具有高磁隔離能力的徑向磁通模塊化多相電的制造方法
【專利摘要】具有高磁隔離能力的徑向磁通模塊化多相電機，屬于電機領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有多相永磁同步電機的一相繞組短路時，容錯控制難度大；由于繞組空間分散分布，導(dǎo)致不利于進行故障隔離以及設(shè)計成模塊化結(jié)構(gòu)的問題。本發(fā)明包括模塊化定子、轉(zhuǎn)子、機殼和主軸，轉(zhuǎn)子設(shè)置在主軸上，模塊化定子設(shè)置在轉(zhuǎn)子的外部，且模塊化定子與轉(zhuǎn)子之間有氣隙；模塊化定子的外圓表面固定在機殼的內(nèi)圓表面上；每個模塊化定子包括N個相同的定子模塊，所述N個相同的定子模塊拼接成一個圓盤形；每個定子模塊包括定子鐵心、五個定子齒和兩個集中繞制繞組；轉(zhuǎn)子：在轉(zhuǎn)子鐵心的外圓表面沿圓周方向設(shè)置交替相反徑向充磁的2N±2塊永磁體。
【專利說明】具有高磁隔離能力的徑向磁通模塊化多相電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有高磁隔離能力的徑向磁通模塊化多相電機，屬于電機領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]多相永磁同步電機由于相數(shù)冗余，具有容錯運行能力，適用于多電飛機、純電動車、電力推進艦船等對驅(qū)動電機可靠性要求較高的應(yīng)用場合。采用分布式繞組或普通分?jǐn)?shù)槽集中繞組結(jié)構(gòu)的多相永磁同步電機，都存在相間磁耦合較大的缺點。當(dāng)電機一相繞組發(fā)生短路故障時，由于繞組間存在磁耦合，短路相繞組產(chǎn)生的磁通會在剩余相繞組中感生反電勢，影響剩余相繞組的控制效果，增加了容錯控制的難度。另一方面，大多數(shù)采用分布式繞組或普通分?jǐn)?shù)槽集中繞組結(jié)構(gòu)的多相永磁同步電機，某一相繞組在空間上分散分布，不利于進行故障隔離以及設(shè)計成模塊化結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有多相永磁同步電機的一相繞組短路時，容錯控制難度大；由于繞組空間分散分布，導(dǎo)致不利于進行故障隔離以及設(shè)計成模塊化結(jié)構(gòu)的問題，提供了一種具有高磁隔離能力的徑向磁通模塊化多相電機。
[0004]本發(fā)明所述具有高磁隔離能力的徑向磁通模塊化多相電機，它包括模塊化定子、轉(zhuǎn)子、機殼和主軸，
[0005]轉(zhuǎn)子設(shè)置在主軸上，模塊化定子設(shè)置在轉(zhuǎn)子的外部，且模塊化定子與轉(zhuǎn)子之間有氣隙，所述氣隙長度為L ;
[0006]模塊化定子的外圓表面固定在機殼的內(nèi)圓表面上；
[0007]每個模塊化定子包括N個相同的定子模塊，所述N個相同的定子模塊拼接成一個圓盤形；每個定子模塊包括定子鐵心、五個定子齒和兩個集中繞制繞組；定子鐵心上設(shè)置五個定子齒；所述五個定子齒依次為第一矩形定子齒、第二寬極靴定子齒、第三矩形定子齒、第四寬極靴定子齒、第五矩形定子齒，第一矩形定子齒、第三矩形定子齒和第五矩形定子齒沿圓周方向?qū)挾纫来螢?[(0.055±0.01) Jid/N] °、[(0.11±0.02) Jid/N]°和[(0.055±0.01) Jid/N]。；第二寬極靴定子齒和第四寬極靴定子齒的極靴所在扇面夾角為[360X (0.35±0.01)/N]° ;其中:d為模塊化定子的直徑;
[0008]在第二寬極靴定子齒和第四寬極靴定子齒上各繞制一個集中繞制繞組；兩個集中繞制繞組的纏繞方向相反；
[0009]轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心和2N±2塊永磁體,在轉(zhuǎn)子鐵心的外圓表面沿圓周方向設(shè)置2N±2塊永磁體，2N±2塊永磁體充磁方向交替相反,所有永磁體均沿徑向充磁,永磁體米用釹鐵硼永磁材料構(gòu)成；
