CN108923605B - 五相不等齿宽内置式高效能永磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种五相不等齿宽内置式高效能永磁同步电机，包括定子和转子，所述定子采用不等齿宽铁心结构，所述转子为内置永磁式结构，所述定子包括定子铁芯、定子齿和定子绕组，定子齿和定子绕组依次间隔设置于定子铁芯上，所述定子齿由宽齿和窄齿组成，宽齿和窄齿间隔布设，所述转子包括永磁体、转子铁心和隔磁槽，永磁体和转子铁心围绕隔磁槽间隔布设。

Description

五相不等齿宽内置式高效能永磁同步电机
技术领域
本发明涉及一种五相不等齿宽内置式高效能永磁同步电机。
背景技术
随着能源问题的加剧和国家政策扶持力度的增大，电动汽车行业得到快速的发展。其中电机及其驱动系统是电动汽车的核心部件，它决定着电动汽车能否安全可靠、绿色舒适地运行，也是汽车工业中需要重点攻克的技术之一。
永磁同步电机利用永磁材料构建电机磁路，其与异步电机相比无需励磁电流，具有更高的电流利用率和功率密度，因此永磁电机也是今后车用电机的发展趋势。由于电动汽车狭小的车内环境和不可预见的路况条件，研发高功率密度、高效率的永磁电机及其驱动系统是车用电机研制的关键技术。传统电动汽车用电机多为三相电机，绕组不存在三次谐波电流。而在五相电机中注入三次谐波电流有利于降低铁心中磁密的饱和，提升电机的功率密度和效率，三次谐波电流注入式多相永磁同步电机成为电动汽车的重点发展方向之一。根据永磁体在电机转子中安装结构的不同，永磁电机可分为表贴式和内置式两种类型,其中内置式永磁电机的永磁体埋在转子铁心里面，不易受气隙磁场影响产生退磁，并且由于凸极效应，内置式永磁同步电机含有磁阻转矩，使电机有更大的转矩输出和更大的恒功率运行范围。此外，分数槽集中绕组由于其端部铜耗少及易于加工等优势受到广泛关注，如何提升分数槽集中绕组的绕组系数也成为近年来电动汽车研究领域需要攻克的难点。
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宽内置式高效能永磁同步电机，本发明针对五相电机可以注入三次谐波电流提高转矩密度和增大控制自由度的特点，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：
一种五相不等齿宽内置式高效能永磁同步电机，包括定子和转子，所述定子采用不等齿宽铁心结构，所述转子为内置永磁式结构，所述定子包括定子铁芯、定子齿和定子绕组，定子齿和定子绕组依次间隔设置于定子铁芯上，所述定子齿由宽齿和窄齿组成，宽齿和窄齿间隔布设，所述转子包括永磁体、转子铁心和隔磁槽，永磁体和转子铁心围绕隔磁槽间隔布设。
进一步的，所述永磁体切向充磁。永磁体为内置式结构，永磁体采用切向充磁方式，内置式永磁电机因凸极效应而包含磁阻转矩，磁阻转矩不但提高了电机的转矩输出和功率密度，也使电机易于弱磁调速，增大了电机的运行范围。
进一步的，所述定子绕组为单层分数槽集中绕组。
进一步的，所述定子绕组采用五相分数槽集中绕组。
进一步的，所述定子绕组通过适当的槽/极数配合选择，且采用不等齿宽结构，使得绕组节距接近于极距，进一波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，定子采用五相绕组，在相同电流幅值的前提下，绕组中可以注入三次谐波电流，提高电机的输出转矩。
进一步的，采用不等齿宽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，所述隔磁槽的槽口朝向转子铁心和永磁体。
所述定子铁心宽齿的齿距等于180°电角度(即极距)，使得不等宽绕组的基波和三次谐波绕组系数等于1。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
定子绕组采用五相分数槽集中绕组，线圈端部短，制作用铜及铜耗少，且相间耦合小；分数槽集中绕组的定子可模块化设计、加工、拼装，不仅能提高电机的槽满率，且对制造工艺要求不高，提高生产效率。
定子绕组通过适当的槽/极数配合选择，且采用不等齿宽结构，使得绕组节距接近于极距，进一波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。
永磁体为内置式结构，永磁体采用切向充磁方式，内置式永磁电机因凸极效应而包含磁阻转矩，磁阻转矩不但提高了电机的转矩输出和功率密度，也使电机易于弱磁调速，增大了电机的运行范围。
