CN118677129A - 分裂齿永磁游标电机及包含其的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分裂齿永磁游标电机及包含其的风力发电机，分裂齿永磁游标电机包括内定子和外转子，内定子和外转子之间设置有气隙，内定子包括若干成对设置的定子铁芯和电枢绕组，定子铁芯包括定子电枢齿和定子调制齿，电枢绕组环绕设置在对应的定子电枢齿上，定子电枢齿沿其径向方向向外转子一侧分裂出成对的定子调制齿，成对的定子调制齿之间形成有第一调制槽，第一调制槽在其槽底边缘位置设置有倒角。通过该种设置，不仅有利于电机在工艺上的制造，而且还可以增加倒角位置处的磁路，进而使得定子铁芯在该处的磁密分布相对稀疏，缓解定子铁芯的饱和程度，同时还可以利用第一调制槽对应减轻电机的整体重量，有助于降低电机的散热难度。

Description

分裂齿永磁游标电机及包含其的风力发电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种分裂齿永磁游标电机及包含其的风力发电机。

背景技术

永磁游标电机是基于磁场调制原理的一种电机，其可将转速较低的转子永磁体调制成转速较高的定子气隙磁场，从而达到“自增速”的效果，实现更好的输出转矩密度和更高的传递可靠性，在许多低速直驱的应用场合，如电动汽车驱动、风力发电驱动等领域，区别于一般的永磁同步电机，永磁游标电机可省略变速箱、齿轮箱等机械传动装置，直接驱动，有着较大的应用场景。

常规的永磁游标电机，转子极对数多，且与定子齿数接近，而定子极对数相对很少。定子的多齿少极结构，使得常规永磁游标电机的定子绕组在采用整数槽分布绕组时，绕组端部跨距过长，使损耗增加，效率降低，同时也增加了绕组的重量和成本。采用分裂齿永磁游标电机可以利用定子极靴上的分裂出的小齿作为调制极，从而减少电枢绕组的槽数，并利用集中绕组解决端部绕组跨距大的问题。

集中绕组式分裂齿永磁游标电机大多为单边型电机，多数极对数磁场，经由分裂齿调磁铁块的调制作用，产生出旋转的低极对数磁场和电枢绕组耦合，然而调制作用也会产生大量未被利用的谐波磁场，丰富的谐波磁场均经由定子电枢齿、定子轭部构成闭合磁路，从而使其定子电枢齿和定子轭部设计的较宽以避免铁芯饱和，尤其在大功率(兆瓦级以上)的应用上，电枢磁场作用强，谐波畸变更加严重，使得铁芯饱和加剧，定子电枢齿和定子轭部不得不设计的更宽，电机的重量进一步增大，此外较宽的定子电枢齿和定子轭部也压缩了定子槽的有效空间，使电机的电负荷减小，如果保证电负荷不变，无疑会使得电机铜耗增加，效率下降且加大了电机的散热难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中分裂齿永磁游标电机为了避免铁芯饱和，其重量以及散热难度均会增加的缺陷，提供一种分裂齿永磁游标电机及包含其的风力发电机。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种分裂齿永磁游标电机，包括有内定子和外转子，所述内定子和所述外转子之间设置有气隙，其特点在于：

所述内定子包括若干成对设置的定子铁芯和电枢绕组，所述定子铁芯包括有定子电枢齿和定子调制齿，所述电枢绕组环绕设置在对应的所述定子电枢齿上，所述定子电枢齿沿其径向方向向所述外转子一侧分裂出成对的所述定子调制齿，成对的所述定子调制齿之间形成有第一调制槽，所述第一调制槽在其槽底边缘位置设置有倒角。

在该分裂齿永磁游标电机中，内定子的电枢绕组环绕设置在对应的定子电枢齿上，在通电状态下，电枢绕组中的电流产生相应的磁场与外转子旋转时的磁场相互作用，从而产生扭矩促使电机进行旋转，并在此过程中，利用定子电枢齿向外转子一侧分裂出成对的定子调制齿作为调制极，减少电枢绕组的槽数，解决端部绕组跨距大的问题；同时，成对的定子调制齿之间可以形成第一调制槽，在第一调制槽的槽底边缘位置设置有倒角，不仅有利于工艺上的制造，而且还可以增加该位置处的磁路，进而使得定子铁芯在该处的磁密分布相对稀疏，缓解定子铁芯的饱和程度，避免定子电枢齿设计尺寸较宽从而增加电机的整体重量，并且还可以利用第一调制槽对应减轻电机的整体重量，有助于降低电机的散热难度。

