【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電機及新能源汽車設計及制造。
技術介紹
1、隨著新能源汽車尤其是純電動汽車產業的快速發展，對電動的高速性能及高功率密度提出更高要求，隨著電機轉速的提升對電機及相關零部件性能均提出更高要求，電機轉子及高速區軸承、齒輪的高速性能nvh提出更苛刻要求，成本增加，同時安全性、故障率等問題隨之而來，雙轉子電機特別是對轉雙轉子電機是一種可以成倍數提升電機功率密度的技術方向，但對轉雙轉子電機會帶來一技術命題，即：外轉子或內轉子至少其中之一的電流輸入問題是一技術工藝難點，按照現有技術手段基本需采取電刷電環的摩擦接觸方式進行電流傳導，尤其是針對大功率電機來講，采用有刷方案將使得電機壽命、安全性受到很大影響。
技術實現思路
1、在下列在先申請基礎上：
2、202211030428.1雙轉子電機電流動靜態物理端口
3、202211098410.5恒磁阻旋轉變壓器及鐵芯設計制造方法
4、202211409893.6電流動靜態端口電傳導裝置及設計方法
5、202211411199.8高功率密度雙盤永磁同步電機及設計方法
6、202211496278.3分盤式高功率密度電機及設計方法
7、202211503563.3非差分盤式高功率密度電機及設計方法
8、本專利技術公開一種“非差分盤式等極共繞組永磁同步電機及設計方法”，采用雙盤、三盤或多盤結構，將直流電或交流電或單相交流電進行“裂相”完成電機的連續圓周旋轉或直線
9、本文重點以開關磁阻電機為實施例分析，
10、由于開關磁阻電機遵循“磁阻最小”原則，與電流方向無關，所以，更適合使用此分盤式方案，按照傳統的單盤式構型，定子轉子磁極數不能相等，基本是取不同的偶數，以便讓定子轉子同軸安裝后，定子轉子磁極呈現“差分效應”，對相應繞組按照相應次序有序通電或斷電來獲得旋轉運動；且必須要求每對繞組對應不同磁極；而本文方案由于具有多盤互補效應，允許轉子定子極數相等，且允許同盤的所有繞組按照統一時間相序控制電流通斷，將大大簡化其布線及接線工藝及控制難度，尤其是采用如附圖1所示方案，同盤繞組只有一個，且無傳統電機的端部繞組問題，所以電磁線幾乎實現有效功100％利用率，而且，由于繞組與磁極的物理空間分離，磁極的設計細分度及密集度可以任意設計。不再受制于繞組的影響，可以在確保不漏磁或磁路不干擾前提下，盡可能細分磁極數量，從而使得扭矩穩定性大大改善，特定是對于大型電機(空氣磁阻很大，在空氣中很短距離磁阻迅速增加，此特性與電機大小幾乎沒有關聯性，似乎是一絕對值，所以直徑越大電機，越便于設計出細分密集度很高的磁極而不用產生漏磁或磁路干擾產生負扭矩，所以越是大功率電機采用此方案優勢越大)，其扭矩穩定性甚至可以做到和永磁同步、感應異步電機同樣的水平。眾所周知，開關磁阻電機有諸多優勢，轉子中沒有永磁體為純鐵芯結構，不再擔心發熱退磁或沖擊振動退磁現象，更加勝任高溫及超高速運行，氣隙間隙可進一步減小，稀土永磁體造價高，是永磁電機重要成本之一，提升機電轉換效率、功率密度同時將大幅度降低成本，其唯一缺點就是扭矩脈動大，且控制相對復雜，而通過本專利申請公開的技術方案將圓滿解決此系列問題，并使得工藝性及控制更加簡單化。并減小震動噪音。
11、由于采用永磁同步電機結構，與開關磁阻電機不同可以同時獲得吸引排斥電磁力作用，所以，功率密度進一步提升，且可以獲取非常穩定的扭矩特性，可參見附圖1、2等相關說明。
12、另外，基于圖例1以及在先申請的相關設計方案基礎，可以將在先申請“202211030428.1
