基于單雙層混合繞組的模塊化多相永磁同步電機的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模塊化多相永磁容錯電機，屬于永磁電機領域。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀以來，隨著能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴重，節(jié)能和環(huán)保逐漸成為當今汽車發(fā)展的兩大主題，以電動汽車為代表的新能源汽車獲得了越來越多的關注。對于電動汽車而言，其電驅(qū)動系統(tǒng)的安全性和可靠性至關重要。目前，傳統(tǒng)的三相永磁同步電機在電機發(fā)生繞組開路或短路故障的時候，電機的轉(zhuǎn)矩輸出會發(fā)生劇烈變化，甚至于不能工作，這有可能對車輛本身和車內(nèi)人員的安全構(gòu)成嚴重威脅。多相永磁同步電機由于其相數(shù)的冗余，具有良好的容錯運行能力，適用于電動汽車、艦船推進等對電驅(qū)動系統(tǒng)可靠性要求較高的場合。所謂容錯是指電機系統(tǒng)在發(fā)生故障的情況下，通過調(diào)整電機的控制策略，可以使該系統(tǒng)仍然保持一定的輸出能力，同時還具有在故障狀態(tài)下防止故障惡化和擴散的能力。通過采用多相容錯永磁同步電機，可以使電動汽車在電機發(fā)生故障的情況下繼續(xù)運行，直到故障解除，這將大大提高電動汽車的安全性和可靠性，是電動汽車的理想選擇。
[0003]為了使電機能夠在繞組開路、短路等故障狀態(tài)下繼續(xù)運行，多相容錯永磁同步電機在設計時需要滿足以下條件:相間要具有良好的電隔離、磁隔離、熱隔離和物理隔離。采用常規(guī)分布式繞組或分數(shù)槽集中繞組的多相永磁同步電機，其相間電磁耦合程度大，在發(fā)生繞組短路等故障的時候，短路相會對其他正常相造成影響，增大了容錯控制的難度。此夕卜，采用分布式繞組或普通分數(shù)槽繞組的電機，由于其繞組的空間分布問題，難以對電機進行模塊化設計，進而限制了故障情況下對故障模塊的更換維修。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了解決常規(guī)多相永磁同步電機在發(fā)生繞組短路等故障時，故障隔離難度大，以及由于相間電磁耦合程度高導致的電機模塊化設計難度大的問題，提供了一種基于單雙層混合繞組的模塊化多相永磁同步電機。
[0005]本發(fā)明所述基于單雙層混合繞組的模塊化多相永磁同步電機，它包括定子和永磁轉(zhuǎn)子，定子設置在永磁轉(zhuǎn)子的內(nèi)部或者外部，且兩者之間留有寬度為L的徑向氣隙；
[0006]定子由m個相同的定子模塊拼裝而成，拼裝后的定子為圓盤形；111為正整數(shù)；
[0007]每個定子模塊包括定子鐵心和2n個集中繞組；定子鐵心沿順時針依次設置第一容錯齒、2n個電樞齒和第二容錯齒，上述齒圍成2n+l個定子槽，2n個集中繞組設置在2n+l個定子槽中，定子槽面向永磁轉(zhuǎn)子設置；每個電樞齒上繞制有一個集中繞組；相鄰兩個電樞齒上繞制的集中繞組的匝數(shù)相等、繞制方向相反；n為正整數(shù)；
[0008]第一容錯齒和第二容錯齒的寬度相等，電樞齒的寬度大于第一容錯齒的寬度；
[0009]永磁轉(zhuǎn)子包括2p個永磁體和轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心的面向定子表面上沿圓周方向均布有2p個永磁體；永磁體沿徑向或平行方向充磁，并且其充磁方向交替相反。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明公開一種基于單雙層混合繞組的模塊化多相永磁同步電機。每相采用2η個相同的集中繞組，并且結(jié)合容錯齒的采用，使得相間達到了良好的磁隔離效果，有效遏制了電機在故障狀態(tài)下故障相對其他相的影響。本發(fā)明的這種單雙層混合繞組與單層繞組相比，其氣隙中諧波成分少，電機效率高；與雙層繞組相比，其繞組因數(shù)較高，電機的功率密度更大。此外，基于單雙層混合繞組的模塊化多相永磁同步電機定子采用模塊化設計方式，有利于大規(guī)模的加工制造，并且可以在某一模塊發(fā)生故障的情況下迅速更換，降低系統(tǒng)的維護成本。