組合式無刷直流永磁磁通切換電機及其軸向比例計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于永磁電機領域，具體設及一種組合式無刷直流永磁磁通切換電機及其 軸向比例計算方法。
【背景技術】
[0002] 永磁電機具有效率高、轉矩密度高、功率密度高的優點，廣泛應用于國防、交通、運 輸、新能源等領域。
[0003] 按照永磁體放置的位置來區分，永磁電機一般分為轉子永磁式電機和定子永磁式 電機。=種經典的定子永磁式電機為磁通翻轉永磁電機、雙凸極永磁電機、磁通切換永磁電 機，其中，磁通翻轉永磁電機的電樞磁場與永磁磁場為串聯關系，永磁體存在退磁風險。在 雙凸極永磁電機、磁通切換永磁電機該兩種電機中，電樞磁場與永磁磁場為并聯關系，電樞 磁場不經過永磁體，永磁體退磁風險小，具有較高的可靠性，而與雙凸極永磁電機相比，除 了具有高正弦度的永磁磁鏈和空載反電勢，磁通切換永磁電機實現了永磁磁鏈的雙極性翻 轉，提高了電機的鐵磁材料利用率和轉矩密度。
[0004] 對于轉子永磁式電機，按照其空載反電勢的波形不同分為永磁同步電機（空載反 電勢的波形為正弦波形）和無刷直流電機（空載反電勢的波形為120度方波波形）。與永 磁同步電機相比，無刷直流電機的優點如下：
[00化]1、電機結構簡單，永磁體加工工藝簡單；
[0006] 2、一般采用集中式定子繞組結構，繞組端部短，端部銅耗小；
[0007] 3、電機工作在高速時，可W采用60度換向控制，對開關管的頻率要求不高；
[000引 4、無刷直流電機在調速過程中無需360的轉子位置信息，只需要6個特殊位置點 即可實現換向；
[0009] 5、一般的，無刷直流電機穩態工作時，電樞電流為斷續，只要在本體設計上保證電 樞電流續流區域不把反電勢過零點淹沒，可W采用經典的"反電勢過零點"無速度傳感器技 術來實現位置檢測；同時采用經典的=次諧波法可W實現電機在負載條件下的無速度傳感 器技術。
[0010] 但是，由于無刷直流電機屬于轉子永磁式電機，永磁式置于轉子上，電樞磁場經過 永磁體，永磁體有退磁危險。同時，由于電樞磁場經過永磁體，電樞磁場的磁路磁阻大，電機 電感相對較小，電機弱磁能力差，轉速運行范圍窄。
[0011] 如何研究一種轉速范圍寬、弱磁能力強、可靠性高、永磁體放置在定子上的無刷直 流電機是永磁電機里領域的一個亟待解決的問題。

【發明內容】

[0012] 本發明所要解決的技術問題是：提供一種組合式無刷直流永磁磁通切換電機，解 決了現有技術中無刷直流電機弱磁能力差、轉速范圍窄的問題。
[0013] 本發明為解決上述技術問題，采用如下技術方案：
[0014] 組合式無刷直流永磁磁通切換電機，包括第一電機、第二電機，所述第一電機、第 二電機均包括定子、轉子，第一電機與第二電機之間設置隔磁材料，第一電機與第二電機的 定子外徑及定子齒數均相同，第一電機的定子齒與第二電機的定子齒一一對應成對設置， 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，所述第二電機的轉子齒數為第一電機的轉子齒數的3倍，第一電機的第一個轉子齒 與第二電機的第一個轉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，n為第二電機的轉子齒數。 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；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。
[0018] 為了進一步解決現有技術中磁通切換型電機反電勢波形為正弦波形、不適合運行 在無刷直流模式、不易實現全速變負載條件下的問題，本發明還提供一種組合式無刷直流 永磁磁通切換電機的軸向比例計算方法，該方法采用如下技術方案：
[0019] 所述組合式無刷直流永磁磁通切換電機的軸向長度為：
[0020] L=L1+L2,其中，Li為第一電機的軸向長度，L2為第二電機的軸向長度，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為第二電機軸向為k長度處一相電樞繞組的永磁磁鏈幅值。
[002引進一步的，為了計算簡單，準確，k為1米。
[0023] 與現有技術相比，本發明具有如下有益效果；
[0024] 1、本發明通過設定兩部分永磁磁通切換電機的轉子齒數比例，轉子齒幾何軸線相 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具有120方波的 空載反電勢波形，同時多齒容錯電機結構具有的低磁阻磁路增加了電機的弱磁電感值，減 小了弱磁電流，提高了電機的恒功率區域運行能力。
[0025] 2、本發明保持了無刷直流電機控制簡單、易于實現無速度傳感器技術、功率變換 器開關頻率低和永磁磁通切換電機永磁體不受離屯、力、退磁風險小、轉子結構簡單的優點， 利用相同定子極數、不同轉子齒數的兩部分電機進行軸向組合并優化其軸向長度比例，使 得永磁磁通切換電機同時具有空載方波反電勢（適合無刷直流運行模式）、大弱磁電感和 寬轉速運行范圍。
[0026] 3、本發明組合式無刷直流永磁磁通切換電機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和6/7E型鐵巧永磁磁通切換電機的組合，對于任意兩臺 工作在無刷交流模式的永磁磁通切換電機，只要滿足轉子齒數為1 ;3的關系，均可采用本 發明的組合模式W及軸向長度確定方法來實現電機同時具有空載方波反電勢（適合無刷 直流運行模式）、大弱磁電感和寬轉速運行范圍。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發明組合式無刷直流永磁磁通切換電機的第一電機的定子和轉子。
[002引圖2為本發明組合式無刷直流永磁磁通切換電機的第二電機的定子和轉子。
[0029] 圖3為本發明組合式無刷直流永磁磁通切換電機整體結構示意圖。
[0030] 圖4為本發明組合式無刷直流永磁磁通切換電機第一電機的第一個轉子齒與第 二電機的第一個轉子齒之間偏移角的示意圖。
[0031] 圖5是本發明第一電機空載反電勢、第二電機空載反電勢和組合式無刷直流永磁 磁通切換電機空載反電勢。
[003引圖6是轉矩-轉速曲線，其中，實屯、黑點曲線為組合式無刷直流永磁磁通切換電機 的曲線，空屯、黑圈曲線為轉子永磁式無刷直流電機的曲線。
[0033] 圖7為本發明的組合模式二的6/5C型鐵巧永磁磁通切換電機示意圖。
[0034] 圖8為本發明的組合模式二的6/15多齒容錯永磁磁通切換電機示意圖。
[0035] 圖9為本發明的組合模式S的6/8C型鐵巧永磁磁通切換電機示意圖。
[0036] 圖10為本發明的組合模式S的6/24多齒容錯永磁磁通切換電機示意圖。
[0037] 其中，圖中的標識；1-第一永磁體；2-第一電機的定子齒；3-第一電機的第一轉 子齒；4-第二永磁體；5-第二電機的定子齒；6-第二電機的第一轉子齒；7-第一