一种单齿集中绕组少谐波轴向磁通电机

1.本发明属于电机技术领域，特别涉及了一种轴向磁通电机。


背景技术：

2.轴向磁通永磁电机具备高转矩密度、高功率密度和高效率等优点，在新能源电动汽车、风力发电、船用推进和工业生产等领域具有十分广阔的应用前景。为了节约稀土永磁材料，少稀土交替极永磁电机受到了广泛关注。但是针对9槽10极等单元电机定子齿为奇数的交替极永磁电机，气隙磁密中的偶次谐波会导致相绕组中存在反电势偶次谐波，当电机通入三相交流电时会产生较大的奇次转矩脉动，影响电机电磁转矩质量。


技术实现要素：

3.为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种单齿集中绕组少谐波轴向磁通电机，消除空载反电势中的偶次谐波，降低转矩脉动，提高输出电磁转矩品质。
4.为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：一种单齿集中绕组少谐波轴向磁通电机，包括中间定子，以及对称设置在中间定子轴向两侧的两个盘式转子，两个盘式转子的结构完全相同，两个盘式转子通过机械连接轴向固定并同步旋转，两个盘式转子与中间定子之间分别形成独立的气隙，盘式转子上永磁体与凸极转子铁芯交替排列，中间定子的轴向两侧分别开槽形成定子齿，轴向两侧的定子齿通过中间定子的轭部连接，轴向两侧的定子齿上分别绕有跨距为1的单齿集中电枢绕组，两套单齿集中电枢绕组属于同相的绕组周向上错位1个齿。
5.基于上述技术方案的优选方案，中间定子轴向两侧的定子齿为轴向齿-齿相对放置结构。
6.基于上述技术方案的优选方案，中间定子采用高导磁smc材料或者硅钢片卷绕结构。
7.基于上述技术方案的优选方案，两个盘式转子上的永磁体轴向相对放置，所有永磁体的极弧相等，所有永磁体的充磁方向一致，均指向中间定子侧或者背离中间定子侧。
8.基于上述技术方案的优选方案，永磁体采用分块halbach充磁或者正弦充磁方式；永磁体采用高磁能积钕铁硼材料或铁氧体材料。
9.基于上述技术方案的优选方案，中间定子轴向一侧的定子齿槽数为为9n，其中n为大于等于1的正整数。
10.基于上述技术方案的优选方案，每个盘式转子上的永磁体和凸极转子铁芯的数量相同，为5n或4n。
11.基于上述技术方案的优选方案，当盘式转子上有4n块永磁体时，定子齿上线圈绕制方法如下：其中一侧定子齿上的连续9个齿上分别绕制a+，a-，a+，b+，b-，b+，c+，c-，c+线圈，另一侧定子齿上对应的9个齿上分别绕制c-，a-，a+，a-，b-，b+，b-，c-，c+线圈，剩余的齿根
据上述绕制方法以9齿为单元重复绕制。
12.基于上述技术方案的优选方案，当盘式转子上有5n块永磁体时，定子齿上线圈绕制方法如下：其中一侧定子齿上的连续9个齿上分别绕制a-，a+，a-，c-，c+，c-，b-，b+，b-线圈，另一侧定子齿上对应的9个齿上分别绕制b+，a+，a-，a+，c+，c-，c+，b+，b-线圈，剩余的齿根据上述绕制方法以9齿为单元重复绕制。
13.基于上述技术方案的优选方案，中间定子轴向两侧定子齿上的两套单齿集中电枢绕组首尾相连。
14.采用上述技术方案带来的有益效果：1、本发明定子两侧定子齿上的电枢绕组线圈采用错位一个齿的绕组连接方式，解决交替极永磁电机气隙磁密不对称导致的反电势偶次谐波问题，改善电机反电势波形质量（即提高波形正弦度），进一步提高电机电磁转矩特性（即减小电机电磁转矩脉动）；2、本发明定子两侧定子齿上的两套电枢绕组首尾相连可以实现反电势基波叠加，偶次谐波消除的效果，两套绕组同时工作不仅可以提高电机转矩输出能力，还可以改善输出转矩品质；3、本发明转子侧采用高磁能积永磁体和凸极铁芯交替排列结构，相比传统永磁电机可以节约永磁体用量，降低电机成本；4、本发明定子两侧电枢绕组采用单齿集中绕制，不会额外增加加工复杂度，可实施性好。
