[发明专利]一种低谐波损耗的定子模块化磁场调制电机

说明书

本发明公开了一种低谐波损耗的定子模块化磁场调制电机，包括模块化定子和转子。模块化定子和转子之间存在气隙。模块化定子通过移除部分定子轭部形成。定子齿端靠近气隙一侧开虚槽并嵌入永磁体，转子表面开槽并嵌入永磁体，永磁体充磁方式均为径向充磁，充磁方向背离圆心。模块化定子和转子开槽后形成的凸极齿作为调制齿，对电机磁场产生调制作用。电枢绕组采用单层集中绕组方式，每个定子模块均绕有一个线圈。本发明将磁场调制电机与模块化定子相结合，由于模块化定子结构能够有效增加电机低次谐波磁路的磁阻而对电机主要工作谐波磁路影响很小，因此模块化定子能够对电机中低次谐波产生较好的抑制作用，在保证电机转矩密度的同时降低电机损耗。

技术领域

本发明涉及一种磁场调制电机的设计，尤其涉及具有定子模块化结构及低谐波损耗的磁场调制电机。

背景技术

磁场调制电机是一种基于磁场调制效应工作的电机，其利用磁齿轮原理通过调制效应将高转速的电枢反应磁场调制后与低转速的永磁磁场相互作用以产生低速大转矩的效果。在风力发电、船舶推进等诸多领域有着广泛的应用前景。

通常所说的磁场调制电机一般分为永磁体安装在定子上的定子永磁型和永磁体安装在转子上的转子永磁型两种。随着对磁场调制电机研究的不断深入，有学者发现这两种类型磁场调制电机的转矩密度受限于永磁体的单侧励磁。为了增加磁场调制电机的转矩密度，一种双永磁励磁磁场调制电机被提了出来，不同于定子永磁型和转子永磁型磁场调制电机，该种电机在定子和转子上均存在永磁体和调制齿，具有双向磁场调制效应，因而具有更高的转矩密度。然而除了有效的工作谐波外，双向磁场调制过程中还会产生很多不需要的谐波，这些谐波可能会在电机中产生额外的损耗。

目前，许多磁场调制电机采用单层分数槽集中绕组，单层集中绕组结构具有许多优点，如：减小电机绕组长度、减小电机相间耦合、使电机具有正弦反电势和低齿槽转矩等等。然而采用该绕组结构的电机具有损耗较大的缺点。这是因为分数槽集中绕组结构会在气隙中产生很多磁动势谐波，这些谐波中除了含有工作谐波外还含有大量非工作谐波，这些次谐波会在电机内产生大量损耗，增加电机工作时的温度，不利于电机的运行。因此，采取措施降低电机的谐波损耗是非常有意义的。

发明内容

本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种低谐波损耗的定子模块化磁场调制电机，其通过移除部分定子轭部形成模块化定子，在对电机主要工作谐波磁路影响很小的情况下，有效增加电机低次谐波磁路的磁阻，使得电机电枢反应磁场的低次谐波得到有效抑制，在保证电机转矩不会出现明显下降的同时，减少电机损耗。

为达到上述目的，本发明的设计方案如下：

一种低谐波损耗的定子模块化磁场调制电机，该电机由模块化定子和转子组成，模块化定子和转子之间具有气隙；

所述模块化定子通过移除电机部分定子轭部形成，定子齿端均开虚槽，槽中嵌入定子永磁体，开虚槽后所形成的虚齿作为定子调制齿；电枢绕组采用单层集中绕组方式，每个定子模块均绕有一个绕组线圈；转子表面开槽，槽中嵌入转子永磁体，开槽后所形成的均匀分布的凸极齿作为转子调制齿；所述定转子永磁体均为单极性，充磁方式均采用径向励磁，方向背离圆心；定子永磁体与转子调制齿、转子永磁体与定子调制齿分别组成一套调制结构，使得电机具有双向磁场调制效应，增强电机的永磁磁场。

进一步，所述模块化定子通过移除电机12个定子槽中每间隔1个槽的槽底轭部形成。

进一步，电枢绕组极对数P_a，转子极对数P_r，定子调制齿数N_s满足以下关系式：N_s＝P_a+P_r。

进一步，电机槽数与电枢绕组极数应相近，使模块化定子结构对电机工作谐波磁路影响较小，保证电机转矩密度不会出现明显下降。

进一步，每个定子模块均绕有一个线圈，电机电枢绕组在每个定子模块上产生的磁动势和为0。