本发明专利技术公开了一种基于磁齿轮效应的高转矩密度双绕组永磁电机，涉及电机技术领域。本发明专利技术包括定子铁芯、基波绕组、谐波绕组、调制单元、永磁转子；所述定子铁芯内表面开有半闭口槽，槽内放置两套互不耦合且极对数相异的绕组，其中一套为基波绕组，另一套为谐波绕组；所述调制单元由非导磁块与导磁块沿圆周交替排列组成，与定子铁芯内表面相连，仅调制单元与永磁转子之间存在气隙；所述永磁转子为聚磁式永磁转子，包括切向励磁永磁体和隔磁槽结构。本发明专利技术设计两套绕组可高效利用谐波磁场和基波磁场，采取独立调制单元实现电机最优调制比，单气隙结构有利于提高电机的工作磁密，有效增加了电机驱动系统的转矩密度。效增加了电机驱动系统的转矩密度。效增加了电机驱动系统的转矩密度。
【技术实现步骤摘要】
一种基于磁齿轮效应的高转矩密度双绕组永磁电机
[0001]本专利技术涉及电机
，具体为一种基于磁齿轮效应的高转矩密度双绕组永磁电机。
技术介绍
[0002]永磁电机具有高功率密度、高效率和可控性好的优点，已广泛应用于新能源汽车、舰船推进、航空航天等工业领域，对电机转矩密度提出了更高的需求。传统永磁电机主要通过提升电负荷或磁负荷方式实现高转矩密度，单纯增大电枢电流提升电负荷会产生去磁和增磁作用，最终影响到电机静态特性的优劣；提升电机磁负荷通常增加永磁体体积或采取聚磁式永磁转子结构，但也存在永磁体利用率低，转矩脉动高的缺点。近年来，基于磁齿轮效应游标永磁电机、磁齿轮复合永磁电机逐渐兴起，将磁齿轮与传统永磁电机相结合，利用磁场增速提升电机转矩输出能力，基于磁齿轮效应游标永磁电机的转矩密度提升带来了功率因数较低的问题，所需变流器容量增加，导致电机系统的成本和体积增大，此外这些方案也仅利用了单一的谐波磁场和部分基波磁场作功，忽略了部分基波和其余谐波磁场，为此，本专利技术提出一种基于磁齿轮效应的高转矩密度双绕组永磁电机。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于磁齿轮效应的高转矩密度双绕组永磁电机，用于克服传统永磁电机无法利用谐波和常规磁齿轮效应永磁电机无法同时高效利用谐波和基波作功的缺陷，提高永磁电机驱动系统的转矩密度。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于磁齿轮效应的高转矩密度双绕组永磁电机，包括：
[0005]定子铁芯，所述定子铁芯内表面开有半闭口槽，所述半闭口槽内安装有基波绕组和谐波绕组，基波绕组和谐波绕组之间互不耦合且极对数不等；
[0006]调制单元，安装在所述定子铁芯的内表面，所述调制单元包括非导磁块与导磁块，且非导磁块与导磁块沿圆周交替排列布设；
[0007]永磁转子，转动连接在所述定子铁芯的内部，所述永磁转子上安装有切向励磁永磁体，所述永磁转子的侧壁上开设有隔磁槽，且隔磁槽位于切向励磁永磁体靠近永磁转子中心的一端。
[0008]进一步地，所述基波绕组与谐波绕组均为星型链接方式，基波绕组产生的电枢磁场与永磁转子产生的基波励磁磁场耦合产生基波转矩分量，谐波绕组匝链差调制谐波磁场产生谐波转矩分量。
[0009]进一步地，所述基波绕组与谐波绕组相电流角频率相同、相序相反，且二者采取同一四象限变流器进行驱动。
[0010]进一步地，所述调制单元与定子铁芯之间不存在气隙，其仅与永磁转子之间存在气隙。
[0011]进一步地，所述基波绕组极对数P、谐波绕组极对数Q与导磁块极数N
s
满足以下条件：
[0012]N
s
＝(1+2n)Q或N
s
＝(1+3n)Q
[0013]N
s
＝P+Q
[0014]式中，n＝1,2,3
…
。
[0015]进一步地，所述基波绕组及谐波绕组产生的电枢磁场均与永磁转子产生的励磁磁场作用产生电磁转矩，分别为基波转矩分量T
f
与谐波转矩分量T
h
，总电磁转矩T
r
满足：
[0016][0017]其中e
i
(t)和e
j
(t)分别为基波绕组和谐波绕组相反电动势，i
i
(t)和i
j
(t)分别为基波绕组和谐波绕组相电流，i＝A/B/C，j＝U/V/W，ω
r
为永磁转子角转速。
[0018]进一步地，所述永磁转子角转速ω
r
、基波绕组电枢磁场角转速ω
f
、谐波绕组电枢磁场角转速ω
h
、基波绕组极对数P、调制单元导磁块极数为N
s
、基波绕组电流频率f
s
和谐波绕组电流频率f
h
满足：
[0019][0020]f
s
＝f
h
。
[0021]进一步地，所述切向励磁永磁体具备传统辐条式永磁转子聚磁效应，切向励磁永磁体底部与隔磁槽具备单边磁屏蔽效应。
[0022]进一步地，所述永磁转子聚磁式转子类型采用辐条式转子、内嵌式转子、交替极式转子、V型转子、内置V一型转子、U型转子、Halbach型转子、辐条式与内嵌式混合型转子中的一种。
