[发明专利]一种集中绕组外转子游标电机提升功率因数的方法

权利要求书

1.一种集中绕组外转子游标电机提升功率因数的方法，所述电机包括第一段转子、第二段转子和电机定子，所述电机定子安装在第一段转子和第二段转子内，第二段转子与电机定子之间安装有交替极铁芯，第一段转子与电机定子之间安装有交替极主永磁体，交替极主永磁体上方设有辅助永磁体，电机定子上设有调制齿、电机定子内设有集中绕组，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：利用傅里叶级数建立调制极静止型磁场调制电机的磁动式-磁导模型；

步骤2：对磁动式-磁导模型进行分析计算，分别求得游标电机反电势、电枢磁动式函数表达式；

步骤3：根据反电势、磁导公式计算得到磁链，并由磁链推导出关于功率因数的函数表达式，以提升功率因数为优化目标函数进行参数优化，求解参数在功率因数中所占权重值，建立优化目标函数；

步骤4：优化后将交替极主永磁体分为三段，现采用解析法，改变优化目标函数中三段永磁体宽度、厚度参数，计算优化目标函数值。

2.根据权利要求1所述一种集中绕组外转子游标电机提升功率因数的方法，其特征在于，所述步骤1所述磁动式-磁导模型可进一步将其分解成傅里叶级数的形式，如下所示：

式中，F_p(θ,t)为关于转子位置角度θ和时间t的永磁磁动势函数；P_r为转子极对数；F_pi为第i次谐波磁动势的幅值；B_r为永磁体剩磁；μ₀和μ_r分别为真空磁导率和永磁体相对磁导率；h_m为永磁体厚度；α_i为电机极弧系数；ω_r为转子角速度；

第i次谐波磁动势的幅值可改写为：

式中，F_p为等效磁动势，由等效磁路图可知，等效磁动势可改写为：

由于齿槽效应，磁导模型及其公式如下所示：

式中，Λ₀为磁导基波幅值；ε为绕组所跨槽数，集中绕组中ε＝2；Λ_m为m次谐波磁导的幅值,N_S表示绕组匝数；

磁通可以按照原有公式求得：

Φ＝B_g(θ,t)S

式中，B_g(θ,t)是空载气隙磁密分布；S为气隙面积；

每相磁链可以利用对磁通积分得到，如下式所示；

式中，D为气隙直径；L_s为电机轴向长度；N(θ)为绕组匝数关于θ的函数；

所述反电势表达式可以表示为；

3.根据权利要求2中所述一种集中绕组外转子游标电机提升功率因数的方法，其特征在于，所述步骤3所述的优化目标函数为：

式中，cosη为功率因数；L为电机的同步电感；I为电枢电流；E₀是反电势；ψ_m为相永磁磁链,ω为转子角速度；

同步电感L可以改写为：

L＝L_δ+L_σ

式中，L_δ为同步主电感；L_σ为同步漏电，，Λ₀为磁导基波幅值,D为气隙直径,L_s为电机轴向长度,N_S为绕组匝数。

4.根据权利要求1所述一种集中绕组外转子游标电机提升功率因数的方法，其特征在于，所述交替极主永磁体分为三段，中间为主永磁体两侧为辅助式永磁体，辅助式永磁体与主永磁体所对应圆弧角比为1：9.65。

5.根据权利要求1所述一种集中绕组外转子游标电机提升功率因数的方法，所述交替极主永磁体上方设有辅助永磁体，定子调磁齿上加入了辅助齿，辅助齿为不等齿宽结构，依据谐波阶数对其深度与宽度进行调整。