[发明专利]一种单层集中绕组直流注入型游标磁阻电机

说明书

本发明公开了一种单层集中绕组直流注入型游标磁阻电机，其包括定子(1)、转子(2)以及绕组(3)，其中，所述定子(1)和转子(2)均为凸极结构；其特征在于，所述绕组(3)为单层分数槽非重叠集中绕组，且绕组中电流包括正弦交流分量和直流分量，其中，所述正弦交流分量用于产生旋转磁势，直流分量用于产生旋转磁场。本发明的磁阻电机为单层绕组，无需相间绝缘，与现有技术相比，可以提高槽满率，进而提高电机转矩密度；此外，与现有技术相比，本发明提出的磁阻电机的定子Z₁和转子槽数Z₂的最小公倍数增大，转矩脉动减小到30％以下。

技术领域

本发明属于磁阻电机领域，更具体地，涉及一种单层集中绕组直流注入型游标磁阻电机。

背景技术

永磁电机具有高功率密度、高效率、高功率因数等优点，在伺服系统、电动汽车驱动系统、风力发电等场合，已经得到了广泛的应用。然而，永磁电机的永磁体，尤其是稀土永磁，价格昂贵，价格波动大，造成永磁电机系统的成本较高，在一些对成本比较敏感的应用场合，永磁电机的应用受到了限制。此外，由于永磁磁链难以调节，在短路等故障情况下难以灭磁，永磁电机在航空航天等领域的应用也比较受限。

因此，非永磁的电机，包括传统的开关磁阻电机、同步磁阻电机、异步电机等，在一些特殊应用场合，仍然具有很重要的应用地位。

同步磁阻电机和异步电机的定子绕组一般都为传统的重叠绕组，绕组端部长且重叠，由于端部不能起到能量转换的部分，因此较长的端部一方面降低了电机的功率密度，又增加了电机的铜材料的消耗；此外，重叠绕组无法采用自动化下线，嵌线成本较高。

而开关磁阻电机虽然采用的是单齿绕重叠绕组，但由于其特有的供电方式，在开关关断瞬间，存在较大的电流尖峰，因此电机的振动和噪声很大，此外，电机的转矩脉动也较大。这些缺点影响了开关磁阻电机在某些对振动和噪声要求较高的场合的使用。

为了克服磁阻电机的上述缺陷，文献“Integrated field and armature currentcontrol strategy for variable flux reluctance machine using open winding”(Z.Zhu,B.Lee,and X.Liu,IEEE Trans.Ind.App.,2015.)公开了一种变磁通磁阻电机，该磁阻电机包括转子铁心、定子铁心以及三相单齿绕双层非重叠集中绕组，该电机的驱动电路采用开绕组逆变器结构，绕组中的电流表达式为：

该磁阻电机存在如下不足：

(1)该磁阻电机的绕组为双层绕组，定子槽内需要敷设相间的绝缘，占用了一部分槽内空间，槽满率不高，因此电机的转矩密度不高；

(2)该磁阻电机转矩脉动比较大，超过了60％。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种单层集中绕组直流注入型游标磁阻电机，该磁阻电机采用单层分数槽非重叠集中绕组，且绕组中电流包括正弦交流分量和直流分量，所述正弦交流分量用于产生旋转磁势，所述直流分量用于产生旋转磁场。本发明的磁阻电机为单层绕组，无需相间绝缘，与现有技术相比，可以提高槽满率，进而提高电机转矩密度；此外，与现有技术相比，本发明提出的磁阻电机的定子Z₁和转子槽数Z₂的最小公倍数增大，转矩脉动减小到30％以下。

为实现上述目的，本发明提供了一种单层集中绕组直流注入型游标磁阻电机，其包括定子、转子以及绕组，其中，所述定子和转子均为凸极结构；

其特征在于，所述绕组为单层分数槽非重叠集中绕组，且绕组中电流包括正弦交流分量和直流分量。