13、雙轉子電機電流動靜態物理端口、202211098410.5恒磁阻旋轉變壓器及鐵芯設計制造方法”中所述的所有恒磁阻旋轉變壓器及鐵芯設計制造方法，均在此基礎上改造設計為開關磁阻電機，尤其是改造為“非差分盤式等極共繞組高功率密度電機”，具體見下文。
14、按照目前功率密度最高的永磁同步電機對比分析，按照三相正弦波繞組排線法，極對數與線槽數比值為6，而本案采用直流或調制交流方波或單相電流電，相位裂相差為90度，極對數與線槽數比值可以是2，定子轉子電磁作用點為數增加3倍；按照雙盤方波“重疊度占比”設定在95％(通過定子轉子的恒磁阻界限面效應分析，只要不出界則不會產生負扭矩，則斷電間隙接近于換向間歇，其斷電間隙幾乎逼近于零，可以保守按照最大不超5％占空比計算)計算，理論上可以提升2.85倍，如果將極對數盡量細分則雙盤方波“重疊度占比”可以提升到98％甚至更高，則理論上可以提升2.9倍以上；另外，由于方波的能量面積分是正弦波的1.4倍，如果考慮轉子旋轉過程受氣隙角度及力臂角度因素影響，按照1.3計算，則功率密度可以提升值＝2.9*1.3＝3.77倍；或者，實際中，也可以按照標準無間斷方波交流電(電流換向時間按照零計算，正向電流負向電流銜接點為同一時間，參見圖24)控制方案，即使使用無刷或有刷方案(有刷方案會有小間隙)，也是可以做到類似無間斷方波或者是由直流電經有刷或無刷換向器調制后的方波交流電或脈沖交流電，按照無間斷方波交流電或無間斷脈沖交流電，其理論上功率密度＝3*1.3＝3.9，以上方案名詞定義為“繞組槽相電流波形凝聚法”；再結合在先申請的對轉雙轉子工作原理可以再提升2倍功率密度(命名為：對轉雙轉子提升2倍同步氣隙磁場相對轉速法，簡稱：“2倍相對轉速法”)，如果再按照在先申請的單繞組雙向磁通對應雙磁鋼(或單磁鋼雙向磁通對應雙繞組)雙作用原理還可提升2倍功率功率(命名為：“雙向磁通法”)，則三方案的疊加功率密度最大理論值可以提升3.77*2*2＝15.08倍；或者3.9*2*2＝15.6倍。
15、分析：以上提升能量密度的三種方案，第一種方案“繞組槽相電流波形凝聚法”是靠提升電流有效做功槽相數空間及波形面積分獲得的，根據能量守恒定律，其電功率必然提升相應倍數，則熱功耗也會相應增加，所以，考慮電磁線電流密度太大發熱問題加劇因素，一般針對“繞組槽相電流波形凝聚法”方案，采用優化方案有：1、減小電流強度(注：減小電流強度只是針對該方案的電流強度而言，由于其單相代替三相的因素，使得單位繞組槽內電流有效功增加，定子轉子作用點增加3倍，且用方波，所以其整體電流強度并不比傳統交流同步異步電機小，反而增大)；2、減少繞組環滿率(環滿率定義：360定子圓周上繞組圓周陣列的排布密度飽和率)密度，也即減少定子轉子極對數受力點來變相減少熱量發生來實現，這樣可以在不減小電流強度前提下減少繞組數量，進而降低成本及重量，并有足夠空間設置導熱間隙通道空間提升散熱效率。所以，如本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.非差分盤式等極共繞組永磁同步電機及設計方法，包括電機繞組、永磁體、機殼等，其特征是：采用雙盤、三盤或多盤結構，將直流電或三相交流電或單相交流電或正弦波交流電或方波交流電進行“裂相”完成電機的連續圓周旋轉或直線運動，此具體實施方案可以是針對直流有刷電機，直流無刷電機，永磁同步電機，感應異步電機，開關磁阻電機來完成，由于具有多盤互補效應，轉子定子極對數可以相等，可以增加單位空間內的定子轉子相互作用力點數密集度，增加電磁力矩或磁阻力矩密度，可以采用方波代替正弦波電流，采用適時對方波換向交錯區進行瞬態斷電可以有效消除負扭矩，可以大幅度提升電機功率密度，此技術方案同樣適用于發電機；
