【技术实现步骤摘要】
一种基于不等距调制齿的游标永磁电机及其高转矩设计方法
[0001]本专利技术涉及一种基于不等距调制齿的游标永磁电机及其高转矩设计方法，在 电机设计中，将游标永磁电机的调制齿设计为不等距调制齿结构，以产生气隙中 额外极对数的谐波，从而提高电机的转矩输出。本专利技术属于电工、电机领域。
技术介绍
[0002]传统的游标永磁电机基于磁齿轮调制效应运行，具有低速大转矩的特性，适 用于直驱式系统。然而，电动拖拉机等对转矩要求特别高的领域对游标永磁电机 的转矩密度提出了更高的要求。
[0003]为增加游标永磁电机的转矩密度，通常可以通过改变永磁体安装方案，以增 加励磁磁场强度。例如，采用径向充磁式永磁体安装方式，基于永磁磁场的聚磁 效应，可有效增加永磁励磁磁场强度，以此改善电机的转矩输出能力，但该类电 机转子外侧永磁极间漏磁严重，降低了永磁体利用率；采用Halbach永磁阵列， 不仅可以改善励磁磁场波形系数，降低转矩脉动，而且得益于Halbach永磁阵列 的单侧聚磁效应，能有效提升电机转矩密度，但Halbach永磁阵列的加工和生...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于不等距调制齿的游标永磁电机，其特征在于，包括内定子、外转子和转轴；内定子和外转子中间设有气隙；所述内定子包括定子轭部铁心(1)、定子齿(2)、定子槽(3)、小调制齿(4)和大调制齿(5)；定子槽(3)内安装有电枢绕组(6)，相邻两个定子齿(2)上分别安装有2个不等距小调制齿(4)和3个不等距大调制齿(5)，相邻两个不等距大调制齿(5)之间的距离相等，但该距离和相邻两个不等距小调制齿(4)之间的距离不等，从而构成了不等距调制齿结构；所述外转子包括转子铁心(7)和永磁体(8)，永磁体采用表贴式结构，表贴于转子铁心(7)表面。2.根据权利要求1所述的一种基于不等距调制齿的游标永磁电机，其特征在于，永磁体(8)采用径向充磁，且相邻永磁体充磁方向相反。3.根据权利要求1所述的一种基于不等距调制齿的游标永磁电机，其特征在于，永磁体(8)可采用钕铁硼、钐钴等永磁材料。4.根据权利要求1所述的一种基于不等距调制齿的游标永磁电机，其特征在于，内定子铁心和外转子铁心均采用硅钢片叠压而成。5.根据权利要求1所述的一种基于不等距调制齿的游标永磁电机，其特征在于，内定子铁心由1个定子轭部铁心(1)、12个定子齿(2)、12个定子槽(3)、12个不等距小调制齿(4)和18个不等距大调制齿(5)构成。6.一种基于不等距调制齿的游标永磁电机高转矩设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：先对传统等距调制齿电机分析，根据永磁体排列示意图和永磁励磁磁动势波形，利用离散傅里叶变换并考虑转子的旋转，可得永磁励磁磁动势F
PM
随圆周位置θ的表达式为：其中，θ表示转子圆周位置，ω
r
表示转子旋转的机械角速度，F
PMj
表示j次谐波分量幅值；P
PM
为永磁体极对数；步骤2)：传统游标永磁电机采用的是等距调制齿结构，即每个调制齿之间的间距相同，设调制齿总个数为N
mt
，分为N
mt
组，即调制齿气隙磁导的傅里叶周期数为N
mt
，则傅里叶周期为：结合步骤1)公式并利用离散傅里叶变换并可得气隙磁导随圆周位置θ的表达式为：其中，Λ0表示气隙磁导的直流分量，Λ
k
表示k次谐波分量的幅值；所以，传统游标永磁电机的气隙磁密表达式为：
由上式可知：谐波主要有三种，极对数分别为jP
PM
、kN
mt
‑
jP
PM
和kN
mt
+jP
PM
，将其定义为谐波Ⅰ类、谐波Ⅱ类和谐波Ⅲ类；步骤3)：根据电机学基本理论，电机的转矩输出大小由磁链大小决定，传统游标永磁电机的第一个线圈的磁链ψ1可表达为：其中，H1为传统游标永磁电机中谐波Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类的谐波集合，B
imax
为i次谐波的磁密幅值，r
s
为电机的气隙直径，l
a
为电机的轴长，N为电机的线圈匝数，t为时间，θ
i
(t)为i次谐波在t时刻的相位，θ1‑1和θ1‑2分别表示第1个线圈两条边的角度；为实现永磁游标电机低速大转矩运行，通常将调制齿数量N
mt
设计为略大于永磁极对数P
PM
，此时，三类谐波的极对数关系如下：kN
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