进一步的，相邻所述定子铁芯的所述定子电枢齿之间开设有电枢槽，所述电枢绕组在所述电枢槽内环绕设置在对应的所述定子电枢齿上；

在所述定子铁芯的周向方向上，所述定子调制齿的宽度尺寸为d₁，所述倒角与邻近位置的所述电枢槽之间的最小距离为d₂；其中，d₁＜d₂＜1.2d₁；

和/或，在所述定子铁芯的径向方向上，所述定子调制齿的延伸尺寸为S₁，所述第一调制槽的深度尺寸为S₂；其中，0.48S₁＜S₂＜0.56S₁。

在本方案中，电枢绕组具体设置在电枢槽内环绕设置在对应的定子电枢齿上，通过将第一调制槽内设置的倒角与邻近电枢槽之间的最小距离，设置为定子调制齿宽度尺寸的一定比例，利用倒角增加第一调制槽在其槽底边缘位置的磁路，使得定子电枢齿对应的磁路可以均匀的过渡到定子调制齿，在降低电机整体重量的情况下，避免定子铁芯的磁密分布变化程度过大，从而尽可能的缓解定子铁芯的饱和程度；同时，在定子铁芯的径向方向上，第一调制槽的深度尺寸设置为定子调制齿延伸尺寸的一定比例，避免第一调制槽的深度过深，导致其槽底距离对应电枢槽的距离过小，从而使得定子铁芯在该位置处的磁密分布较为密集。

进一步的，相邻所述定子铁芯中，邻近的所述定子调制齿之间开设有第二调制槽，所述第二调制槽的位置对应于相同所述定子调制齿之间的所述电枢槽设置，所述第二调制槽与对应的所述电枢槽连通。

在本方案中，通过在定子铁芯上对应电枢槽的位置开设第二调制槽，并使第二调制槽与对应位置的电枢槽连通，更方便将电枢绕组环绕设置在定子电枢齿的外围，同时也可以利用开设的第二调制槽进一步降低电机的整体重量，并有助于降低电机的散热难度。

进一步的，所述定子电枢齿上分裂出的成对所述定子调制齿，以同一所述定子电枢齿的中心轴线呈对称设置。

在本方案中，通过将定子电枢齿上分裂出的定子调制齿，以该定子电枢齿的中心轴线呈对称分布，以使得定子铁芯的磁密分布更加均匀且对称，更有利于电机运行的稳定性。

进一步的，所述定子铁芯所对应圆心角为θ₁，成对所述定子调制齿之间的跨距对应的圆心角为θ₂，所述定子调制齿朝向所述外转子一侧的外缘面均为圆弧面，所述圆弧面对应的圆心角为θ₃；其中，0.75θ₁＜θ₂＜0.82θ₁，0.45θ₂＜2θ₃＜0.55θ₂。

在本方案中，通过将成对定子调制齿之间的跨距对应的圆心角，设置为定子铁芯对应圆心角的一定比例，以避免相邻定子铁芯中邻近的定子调制齿之间的间距过大或者过小，以在不损害电机原有性能的情况下，尽可能的降低电机的整体重量，以及提高电机的整体散热性能；同时再将每一个定子调制齿外缘面对应的圆心角，设置为成对定子调制齿之间的跨距对应圆心角的一定比例，以避免每一个定子调制齿外缘面对应尺寸相对较小，从而在其外缘面位置处减少磁路，使得该处的磁密分布较为密集，反而加重了定子铁芯的饱和程度。

进一步的，所述定子电枢齿上在靠近所述外转子的一侧端部还开设有齿部减重槽，所述齿部减重槽与同一所述定子电枢齿上形成的所述第一调制槽连通。

在本方案中，通过在定子电枢齿上进一步开设齿部减重槽，并将齿部减重槽与同一定子电枢齿上的第一调制槽连通，以进一步降低定子铁芯的用量，从而进一步的降低电机的整体重量，降低电机的散热难度。

进一步的，所述齿部减重槽与对应的所述第一调制槽互相配合形成一“T”型槽，所述“T”型槽为对称结构，且所述“T”型槽的对称轴线与所述定子电枢齿的中心轴线重合。

在本方案中，由于定子电枢齿在其对称中心轴位置处的磁密分布相对较为稀疏，因此通过调整齿部减重槽的位置，使得齿部减重槽与对应第一调制槽结合形成的“T”型槽，能够以定子电枢齿的中心轴线对称设置，在利用齿部减重槽降低电机的整体重量的同时，以尽可能的避免对定子电枢齿中的磁密分布造成影响。

