[发明专利]一种新型高转矩密度高功率因数容错永磁游标电机及其调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电工、电机设计及控制和电动汽车领域，尤其涉及五相高转矩密度高功率因数容错永磁游标电机。

背景技术

随着不可再生能源的不断消耗，电动汽车的研发越来越受到大家的关注，而电机作为电动汽车的驱动装置，其性能直接影响电动汽车的研制与发展，因此电机成为了电动汽车能否应用于实际的关键因素。

相比于传统的电励磁电机和永磁无刷直流电机，永磁无刷交流电机具有高转矩输出能力，高效率，小体积及高可靠性等优势。随着永磁体材料的不断更新和改善，电机新结构的不断提出和优化，永磁无刷交流电机性能也得到了越来越大的提升，应用的范围也不断扩大。

电动汽车作为未来汽车发展的必然方向，对电机性能也提出了重大的挑战。众所周知，电动汽车启动过程需要电机输出较大的转矩来减少启动时间，而电动汽车的空间有限，不可能使用体积过大的电机，所以大转矩输出往往需要电机处于过载运行状态，这给电机的过载能力提出了很高的要求，同时，过载状态会对电机造成永磁体退磁，涡流损耗、铁耗及铜耗的迅速上升，可能导致电机损坏，给行车安全造成威胁。而永磁游标电机利用磁齿轮原理，使电机牺牲速度来达到大转矩的要求，所以这类电机适用于低速大转矩的应用场合。

现有的技术中，永磁游标电机一般采用三相分数槽双层集中绕组，每极每相槽数q＝1/2，这种绕组方案会使得绕组因数偏低，磁场利用率也偏低，同时相间耦合度较高，这样的电机容错性能较差，甚至根本不具备容错性能；而且游标电机虽然转矩输出能力较一般电机有很大提升，但本身结构也存在缺陷，电机的功率因数偏低，这就需要供电端增加变压器容量，随之带来的弊端是电机系统体积和重量的大幅度增加，这对特殊的应用场合是不合适的。

发明内容

本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种新型结构的五相高转矩密度高功率因数容错永磁游标电机，目的在于提高游标电机结构的转矩密度，提升电机的功率因数；同时兼备容错性能，提升系统运行的可靠性。

为解决上述的问题，本发明的设计方案如下：

一种新型高转矩密度高功率因数容错永磁游标电机，该电机由内向外依次包括内定子，内转子和外转子，内定子与内转子之间、内转子和外转子均留有气隙；

所述内转子中嵌有辐射状永磁体，采用切向励磁，辐射状永磁体的N极和S极沿着圆周交替排列；内转子和外转子之间表嵌多块表嵌式永磁体，所述表嵌式永磁体为单极性，其均采用对准圆心方向励磁；内定子上交替排布着电枢齿和容错齿；电枢齿和容错齿上均匀排布着等尺寸的调制齿；电枢齿上采用集中绕组方式绕着多对极的电枢绕组；内转子，外转子和调制齿形成磁齿轮结构；内定子和内转子形成游标电机结构；内定子和外转子形成常规电机结构。

进一步，表嵌式永磁体的弧度与辐射状永磁体的弧度之比在7.8到8.8之间。

进一步，电枢绕组极对数P_a，内转子极对数P_i，外转子极对数P_o及调制齿数n_s满足以下关系式：P_a＝P_o，n_s＝P_a+P_i。

进一步，所述表嵌式永磁体个数同电枢绕组的极对数相同；所述表嵌式永磁体有九块，电枢绕组呈九对极集中绕在电枢齿上，采用五相绕组来增加电机的功率和电机的容错效果。

进一步，外转子转速ω_o，内转子转速ω_i满足关系式：

进一步，容错齿上不绕绕组，将每相绕组进行物理隔离。

本发明的方法的技术方案为：一种新型高转矩密度高功率因数容错永磁游标电机的调制方法，其特征在于：包括以下步骤：具有P_a对极的电枢绕组产生的磁场以速度Ω_s旋转时，磁场经过调制极8调制后，在气隙中形成空间分布磁场，该磁场在半径为r，空间角度为θ处的磁感应强度径向分量B_r可表示为：

其中：b_rm是径向磁密分布的傅里叶系数，λrj是径向调制函数的傅里叶系数；t为时间变θ₀

p_m，k＝|mp+kn_s|

m＝1，3，5…∞

k＝0，±1，±2，±3，…±∞

还可以求出磁密空间谐波的旋转角速度为：

电机的调制比为：