[发明专利]五相不等齿靴双谐波永磁同步电机及齿靴弧度优化方法

说明书

本发明公开了一种五相不等齿靴双谐波永磁同步电机，包括定子和转子，所述定子包括定子铁芯、定子齿和定子绕组，所述定子齿的齿靴采用不等齿靴的铁心结构，所述定子齿根据齿靴弧度分为电枢齿和辅助齿，电枢齿和辅助齿间隔布设在定子铁芯上，所述转子包括永磁体、转子铁心。本发明还提供了一种五相不等齿靴高性能双谐波永磁同步电机的齿靴弧度优化方法。本发明五相双谐波电机可以同时利用基波和三次谐波电流提升转矩密度的特点，本发明有效的提高电机的输出转矩。

技术领域

本发明涉及一种五相不等齿靴双谐波高性能永磁同步电机。

背景技术

随着电网公司对电动汽车充电桩的布局普及和国家购车政策的大力优惠，公众对电动汽车的需求大增，其市场空间巨大。电机是电动汽车驱动技术的核心，它的性能决定了电动汽车能否安全可靠、绿色舒适地运行，也是目前电动汽车行业需要攻克的关键技术之一。

永磁同步电机由永磁材料在电机的定、转子中建立磁路，与异步电机相比永磁电机无需励磁电流，具有更高的电流利用率和功率密度，因此永磁同步电机也是今后电动汽车用电机的发展趋势。而车用电机的体积往往受到电动汽车内空间的限制，研发高功率密度、高性能的永磁电机及其驱动系统是电动汽车研制的关键技术。传统电动汽车用电机多为三相电机，绕组中往往不存在三次谐波电流，铁心易发生饱和。而五相电机不仅可以利用三次谐波电流输出转矩，而且注入的三次谐波电流可有效的削弱电流峰值，降低铁心中磁密的饱和，提升电机的功率密度和效率，因此可同时利用基波和三次谐波电流的五相双谐波永磁同步电机成为电动汽车的重点发展方向之一。分数槽集中绕组结构具有端部铜耗少、拼装便捷等优势，同时也有绕组因数低、磁动势谐波含量丰富的劣势。如何提升分数槽集中绕组的绕组因素、降低磁动势谐波含量成为近年来五相双谐波电机研究领域的重点，也是电动汽车行业需要攻克的难点。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种五相不等齿靴高性能双谐波永磁同步电机，并提出了五相不等齿靴高性能双谐波永磁同步电机的齿靴弧度优化方法，本发明五相双谐波电机可以同时利用基波和三次谐波电流提升转矩密度的特点，本发明有效的提高电机的输出转矩。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种五相不等齿靴双谐波永磁同步电机，包括定子和转子，所述定子包括定子铁芯、定子齿和定子绕组，所述定子齿的齿靴采用不等齿靴的铁心结构，所述定子齿根据齿靴弧度分为电枢齿和辅助齿，电枢齿和辅助齿间隔布设在定子铁芯上，所述转子包括永磁体、转子铁心。

进一步的，所述定子绕组采用五相单层分数槽集中绕组。

进一步的，所述定子绕组通过合理的槽/极数配合选择时电机同时具有较高的初始基波和三次绕组因数，便于后续从绕组因素方面对电机结构进行优化。

进一步的，所述定子采用不等齿靴结构，优化气隙磁密的分布，由于磁力线是通过齿靴由气隙进入定子齿部，齿靴弧度会改变磁力线由气隙进入定子齿部的路径，影响绕组的槽距角。进一步提高了电机的基波和三次谐波绕组系数，增大了绕组对气隙磁场的利用率，从而提升电机的转矩输出。

进一步的，电机为五相绕组结构，在最大电流幅值条件下，注入三次谐波电流对基波电流具有削峰作用，提高电机的输出转矩。

进一步的，采用不等齿靴的电枢齿靴和辅助齿靴间隔排布，且弧度和等于极距，以及基波和三次谐波电流同时注入的方式获取最大输出转矩。

进一步的，所述电机的基波、三次谐波绕组因数和基波、三次谐波磁动势谐波畸变率由电枢齿靴与辅助齿靴的弧度比所决定，通过多目标优化可得到高功率密度、低谐波失真、低损耗的电机定子结构。