进一步的，所述定子铁芯还包括定子铁轭，所述定子铁轭设置于所述定子电枢齿沿其径向方向远离所述外转子的一侧，且所述定子铁轭远离所述定子电枢齿的内侧壁上对应于所述齿部减重槽开设有轭部减重槽。

在本方案中，利用定子铁轭与定子电枢齿、定子调制齿组合形成完整的定子铁芯，相邻的定子电枢齿通过定子铁轭进行连接，以满足相邻的定子电枢齿中的磁力线可以通过定子铁轭进行传输，在此情况下，造成定子铁轭远离定子电枢齿的内侧壁在对应于齿部减重槽的位置，磁密分布较为稀疏，因此定子铁轭在对应该位置处开设有轭部减重槽，同样在利用轭部减重槽降低电机的整体重量的同时，以尽可能的避免对定子铁轭中的磁密分布造成影响。

进一步的，所述轭部减重槽的截面形状为半圆形状，所述半圆形状的圆心位于对应所述定子电枢齿的中心轴线与所述定子铁轭的内侧壁所在圆弧的交点位置处；

和/或，所述齿部减重槽的槽底与对应所述轭部减重槽之间的最小距离为d₃，所述齿部减重槽的深度尺寸为S₃，其中，0.75d₃＜S₃＜0.85d₃。

在本方案中，通过将轭部减重槽的截面设置为半圆形状，并将半圆形状的圆心点，设置在定子电枢齿的中心轴线与定子铁轭内侧壁所在圆弧的交点位置处，以使得轭部减重槽的设置更加规律，以尽量避免其设置位置参差不齐造成定子铁芯的结构更加复杂，以及对定子铁芯中的磁密分布造成过大的影响；此外，通过将齿部减重槽的深度尺寸，对应设置为齿部减重槽的槽底与对应轭部减重槽之间最小距离的一定比例，以避免齿部减重槽的深度过深，或者齿部减重槽与对应轭部减重槽之间的最小距离过小，在结构上影响电机运行的稳定性，同时也对定子电枢齿上的磁密分布造成较大影响，反而降低电机效率。

进一步的，相邻所述定子铁芯的所述定子电枢齿之间开设有电枢槽，所述电枢绕组在所述电枢槽内环绕设置在对应的所述定子电枢齿上；

在所述定子铁芯的周向方向上，所述定子电枢齿的宽度尺寸减去所述齿部减重槽的宽度尺寸为d₄，所述轭部减重槽与邻近位置的所述电枢槽的槽底之间的最小距离为d₅；其中0.45d₄＜d₅＜0.6d₄。

在本方案中，电枢绕组具体是在电枢槽内环绕设置在对应的定子电枢齿上，通过将轭部减重槽与邻近位置的电枢槽的槽底之间的最小距离，设置在定子电枢齿的宽度尺寸减去齿部减重槽的宽度尺寸后的特定比例中，避免轭部减重槽与邻近位置的电枢槽的槽底之间的最小距离不会太小，从而避免该处的磁路不会过少，进而避免该种的磁密分布不会过于紧密。

进一步的，所述外转子包括转子铁芯和若干块永磁体，若干块所述永磁体沿所述转子铁芯的周向方向上固定在所述转子铁芯上，并形成转子极对数为P_r，所述电枢绕组形成的极对数为P_s，所述定子调制齿的数目为N_s；其中，N_s＝P_r+P_s。

一种风力发电机组，其特点在于，所述风力发电机组包括有如上所述的分裂齿永磁游标电机。

在本方案中，通过该种设置，在风力发电机组中采用如上所述的分裂齿永磁游标电机，以避免该风力发电机组中的分裂齿永磁游标电机出现铁芯饱和，避免其出现重量过重以及散热难的问题。