2.根據權利要求1所述的非差分盤式等極共繞組永磁同步電機及設計方法，其特征是：
3.根據權利要求1所述的非差分盤式等極共繞組永磁同步電機及設計方法，其特征是：基于在先申請及同日申請專利“非差分盤式等極共繞組高功率密度電機及設計方法”，在其相關實施案例開關磁阻電機基礎上可以將非繞組側鐵芯用永磁體代替，則變為非差分盤式等極共繞組永磁同步電機，具體磁極數量多分布細密度大、共繞組、扭矩穩定等
4.根據權利要求1所述的非差分盤式等極共繞組永磁同步電機及設計方法，其特征是：其相關方案及控制波形的優化方案為：雙相波、三相波、四相波、八相波；
5.根據權利要求1所述的非差分盤式等極共繞組永磁同步電機及設計方法，其特征是：其電流動靜態物理端口為滾動電刷結構；含繞組的外轉子或內轉子的電流引入方式為：動態端口、靜態端口之間采取非摩擦接觸電連接方案，具體包括：流態導體與導電環的“流體電刷”接觸方式；或者：采用滾動導體“滾動電刷”接觸電傳導方式；或者：是恒磁阻環形旋轉變壓器電磁感應方式；
6.根據權利要求1所述的非差分盤式等極共繞組永磁同步電機及設計方法，其特征是：此方案也可以用于開關磁阻電機，具體包括：非差分三盤式等極共繞組開關磁阻電機，為了防止磁路在正向扭矩相反的反向磁路短路而產生負扭矩，必須保證，轉子定子磁極在越過中位時有明顯的正向反向磁極氣隙差；
7.根據權利要求1所述的非差分盤式等極共繞組永磁同步電機及設計方法，其特征是：上述方案可以是有刷電機形式，或者，也可以用無刷電機控制技術代替換向器；或者用永磁同步電機控制方式，諸如：基于霍爾傳感器等位置檢測傳感器采集電機轉子信息，通過IGBT及SiC、GaN材質功率半導體開關組件實現適時電流換向及通斷等功能。
8.根據權利要求1所述的非差分盤式等極共繞組永磁同步電機及設計方法，其特征是：
9.根據權利要求1所述的非差分盤式等極共繞組永磁同步電機及設計方法，其特征是：上述方案均可以是換向器型、無刷型，外轉子型，雙向磁通型、對轉雙轉子型(可加反向機構)、，相關內容參考在先申請；
...【技術特征摘要】
1.非差分盤式等極共繞組永磁同步電機及設計方法，包括電機繞組、永磁體、機殼等，其特征是：采用雙盤、三盤或多盤結構，將直流電或三相交流電或單相交流電或正弦波交流電或方波交流電進行“裂相”完成電機的連續圓周旋轉或直線運動，此具體實施方案可以是針對直流有刷電機，直流無刷電機，永磁同步電機，感應異步電機，開關磁阻電機來完成，由于具有多盤互補效應，轉子定子極對數可以相等，可以增加單位空間內的定子轉子相互作用力點數密集度，增加電磁力矩或磁阻力矩密度，可以采用方波代替正弦波電流，采用適時對方波換向交錯區進行瞬態斷電可以有效消除負扭矩，可以大幅度提升電機功率密度，此技術方案同樣適用于發電機；
2.根據權利要求1所述的非差分盤式等極共繞組永磁同步電機及設計方法，其特征是：
3.根據權利要求1所述的非差分盤式等極共繞組永磁同步電機及設計方法，其特征是：基于在先申請及同日申請專利“非差分盤式等極共繞組高功率密度電機及設計方法”，在其相關實施案例開關磁阻電機基礎上可以將非繞組側鐵芯用永磁體代替，則變為非差分盤式等極共繞組永磁同步電機，具體磁極數量多分布細密度大、共繞組、扭矩穩定等開關磁阻電機及永磁同步電機綜合優勢；
4.根據權利要求1所述的非差分盤式等極共繞組永磁同步電機及設計方法，其特征是：其相關方案及控制波形的優化方案為：雙相波、三相波、四相波、八相波；
5.根據權利要求1所...
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