可降低无刷双馈电机转矩脉动的定转子结构及设计方法与流程

本发明涉及电机，具体涉及一种可降低无刷双馈电机转矩脉动的定转子结构及设计方法。

背景技术：

1、无刷双馈电机是一种新型交流感应电机，有两套没有直接耦合，极对数不相同的三相对称定子绕组分布在定子槽内。这两套绕组分别称为功率绕组和控制绕组，转子可采用笼型，磁阻转子或者绕线转子结构。无刷双馈电机的基本原理是转子需要特殊设计产生两种不同极对数的基波磁场，与两套定子绕组产生不同极对数的磁场能相互耦合作用来实现能量传递；这种电机是一种能四象限运行的电机，既能作为电动机运行，也能作为发电机运行。由于这种新型电机具有无电刷滑环、控制器容量小、安全可靠性高等优点，在大容量交流变频调速系统、抽水蓄能、水力发电和风力发电等领域有着良好的应用前景。

2、传统永磁电机和感应电机只需要产生一个基波磁场，而无刷双馈电机需要产生两种不同极对数的基波磁场来实现能量转换，因此电机中含有大量的磁动势谐波和磁导谐波，导致电机气隙磁场分布不规则，容易产生脉动转矩，振动和电磁噪声。为了解决无刷双馈电机存在的转矩脉动问题，近年来国内外学者进行了大量研究，提出了若干的方法，专利号为cn201710679565.0的发明专利“一种无刷双馈电机转矩脉动最小化控制装置及其控制方法”公开了一种直接转矩控制策略来减小无刷双馈电机的转矩脉动。专利号为cn202210232904.1的发明专利“一种无刷双馈电机协同转矩脉动抑制装置及方法”公开了一种电机侧变流器和网侧变流器协同控制来抑制无刷双馈电机转矩脉动的装置和方法。

3、这些方法均是从控制方法上通过控制电压电流基波和谐波分量来改变电机磁动势谐波，从而削弱电机转矩脉动。但本领域针对结构层面进行设计来抑制无刷双馈电机转矩脉动的方法效果依旧不理想。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种可降低无刷双馈电机转矩脉动的定转子结构及设计方法，通过在定子齿中间沿内圈和转子齿中间沿外圈开辅助槽，降低了电机的磁动势和磁导谐波，能够有效减小无刷双馈电机的转矩脉动，该方法易于实现，且抑制无刷双馈电机转矩脉动效果显著。

2、本发明提供的一种可降低无刷双馈电机转矩脉动的定转子结构，包括定子铁心和转子铁心，所述定子铁心上沿圆周方向均匀开设有定子槽，所述定子槽内设有定子绕组，所述定子槽之间形成定子齿，所述转子铁心上沿圆周方向均匀开设有转子槽，所述转子槽内设有转子绕组，所述转子槽之间形成转子齿，每个所述定子铁心的定子齿中间沿内圆周方向均匀设置有定子辅助槽，每个所述转子铁心的转子齿中间沿外圆周方向均匀设置转子辅助槽。

3、较为优选的，所述定子辅助槽的数量与所述定子槽数量一致。

4、较为优选的，所述转子辅助槽的数量与所述转子槽数量一致。

5、较为优选的，所述定子辅助槽的槽口宽度与所述定子槽的槽口宽度相同。

6、较为优选的，所述转子辅助槽的槽口宽度与所述转子槽的槽口宽度相同。

7、本发明还提供一种可降低无刷双馈电机转矩脉动的定转子结构的设计方法，包括：

8、建立带定子辅助槽和转子辅助槽的无刷双馈电机有限元分析模型；

9、设置合理的定子/转子辅助槽深度范围；

10、选取一个定子/转子辅助槽深度，进行有限元仿真计算，算出电机在额定工况下的磁场分布和动态电磁转矩，包括分析磁场高次谐波含量和转矩脉动的大小，看是否满足给定的限制条件；

