[發明專利]多裂齒比多端口磁場調制電機

有效

• 申請號: 202110936760.3
• 申請日: 2021-08-16
• 公開（公告）號: CN113726118B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 王海濤;朱恒;丁樹業;魏梓強;李爭亮
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: H02K16/02
• 分類號: H02K16/02;H02K16/04;H02K1/16;H02K1/14;H02K1/278;H02K1/2791;H02K3/28
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

本發明公開了一種多裂齒比多端口磁場調制電機，該電機由帶有環形繞組的不同裂齒比定子以及內、外轉子組成，定子為電端口，內、外轉子為兩個機械端口。該電機定子施加于內、外轉子中間，定子齒用于調制內、外氣隙磁場。其中，定子內齒數少于定子外齒數，定子齒漏磁少且鐵芯利用率高。環形繞組嵌入定子內、外槽，跨過定子軛連接，通三相正弦交變電流的環形繞組可為內、外氣隙提供極對數不同的電樞磁場，且外電樞磁場的極對數高于內電樞極對數。該電機具有雙速輸出、大轉矩、寬運行范圍的特點，且電機散熱性好、功率因數高、銅耗低，適用于電動汽車、全電飛機等要求低速大轉矩、多速運行要求的場合。

技術領域

本發明涉及永磁磁場調制電機，尤其涉及一種多裂齒比多端口磁場調制電機。

背景技術

隨著永磁材料性能的提升與其工業應用前景的擴展，永磁電機以高效、高功率密度及運行可靠等優點已取代傳統電勵磁電機廣泛應用于航天、航海及交通運輸等領域。在工程上，大部分永磁電機驅動系統采用“高速電機+機械齒輪”的組合，以提高電機的轉矩密度。然而，這樣的組合會帶來摩擦損耗增大、噪聲增大、效率降低以及運行可靠性降低等一系列問題。為了解決這些問題，電機研究人員將磁齒輪與永磁電機相結合，提出了磁場調制電機，其基于“磁齒輪效應”，電機內轉速較高的電樞磁場可以被調制成轉速較低的諧波磁場，與極對數較低的旋轉磁場耦合產生大轉矩，使電機具有低速大轉矩的特點，并提高了電機的轉矩密度，受到了國內外學者的廣泛關注。

然而，傳統磁場調制電機是由一組繞組和一個定子配合來帶動一個轉子旋轉，很難應用在多端口差速輸出場合，為了解決這一問題，研究人員提出引入額外的調制環放在兩個轉子中間，由調磁環的磁場調制作用使得兩個轉子旋轉。但是引入了額外的調磁環在結構上增加了氣隙數目，其空間利用率低且諧波畸變大，導致電機運行效率很低；針對這一問題，研究人員又提出一種雙轉子磁場調制電機，該電機使用上下開槽的結構，單內外定子齒數目固定且相等，兩個機械端口輸出能力相同，因此應用范圍受到限制。

發明內容

為了實現磁場調制電機能在多端口場合實現高效應用，本發明在探索新型定子結構磁場調制電機和多端口磁場調制電機等技術的基礎上，提出全新的多裂齒比多端口磁場調制電機，以內外沿周向均勻分布不同數目的調制齒為基礎，采用特殊的環形繞組接線方式，產生一個能兼顧內外轉子的空間電樞磁場，由于裂齒比可以不為一，內外調制齒數目不同，則在內外氣隙調制出的空間電樞磁場極對數也不同，則內外轉子轉速和轉矩輸出能力亦不同。本發明具有多端口輸出、大轉矩、寬運行范圍的特點，并且由于采取環形繞組的連接方式，電機散熱性好、功率因數高、銅耗低，在電動汽車、全電飛機等要求低速大轉矩和多速運行的場合具有良好的發展前景。

技術方案：為實現以上目的，本發明采用如下的技術方案：

一種多裂齒比多端口磁場調制電機，具有一個電氣端口和兩個機械端口，電氣端口為通電的上、下開槽的多裂齒比定子和環形繞組，機械端口為磁極對數不同的內轉子和外轉子，具體包括：

多裂齒比定子、內轉子和外轉子，所述多裂齒比定子放置在內轉子和外轉子之間，所述多裂齒比定子包括：

定子軛，所述定子軛的內、外表面沿定子軛圓周方向均勻分布定子齒，內、外兩層定子齒經過分裂或合并形成數目不同的調制齒，分別是位于定子軛內表面的內調制齒和位于定子軛外表面的外調制齒；所述內調制齒在定子軛內表面均勻間隔排列形成定子內槽；所述外調制齒在定子軛外表面均勻間隔排列形成定子外槽；

所述內轉子包括內轉子鐵芯和周向布置在所述內轉子鐵芯外表面的內轉子永磁陣列；

所述外轉子包括外轉子鐵芯和周向布置在所述外轉子鐵芯內表面的外轉子永磁陣列；

第一層氣隙，設置于所述內轉子永磁和多裂齒比定子之間；

第二層氣隙，設置于外轉子永磁和多裂齒比定子之間；