所述两段定子为轴向同心连接；所述两段转子为轴向同心连接且所述两段转子圆周方向错开反电势半个周期所对应的机械角设置；每段定子包括k个定子模块，各所述定子模块包括m个定子单元(1-3)和m个连接块(1-4)，所述连接块(1-4)设置在两个所述定子单元(1-3)之间，其中，k为大于等于1的整数，m为大于等于3的整数；所述定子单元(1-3)包括：一个第一叠层段(1-6)、两个第二叠层段(1-7)以及永磁体(1-5)，所述第一叠层段(1-6)设置在相邻两个第二叠层段(1-7)之间；在所述第一叠层段(1-6)上开设两个定子槽(1-8)，在所述第二叠层段(1-7)上开设一个定子槽(1-8)，各所述定子槽(1-8)的开口远离圆弧的圆心处；所述永磁体(1-5)设置在所述第二叠层段(1-7)与第一叠层段(1-6)之间，任意所述定子单元(1-3)的相邻两个永磁体(1-5)的极性相反；所述绕组包括k个绕组模块(3),各所述绕组模块(3)包括m个绕组单元(3-1)，m个所述绕组单元(3-1)具体为m相绕组；各所述绕组单元(3-1)包括两个绕组线圈，各所述绕组单元(3-1)的两个绕组线圈分别嵌入在两段定子中对应的一对定子单元(1-3)上的四个定子槽(1-8)内，且处于同一绕组线圈内、两段定子上的一对永磁体(1-5)极性相反。2.根据权利要求1所述的转子错极模块化外转子开关磁通电机，其特征在于，所述转子包括多个转子凸极(2-1)，所述转子凸极(2-1)的数量与所述定子槽(1-8)的数量相匹配；其匹配关系式为：其中，θ1为两个相邻所述转子凸极(2-1)之间对应的机械角，θ2为相邻所述第二叠层段(1-7)的定子槽(1-8)与所述第一叠层...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵静，郑雲，朱聪聪，刘向东，陈浩，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11