11、通过所述磁场高次谐波含量和转矩脉动的大小限制条件筛选并输出合适的定子/转子辅助槽深度。

12、较为优选的，所述设置合理的定子/转子辅助槽深度范围包括，定子辅助槽深度范围不超过定子槽深度的1/2，转子辅助槽深度范围不超过转子槽深度的1/2。

13、本发明的有益效果为：

14、1、通过在定子齿中间沿内圈和转子齿中间沿外圈开辅助槽，降低了电机的磁动势和磁导谐波，能够有效减小无刷双馈电机的转矩脉动，该方法易于实现，且抑制无刷双馈电机转矩脉动效果显著。

15、2、通过合理设计辅助槽的槽深，对电机磁路饱和的影响较小，不会对电机输出转矩性能产生较大的影响，且进一步加强了无刷双馈电机转矩脉动的抑制效果。

技术特征：

1.一种可降低无刷双馈电机转矩脉动的定转子结构，包括定子铁心(1)和转子铁心(2)，所述定子铁心(1)上沿圆周方向均匀开设有定子槽(3)，所述定子槽(3)内设有定子绕组，所述定子槽(3)之间形成定子齿(4)，所述转子铁心(2)上沿圆周方向均匀开设有转子槽(5)，所述转子槽(5)内设有转子绕组，所述转子槽(5)之间形成转子齿(6)，其特征在于：每个所述定子铁心(1)的定子齿(4)中间沿内圆周方向均匀设置有定子辅助槽(7)，每个所述转子铁心(2)的转子齿(6)中间沿外圆周方向均匀设置转子辅助槽(8)。

2.根据权利要求1所述的可降低无刷双馈电机转矩脉动的定转子结构，其特征在于：所述定子辅助槽(7)的数量与所述定子槽(3)数量一致。

3.根据权利要求1所述的可降低无刷双馈电机转矩脉动的定转子结构，其特征在于：所述转子辅助槽(8)的数量与所述转子槽(5)数量一致。

4.根据权利要求1所述的可降低无刷双馈电机转矩脉动的定转子结构，其特征在于：所述定子辅助槽(7)的槽口宽度与所述定子槽(3)的槽口宽度相同。

5.根据权利要求1所述的可降低无刷双馈电机转矩脉动的定转子结构，其特征在于：所述转子辅助槽(8)的槽口宽度与所述转子槽(5)的槽口宽度相同。

6.一种如权利要求1所述的可降低无刷双馈电机转矩脉动的定转子结构的设计方法，其特征在于，包括辅助槽深度设计方法，所述方法为：

7.如权利要求6所述的可降低无刷双馈电机转矩脉动的定转子结构的设计方法，其特征在于：所述设置合理的定子/转子辅助槽深度范围包括，定子辅助槽(7)深度范围不超过定子槽(3)深度的1/2，转子辅助槽(8)深度范围不超过转子槽(5)深度的1/2。

技术总结
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种可降低无刷双馈电机转矩脉动的定转子结构及设计方法。包括定子铁心和转子铁心，所述定子铁心上沿圆周方向均匀开设有定子槽，所述定子槽内设有定子绕组，所述定子槽之间形成定子齿，所述转子铁心上沿圆周方向均匀开设有转子槽，所述转子槽内设有转子绕组，所述转子槽之间形成转子齿，每个所述定子铁心的定子齿中间沿内圆周方向均匀设置有定子辅助槽，每个所述转子铁心的转子齿中间沿外圆周方向均匀设置转子辅助槽。通过在定子齿中间沿内圈和转子齿中间沿外圈开辅助槽，降低了电机的磁动势和磁导谐波，能够有效减小无刷双馈电机的转矩脉动，该方法易于实现，且抑制无刷双馈电机转矩脉动效果显著。

技术研发人员：赵红生,熊志,郑旭,徐秋实,任羽纶,王佳,王博,杨东俊,乔立,董哲,徐小琴,张焱哲
受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13