一种少谐波交替极轮毂电机

1.本发明属于轮毂电机领域，特别涉及了一种少谐波交替极轮毂电机。


背景技术：

2.高磁能永磁材料使电机具备了高转矩密度，高功率密度和高效率等优点。近年来，随着稀土材料价格上涨，少稀土交替极永磁电机受到了广泛关注。然而交替极转子结构会导致气隙磁密偶次谐波，电机极槽配合选择不当会在电枢绕组中感应出反电势偶次谐波，恶化电机输出电磁转矩性能。为了减小交替极永磁电机气隙磁密偶次谐波对空载反电势波形的影响，发明专利“一种绕组错位轮毂电机定子及绕组错位轮毂电机装置”（cn 108768016b）提出了一种绕组错位方法以削弱反电势中的偶次谐波，提高电机转矩性能，然而该电机绕组结构复杂，加工困难，限制了其在工业领域的大规模应用。


技术实现要素：

3.为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种少谐波交替极轮毂电机，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，改善电机电磁转矩特性。
4.为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：一种少谐波交替极轮毂电机，包括外永磁转子和内定子，所述外永磁转子与内定子之间形成独立的气隙，所述外永磁转子包括位于外永磁转子最外侧的不导磁组件和位于不导磁组件内侧的导磁组件，所述不导磁组件与导磁组件通过连接件结构装配在一起，所述外永磁转子包括若干环向充磁的永磁体和径向充磁的永磁体，所述环向充磁的永磁体采用spoke永磁体，并沿外永磁转子的径向设置，所述径向充磁的永磁体采用面贴式永磁体，并沿导磁组件的内边缘设置，所述环向充磁的永磁体与径向充磁的永磁体一一交替设置，所述内定子由3n个定子模块组成，n为正整数，每个定子模块包括9个定子齿，每个定子模块上分布有三相电枢绕组。
5.基于上述技术方案的优选方案，所述外永磁转子包括10n块环向充磁的永磁体和10n块径向充磁的永磁体。
6.基于上述技术方案的优选方案，相邻环向充磁的永磁体之间的充磁方向环向相反，相邻径向充磁的永磁体的充磁方向径向相反。
7.基于上述技术方案的优选方案，所述导磁组件采用硅钢片叠压组成或采用三维各相同性的smc材料。
8.基于上述技术方案的优选方案，所述不导磁组件采用铝或不锈钢材质。
9.基于上述技术方案的优选方案，所述连接件结构为开设在不导磁组件上的燕尾齿以及开设在导磁组件上的燕尾槽，燕尾齿与燕尾槽适配。
10.基于上述技术方案的优选方案，所述三相电枢绕组采用单齿集中式绕组。
11.基于上述技术方案的优选方案，3n个定子模块上的电枢绕组绕制方法和分相方法
完全相同，每个定子模块的9个定子齿沿逆时针方向依次绕制a-，a+，a-，c-，c+，c-，b-，b+，b-线圈。
12.采用上述技术方案带来的有益效果：1、本发明定子侧采用3n个9齿单元电机个元电机，能够叠加消除相反电势中的偶次谐波，提高电机转矩品质；2、本发明电机转子采用spoke和面贴永磁体交替排列结构，相比传统永磁电机可以节约永磁体用量，降低电机成；3、本发明转子侧可实现模块化加工装配，可简化加工和装配工艺，提高工作效率，节约成本，在电动汽车、船用推进和风力发电等场合有广泛的应用前景。
附图说明
13.图1为本发明设计的少谐波交替极轮毂电机的一种实施例图；图2为图1所示电机中各定子模块以及整个电机的空载反电势波形图；图3为图1所示电机以及整个电机的空载反电势波形的傅里叶分析结果图。
具体实施方式
14.以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
15.本发明设计了一种少谐波交替极轮毂电机，如图1所示，包括3个9齿定子模块2-1、2-2和2-3组成的内定子2，以及一个外永磁转子1，3个9齿定子模块圆周方向上均匀分布。外永磁转子1包括不导磁组件1-1、导磁组件1-5、环向充磁的永磁体1-3和径向充磁的永磁体1-4。不导磁组件1-1与导磁组件1-5通过燕尾槽/燕尾齿1-2紧固为一体。内定子2与外永磁转子1之间形成独立的气隙3。环向充磁的永磁体1-3采用spoke永磁体，并沿外永磁转子的径向设置，径向充磁的永磁体1-4采用面贴式永磁体，并沿导磁组件的内边缘设置，环向充磁的永磁体1-3与径向充磁的永磁体1-4一一交替设置。
16.在本实施例中，优选地，外永磁转子1包括10块环向充磁的永磁体1-3和10块径向充磁的永磁体1-4。相邻环向充磁的永磁体1-3之间的充磁方向环向相反，相邻径向充磁的永磁体1-4的充磁方向径向相反。
17.在本实施例中，优选地，导磁组件1-5采用硅钢片叠压组成或采用三维各相同性的smc材料。不导磁组件1-1采用铝或不锈钢材质。
18.下面结合图1说明该电机的绕组连接方式：该实施例以三相电枢绕组为例，3个定子模块上的电枢绕组绕制方法和分相方法完全相同，仅以定子模块2-1为例说明。以定子模块2-1逆时针方向定义为1到9号定子齿，如图1所示，1到9号齿上分别依次绕制a-，a+，a-，c-，c+，c-，b-，b+，b-线圈。图1中负线圈定义为定子齿右侧导线电流为流出方向，正线圈定义为定子齿右侧导线电流为流入方向。
19.图2给出了定子模块2-1、2-2和2-3的a相空载反电势波形和三个模块的合成a相空载反电势波形，图3是相应的傅里叶分析结果。由图2可看出定子模块2-1、2-2和2-3的a相空载反电势波形正负不对称，发生了严重畸变，但是三者合成后a相空载反电势波形正负完全对称。图3的傅里叶分析结果表明虽然定子模块2-1、2-2和2-3的a相空载反电势波形含有大量偶次谐波，但是三者合成后可将偶次谐波完全消除，改善波形质量，提高电机电磁性能。
20.该电机结构简单，不仅具有spoke永磁转子结构的聚磁效应，而且相比传统交替极电机结构可以消除反电势中的偶次谐波，可以提高电机电磁转矩品质。
21.以上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，例如交替极转子可以有多种结构，径向充磁永磁体可用瓦片形、v形结构、halbach等结构，此外该思想也可扩展到轴向磁通和直线等多种电机中，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。