該電機是一種可靠性高，功率密度大，加工制造及維護成本較低的多相電機本體結(jié)構(gòu)方案。本發(fā)明適用于三相及三相以上的多相永磁同步電機。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明所述的基于單雙層混合繞組的模塊化多相永磁同步電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是一個定子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是本發(fā)明所述的模塊化多相永磁同步電機一相定子繞組通電情況下的磁力線分布圖；
[0014]圖4是本發(fā)明所述模塊化多相永磁同步電機的各相繞組同時通電時的氣隙磁密；
[0015]圖5是本發(fā)明所述模塊化多相永磁同步電機的各相繞組同時通電的氣隙磁密諧波分布圖；
[0016]圖6是基于傳統(tǒng)雙層分數(shù)槽集中繞組的三相永磁同步電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖7是傳統(tǒng)雙層分數(shù)槽集中繞組三相永磁同步電機一相定子繞組通電情況下的磁力線分布圖。
【具體實施方式】
[0018]【具體實施方式】一:下面結(jié)合圖1至圖3說明本實施方式，本實施方式所述基于單雙層混合繞組的模塊化多相永磁同步電機，它包括定子I和永磁轉(zhuǎn)子2，定子I設置在永磁轉(zhuǎn)子2的內(nèi)部或者外部，且兩者之間留有寬度為L的徑向氣隙；
[0019]定子I由m個相同的定子模塊拼裝而成，拼裝后的定子I為圓盤形；111為正整數(shù)；
[0020]每個定子模塊包括定子鐵心3和2n個集中繞組5 ;定子鐵心3沿順時針依次設置第一容錯齒3-l、2n個電樞齒3-2和第二容錯齒3_3，上述齒圍成2n+l個定子槽4，2n個集中繞組5設置在2n+l個定子槽4中，定子槽4面向永磁轉(zhuǎn)子2設置；每個電樞齒3_2上繞制有一個集中繞組5 ;相鄰兩個電樞齒3-2上繞制的集中繞組5的匝數(shù)相等、繞制方向相反；n為正整數(shù)；
[0021]第一容錯齒3-1和第二容錯齒3-3的寬度相等，電樞齒3-2的寬度大于第一容錯齒3-1的寬度；
[0022]永磁轉(zhuǎn)子2包括2p個永磁體6和轉(zhuǎn)子鐵心7，轉(zhuǎn)子鐵心7的面向定子I表面上沿圓周方向均布有2p個永磁體6 ;永磁體6沿徑向或平行方向充磁，并且其充磁方向交替相反。
[0023]永磁轉(zhuǎn)子2的極對數(shù)P根據(jù)氣隙磁動勢的諧波次數(shù)進行選擇。
[0024]在每一個定子模塊中，集中繞組5的元件邊位于定子槽4中，其中，與第一容錯齒3-1和第二容錯齒3-3相鄰的兩個定子槽4中分別只有集中繞組5的一個元件邊，而其他每個定子槽4為相鄰兩個集中繞組5的共用槽。
[0025]本實施方式中定子I位于永磁轉(zhuǎn)子2的外部或內(nèi)部，則相應的本實施方式所述基于單雙層混合繞組的模塊化多相永磁同步電機采用內(nèi)轉(zhuǎn)子或者外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
[0026]結(jié)合圖3說明本發(fā)明的工作原理。當定子I的某一定子模塊的繞組通電時，磁力線10通過該定子模塊內(nèi)的兩個電樞齒3-2、氣隙、永磁體6、轉(zhuǎn)子鐵心7形成閉合回路，而不經(jīng)過其他相定子模塊的電樞齒形成閉合回路。因此，不同模塊間不存在磁耦合。同理，當電機的某一相繞組發(fā)生短路故障的時候，短路相繞組產(chǎn)生的磁力線也通過上述路徑閉合，不經(jīng)由其他相的繞組形成閉合回路，從而消除了短路相對其他正常相的影響，實現(xiàn)了良好的磁隔離。此外，由于第一容錯齒3-1和第二容錯齒3-3的存在，使得繞組短路帶來的繞組發(fā)熱被有效的控制在發(fā)生短路的定子模塊之內(nèi)，進而有利的保護了其他正常相的定子模塊。
[0027]【具體實施方式】二:本實施方式對實施方式一作進一步說明，電機具有m相繞組，每個定子模塊內(nèi)部的所有集中繞組5共同構(gòu)成一相繞組。
[0028]并且不同的定子模塊之間沒有磁耦合。