本发明的积极进步效果在于：

该分裂齿永磁游标电机中，内定子的电枢绕组环绕设置在对应的定子电枢齿上，在通电状态下，电枢绕组中的电流产生相应的磁场与外转子旋转时的磁场相互作用，从而产生扭矩促使电机进行旋转，并在此过程中，利用定子电枢齿向外转子一侧分裂出成对的定子调制齿作为调制极，减少电枢绕组的槽数，解决端部绕组跨距大的问题；同时，成对的定子调制齿之间可以形成第一调制槽，在第一调制槽的槽底边缘位置设置有倒角，不仅有利于工艺上的制造，而且还可以增加该位置处的磁路，进而使得定子铁芯在该处的磁密分布相对稀疏，缓解定子铁芯的饱和程度，避免定子电枢齿设计尺寸较宽从而增加电机的整体重量，并且还可以利用第一调制槽对应减轻电机的整体重量，有助于降低电机的散热难度。

附图说明

图1为本发明一实施例中分裂齿永磁游标电机的整体截面示意图；

图2为本发明一实施例中分裂齿永磁游标电机中单元电机的截面示意图；

图3为本发明一实施例中单元电机中内定子的局部截面示意图。

附图标记说明：

分裂齿永磁游标电机1

单元电机10

定子电枢齿211

齿部减重槽2111

电枢槽2112

定子调制齿212

第一调制槽2121

第二调制槽2122

倒角2123

定子铁轭213

轭部减重槽2131

电枢绕组22

外转子30

转子铁芯31

永磁体32

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”“轴向”、“周向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明公开了一种分裂齿永磁游标电机1，如图1所示，该分裂齿永磁游标电机1包括有若干个单元电机10组成，这些单元电机10的结构均相同，利用这些单元电机10沿周向阵列排布构成整个分裂齿永磁游标电机1。

如图2所示，每个单元电机10均包括有由内向外设置的内定子和外转子30，内定子和外转子30之间设置有气隙。其中，每个外转子30均包括有转子铁芯31和若块永磁体32，若干块永磁体32沿转子铁芯31的周向方向上均匀固定在转子铁芯31上，并形成转子极对数为P_r，永磁体32的结构可以为表贴式、内置式、辐条式、Halbach阵列或者交替极的形式，永磁体32可以采用钕铁硼、钐钴等永磁材料。每个内定子均包括有若干对成对设置的定子铁芯和电枢绕组22，定子铁芯又包括有定子电枢齿211、定子调制齿212和定子铁轭213，电枢绕组22环绕设置在对应的定子电枢齿211上，由电枢绕组22形成的极对数为P_s，而定子调制齿212的数目为N_s；转子极对数P_r、电枢绕组22形成的极对数为P_s和定子调制齿212的数目N_s之间的关系满足：N_s＝P_r+P_s。

如图2和图3所示，定子电枢齿211沿其径向方向向外转子30一侧分裂出成对的定子调制齿212，成对的定子调制齿212之间形成由第一调制槽2121，第一调制槽2121在其槽底边缘位置设置有倒角2123。结合图2和图3所示，在定子电枢齿211的外侧表面上形成成对的定子调制齿212，并利用两个定子调制齿212之间的空间形成第一调制槽2121，因此，第一调制槽2121是具有一定深度的凹槽结构，其槽底边缘位置即是定子调制齿212与对应定子电枢齿211的连接拐角位置，在该位置处设置有倒角2123。可以理解的是，倒角2123包括有直线倾斜倒角2123、圆弧倒角2123或者其他类型的倒角2123，该倒角2123的设置可以增加上述拐角位置的宽度尺寸，以增加该拐角位置的磁路。本实施例中采用的直线倾斜倒角2123，其倾斜的角度α，斜角距离为d_r。但是，在其他可替代的实施例中，倒角2123完全可以采用其他类型的倒角2123。

通过上述的设置，在该分裂齿永磁游标电机1在通电状态下，电枢绕组22中的电流产生相应的磁场与外转子30旋转时的磁场相互作用，从而产生扭矩促使电机进行旋转，并在此过程中，利用定子电枢齿211向外转子30一侧分裂出成对的定子调制齿212作为调制极，减少电枢绕组22的槽数，解决端部绕组跨距大的问题；同时，成对的定子调制齿212之间可以形成第一调制槽2121，在第一调制槽2121的槽底边缘位置设置有倒角2123，不仅有利于工艺上的制造，而且还可以增加该位置处的磁路，进而使得定子铁芯在该处的磁密分布相对稀疏，缓解定子铁芯的饱和程度，避免定子电枢齿211设计尺寸较宽从而增加电机的整体重量，并且还可以利用第一调制槽2121对应减轻电机的整体重量，有助于降低电机的散热难度。

