組合式無刷直流永磁磁通切換電機(jī)及其軸向比例計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于永磁電機(jī)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種組合式無刷直流永磁磁通切換電機(jī)及其 軸向比例計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁電機(jī)具有效率高、轉(zhuǎn)矩密度高、功率密度高的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于國防、交通、運(yùn) 輸、新能源等領(lǐng)域。
[0003] 按照永磁體放置的位置來區(qū)分，永磁電機(jī)一般分為轉(zhuǎn)子永磁式電機(jī)和定子永磁式 電機(jī)。=種經(jīng)典的定子永磁式電機(jī)為磁通翻轉(zhuǎn)永磁電機(jī)、雙凸極永磁電機(jī)、磁通切換永磁電 機(jī)，其中，磁通翻轉(zhuǎn)永磁電機(jī)的電樞磁場與永磁磁場為串聯(lián)關(guān)系，永磁體存在退磁風(fēng)險。在 雙凸極永磁電機(jī)、磁通切換永磁電機(jī)該兩種電機(jī)中，電樞磁場與永磁磁場為并聯(lián)關(guān)系，電樞 磁場不經(jīng)過永磁體，永磁體退磁風(fēng)險小，具有較高的可靠性，而與雙凸極永磁電機(jī)相比，除 了具有高正弦度的永磁磁鏈和空載反電勢，磁通切換永磁電機(jī)實現(xiàn)了永磁磁鏈的雙極性翻 轉(zhuǎn)，提高了電機(jī)的鐵磁材料利用率和轉(zhuǎn)矩密度。
[0004] 對于轉(zhuǎn)子永磁式電機(jī)，按照其空載反電勢的波形不同分為永磁同步電機(jī)（空載反 電勢的波形為正弦波形）和無刷直流電機(jī)（空載反電勢的波形為120度方波波形）。與永 磁同步電機(jī)相比，無刷直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如下：
[00化]1、電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，永磁體加工工藝簡單；
[0006] 2、一般采用集中式定子繞組結(jié)構(gòu)，繞組端部短，端部銅耗??；
[0007] 3、電機(jī)工作在高速時，可W采用60度換向控制，對開關(guān)管的頻率要求不高；
[000引 4、無刷直流電機(jī)在調(diào)速過程中無需360的轉(zhuǎn)子位置信息，只需要6個特殊位置點(diǎn) 即可實現(xiàn)換向；
[0009] 5、一般的，無刷直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)工作時，電樞電流為斷續(xù)，只要在本體設(shè)計上保證電 樞電流續(xù)流區(qū)域不把反電勢過零點(diǎn)淹沒，可W采用經(jīng)典的"反電勢過零點(diǎn)"無速度傳感器技 術(shù)來實現(xiàn)位置檢測；同時采用經(jīng)典的=次諧波法可W實現(xiàn)電機(jī)在負(fù)載條件下的無速度傳感 器技術(shù)。
[0010] 但是，由于無刷直流電機(jī)屬于轉(zhuǎn)子永磁式電機(jī)，永磁式置于轉(zhuǎn)子上，電樞磁場經(jīng)過 永磁體，永磁體有退磁危險。同時，由于電樞磁場經(jīng)過永磁體，電樞磁場的磁路磁阻大，電機(jī) 電感相對較小，電機(jī)弱磁能力差，轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍窄。
[0011] 如何研究一種轉(zhuǎn)速范圍寬、弱磁能力強(qiáng)、可靠性高、永磁體放置在定子上的無刷直 流電機(jī)是永磁電機(jī)里領(lǐng)域的一個亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種組合式無刷直流永磁磁通切換電機(jī)，解 決了現(xiàn)有技術(shù)中無刷直流電機(jī)弱磁能力差、轉(zhuǎn)速范圍窄的問題。
[0013] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案：
[0014] 組合式無刷直流永磁磁通切換電機(jī)，包括第一電機(jī)、第二電機(jī)，所述第一電機(jī)、第 二電機(jī)均包括定子、轉(zhuǎn)子，第一電機(jī)與第二電機(jī)之間設(shè)置隔磁材料，第一電機(jī)與第二電機(jī)的 定子外徑及定子齒數(shù)均相同，第一電機(jī)的定子齒與第二電機(jī)的定子齒一一對應(yīng)成對設(shè)置， 每對定子齒上的兩個定子勵磁源的勵磁方向為相同或相反，且每一對定子齒共用一個定子 繞組，所述第二電機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)為第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)的3倍，第一電機(jī)的第一個轉(zhuǎn)子齒 與第二電機(jī)的第一個轉(zhuǎn)子齒之間具有偏移角。
[0015] 所述偏移角0為：
