转子的调制单元、凸极转子、电机及减少电机漏磁的方法与流程

1.本公开涉及无刷双馈电机领域，具体是转子的调制单元、凸极转子、电机及减少电机漏磁的方法。


背景技术：

2.调制式无刷双馈电机是利用转子结构实现磁场调制，从而耦合两套绕组，实现同步双馈发电运行。但是存在凸极调磁块结构中磁力线经过内气隙会单侧闭合而不经过外定子，从而产生较严重的漏磁现象。


技术实现要素：

3.第一方面，本公开的目的在于提供一种转子的调制单元，采用分段式的凸极转子结构，引导磁力线走向，有效减少了只经过内气隙单侧闭合的漏磁通，提升转子调制能力。
4.本公开的目的可以通过以下技术方案实现：
5.一种转子的调制单元，沿着自身角平分线对称；
6.调制单元的导磁区域内设置有多个不导磁区域；
7.所述调制单元的导磁区域位于调制单元的中部。
8.在一些公开中，多个不导磁区域呈等角间隔分布在调制单元的导磁区域。
9.在一些公开中，极弧系数为0.2～0.8，极弧系数＝调制单元的导磁区域长度/ 调制单元长度。
10.在一些公开中，k1为正整数，k1为2～6，k1为分段数，分段数＝不导磁区域个数 1。
11.在一些公开中，k2为0.5～8，表示导磁区域的导磁部位长度与不导磁区域的不导磁部位长度的比例。
12.第二方面，本公开的目的在于提供一种凸极转子，采用分段式的凸极转子结构，引导磁力线走向，有效减少了只经过内气隙单侧闭合的漏磁通，提升转子调制能力。
13.本公开的目的可以通过以下技术方案实现：
14.一种凸极转子，包括调制单元，所述调制单元如第一方面的调制单元。
15.第三方面，本公开的目的在于提供一种电机，采用分段式的凸极转子结构，引导磁力线走向，有效减少了只经过内气隙单侧闭合的漏磁通，提升转子调制能力。
16.本公开的目的可以通过以下技术方案实现：
17.一种电机，包括凸极转子，所述转子的调制单元如第一方面的调制单元。
18.在一些公开中，所述凸极转子处于外定子和内定子之间，所述凸极转子与内定子之间有内气隙。
19.第四方面，本公开的目的在于提供一种电机，采用分段式的凸极转子结构，引导磁力线走向，有效减少了只经过内气隙单侧闭合的漏磁通，提升转子调制能力。
20.本公开的目的可以通过以下技术方案实现：
21.一种减少电机漏磁的方法，在转子的调制单元的导磁区域内设置有多个不导磁区
域；
22.或者，在凸极转子设置有第一方面的调制单元。
23.本公开的有益效果：
24.本公开中采用分段式简单凸极转子结构，引导磁力线走向，有效减少了只经过内气隙单侧闭合的漏磁通，提升转子调制能力。
附图说明
25.下面结合附图对本公开作进一步的说明。
26.图1是本公开电机截面示意图；
27.图2是本公开转子的调制单元示意图；
28.图3是本公开电机在极对数p
p
/p
c
为2/1，转子的极弧系数ε均为0.5下的实施结构示意图；
29.图4是是本公开的ε、k1与k2三个参数的确定流程图；
30.图5是本公开的p
p
/p
c
为2/1时不同极弧系数ε下电机的内外气隙有用谐波幅值与占比；
31.图6是本公开的p
p
/p
c
为2/1时在转子凸极分段数k1从2到6时内外气隙有用谐波幅值与占比随k2变化的示意图；
32.图7是本公开的p
p
/p
c
为2/1时在不同分段数所能得到的最优气隙磁密有用谐波幅值与占比，在k2＝8时，a)有用谐波幅值，b)有用谐波占比；
33.图8是本公开的p
p
/p
c
为2/1时和转子不分段前的磁力线对比图。
具体实施方式
34.下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
35.电机包括外定子、转子、内定子，如图1所示，外定子、转子、内定子同心排列，外定子和转子之间有外气隙，转子与内定子之间有内气隙，外定子由外定子铁心1和嵌放在外定子槽中的p
p
对极功率绕组2组成；内定子由内定子铁心4和嵌放在内定子槽中的p
c
对极控制绕组5组成。根据绕组的基本知识可知，若p
p
＝p
c
，则当p
c
对极控制绕组5励磁时会在功率绕组2中产生和励磁电流同频率的非零感应电动势，两套绕组直接耦合，从而使得经转子结构调制后功率绕组发出的电压频率受影响，不能实现变速恒频运行，因此两套绕组的极对数p
p
与p
c
不相等。
36.外定子和内定子之间设有分段式简单凸极转子3,的转子3为杯型结构，等效极对数为p
r
(p
r
＝p
p
p
c
)，即有p
r
个调制单元，每个调制单元沿自身角平分线对称，总长度为α
r
＝2π/p
