[發明專利]一種集中繞組外轉子游標電機提升功率因數的方法

有效

• 申請號: 202011592235.6
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112737160B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 樊英;陳秋蒴;王旭
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K1/14
• 分類號: H02K1/14;H02K3/28;H02K1/2791;H02K21/02;H02K21/22
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 饒富春

1.一種集中繞組外轉子游標電機提升功率因數的方法，所述電機包括第一段轉子、第二段轉子和電機定子，所述電機定子安裝在第一段轉子和第二段轉子內，第二段轉子與電機定子之間安裝有交替極鐵芯，第一段轉子與電機定子之間安裝有交替極主永磁體，交替極主永磁體上方設有輔助永磁體，電機定子上設有調制齒、電機定子內設有集中繞組，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟1：利用傅里葉級數建立調制極靜止型磁場調制電機的磁動式-磁導模型；

步驟2：對磁動式-磁導模型進行分析計算，分別求得游標電機反電勢、電樞磁動式函數表達式；

步驟3：根據反電勢、磁導公式計算得到磁鏈，并由磁鏈推導出關于功率因數的函數表達式，以提升功率因數為優化目標函數進行參數優化，求解參數在功率因數中所占權重值，建立優化目標函數；

步驟4：優化后將交替極主永磁體分為三段，現采用解析法，改變優化目標函數中三段永磁體寬度、厚度參數，計算優化目標函數值。

2.根據權利要求1所述一種集中繞組外轉子游標電機提升功率因數的方法，其特征在于，所述步驟1所述磁動式-磁導模型可進一步將其分解成傅里葉級數的形式，如下所示：

式中，F_p(θ,t)為關于轉子位置角度θ和時間t的永磁磁動勢函數；P_r為轉子極對數；F_pi為第i次諧波磁動勢的幅值；B_r為永磁體剩磁；μ₀和μ_r分別為真空磁導率和永磁體相對磁導率；h_m為永磁體厚度；α_i為電機極弧系數；ω_r為轉子角速度；

第i次諧波磁動勢的幅值可改寫為：

式中，F_p為等效磁動勢，由等效磁路圖可知，等效磁動勢可改寫為：

由于齒槽效應，磁導模型及其公式如下所示：

式中，Λ₀為磁導基波幅值；ε為繞組所跨槽數，集中繞組中ε＝2；Λ_m為m次諧波磁導的幅值,N_S表示繞組匝數；

磁通可以按照原有公式求得：

Φ＝B_g(θ,t)S

式中，B_g(θ,t)是空載氣隙磁密分布；S為氣隙面積；

每相磁鏈可以利用對磁通積分得到，如下式所示；

式中，D為氣隙直徑；L_s為電機軸向長度；N(θ)為繞組匝數關于θ的函數；

所述反電勢表達式可以表示為；

3.根據權利要求2中所述一種集中繞組外轉子游標電機提升功率因數的方法，其特征在于，所述步驟3所述的優化目標函數為：

式中，cosη為功率因數；L為電機的同步電感；I為電樞電流；E₀是反電勢；ψ_m為相永磁磁鏈,ω為轉子角速度；

同步電感L可以改寫為：

L＝L_δ+L_σ

式中，L_δ為同步主電感；L_σ為同步漏電，，Λ₀為磁導基波幅值,D為氣隙直徑,L_s為電機軸向長度,N_S為繞組匝數。

4.根據權利要求1所述一種集中繞組外轉子游標電機提升功率因數的方法，其特征在于，所述交替極主永磁體分為三段，中間為主永磁體兩側為輔助式永磁體，輔助式永磁體與主永磁體所對應圓弧角比為1：9.65。

5.根據權利要求1所述一種集中繞組外轉子游標電機提升功率因數的方法，所述交替極主永磁體上方設有輔助永磁體，定子調磁齒上加入了輔助齒，輔助齒為不等齒寬結構，依據諧波階數對其深度與寬度進行調整。