[0023]本专利技术至少具备以下有益效果：
[0024](1)针对永磁电机现有技术均无法有效利用气隙谐波磁场，导致转矩密度提升空间没有得到充分利用，本专利技术将极对数相异的两套绕组放在同一定子上，高效利用永磁电机的基波和谐波磁场作功，克服了传统永磁电机无法利用谐波和常规基于磁齿轮效应永磁电机无法同时高效利用谐波和基波作功的缺陷，有效地提高了永磁电机驱动系统的转矩密度。
[0025](2)针对现有基于磁齿轮效应永磁电机技术中磁路磁阻大，转矩输出能力低的问题，本专利技术在定子和转子之间增加了独立调制单元结构，形成磁齿轮转矩增大效应，调制单元导磁块和非导磁块复合后嵌入定子内侧，取消了定子与调磁环之间的气隙，形成基于磁齿轮效应单气隙永磁电机结构，降低结构复杂度与工艺成本，减小磁通路径磁阻，增大气隙磁密。
[0026](3)针对现有永磁电机技术中双绕组采取两套驱动器，导致电机驱动系统体积大及成本高的问题，本专利技术定子两套极对数相异的独立绕组，不存在直接耦合，通过同一四象限变流器集中驱动，提高电机驱动系统的转矩密度，且永磁转子为切向励磁与径向励磁交替排布的聚磁式结构，有利于提升电机磁负荷，减小端部漏磁，改善气隙磁通密度，提升了转子永磁材料的利用率，并且增加了永磁转子机械强度与系统可靠性。
[0027]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0028]图1是本专利技术整体结构示意图；
[0029]图2是本专利技术中基波绕组与永磁转子构成常规永磁同步电机效应示意图；
[0030]图3是本专利技术中谐波绕组与调制单元及永磁转子构成磁齿轮复合电机效应示意图；
[0031]图4是本专利技术中调制单元结构图；
[0032]图5是本专利技术中永磁转子结构示意图；
[0033]图6是图1整体结构中对应电机的驱动系统拓扑结构示意图；
[0034]图7是图1整体结构中对应电机的基波绕组与谐波绕组串并式联接方式示意图；
[0035]图8(a)为图1对应电机绕组并联式联接示意图；
[0036]图8(b)为图1对应电机绕组串联式联接示意图；
[0037]图9是基波绕组、谐波绕组及气隙磁场关系；
[0038]图10是额定状态下图1整体结构中对应电机电磁转矩与常规永磁同步电机电磁转矩；
[0039]图11是图1整体结构中对应电机基波绕组与谐波绕组的感应电动势；
[0040]图12是图1整体结构中对应电机基波绕组与谐波绕组的自感与互感。
[0041]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于磁齿轮效应的高转矩密度双绕组永磁电机，其特征在于，包括：定子铁芯(1)，所述定子铁芯(1)内表面开有半闭口槽，槽内安装有基波绕组(2)和谐波绕组(3)，基波绕组(2)和谐波绕组(3)之间互不耦合且极对数不等；调制单元(4)，安装在所述定子铁芯(1)的内表面，所述调制单元(4)包括非导磁块(9)与导磁块(8)，且非导磁块(9)与导磁块(8)沿圆周交替排列布设；永磁转子(5)，转动连接在所述定子铁芯(1)的内部，所述永磁转子(5)上安装有切向励磁永磁体(6)，所述永磁转子(5)的侧壁上开设有隔磁槽(7)，且隔磁槽(7)位于切向励磁永磁体(6)靠近永磁转子(5)中心的一端。2.根据权利要求1所述的一种基于磁齿轮效应的高转矩密度双绕组永磁电机，其特征在于：所述基波绕组(2)与谐波绕组(3)均为星型链接方式，基波绕组(2)产生的电枢磁场与永磁转子(5)产生的基波励磁磁场耦合产生基波转矩分量，谐波绕组(3)匝链差调制谐波磁场产生谐波转矩分量。3.根据权利要求2所述的一种基于磁齿轮效应的高转矩密度双绕组永磁电机，其特征在于：所述基波绕组(2)与谐波绕组(3)相电流角频率相同、相序相反，且二者采取同一四象限变流器(10)进行驱动。4.根据权利要求1所述的一种基于磁齿轮效应的高转矩密度双绕组永磁电机，其特征在于：所述调制单元(4)与定子铁芯(1)之间不存在气隙，其仅与永磁转子(5)之间存在气隙。5.根据权利要求3所述的一种基于磁齿轮效应的高转矩密度双绕组永磁电机，其特征在于：所述基波绕组(2)极对数P、谐波绕组(3)极对数Q与导磁块(8)极数N
s
满足以下条件：N
s
＝(1+2n)Q或N
s
＝(1+3n)QN
s
＝P+Q式中，n＝1,2,3
…
。6.根据权利要求5所述的一种基于磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建忠，王绍帅，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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