[发明专利]基于分数槽集中绕组永磁电机的双绕组低谐波设计方法

说明书

本发明公开电机领域中的一种基于分数槽集中绕组永磁电机的双绕组低谐波设计方法，先给原电枢绕组中通入三相电流，得到单相电枢反应磁场基波极对数p₁以及p₁对极非工作谐波的幅值A₁，在定子铁心轭部上开设位于N_s2个内槽，内槽数N_s2与p₁之比为整数，在内槽内绕制极对数为p₁的副绕组，确定槽距角α＝360×p₁/N_s2和副绕组绕制方式，再在副绕组中通入三相电流，得到p₁对极幅值B₁，且A₁＝B₁，最后确定内槽的半槽径向截面积；本发明通过增加一套副绕组抵消原分数槽集中绕组永磁电机中电枢反应磁场气隙磁密中非工作谐波含量，具有不需要改变原电枢绕组部分的定子齿数和绕组结构的特点，有效提高电机内部空间利用，可增加转矩，提高电机效率。

技术领域

本发明涉及电机与传动领域，特别涉及一种分数槽集中绕组永磁电机的设计方法，设计一种能降低电枢反应磁磁场的非工作谐波的低谐波双绕组永磁电机。

背景技术

分数槽集中绕组电机由于具有铜填充系数高、齿槽转矩低、绕组端部短等优势，在电动汽车、航空航天等领域被广泛利用。但是，该类电机的电枢反应磁场往往含有大量不同极对数的谐波磁场，有些谐波能有效参与电机的机电能量转换，属于工作谐波，而有些谐波则仅能产生转矩脉动、损耗等不良后果，属于非工作谐波。大量非工作谐波的存在，不仅降低了电流利用率，而且由于不同极对数的非工作谐波相对于转子以不同速度旋转，大幅增加了永磁体和定、转子铁心的损耗。此外，还会导致声学噪声和振动、局部铁心饱和、减少磁阻转矩、增加电机的杂散损耗和降低电机效率等不良影响。因此，降低电机的电枢反应磁磁场的非工作谐波已经成为永磁电机领域的研究热点之一。

为了解决上述问题，有学者提出了分数槽集中绕组电机不等匝数得设计方法，即在每个定子槽内放置至多四层线圈，同时每相绕组由两种或两种以上不同匝数得线圈串联构成，通过调整线圈的匝数比来降低电枢谐波磁动势。但这种方法通常将一相绕组的各个线圈匝数设置成固定比例，只对某些特定极槽数的电机有较好的效果。

中国发明专利公开号为CN110401273A的文献中提出了一种低谐波的分数槽集中绕组设计方法，使每相绕组在所有定子槽内均有导线分布，且导体数不相同，从而降低了电枢磁动势的谐波含量。但是这种方法使得绕组配置更为复杂。中国发明专利公开号为CN102579753A和CN108336837A的文献中提出在裂齿式游标永磁电机基础上，通过增加一套电枢绕组的方式，实现电机功率密度的提升和运行模式的多样化，但却由此引入了更为复杂的电枢反应磁场谐波，加剧电机损耗、降低电流利用率。

发明内容

本发明目的是为了解决目前分数槽集中绕组永磁电机中电枢反应磁场非工作谐波含量大的问题，提供了一种基于分数槽集中绕组永磁电机的双绕组低谐波设计方法，在原电机定子轭部铁心增加一套三相副绕组，并形成内、外双三相绕组的低谐波设计方法，来抵消原绕组电枢反应磁场中的非工作谐波。

本发明采用的技术方案是：分数槽集中绕组永磁电机采用内定子结构，包括N_s1个定子齿和一个定子铁心轭部，相邻两个定子齿之间形成定子外槽，定子外槽内绕制原电枢绕组，包括以下步骤：