基于單雙層混合繞組的模塊化盤式多相永磁同步電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模塊化多相永磁容錯電機(jī)，屬于永磁電機(jī)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)以來，隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，節(jié)能和環(huán)保逐漸成為當(dāng)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(guān)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(guān)重要。目前，傳統(tǒng)的三相永磁同步電機(jī)在電機(jī)發(fā)生繞組開路或短路故障的時候，電機(jī)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(yán)重威脅。而多相永磁同步電機(jī)由于其相數(shù)的冗余，因而具有良好的容錯運行能力，適用于電動汽車、艦船推進(jìn)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(jī)系統(tǒng)在發(fā)生故障的情況下，通過調(diào)整電機(jī)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(kuò)散的能力。通過采用多相容錯永磁同步電機(jī)，可以使電動汽車在電機(jī)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(jī)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(jī)在設(shè)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?jǐn)?shù)槽集中繞組的多相永磁同步電機(jī)，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?jǐn)?shù)槽繞組的電機(jī)，由于其繞組的空間分布問題，難以對電機(jī)進(jìn)行模塊化設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了解決常規(guī)盤式多相永磁同步電機(jī)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(dǎo)致的電機(jī)模塊化設(shè)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盤式多相永磁同步電機(jī)。
[0005]本發(fā)明所述基于單雙層混合繞組的模塊化盤式多相永磁同步電機(jī)，它包括主軸、軸承、機(jī)殼、一個或兩個定子和盤式永磁轉(zhuǎn)子，定子和盤式永磁轉(zhuǎn)子設(shè)置在機(jī)殼的內(nèi)部，
[0006]電機(jī)采用單定子結(jié)構(gòu)時，定子沿軸向設(shè)置在盤式永磁轉(zhuǎn)子的一側(cè)；
[0007]電機(jī)采用雙定子結(jié)構(gòu)時，兩個定子沿軸向設(shè)置在盤式永磁轉(zhuǎn)子的兩側(cè)；
[0008]定子和盤式永磁轉(zhuǎn)子之間沿軸向方向有長度為L的氣隙；
[0009]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)；
[0010]每個定子模塊包括2n個集中繞組和定子鐵心，η為正整數(shù)，定子鐵心沿順時針依次設(shè)置第一容錯齒，2η個電樞齒和第二容錯齒，上述齒圍成2η+1個定子槽，2η個集中繞組設(shè)置在2η+1個定子槽中，定子槽面向永磁轉(zhuǎn)子設(shè)置；每個電樞齒上繞制有一個集中繞組；相鄰兩個集中繞組的匝數(shù)相等并且繞制方向相反；
[0011]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；
[0012]盤式永磁轉(zhuǎn)子包括盤式轉(zhuǎn)子鐵心和多塊永磁體，盤式轉(zhuǎn)子鐵心的面向定子表面上沿圓周方向均布有2p塊永磁體；永磁體沿軸向充磁，并且其充磁方向交替相反。
[0013]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盤式多相永磁同步電機(jī)。每相采用2n個相鄰的集中繞組，并且結(jié)合容錯齒的采用，使得相間達(dá)到了良好的磁隔離效果，有效遏制了電機(jī)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(jī)效率高；與雙層繞組相比，其繞組因數(shù)較高，電機(jī)的功率密度更大。此外，基于單雙層混合繞組的模塊化盤式多相永磁同步電機(jī)定子采用模塊化設(shè)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(hù)成本。該電機(jī)是一種可靠性高，功率密度大，加工制造及維護(hù)成本較低的多相電機(jī)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(jī)。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明所述基于單雙層混合繞組的模塊化盤式多相永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)不意圖；電機(jī)為雙定子結(jié)構(gòu)；
[0015]圖2是圖1的A-A剖視圖；
[0016]圖3是圖1的B-B剖視圖；
[0017]圖4是一個定子模塊繞組通電時的磁通路徑示意圖；
[0018]圖5是一個定子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6是Halbach盤式永磁轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0020]圖7是Halbach盤式永磁轉(zhuǎn)子的充磁方向示意圖；
[0021]圖8是切向結(jié)構(gòu)盤式永磁轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖9是切向結(jié)構(gòu)盤式永磁轉(zhuǎn)子的充磁方向示意圖；
[0023]圖10是本發(fā)明所述基于單雙層混合繞組的模塊化盤式多相永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；電機(jī)為單定子結(jié)構(gòu)；
[0024]圖11是圖10的C-C剖視圖；
[0025]圖12是圖10的D-D剖視圖。
【具體實施方式】
[0026]【具體實施方式】一:下面結(jié)合圖1至圖5、圖10至圖12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盤式多相永磁同步電機(jī)，它包括主軸1、軸承2、機(jī)殼3、一個或兩個定子4和盤式永磁轉(zhuǎn)子7，定子4和盤式永磁轉(zhuǎn)子7設(shè)置在機(jī)殼3的內(nèi)部，
[0027]電機(jī)采用單定子結(jié)構(gòu)時，定子4沿軸向設(shè)置在盤式永磁轉(zhuǎn)子7的一側(cè)；
[0028]電機(jī)采用雙定子結(jié)構(gòu)時，兩個定子4沿軸向設(shè)置在盤式永磁轉(zhuǎn)子7的兩側(cè)；
[0029]定子4和盤式永磁轉(zhuǎn)子7之間沿軸向方向有長度為L的氣隙；
[0030]定子4由m個相同的定子模塊拼裝而成，拼裝后的定子4為圓盤形；m為正整數(shù)；
[0031]每個定子模塊包括2n個集中繞組5和定子鐵心6，n為正整數(shù)，定子鐵心6沿順時針依次設(shè)置第一容錯齒6-1，2n個電樞齒6-2和第二容錯齒6_3，上述齒圍成2n+l個定子槽10,2η個集中繞組5設(shè)置在2η+1個定子槽10中，定子槽10面向永磁轉(zhuǎn)子7設(shè)置；每個電樞齒6-2上繞制有一個集中繞組5 ;相鄰兩個集中繞組5的匝數(shù)相等并且繞制方向相反；
[0032]第一容錯齒6-1和第二容錯齒6-3的寬度相等，電樞齒6-2的寬度大于第一容錯齒6-1的寬度；
[0033]盤式永磁轉(zhuǎn)子7包括盤式轉(zhuǎn)子鐵心8和多塊永磁體9，盤式轉(zhuǎn)子鐵心7的面向定子4表面上沿圓周方向均布有2p塊永磁體9 ;永磁體9沿軸向充磁，并且其充磁方向交替相反。
[0034]定子鐵心6上開有2n+l個定子槽10，在每一個定子模塊中，集中繞組5的元件邊位于定子槽10中，其中，與第一容錯齒6-1和第二容錯齒6-3相鄰的兩個定子槽10中分別只有集中繞組5的一個元件邊，而其他每個定子槽10為相鄰的兩個集中繞組5的共用槽。
[0035]本實施方式中，電機(jī)可以是單定子結(jié)構(gòu)(如圖10所示)，也可以是雙定子結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，若為單定子結(jié)構(gòu)的電機(jī)，定子4沿軸向設(shè)置在盤式永磁轉(zhuǎn)子7的一側(cè)，盤式永磁轉(zhuǎn)子7面向定子4的表面設(shè)置2p個永磁體9 ;若為雙定子結(jié)構(gòu)的電機(jī)，兩個定子4沿軸向設(shè)置在盤式永磁轉(zhuǎn)子