[0010]其中:N為大于或等于3的自然數(shù)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明公開一種具有高磁隔離能力的徑向磁通模塊化多相電機。每相采用相鄰的兩個集中繞制繞組排布，達(dá)到了較好的磁隔離效果，減小了故障相對剩余相的影響。另外，定子采用模塊化設(shè)計，方便大規(guī)模加工制造，并可以在某一模塊發(fā)生故障的情況下進行替換，降低維護、維修成本。該電機是一種可靠性高、功率密度大、制造維護成本低廉的多相電機本體結(jié)構(gòu)方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明所述具有高磁隔離能力的徑向磁通模塊化多相電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是定子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是一個定子模塊中的集中繞制繞組展開圖；
[0015]圖4是一個定子模塊中定子齒的分布圖；
[0016]圖5是一個定子模塊繞組通電時磁通路徑圖；
[0017]圖6是所有繞組通電時氣隙磁密圖；
[0018]圖7是所有繞組通電時諧波分布圖。
【具體實施方式】
[0019]【具體實施方式】一:下面結(jié)合圖1至圖7說明本實施方式，本實施方式所述具有高磁隔離能力的徑向磁通模塊化多相電機，它包括模塊化定子1、轉(zhuǎn)子2、機殼3和主軸11，
[0020]轉(zhuǎn)子2設(shè)置在主軸11上，模塊化定子I設(shè)置在轉(zhuǎn)子2的外部，且模塊化定子I與轉(zhuǎn)子2之間有氣隙，所述氣隙長度為L ；
[0021]模塊化定子I的外圓表面固定在機殼3的內(nèi)圓表面上；
[0022]每個模塊化定子I包括N個相同的定子模塊，所述N個相同的定子模塊拼接成一個圓盤形；每個定子模塊包括定子鐵心4、五個定子齒5和兩個集中繞制繞組6 ;定子鐵心4上設(shè)置五個定子齒5 ;所述五個定子齒5依次為第一矩形定子齒、第二寬極靴定子齒、第三矩形定子齒、第四寬極靴定子齒、第五矩形定子齒，第一矩形定子齒、第三矩形定子齒和第五矩形定子齒沿圓周方向?qū)挾纫来螢?[(0.055±0.01) Jid/N]。、[(0.11 ±0.02) Ji d/N]。和[(0.055±0.01) Jid/N]。；第二寬極靴定子齒和第四寬極靴定子齒的極靴所在扇面夾角為[360X (0.35±0.01)/N] ° ;其中:d為模塊化定子I的直徑；
[0023]在第二寬極靴定子齒和第四寬極靴定子齒上各繞制一個集中繞制繞組6 ;兩個集中繞制繞組6的纏繞方向相反；
[0024]轉(zhuǎn)子2包括轉(zhuǎn)子鐵心7和2N± 2塊永磁體8，在轉(zhuǎn)子鐵心7的外圓表面沿圓周方向設(shè)置2N± 2塊永磁體8, 2N± 2塊永磁體8充磁方向交替相反，所有永磁體8均沿徑向充磁，永磁體8采用釹鐵硼永磁材料構(gòu)成；
[0025]其中:N為大于或等于3的自然數(shù)。
[0026]為解決【背景技術(shù)】中涉及的問題，本實施方式采用具有高磁隔離能力的徑向磁通模塊化多相電機(如附圖1、2所示)，模塊化定子I每相由一個定子模塊組成，定子模塊包含五個定子齒5、兩個空間上相鄰的集中繞制繞組6。該定子結(jié)構(gòu)可使一相繞組產(chǎn)生的磁通通過五個定子齒5、氣隙、轉(zhuǎn)子鐵心7、轉(zhuǎn)子永磁體8構(gòu)成的空間路徑閉合，而不鉸鏈其它相繞組，從而達(dá)到較好的磁隔離效果，最大程度地避免了短路故障下，故障相對剩余相繞組的影響。同時，由于采用了模塊化設(shè)計，可以大大提升加工制造的便捷程度，并方便在某一模塊發(fā)生故障的情況下進行替換。[0027]工作原理:如圖5所示，當(dāng)模塊化定子I的某一相繞組通電時，通過氣隙的磁力線通過定子模塊內(nèi)的五個定子齒5、定子鐵心4、氣隙、轉(zhuǎn)子2的永磁體8、轉(zhuǎn)子鐵心7形成閉合回路，而不經(jīng)由其他定子模塊形成閉合回路。理論上，不同模塊間不存在磁耦合。
