[发明专利]一种多运行模式的变绕组裂齿式永磁同步游标电机

说明书

本发明提供了一种多运行模式的变绕组裂齿式永磁同步游标电机，属于电机领域。本发明电机的永磁体可采用表贴、内置或内嵌等多种安装方式，以产生电机运行所需的永磁励磁磁场；定子铁心采用裂齿式结构，且相邻两个定子齿上的分裂小齿个数不同，进而构成非均匀调制齿结构，基于非均匀调制齿对永磁磁场的调制作用，产生具有不同极对数的励磁磁场谐波；定子槽内设有电枢绕组，且每相电枢绕组端部采用开关元器件连接；当电枢绕组中通入对称交流电时，可基于不同的开关连接状态产生不同的极对数电枢反应磁场，进而与非均匀调制齿调制产生的不同极对数永磁励磁磁场谐波的有效耦合，由此实现电机的多模式运行。

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及一种多运行模式的变绕组裂齿式永磁同步游标电机。

背景技术

传统的永磁同步电机具有高效率、高功率密度等优点，广泛应用于电动汽车等有高功率密度和高运行效率需求的领域。但传统永磁同步电机基于永磁体励磁，励磁磁场难以调节，进而限制了其转速范围，因此通常采用机械齿轮传动装置实现变速功能，但是存在机械疲劳、摩擦损耗、振动噪声等缺点。永磁游标电机基于磁场调制原理运行，具有低速大转矩输出特性，但与普通永磁同步电机类似，永磁游标电机同样具有调速范围受限的问题。

中国专利(CN108336837)在裂齿式永磁游标电机基础上，提出在分裂小齿间增加一套三相副绕组，从而构成双三相永磁游标电机结构，通过改变副绕组中电流的幅值和相位，可对电机气隙内d轴和q轴磁场的有效调节，进而实现低速大转矩和高速高效率的运行。但是该电机采用两套三相交流绕组，使得电机的拓扑结构和驱动控制更加复杂。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种多运行模式的变绕组裂齿式永磁同步游标电机，使电机兼具低速大转矩运行和宽调速运行的特性。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种多运行模式的变绕组裂齿式永磁同步游标电机，包括定子和转子，定子和转子之间设有气隙；定子槽内部嵌有电枢绕组，每个电枢绕组线圈引出线通过开关元器件连接；定子铁心采用裂齿式结构，且相邻两个定子齿上的分裂小齿个数不同，构成非均匀调制齿结构；转子包括转子铁心和转子永磁体，转子永磁体安装在转子表面；

所述分裂小齿个数与定子槽数的关系为：其中表示把定子槽数分为个模块，每个模块上包括两个电机定子大齿，每个定子大齿上设有分裂小齿，分裂小齿的个数可任意组合，k₁为第一个大齿上的分裂小齿个数，k₂为第二个大齿上的分裂小齿个数，且k₁≠k₂，k₁、k₂为正整数；

所述电枢绕组切换前后匝链不同极对数的励磁磁场，需满足如下极对数和定子槽数的比值：

其中，p₁为电枢绕组切换前匝链的极对数，p₂为电枢绕组切换后匝链的极对数。

进一步的技术方案，所述气隙中包括极对数为kn_s-jp_r、kn_s+jp_r和p_r三种不同类型的谐波磁场，其中p_r为永磁体极对数，n_s为分裂小齿个数，正奇数j＝1,3,5...，整数k＝0,1,2...。

更进一步的技术方案，所述极对数根据气隙磁密表达式获取：

其中，F_ag为气隙磁动势，θ为转子圆周位置，F_agj为j次谐波极对数分量的幅值，Λ为气隙磁导，Λ₀为气隙磁导的直流分量，Λ_k为k次谐波分量的幅值，ω_r为转子旋转的机械角速度。