如图2和图3所示，该内定子在相邻定子铁芯的定子电枢齿211之间开设有电枢槽2112，电枢绕组22具体是在该电枢槽2112内环绕设置在对应的定子电枢齿211上，并且沿定子铁芯的周向方向上，定子调制齿212的宽度尺寸为d₁，而倒角2123与邻近位置的电枢槽2112之间的最小距离为d₂；其中，d₁＜d₂＜1.2d₁。通过将第一调制槽2121内设置的倒角2123与邻近电枢槽2112之间的最小距离，设置为定子调制齿212宽度尺寸的一定比例，利用倒角2123增加第一调制槽2121在其槽底边缘位置的磁路，使得定子电枢齿211对应的磁路可以均匀的过渡到定子调制齿212，在降低电机整体重量的情况下，避免定子铁芯的磁密分布变化程度过大，从而尽可能的缓解定子铁芯的饱和程度。

此外，在定子铁芯的径向方向上，定子调制齿212的延伸尺寸为S₁，第一调制槽2121的深度尺寸为S₂，每个调制齿靠近转子侧的外缘线均为圆弧，该圆弧对应半径为定子外径R_so，而每个电枢槽2112的槽底半径为R_sbo，每个电枢槽2112的槽顶半径为R_sto，其中S₁＝R_so-R_sto，0.48S₁＜S₂＜0.56S₁。通过将第一调制槽2121的深度尺寸设置为定子调制齿212延伸尺寸的一定比例，避免第一调制槽2121的深度过深，导致其槽底距离对应电枢槽2112的距离过小，从而使得定子铁芯在该位置处的磁密分布较为密集。

如图2和图3所示，在相邻定子铁芯中，邻近的定子调制齿212之间开设有第二调制槽2122，第二调制槽2122的位置对应于相同定子调制齿212之间的电枢齿设置，第二调制槽2122与对应的电枢槽2112连通。通过在定子铁芯上对应电枢槽2112的位置开设第二调制槽2122，并使第二调制槽2122与对应位置的电枢槽2112连通，更方便将电枢绕组22环绕设置在定子电枢齿211的外围，同时也可以利用开设的第二调制槽2122进一步降低电机的整体重量，并有助于降低电机的散热难度。

此外，在每一个定子铁芯中，定子电枢齿211上分裂出的成对定子调制齿212，均以同一定子电枢齿211的中心轴线呈对称设置，以使得定子铁芯的磁密分布更加均匀且对称，更有利于电机运行的稳定性。但是，在其他可替代的实施例中，在每一个定子铁芯中，定子电枢齿211上分裂出的成对定子调制齿212，也可以不以同一定子电枢齿211的中心轴呈对称设置，只要成对定子调制齿212之间能够形成第一调制槽2121即可。

如图2和图3所示，定子铁芯所对应圆心角为θ₁，成对定子调制齿212之间的跨距对应的圆心角为θ₂，定子调制齿212朝向外转子30一侧的外缘面均为圆弧面，该圆弧面对应的圆心角为θ₃；其中，0.75θ₁＜θ₂＜0.82θ₁，0.45θ₂＜2θ₃＜0.55θ₂。通过将成对定子调制齿212之间的跨距对应的圆心角，设置为定子铁芯对应圆心角的一定比例，以避免在相邻定子铁芯中，邻近的定子调制齿212之间的间距过大或者过小，以在不损害电机原有性能的情况下，尽可能的降低电机的整体重量，以及提高电机的整体散热性能；同时再将每一个定子调制齿212外缘面对应的圆心角，设置为成对定子调制齿212之间的跨距对应圆心角的一定比例，以避免每一个定子调制齿212外缘面对应尺寸相对较小，从而在其外缘面位置处减少磁路，使得该处的磁密分布较为密集，反而加重了定子铁芯的饱和程度。

如图2和图3所示，定子铁芯中定子电枢齿211上在靠近外转子30的一侧端部还开设有齿部减重槽2111，齿部减重槽2111与同一定子电枢齿211上形成的第一调制槽2121连通。通过该种设置，以进一步降低定子铁芯的用量，从而进一步的降低电机的整体重量，降低电机的散热难度。进一步的，由于定子电枢齿211在其对称中心轴位置处的磁密分布相对较为稀疏，因此通过调整齿部减重槽2111的位置，使其与对应第一调制槽2121连通配合形成一“T”型槽，该“T”型槽为对称结构，且“T”型槽的对称轴线与定子电枢齿211的中心轴线重合，通过该种设置，在利用齿部减重槽2111降低电机的整体重量的同时，以尽可能的避免对定子电枢齿211中的磁密分布造成影响。