[0028]同理，當(dāng)電機某一相繞組發(fā)生短路故障時，短路繞組產(chǎn)生的磁力線也通過上述路徑閉合，不經(jīng)由其他定子模塊形成閉合回路，從而消除了對剩余相繞組的影響，實現(xiàn)了較好的磁隔離效果。
[0029]同時，由于短路電流帶來的繞組發(fā)熱也可以被有效地控制在定子模塊內(nèi)，不會馬上擴散到其他定子模塊，有利于保護其余定子模塊。
[0030]正常工作時，N個模塊內(nèi)的繞組依次通以如下正弦電流:
【權(quán)利要求】
1.具有高磁隔離能力的徑向磁通模塊化多相電機，其特征在于，它包括模塊化定子(I)、轉(zhuǎn)子(2)、機殼(3)和主軸(11)， 轉(zhuǎn)子(2)設(shè)置在主軸(11)上，模塊化定子(I)設(shè)置在轉(zhuǎn)子(2)的外部，且模塊化定子(O與轉(zhuǎn)子(2)之間有氣隙，所述氣隙長度為L ； 模塊化定子(I)的外圓表面固定在機殼(3)的內(nèi)圓表面上； 每個模塊化定子(I)包括N個相同的定子模塊，所述N個相同的定子模塊拼接成一個圓盤形；每個定子模塊包括定子鐵心(4)、五個定子齒(5)和兩個集中繞制繞組(6);定子鐵心(4)上設(shè)置五個定子齒(5);所述五個定子齒(5)依次為第一矩形定子齒、第二寬極靴定子齒、第三矩形定子齒、第四寬極靴定子齒、第五矩形定子齒，第一矩形定子齒、第三矩形定子齒和第五矩形定子齒沿圓周方向?qū)挾纫来螢?[(0.055±0.01) Jid/N]。、[(0.11 + 0.02)d/N] °和[(0.055±0.01) d/N] ° ;第二寬極靴定子齒和第四寬極靴定子齒的極靴所在扇面夾角為[360X (0.35±0.01)/N]° ;其中:d為模塊化定子(I)的直徑; 在第二寬極靴定子齒和第四寬極靴定子齒上各繞制一個集中繞制繞組(6);兩個集中繞制繞組(6)的纏繞方向相反； 轉(zhuǎn)子(2)包括轉(zhuǎn)子鐵心(7)和2N±2塊永磁體(8)，在轉(zhuǎn)子鐵心(7)的外圓表面沿圓周方向設(shè)置2N±2塊永磁體(8),2N±2塊永磁體(8)充磁方向交替相反,所有永磁體(8)均沿徑向充磁，永磁體(8)采用釹鐵硼永磁材料構(gòu)成； 其中:N為大于或等于3的自然數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有高磁隔離能力的徑向磁通模塊化多相電機，其特征在于，每個定子模塊的定子鐵心(4)的軛部一側(cè)設(shè)置半圓形凸起件(9)，在軛部的另一側(cè)對稱設(shè)置半圓形凹槽(10),相鄰兩個定子模塊通過半圓形凸起件(9)和半圓形凹槽(10)相互配合拼接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有高磁隔離能力的徑向磁通模塊化多相電機，其特征在于，永磁體(8)采用表貼式、Halbach陣列式或內(nèi)置式結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有高磁隔離能力的軸向磁通模塊化多相電機，其特征在于，定子鐵心(4)和轉(zhuǎn)子鐵心(7)均采用軟磁復(fù)合材料鑄成或硅鋼片沿軸向疊壓構(gòu)成。
【文檔編號】H02K1/16GK103762759SQ201410042031
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】鄭萍, 吳帆, 隋義, 程路明, 林展汐 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)