定子采用五相绕组，在相同电流幅值的前提下，绕组中可以注入三次谐波电流，提高电机的输出转矩。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明实例不等齿宽永磁电机结构示意图；
其中1-定子铁心轭，2-定子绕组，3-定子宽齿，4-定子窄齿，5-永磁体，6-转子铁心，7-隔磁槽；
图2为发明实例电机磁密分布云图；
图3为发明实例不等齿宽与传统等齿宽永磁电机定子绕组空载反电动势；
图4为发明实例不等齿宽与传统等齿宽永磁电机输出转矩对比；
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
如图1所示一种五相不等齿宽内置式高效能永磁同步电机发明实例截面图。包括定子和转子，定子采用不等齿宽铁心结构，转子为内置永磁式结构，所述定子包括定子铁芯、定子齿和定子绕组2，定子齿和定子绕组依次间隔设置于定子铁芯上，定子齿由宽齿和窄齿组成，宽齿和窄齿间隔布设，所述转子包括永磁体5、转子铁心6和隔磁槽7，永磁体5和转子铁心6围绕隔磁槽7间隔布设。
绕组2为单层分数槽集中绕组，定子齿由宽齿3和窄齿4组成，发明中所选槽/极数配合与宽齿3相配合，使得定子基波和三次谐波绕组系数都较大；
电机转子由永磁体5、转子铁心6和隔磁槽7组成。永磁体5切向充磁，隔磁槽7有效减少了漏磁。
图3所示为等齿宽和不等齿宽两种结构的空载反电动势谐波分析。在保持定子铁心体积一定时，不等齿宽结构的基波和三次谐波反电动势均有所增加，从而可以增大电机的输出转矩。
图4所示为根据保持注入电流最大幅值不变原则，不等宽齿与等宽齿电机输出转矩对比图。由图4可知，采用不等齿宽以及基波和三次谐波电流同时注入的方式可以获取最大输出转矩，等齿宽和只注入基波电流的方式输出转矩最小。该发明证明采用不等齿宽的设计方法和基波、注入三次谐波电流同时注入均可以有效的提高电机的输出转矩。
定子绕组采用五相分数槽集中绕组，线圈端部短，制作用铜及铜耗少，且相间耦合小；分数槽集中绕组的定子可模块化设计、加工、拼装，不仅能提高电机的槽满率，且对制造工艺要求不高，提高生产效率。
定子绕组通过适当的槽/极数配合选择，且采用不等齿宽结构，使得绕组节距接近于极距，进一波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。
永磁体为内置式结构，永磁体采用切向充磁方式，内置式永磁电机因凸极效应而包含磁阻转矩，磁阻转矩不但提高了电机的转矩输出和功率密度，也使电机易于弱磁调速，增大了电机的运行范围。
定子采用五相绕组，在相同电流幅值的前提下，绕组中可以注入三次谐波电流，提高电机的输出转矩。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种五相不等齿宽内置式高效能永磁同步电机，其特征是：包括定子和转子，所述定子采用不等齿宽铁芯 结构，所述转子为内置永磁式结构，所述定子包括定子铁芯、定子齿和定子绕组，定子齿和定子绕组依次间隔设置于定子铁芯上，所述定子齿由宽齿和窄齿组成，宽齿和窄齿间隔布设，所述转子包括永磁体、转子铁芯 和隔磁槽，永磁体和转子铁芯围绕隔磁槽间隔布设；
所述定子绕组为单层分数槽集中绕组，定子槽为梯形槽；
采用不等齿宽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；
所述定子铁芯 宽齿的齿距等于极距，使得不等宽绕组的基波和三次谐波绕组系数等于1。
2.如权利要求1所述的一种五相不等齿宽内置式高效能永磁同步电机，其特征是：所述永磁体切向充磁。
3.如权利要求1所述的一种五相不等齿宽内置式高效能永磁同步电机，其特征是：所述定子绕组采用五相分数槽集中绕组。
4.如权利要求1所述的一种五相不等齿宽内置式高效能永磁同步电机，其特征是：所述定子绕组通过适当的槽/极数配合选择，且采用不等齿宽结构，使得绕组节距接近于极距。
5.如权利要求1所述的一种五相不等齿宽内置式高效能永磁同步电机，其特征是：定子采用五相绕组，在相同电流幅值的前提下，绕组中注入三次谐波电流。
6.如权利要求1所述的一种五相不等齿宽内置式高效能永磁同步电机，其特征是：所述隔磁槽的槽口朝向转子铁芯 和永磁体。
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