但是，在其他可替代的实施例中，齿部减重槽2111与对应第一调制槽2121连通配合形成的“T”型槽，并不必然要求其为对称结构，即使为对称结构，也不必然要求其对称轴线与定子电枢齿211的中心轴线重合。

如上所述，内定子的定子铁芯还包括有定子铁轭213，定子铁轭213设置于定子电枢齿211沿其径向方向远离外转子30的一侧，以利用定子铁轭213与定子电枢齿211、定子调制齿212组合形成完整的定子铁芯，相邻的定子电枢齿211通过定子铁轭213进行连接，以满足相邻的定子电枢齿211中的磁力线可以通过定子铁轭213进行传输。由于定子铁轭213远离定子电枢齿211的内侧壁在对应于齿部减重槽2111的位置，磁密分布较为稀疏，因此在本申请中，结合图2和图3所示，通过在定子铁轭213远离定子电枢齿211的内侧壁上对应于齿部减重槽2111开设有轭部减重槽2131，同样在利用轭部减重槽2131降低电机的整体重量的同时，以尽可能的避免对定子铁轭213中的磁密分布造成影响。

具体的，该轭部减重槽2131的截面形状为半圆形状，该半圆形状的圆心位于对应定子电枢齿211的中心轴线与定子铁轭213的内侧壁所在圆弧的交点位置处。通过该种设置，以使得轭部减重槽2131的设置更加规律，以尽量避免其设置位置参差不齐造成定子铁芯的结构更加复杂，以及对定子铁芯中的磁密分布造成过大的影响。但是，在其他可替代的实施例中，轭部减重槽2131的截面形状也可以采用其他的形状，例如半多边形或者矩形等等。

同时，齿部减重槽2111的槽底与对应轭部减重槽2131之间的最小距离为d₃，齿部减重槽2111的深度尺寸为S₃，其中，0.75d₃＜S₃＜0.85d₃。通过将齿部减重槽2111的深度尺寸，对应设置为齿部减重槽2111的槽底与对应轭部减重槽2131之间最小距离的一定比例，以避免齿部减重槽2111的深度过深，或者齿部减重槽2111与对应轭部减重槽2131之间的最小距离过小，在结构上影响电机运行的稳定性，同时也对定子电枢齿211上的磁密分布造成较大影响，反而降低电机效率。

在定子铁芯的周向方向上，齿部减重槽2111的宽度尺寸为d₆，定子电枢齿211的宽度尺寸减去齿部减重槽2111的宽度尺寸为d₄，轭部减重槽2131与邻近位置的电枢槽2112的槽底之间的最小距离为d₅；其中0.45d₄＜d₅＜0.6d₄。通过该种设置，以避免轭部减重槽2131与邻近位置的电枢槽2112的槽底之间的最小距离不会太小，从而避免该处的磁路不会过少，进而避免该种的磁密分布不会过于紧密。

本实施例中还涉及一种风力发电机组，该风力发电机组包括有如上所述的分裂齿永磁游标电机1，以避免该风力发电机组中的分裂齿永磁游标电机1出现铁芯饱和，避免其出现重量过重以及散热难的问题。

下面提供一种较优的具体实施方式，以对上述实施例中分裂齿永磁游标电机1做进一步的描述。

一种分裂齿永磁游标电机1，如图1所示，整机包括有九个结构完全相同的单元电机10沿周向均匀阵列组成，每个单元电机10均包括有由内向外设置的内定子和外转子30，内定子和外转子30之间设置有气隙。每个单元电机10包含九个电枢槽2112、九个第一调制槽2121和九个第二调制槽2122，定子调制齿212的数目为N_s＝18，单元电机10转子极对数为Pr＝14，电枢绕组22形成的定子电枢极对数为Ps＝4。单元电机10转子极对数、定子电枢极对数和调制齿数目满足：Ps+Pr＝Ns。

如图2和图3所示，单元电机10内定子包含定子铁芯和电枢绕组22，定子铁芯采用硅钢片叠压而成，定子铁芯包括有定子电枢齿211、定子调制齿212和定子铁轭213，定子电枢齿211上开设有齿部减重槽2111和电枢槽2112，定子调制齿212上开设有第一调制槽2121和第二调制槽2122，定子铁轭213上开设有轭部减重槽2131。