r
，图2是一个调制单元的具体结构。调制单元中间为导磁区域31，两边为不导磁块形成的非导磁区域32。易知导磁区域内简单凸极长度越大，越容易出现磁力线经过内气隙单侧闭合的情形，产生较大的漏磁通，影响转子调制能力。因此为了减小漏磁，导磁区域31采用分段式的结构，由两部分组成，分别是分段式的简单凸极311和段与段之间的不导磁块312，
转子具体结构满足如下几何关系：
[0037][0038]
其中，α
r
为一个调制单元长度，α1为导磁区域长度，即调制单元内最外层两个简单凸极之间的距离，α2表示导磁区域内分段的每个简单凸极块长度，α3表示导磁区域内段与段之间不导磁块的长度；ε则定义为极弧系数，其值为α1/α
r
； k1表示分段数，k2表示导磁区域内简单凸极长度与凸极间不导磁块长度的比例。
[0039]
由电机正常工作原理可知，p
r
＝p
p
p
c
时为和调制，正常运行时转子转速ω
r
需满足
[0040][0041]
其中ω
p
、ω
c
、ω
r
分别为外定子功率绕组旋转磁场速度、内定子控制旋转磁场速度、电机转子转速。电动运行即需满足条件调节控制绕组励磁电流频率进行调速，发电运行则是在不同转速下根据条件调节控制绕组励磁电流的频率以实现变速恒频运行。因此本公开中电机只要满足极对数配合与转速要求，电机在原理上均可行，图3是本公开电机极对数p
p
/p
c
＝2/1时的部分实施例示意图，这些实施例电机均可以实现双馈运行，但是ε、k1与k2三个参数的不同会导致电机在效率、功率因数、转矩脉动等性能上有差异。
[0042]
ε、k1与k2取值范围一般限制为0.2～0.8、2～6与0.5～8，且分段数k1为正整数，参数的最优值由有限元法确定。评价指标为内外气隙中的有用谐波幅值与占比，当外定子中的功率绕组与内定子中控制绕组极对数选为p
p
/p
c
时，定义内 (外)气隙中有用谐波占比为
[0043][0044]
其中k是气隙磁密中的谐波次数，是内(外)气隙中和控制(功率)绕组极对数相同次数的有用谐波,b
i
是内外气隙磁密中的i次谐波幅值。ε、k1与k2三个参数最优值具体确定流程如图4所示。
[0045]
图5到图8为依据图4流程图确定ε、k1与k2三个参数的一个具体算例。算例首先将极对数p
p
/p
c
选择为2/1，然后计算了不同极弧系数ε下内外气隙有用谐波幅值与占比，如图5所示。从结果可以看到随着ε的提高，内气隙中一次谐波的幅值b1与占比p1不断提高，控制绕组电压不断增加，但外气隙中二次谐波幅值b2与占比p2都有一个先增后减的趋势。当ε增加到一定程度时，内气隙中的 b1仍不断提高，内定子越来越趋于饱和，但并不能带来外气隙中b2增加，反而会导致功率侧电压的降低，进一步降低电机功率密度。最优功率侧有用谐波幅值在极弧系数为0.5时取到，为0.17t，外气隙中最优的有用谐波占比在极弧系数为0.5取到为0.4085，因此将ε选为0.5。
[0046]
图6是p
p
/p
c
为2/1时在ε为0.5时当分段数k1从2到6时内外气隙磁密有用谐波幅值与占比随k2变化的示意图。看到分段数从2到6变化时，当k2不断增加时最终内外气隙中的有用谐波幅值与占比都存在缓缓趋于稳定的趋势。因此可以得到当采用分段凸极转子结构时，不论分段数，简单凸极与不导磁块比例 k2越高，外气隙中的b2与p2会越高，调制效果越
好，内气隙中的b1与p1也会趋于稳定。图7是k1从2到6时所能得到的最优结果，即当k2为8时的气隙磁密有用谐波幅值与占比。可以看到当分段数为2时，内外气隙中的有用谐波幅值均为最高，其中外气隙中的b2为0.17725t，分段数为2，外气隙中的有用谐波占比也为最高，因此确定k1为2且k2为8。与不分段结果相比，分段后的外气隙的有用谐波幅值增加，功率绕组端电压增加，功率密度提高。
[0047]
图8是p
p
/p
c
为2/1时凸极转子分段前后电机磁力线走向对比图。可以看到转子不分段在凸极区域磁力线极易出现一层气隙而单侧闭合的情形，而在分段后这种现象被改善，漏磁减小。
[0048]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0049]
尽管已经示出和描述了本公开的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本公开的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本公开的范围由权利要求及其等同物限定。