一种表嵌永磁式双定子混合励磁电机及其设计分析方法、气隙磁场谐波的性能优化方法技术

本发明专利技术公开一种表嵌永磁式双定子混合励磁电机及其设计分析方法、气隙磁场谐波的性能优化方法，通过双定子、表嵌式永磁体的结构，构建两条并联磁路，即永磁磁场磁路、励磁磁场磁路，减少永磁体之间的极间漏磁的同时降低了励磁磁场磁路的磁阻，从而提升了电机的转矩以及调磁能力，确立了极槽配合的选取原则，根据电机结构及永磁磁场、励磁绕组磁场磁路的分布，建立等效气隙模型，构建基于等效气隙原理的性能分析方法；通过等效气隙模型，计算磁动势、调制算子的解析式，推导空载气隙磁密、反电势等电磁性能的表达式，分析关键气隙磁场谐波对于反电势的贡献。根据气隙磁场谐波分析，创建基于气隙磁场谐波的性能优化方法，实现了电机性能的优化。能的优化。能的优化。

【技术实现步骤摘要】
一种表嵌永磁式双定子混合励磁电机及其设计分析方法、气隙磁场谐波的性能优化方法


[0001]本专利技术涉及到双定子混合励磁电机设计和优化方法，属于电机设计领域，具体适用于船舶推进，风力发电航空航天、机器人和电动汽车等要求高转矩高可靠性的电机系统。