定子铁轭213内侧边缘线由定子内径(Rsi＝2945mm)所在圆弧以及轭部减重槽2131边缘线围成，轭部减重槽2131位于所述定子铁轭213上靠近定子内径一侧，九个半圆形轭部减重槽2131沿周向均匀布置。具体的，轭部减重槽2131的圆心位于定子电枢齿211几何轴线与定子铁轭213内径所在圆弧的交点，轭部减重槽2131对应截面的半圆半径R＝40mm。轭部减重槽2131与对应的电枢槽2112底部之间的最小距离为d₃＝78.7mm，定子电枢齿211宽减去齿部减重槽2111宽后的宽度d₄＝139.8mm。

如图2和图3所示，定子铁轭213外侧为圆弧结构，由定子铁轭213沿径向向外部延伸的定子齿体形成九个定子电枢齿211，定子电枢齿211跨距所对圆心角为θ₄＝3.067°，而整个定子铁芯对应的圆心角为θ₁＝4.444°；其中，θ₄/θ₁＝0.69。

定子铁芯在相邻定子电枢齿211之间的空间为电枢槽2112，电枢槽2112内放置电枢绕组22，以形成极对数为4的电枢磁场。电枢槽2112底半径为R_sbo＝3025mm，电枢槽2112顶半径为R_sto＝3125mm，槽深为R_sbo-R_sto＝100mm。

定子电枢齿211沿径向向转子侧分裂出两个定子调制齿212，每个定子调制齿212靠近转子侧的外缘线为圆弧，半径为定子外径R_so＝3181mm，所对圆心角为θ₃＝0.895°，两个调制齿靠近槽口外缘线间的跨距所对圆心角为θ₂＝3.51°，且θ₂/θ₁＝0.79，2θ₃/θ₂＝0.51。进一步的，两个定子调制齿212间的第一调制槽2121的宽度所对应的圆心角为θ₃-2θ₄＝1.72°，槽深度为S₂＝31mm，在定子铁芯的径向方向上，定子调制齿212的延伸尺寸为S₁，其中，S₁＝R_so-R_sto，S₂＝0.55S₁。

定子电枢齿211上第一调制槽2121的槽底角采用倒角2123处理，倒角2123的角度为α＝45°，斜角距离为dr＝17mm，采用倒角2123处理方式不仅有利于工艺制造，也能够增加定子调制齿212与定子电枢齿211连接处铁芯厚度，有利于降低此处铁芯的饱和度。进一步的，定子电枢齿211上第一调制槽2121的槽底倒角2123距离邻近电枢槽2112顶的最小距离为d₂＝31mm，且d₂为定子调制齿212宽度d₁的1.107倍。

定子电枢齿211靠近外转子30一侧端部布置一个宽度为d₆＝38mm，高度为S₃＝71.4mm的矩形齿部减重槽2111，齿部减重槽2111与同一个定子电枢齿211上的两个定子调制齿212之间的第一调制槽2121相连通，形成一个整体的“T”型槽，该“T”型槽与定子电枢齿211以及定子电枢齿211下方的轭部减重槽2131的几何轴线均重合。齿部减重槽2111宽度d₆为第一调制槽2121宽度的0.398倍，齿部减重槽2111底距离对应轭部减重槽2131的最小距离为d₃＝90mm，S₃/d₃为0.793。

在采用如上结构和尺寸的设计后，定子调制齿212与定子电枢齿211连接处铁芯饱和度下降，有助于提升电磁功率。虽然定子铁芯由于减重槽设置导致铁芯用量减少，在开槽位置处铁芯饱和度有所增加，但由于原开槽位置磁力线较疏，磁密低于饱和磁密，所以开槽后引起的其它位置磁密的增幅不大，而且由于开槽后，铁芯用量减小，因减重所引起的定子铁芯中损耗增加量较小。综合来看，定子铁芯重量由43.5吨减少到38.4吨，减重11.7％，而因减重所引起的铁芯损耗增加量仅1.7kW。此外由于定子调制齿212与定子电枢齿211连接处铁芯饱和度下降，其电磁功率和并网功率分别提升了2.2％和2.6％，电机效率增加0.2％。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种分裂齿永磁游标电机，包括有内定子和外转子，所述内定子和所述外转子之间设置有气隙，其特征在于：

