[發(fā)明專利]一種導(dǎo)體獨(dú)立驅(qū)動(dòng)且緊湊結(jié)構(gòu)的高速游標(biāo)電機(jī)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911304746.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN111146880A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈少鋒;梁泳濤;梁得亮;劉進(jìn)軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K1/14
• 分類號(hào): H02K1/14;H02K1/24;H02K11/33;H02K3/28
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 張海平

本發(fā)明公開了一種導(dǎo)體獨(dú)立驅(qū)動(dòng)且緊湊結(jié)構(gòu)的高速游標(biāo)電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子；所述轉(zhuǎn)子與定子間具有氣隙，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵芯，定子包括定子鐵芯和定子導(dǎo)體；轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯均為凸極結(jié)構(gòu)，相鄰定子鐵芯凸起之間的凹槽中設(shè)置有定子導(dǎo)體；所述定子導(dǎo)體的兩端伸出定子鐵芯兩側(cè)，定子導(dǎo)體一端連接驅(qū)動(dòng)板，所有的定子導(dǎo)體各相電流單獨(dú)控制；定子導(dǎo)體另一端連接短接板形成短接回路。定子端部采用端環(huán)短接，大幅減小端部空間，進(jìn)一步減少了系統(tǒng)體積，提高了電機(jī)的功率密度。因此新型電機(jī)系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)矩密度高、成本低、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、容錯(cuò)能力強(qiáng)、適合高速運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)體獨(dú)立驅(qū)動(dòng)且緊湊結(jié)構(gòu)的高速游標(biāo)電機(jī)。

背景技術(shù)

近年來，高速電機(jī)成為電機(jī)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)電機(jī)相比，高速電機(jī)無需傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或變速裝置，可直接與高速負(fù)載或原動(dòng)機(jī)相連，具有功率密度高、體積小、效率高、可靠性高、運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)。然而，在高速電機(jī)的運(yùn)行中，為了降低電流的基波頻率，典型的高速電機(jī)極對(duì)數(shù)為1或2，帶來一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，即電機(jī)的端部會(huì)很長(zhǎng)，增加電機(jī)的無用體積，限制了系統(tǒng)的功率密度。對(duì)此，部分技術(shù)人員提出了背繞式和環(huán)形繞組等特殊繞組結(jié)構(gòu)，雖然降低了電機(jī)的端部，但是有一半的線圈并不參與電磁能量轉(zhuǎn)換，浪費(fèi)依然嚴(yán)重。

同時(shí)，以游標(biāo)電機(jī)為代表的磁場(chǎng)調(diào)制類電機(jī)在國(guó)內(nèi)外電機(jī)領(lǐng)域受到較多的研究和關(guān)注。游標(biāo)磁阻電機(jī)(VRM)的轉(zhuǎn)子和定子均為凸極結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合高速運(yùn)行。游標(biāo)電機(jī)遵循磁場(chǎng)調(diào)制原理，具有轉(zhuǎn)矩密度高的特點(diǎn)。因此，開發(fā)新拓?fù)洌沟肰RM適用于高速運(yùn)行，兼具轉(zhuǎn)矩密度、功率密度高、體積小、效率高、可靠性高、運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)高速電機(jī)拓?fù)淅@組利用率不高的不足，提出一種新型的高速電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即一種各槽導(dǎo)體獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的高速游標(biāo)電機(jī)。不同于傳統(tǒng)的交流電機(jī)，由于轉(zhuǎn)子各槽導(dǎo)體獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，因此可以實(shí)現(xiàn)包含直流量及諧波的任意電流波形驅(qū)動(dòng)，從而提高電機(jī)的功率密度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種導(dǎo)體獨(dú)立驅(qū)動(dòng)且緊湊結(jié)構(gòu)的高速游標(biāo)電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子；

所述轉(zhuǎn)子與定子間具有氣隙，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵芯，定子包括定子鐵芯和定子導(dǎo)體；轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯均為凸極結(jié)構(gòu)，相鄰定子鐵芯凸起之間的凹槽中設(shè)置有定子導(dǎo)體；

所述定子導(dǎo)體的兩端伸出定子鐵芯兩側(cè)，定子導(dǎo)體一端連接驅(qū)動(dòng)板，所有的定子導(dǎo)體各相電流單獨(dú)控制；定子導(dǎo)體另一端連接短接板形成短接回路。

優(yōu)選的，所述定子導(dǎo)體的各相的電流的表達(dá)式為：

其中，I_ac為交流分量的有效值，I_dc為直流分量平均值，w_e為電角頻率，θ為初相角，I_n為諧波電流。

優(yōu)選的，所述短接板為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，或?yàn)橥ㄟ^輻條狀的導(dǎo)體匯合到一個(gè)圓環(huán)的結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述定子導(dǎo)體電流的交流分量產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)的極對(duì)數(shù)P_a滿足關(guān)系：P_a＝|N_r±P_dc|；

其中，轉(zhuǎn)子調(diào)制齒數(shù)為N_r、定子槽數(shù)為N_s、定子導(dǎo)體所通電流的直流分量產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)的極對(duì)數(shù)為P_dc。

優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)板與逆變器連接，通過驅(qū)動(dòng)板直接給各相定子導(dǎo)體供電并單獨(dú)控制。

優(yōu)選的，所述定子導(dǎo)體設(shè)置在相鄰定子鐵芯之間的凹槽中部。

優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)子鐵芯為內(nèi)凸結(jié)構(gòu)，定子鐵芯為外凸結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述定子導(dǎo)體為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。