技术介绍

[0002]随着国家工控行业技术的不断发展，永磁电机因其具有高转矩密度、高效率、高功率密度等特性在风力发电、航空航天、伺服控制、电动汽车等领域获得了广泛的应用。相较于传统的减速器以及齿轮驱动的方式，永磁电机可以直接应用于直接驱动的场合，摒弃了减速器和齿轮箱等工具，在提升系统可靠性的同时还降低了维护成本，受到了企业的广泛追捧。但是，由于永磁电机无法调节其恒定的磁场，在多工况运行的场合应用受限。因此，混合励磁电机被提出用于解决磁场调节受限的问题。通过施加不同的励磁电流，混合励磁电机可以实现高转矩密度运行以及高速运行的不同需求。
[0003]中国专利技术专利申请号202210013863.7公开了一种新型混合励磁双凸极电机，所述电机的永磁体、电枢绕组以及励磁绕组都位于定子上，励磁磁场磁路必定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表嵌永磁式双定子混合励磁电机，其特征在于：该电机包括外定子(1)、转子(2)、内定子(3)、电枢绕组(4)、励磁绕组(5)；电枢绕组(4)、励磁绕组(5)分别缠绕于外定子(1)和内定子(3)上，外气隙位于外定子(1)和转子(2)之间，内气隙位于内定子(3)和转子(2)之间；所述外定子(1)齿采用梯形极靴，槽型采用近似于梨形槽；所述转子(2)由多个相互断开的凸极构成，每个凸极的内外侧弧度不同，相邻凸极中间为非导磁区域，通过在非导磁区域中填充环氧树脂，将相互断开的凸极连成一个整体；每个内定子(3)齿端部开了n
‑
1个圆弧形槽，每个圆弧形槽的内外侧弧度皆相同，形成了n个大小不等的调制极(7)，构成多调制极设计；槽内嵌入了充磁方向为指向气隙或远离气隙的永磁体(6)，同一定子齿上的n
‑
1个永磁体(6)的充磁方向相同，相邻定子齿上的n
‑
1个永磁体(6)充磁方向相反，构成表嵌式永磁体结构；所述电枢绕组(4)与励磁绕组(5)均为双层分数槽集中绕组，电枢绕组(4)连接方式为正向串接，励磁绕组(5)连接方式为反向串接。2.根据权利要求1所述的一种表嵌永磁式双定子混合励磁电机，其特征在于，所述外定子(1)和内定子(3)齿数均为N
s
，内外定子齿的中心线相差π/N
s
的角度差，转子(2)凸极数与内外定子齿数存在以下关系：N
r
＝nN
s
±
Q(1≤Q≤3,1≤n≤4)式中，N
r
代表转子极数，n代表每个内定子齿端部的调制极个数，N
s
代表内定子(外定子)齿数，同时N
s
＝cz，c为相数，Q、z为正整数。3.一种表嵌永磁式双定子混合励磁电机设计分析方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤1：在仅考虑永磁磁场或者励磁绕组磁场的情况下，根据定转子齿槽结构、永磁磁场磁路及励磁绕组磁场磁路，推导与外气隙永磁磁动势及励磁绕组磁动势相关的分布函数k
os
(θ)，k
r
(θ,t)，在外气隙圆周方向上外定子齿(1)与转子(2)凸极相互重合的区域即为外气隙磁动势主要分布范围，磁动势分布函数为k
os
(θ)k
r
(θ,t)；步骤2：将外气隙磁动势分布函数分别与永磁绕组磁动势幅值F
pm
、励磁绕组磁动势幅值F
fw
相乘，得到永磁磁动势F1(θ,t)、励磁绕组磁动势F2(θ,t)；步骤3：在仅考虑永磁磁场或者励磁绕组磁场的情况下，分析外定子(1)槽、转子(2)槽内的理想化磁路，虽然永磁磁场、励磁绕组磁场磁路不同，但它们在经过转子槽及外定子槽时路径是重叠的，故两种情况下的理想化磁路是相同的，可以做如下假设：外定子(1)槽可视为一个无限深槽，槽内理想化磁路可等效为从外定子(1)槽口引出的并联曲线τ
os1
、τ
os2
；由于转子(2)厚度有限，转子(2)槽内理想化磁路则等效为从转子(2)外侧槽口引出的并联曲线τ
or1
、τ
or2
、τ
or3
；根据上述分析，推导出外定子(1)调制算子M
os
、转子(2)的调制算子M
or
；步骤4：在仅考虑永磁磁场的情况下，内定子(3)槽内理想化磁路可被等效一条贯穿永磁体的直线，然后根据磁路分析推导出内定子(3)调制算子在仅考虑励磁绕组磁场的情况下，内定子(3)上的永磁体应被视为空气，其槽内理想化磁路可等效为从永磁体槽口引出的并联曲线τ
is1
、τ
is2
、τ
is3
，然后根据磁路分推导内定子(3)调制算子步骤5：将永磁磁动势F1(θ,t)、励磁绕组磁动势F2(θ,t)分别与对应的调制算子、气隙磁导μ0/g相乘，计算出永磁气隙磁密B
pm
、励磁绕组气隙磁密B
fw
，并推导出永磁磁场谐波阶次P
aw
、励磁绕组磁场谐波阶次P
dc
；步骤6：根据永磁气隙磁密、励磁绕组气隙磁密，计算本发明在永磁磁场单独作用下的
反电势E
pm
、在励磁绕组磁场单独作用下的反电势E
fw
、增磁模式下的反电势E
fe
。4.根据权利要求3所述一种表嵌永磁式双定子混合励磁电机设计分析方法，其特征在于，步骤1中与永磁磁动势及励磁绕组磁动势相关的分布函数k
os
(θ)、k
r
(θ，t)的表达式为：(θ，t)的表达式为：式中，N
r
代表转子极数，k
os
(θ)为与外定子设计参数相关的函数，k
r
(θ，t)为与转子设计参数相关的函数，k1、k2为正整数，k1∈[0，N
os
‑
1]，k2∈[0，N
r
‑
1]，N
os
为外定子齿数，θ
os
为外定子齿弧度，θ
ro
为转子凸极外侧弧度，ω
r
为机械角速度，t为时间，θ为转子位置角。5.根据权利要求3所述一种表嵌永磁式双定子混合励磁电机设计分析方法，其特征在于，步骤2中永磁磁动势幅值F
pm
、励磁绕组磁动势F
fw
幅值的表达式为：式中，B
r
为剩磁，h
pm
为永磁体厚度，μ0为真空磁导率，μ
r
为相对磁导率，n
dc
为励磁绕组匝数，I
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐亮，朱鑫宇，蒋婷婷，赵文祥，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：