技术特征：
1.一种少谐波交替极轮毂电机，其特征在于：包括外永磁转子和内定子，所述外永磁转子与内定子之间形成独立的气隙，所述外永磁转子包括位于外永磁转子最外侧的不导磁组件和位于不导磁组件内侧的导磁组件，所述不导磁组件与导磁组件通过连接件结构装配在一起，所述外永磁转子包括若干环向充磁的永磁体和径向充磁的永磁体，所述环向充磁的永磁体采用spoke永磁体，并沿外永磁转子的径向设置，所述径向充磁的永磁体采用面贴式永磁体，并沿导磁组件的内边缘设置，所述环向充磁的永磁体与径向充磁的永磁体一一交替设置，所述内定子由3n个定子模块组成，n为正整数，每个定子模块包括9个定子齿，每个定子模块上分布有三相电枢绕组。2.根据权利要求1所述少谐波交替极轮毂电机，其特征在于：所述外永磁转子包括10n块环向充磁的永磁体和10n块径向充磁的永磁体。3.根据权利要求1所述少谐波交替极轮毂电机，其特征在于：相邻环向充磁的永磁体之间的充磁方向环向相反，相邻径向充磁的永磁体的充磁方向径向相反。4.根据权利要求1所述少谐波交替极轮毂电机，其特征在于：所述导磁组件采用硅钢片叠压组成或采用三维各相同性的smc材料。5.根据权利要求1所述少谐波交替极轮毂电机，其特征在于：所述不导磁组件采用铝或不锈钢材质。6.根据权利要求1所述少谐波交替极轮毂电机，其特征在于：所述连接件结构为开设在不导磁组件上的燕尾齿以及开设在导磁组件上的燕尾槽，燕尾齿与燕尾槽适配。7.根据权利要求1所述少谐波交替极轮毂电机，其特征在于：所述三相电枢绕组采用单齿集中式绕组。8.根据权利要求1所述少谐波交替极轮毂电机，其特征在于：3n个定子模块上的电枢绕组绕制方法和分相方法完全相同，每个定子模块的9个定子齿沿逆时针方向依次绕制a-，a+，a-，c-，c+，c-，b-，b+，b-线圈。

技术总结
本发明公开了一种少谐波交替极轮毂电机，包括外永磁转子和内定子，所述外永磁转子与内定子之间形成气隙，外永磁转子包括不导磁组件和位于不导磁组件内侧的导磁组件，不导磁组件与导磁组件通过连接件结构装配在一起，外永磁转子包括若干环向充磁的永磁体和径向充磁的永磁体，环向充磁的永磁体采用spoke永磁体，径向充磁的永磁体采用面贴式永磁体，环向充磁的永磁体与径向充磁的永磁体一一交替设置，内定子由3n个定子模块组成，每个定子模块包括9个定子齿，每个定子模块上分布有三相电枢绕组。本发明电机结构简单，不仅具有Spoke永磁转子结构的聚磁效应，而且可以消除反电势中的偶次谐波，提高电机电磁转矩品质。提高电机电磁转矩品质。提高电机电磁转矩品质。


技术研发人员：李烽 段朝伟 高翔 邓岩松 王凯 朱姝姝 刘闯 徐少云 高培伟
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2021.09.30
技术公布日：2022/1/18