[0016]0= ，其中m為正整數(shù)，n為第二電機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)。 打
[0017] 所述每對定子齒上的兩個定子勵磁源的勵磁方向相同時，m為偶數(shù)；所述每對定 子齒上的兩個定子勵磁源的勵磁方向相反時，m為奇數(shù)。
[0018] 為了進(jìn)一步解決現(xiàn)有技術(shù)中磁通切換型電機(jī)反電勢波形為正弦波形、不適合運(yùn)行 在無刷直流模式、不易實現(xiàn)全速變負(fù)載條件下的問題，本發(fā)明還提供一種組合式無刷直流 永磁磁通切換電機(jī)的軸向比例計算方法，該方法采用如下技術(shù)方案：
[0019] 所述組合式無刷直流永磁磁通切換電機(jī)的軸向長度為：
[0020] L=L1+L2,其中，Li為第一電機(jī)的軸向長度，L2為第二電機(jī)的軸向長度，Li和L2的 比例計算采用如下公式：
[0021] ^ = 其中，為第一電機(jī)軸向為k長度處一相電樞繞組的永磁磁鏈幅值， ^2為第二電機(jī)軸向為k長度處一相電樞繞組的永磁磁鏈幅值。
[002引進(jìn)一步的，為了計算簡單，準(zhǔn)確，k為1米。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果；
[0024] 1、本發(fā)明通過設(shè)定兩部分永磁磁通切換電機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)比例，轉(zhuǎn)子齒幾何軸線相 對位置W及兩部分軸向長度比例，使得組合式無刷直流永磁磁通切換電機(jī)具有120方波的 空載反電勢波形，同時多齒容錯電機(jī)結(jié)構(gòu)具有的低磁阻磁路增加了電機(jī)的弱磁電感值，減 小了弱磁電流，提高了電機(jī)的恒功率區(qū)域運(yùn)行能力。
[0025] 2、本發(fā)明保持了無刷直流電機(jī)控制簡單、易于實現(xiàn)無速度傳感器技術(shù)、功率變換 器開關(guān)頻率低和永磁磁通切換電機(jī)永磁體不受離屯、力、退磁風(fēng)險小、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)， 利用相同定子極數(shù)、不同轉(zhuǎn)子齒數(shù)的兩部分電機(jī)進(jìn)行軸向組合并優(yōu)化其軸向長度比例，使 得永磁磁通切換電機(jī)同時具有空載方波反電勢（適合無刷直流運(yùn)行模式）、大弱磁電感和 寬轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍。
[0026] 3、本發(fā)明組合式無刷直流永磁磁通切換電機(jī)及其軸向長度確定方法不僅適用于 6/21多齒容錯永磁磁通切換電機(jī)和6/7E型鐵巧永磁磁通切換電機(jī)的組合，對于任意兩臺 工作在無刷交流模式的永磁磁通切換電機(jī)，只要滿足轉(zhuǎn)子齒數(shù)為1 ;3的關(guān)系，均可采用本 發(fā)明的組合模式W及軸向長度確定方法來實現(xiàn)電機(jī)同時具有空載方波反電勢（適合無刷 直流運(yùn)行模式）、大弱磁電感和寬轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明組合式無刷直流永磁磁通切換電機(jī)的第一電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子。
[002引圖2為本發(fā)明組合式無刷直流永磁磁通切換電機(jī)的第二電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子。
[0029] 圖3為本發(fā)明組合式無刷直流永磁磁通切換電機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖4為本發(fā)明組合式無刷直流永磁磁通切換電機(jī)第一電機(jī)的第一個轉(zhuǎn)子齒與第 二電機(jī)的第一個轉(zhuǎn)子齒之間偏移角的示意圖。
[0031] 圖5是本發(fā)明第一電機(jī)空載反電勢、第二電機(jī)空載反電勢和組合式無刷直流永磁 磁通切換電機(jī)空載反電勢。
[003引圖6是轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線，其中，實屯、黑點(diǎn)曲線為組合式無刷直流永磁磁通切換電機(jī) 的曲線，空屯、黑圈曲線為轉(zhuǎn)子永磁式無刷直流電機(jī)的曲線。
[0033] 圖7為本發(fā)明的組合模式二的6/5C型鐵巧永磁磁通切換電機(jī)示意圖。
[0034] 圖8為本發(fā)明的組合模式二的6/15多齒容錯永磁磁通切換電機(jī)示意圖。
[0035] 圖9為本發(fā)明的組合模式S的6/8C型鐵巧永磁磁通切換電機(jī)示意圖。
[0036] 圖10為本發(fā)明的組合模式S的6/24多齒容錯永磁磁通切換電機(jī)示意圖。
[0037] 其中，圖中的標(biāo)識；1-第一永磁體；2-第一電機(jī)的定子齒；3-第一電機(jī)的第一轉(zhuǎn) 子齒；4-第二永磁體；5-第二電機(jī)的定子齒；6-第二電機(jī)的第一轉(zhuǎn)子齒；7-第一