[发明专利]具有8/4槽极比的单绕组BL-BLDC拓扑结构

说明书

具有8/4槽极比的单绕组BL‑BLDC拓扑结构，包括内定子和外转子；内定子包括定子铁芯和定子齿线圈绕组，定子铁芯的外表面均匀分布有8个定子齿，相临的定子齿之间围成一个定子槽；定子齿线圈绕组由8个定子齿线圈组成，每个定子齿线圈绕设在一个定子齿上，相间隔的四个定子齿线圈为一组，按四相星型连接后构成两个四相对称星型线圈组，每个四相对称星型线圈组的未端共同连接，其首端连接一个四相逆变器；外转子包括转子铁芯和四个瓦片形永磁磁钢组成，转子铁芯套设在定子铁芯的外侧，四个瓦片形永磁磁钢交替极性贴覆在外转子的内侧表面上。该专利适用于需要兼顾磁悬浮力、电磁转矩的共同提高，而且具有良好解耦控制性能的无轴承无刷直流电机技术领域。

技术领域

本发明涉及新型特种交流电机及其驱动控制技术领域，尤其适用于需要兼顾提高磁悬浮力和电磁转矩的无刷直流电机无轴承磁悬浮运行控制应用场合，具体说的是具有8/4槽极比的单绕组BL-BLDC拓扑结构。

背景技术

关于“无轴承无刷直流电机”（简称BL-BLDC），国内外已对双绕组结构BL-BLDC（简称“双绕组BL-BLDC”）进行过研究，在其转矩控制方面，基本沿用了传统无刷直流电机的“三相二通”工作模式；而在其转子磁悬浮控制方面，已在磁悬浮力精确建模、定/转子结构、磁悬浮性能分析和控制策略等方面进行过研究。但是，“双绕组BL-BLDC”存在的主要问题在于：若同齿的转矩绕组与悬浮绕组同时通电，将导致电磁转矩与可控磁悬浮力之间的高度耦合，而若同齿的转矩绕组与悬浮绕组不同时通电，可控磁悬浮力的提升空间较小；独立磁悬浮绕组的存在，降低了转矩绕组的占槽率，导致电机的功率密度也比较低。因此，探索能兼顾提高磁悬浮力和电机功率密度的单绕组结构BL-BLDC（简称“单绕组BL-BLDC”），并使所有定子齿线圈同时工作，就成了问题解决的关键，也是BL-BLDC走上实用化发展道路的必然途径。

文献和专利检索结果表明：关于“单绕组BL-BLDC”技术，国外也尚处于起步阶段、文献资料很少，而国内尚未见相关技术资料。自2011年以来，日本研究和提出了一种具有12/6槽极比的“单绕组BL-BLDC”结构，但其相比“双绕组BL-BLDC”结构，无法有效提高电机功率密度，而且其驱动逆变器的成本高、存在直流侧不均压问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有8/4槽极比的单绕组BL-BLDC拓扑结构，兼顾磁悬浮力、电磁转矩的共同提高，而且具有良好解耦控制性能。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：具有8/4槽极比的单绕组BL-BLDC拓扑结构，包括内定子和外转子；

内定子包括定子铁芯和定子齿线圈绕组，定子铁芯的外表面均匀分布有8个定子齿，相临的定子齿之间围成一个定子槽，相临定子槽之间的距角宽度为45度；定子齿线圈绕组由8个定子齿线圈组成，每个定子齿线圈绕设在一个定子齿上，相间隔的四个定子齿线圈为一组，按四相星型连接后构成两个四相对称星型线圈组，每个四相对称星型线圈组的未端共同连接为该四相对称星型线圈组的中点，其首端连接一个四相逆变器；

外转子包括转子铁芯和四个瓦片形永磁磁钢组成，转子铁芯套设在定子铁芯的外侧，四个瓦片形永磁磁钢交替极性贴覆在外转子的内侧表面上，永磁磁钢的厚度为5至10倍的电机气隙长度，永磁磁钢的极弧宽度为70度至80度机械角度。

定子槽为梨形槽，定子齿为等宽定子齿。

定子槽的槽底部为圆弧形，圆弧的原点设置在定子槽的槽截面中心线上。

本发明的有益效果是：

本发明给出的具有8/4槽极比的单绕组BL-BLDC结构，其优点和积极效果有以下几个方面：

1）采用本专利具有8/4槽极比的单绕组BL-BLDC结构方案，在任意时刻、任意转子位置，每个定子齿及其齿线圈要么仅用于控制电磁转矩，要么仅用于控制磁悬浮力，因此能够有效降低转矩系统与磁悬浮系统之间的电磁耦合度，从电机结构上实现电磁转矩与磁悬浮力之间的良好解耦控制性能。