所述内定子包括若干成对设置的定子铁芯和电枢绕组，所述定子铁芯包括有定子电枢齿和定子调制齿，所述电枢绕组环绕设置在对应的所述定子电枢齿上，所述定子电枢齿沿其径向方向向所述外转子一侧分裂出成对的所述定子调制齿，成对的所述定子调制齿之间形成有第一调制槽，所述第一调制槽在其槽底边缘位置设置有倒角。

2.如权利要求1所述的分裂齿永磁游标电机，其特征在于，相邻所述定子铁芯的所述定子电枢齿之间开设有电枢槽，所述电枢绕组在所述电枢槽内环绕设置在对应的所述定子电枢齿上；

在所述定子铁芯的周向方向上，所述定子调制齿的宽度尺寸为d₁，所述倒角与邻近位置的所述电枢槽之间的最小距离为d₂；其中，d₁＜d₂＜1.2d₁；

和/或，在所述定子铁芯的径向方向上，所述定子调制齿的延伸尺寸为S₁，所述第一调制槽的深度尺寸为S₂；其中，0.48S₁＜S₂＜0.56S₁。

3.如权利要求2所述的分裂齿永磁游标电机，其特征在于，相邻所述定子铁芯中，邻近的所述定子调制齿之间开设有第二调制槽，所述第二调制槽的位置对应于相同所述定子调制齿之间的所述电枢槽设置，所述第二调制槽与对应的所述电枢槽连通。

4.如权利要求1所述的分裂齿永磁游标电机，其特征在于，所述定子电枢齿上分裂出的成对所述定子调制齿，以同一所述定子电枢齿的中心轴线呈对称设置。

5.如权利要求4所述的分裂齿永磁游标电机，其特征在于，所述定子铁芯所对应圆心角为θ₁，成对所述定子调制齿之间的跨距对应的圆心角为θ₂，所述定子调制齿朝向所述外转子一侧的外缘面均为圆弧面，所述圆弧面对应的圆心角为θ₃；其中，0.75θ₁＜θ₂＜0.82θ₁，0.45θ₂＜2θ₃＜0.55θ₂。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的分裂齿永磁游标电机，其特征在于，所述定子电枢齿上在靠近所述外转子的一侧端部还开设有齿部减重槽，所述齿部减重槽与同一所述定子电枢齿上形成的所述第一调制槽连通。

7.如权利要求6所述的分裂齿永磁游标电机，其特征在于，所述齿部减重槽与对应的所述第一调制槽互相配合形成一“T”型槽，所述“T”型槽为对称结构，且所述“T”型槽的对称轴线与所述定子电枢齿的中心轴线重合。

8.如权利要求6所述的分裂齿永磁游标电机，其特征在于，所述定子铁芯还包括定子铁轭，所述定子铁轭设置于所述定子电枢齿沿其径向方向远离所述外转子的一侧，且所述定子铁轭远离所述定子电枢齿的内侧壁上对应于所述齿部减重槽开设有轭部减重槽。

9.如权利要求8所述的分裂齿永磁游标电机，其特征在于，所述轭部减重槽的截面形状为半圆形状，所述半圆形状的圆心位于对应所述定子电枢齿的中心轴线与所述定子铁轭的内侧壁所在圆弧的交点位置处；

和/或，所述齿部减重槽的槽底与对应所述轭部减重槽之间的最小距离为d₃，所述齿部减重槽的深度尺寸为S₃，其中，0.75d₃＜S₃＜0.85d₃。

10.如权利要求8所述的分裂齿永磁游标电机，其特征在于，相邻所述定子铁芯的所述定子电枢齿之间开设有电枢槽，所述电枢绕组在所述电枢槽内环绕设置在对应的所述定子电枢齿上；

在所述定子铁芯的周向方向上，所述定子电枢齿的宽度尺寸减去所述齿部减重槽的宽度尺寸为d₄，所述轭部减重槽与邻近位置的所述电枢槽的槽底之间的最小距离为d₅；其中0.45d₄＜d₅＜0.6d₄。

11.如权利要求1所述的分裂齿永磁游标电机，其特征在于，所述外转子包括转子铁芯和若干块永磁体，若干块所述永磁体沿所述转子铁芯的周向方向上固定在所述转子铁芯上，并形成转子极对数为P_r，所述电枢绕组形成的极对数为P_s，所述定子调制齿的数目为N_s；其中，N_s＝P_r+P_s。

12.一种风力发电机，其特征在于，所述风力发电机包括有如权利要求1-11中任意一项所述的分裂齿永磁游标电机。