附图说明
15.图1-3是本发明的电机结构示意图；图4是本发明中交替排列转子结构示意图；图5是本发明中交替排列转子结构俯视图；图6是 本发明中电枢绕组绕制方式示意图。
具体实施方式
16.以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
17.本发明设计了一种单齿集中绕组少谐波轴向磁通电机，如图1-5所示，包括中间定子1、位于轴向两侧的盘式转子2和3，盘式转子2和3结构完全相同，盘式转子2和3与中间定子1分别形成独立的气隙4和5。盘式转子2和3通过机械连接轴向固定同步旋转且轴向对称放置，盘式转子上的永磁体3-1和凸极转子铁芯3-2形成交替排列转子结构，转子背轭3-3为轴向磁通提供路径。中间定子1轴向两侧开槽形成定子齿1-4，定子齿通过中间定子的轭部1-1连接，中间定子1轴向两侧的定子齿1-4上绕有跨距为1的单齿集中电枢绕组1-2和1-3，单齿集中电枢绕组1-2和1-3属于同相的绕组周向上移位1个齿，实现空载反电势偶次谐波的消除。本发明可消除交替极永磁转子在电枢绕组中感应出的反电势偶次谐波，提高反电势波形正弦性，改善电机电磁性能。
18.在本实施例中，优选地，中间定子1轴向两侧的定子齿为轴向齿-齿相对放置结构。中间定子1采用高导磁smc材料或者硅钢片卷绕结构。
19.在本实施例中，优选地，如图4所示，两个盘式转子2和3上的永磁体3-1轴向相对放置，所有永磁体3-1的极弧相等，所有永磁体3-1的充磁方向一致，均指向或背离中间定子侧。永磁体3-1采用分块halbach充磁或者正弦充磁方式；永磁体3-1采用高磁能积钕铁硼材料或铁氧体材料。
20.在本实施例中，优选地，中间定子轴向一侧的定子齿槽数为为9n，每个盘式转子上的永磁体和凸极转子铁芯的数量相同，为5n或4n，其中n为大于等于1的正整数。
21.图6给出了本发明定子轴向两侧定子齿标号图，以此图为例说明电枢线圈绕制方法。当电机单侧有9n定子齿，单盘对应有4n块永磁体时，定子齿1-2-1到1-2-9上分别绕制a+，a-，a+，b+，b-，b+，c+，c-，c+线圈。与1-2-1到1-2-9号定子齿背面相对的是1-3-1到1-3-9号齿，定子齿1-3-1到1-3-9上分别绕制c-，a-，a+，a-，b-，b+，b-，c-，c+线圈。该电机采用了18槽16极结构，由两个9槽8极单元组成，定子两侧剩余9个齿按照如上线圈绕制方法重复绕制即可。当电机单侧有9n定子齿，单盘对应有5n块永磁体时，定子齿1-2-1到1-2-9上分别绕制a-，a+，a-，c-，c+，c-，b-，b+，b-线圈。与1-2-1到1-2-9号定子齿背面相对的是1-3-1到1-3-9号齿，定子齿1-3-1到1-3-9上分别绕制b+，a+，a-，a+，c+，c-，c+，b+，b-线圈。该电机采用了18槽20极结构，由两个9槽10极单元组成，定子两侧剩余9个齿按照如上线圈绕制方法重复绕制即可。
22.本发明电机的定子两侧定子齿上线圈按照上述方式绕制之后形成内外两套独立的电枢绕组，内外两套电枢绕组首尾相连可以实现反电势基波叠加，偶次谐波消除的效果。两套绕组同时工作不仅可以提高电机转矩输出能力，还可以改善输出转矩品质。
23.实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。