基于單雙層混合繞組的模塊化圓筒型多相永磁直線電機(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(cuò)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，以混合動力汽車為代表的新能源汽車獲得了越來越多的關(guān)注。按照驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同，混合動力汽車可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種。在串聯(lián)式混合動力汽車中，將自由活塞發(fā)動機(jī)與直線電機(jī)相結(jié)合，形成自由活塞式直線發(fā)電系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)的基于曲軸連桿機(jī)構(gòu)的活塞式內(nèi)燃機(jī)，在實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的高效率低排放的同時(shí)減少了中間的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，使整個(gè)電驅(qū)動系統(tǒng)更緊湊、可靠、系統(tǒng)效率也得到大幅提升。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)的三相永磁直線電機(jī)在發(fā)生繞組開路或短路故障的時(shí)候，電機(jī)的推力輸出會發(fā)生劇烈變化，甚至于不能工作，這將對電驅(qū)動系統(tǒng)的性能造成嚴(yán)重影響。而多相永磁直線電機(jī)由于其相數(shù)的冗余，因而具有良好的容錯(cuò)運(yùn)行能力，適用于電動汽車等對電驅(qū)動系統(tǒng)可靠性要求較高的場合。所謂容錯(cuò)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(shí)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(cuò)永磁直線電機(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(yùn)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(yùn)行，多相容錯(cuò)永磁直線電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)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直線電機(jī)，其相間電磁耦合程度大，在發(fā)生繞組短路等故障的時(shí)候，短路相會對其他正常相造成影響，增大了容錯(cuò)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(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了解決常規(guī)多相永磁直線電機(jī)在發(fā)生繞組短路等故障時(shí)，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(jì)難度大的問題，提供了一種基于單雙層混合繞組的模塊化圓筒型多相永磁直線電機(jī)。
[0005]本發(fā)明所述基于單雙層混合繞組的模塊化圓筒型多相永磁直線電機(jī)，它包括定子和永磁動子，定子設(shè)置在永磁動子的內(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(gè)相同的定子模塊拼裝而成，拼裝后的定子為沿軸向設(shè)置的圓筒結(jié)構(gòu)；m為正整數(shù)；
[0007]每個(gè)定子模塊包括定子鐵心和4n個(gè)環(huán)形集中繞組；定子鐵心設(shè)置有兩個(gè)容錯(cuò)齒和2n個(gè)電樞齒，電樞齒沿軸向方向的長度大于容錯(cuò)齒沿軸向方向的長度；n為正整數(shù)；
[0008]兩個(gè)容錯(cuò)齒分別位于定子鐵心的左右圓環(huán)端，并與中間設(shè)置的2n個(gè)電樞齒共同構(gòu)成2n+l個(gè)環(huán)形的定子槽；4n個(gè)環(huán)形集中繞組設(shè)置在2n+l個(gè)定子槽中，定子槽面向永磁動子設(shè)置；
[0009]位于定子鐵心左右兩端的兩個(gè)定子槽中各設(shè)置一個(gè)環(huán)形集中繞組，其余中間位置的定子槽中均設(shè)置兩個(gè)環(huán)形集中繞組，4n個(gè)環(huán)形集中繞組匝數(shù)相同，同一定子槽中的環(huán)形集中繞組的繞制方向相同，相鄰定子槽中的環(huán)形集中繞組的繞制方向相反；
[0010]永磁動子包括動子鐵心和永磁體，動子鐵心和永磁體均為圓環(huán)形，永磁體設(shè)置在動子鐵心的面向定子的表面；永磁體沿徑向方向充磁，并且相鄰永磁體的充磁方向交替相反。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明公開一種基于單雙層混合繞組的模塊化圓筒型多相永磁直線電機(jī)。每相采用4n個(gè)相同的集中繞組，并且結(jié)合容錯(cuò)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。基于單雙層混合繞組的模塊化圓筒型多相永磁直線電機(jī)定子采用模塊化設(shè)計(jì)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直線電機(jī)。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明所述的基于單雙層混合繞組的模塊化圓筒型多相永磁直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是一相定子繞組通電情況下的磁力線分布；
[0014]圖3是Halbach式動子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是軸向充磁式動子結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于單雙層混合繞組的模塊化圓筒型多相永磁直線電機(jī)，它包括定子I和永磁動子2，定子I設(shè)置在永磁動子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；
[0017]定子I由m個(gè)相同的定子模塊拼裝而成，拼裝后的定子I為沿軸向設(shè)置的圓筒結(jié)構(gòu)；m為正整數(shù)；
[0018]每個(gè)定子模塊包括定子鐵心3和4n個(gè)環(huán)形集中繞組5 ;定子鐵心3設(shè)置有兩個(gè)容錯(cuò)齒3-1和2n個(gè)電樞齒3-2，電樞齒3_2沿軸向方向的長度大于容錯(cuò)齒3_1沿軸向方向的長度；n為正整數(shù)；
[0019]兩個(gè)容錯(cuò)齒3-1分別位于定子鐵心3的左右圓環(huán)端，并與中間設(shè)置的2n個(gè)電樞齒
3-2共同構(gòu)成2n+l個(gè)環(huán)形的定子槽4 ;4n個(gè)環(huán)形集中繞組5設(shè)置在2n+l個(gè)定子槽4中，定子槽4面向永磁動子2設(shè)置；
[0020]位于定子鐵心3左右兩端的兩個(gè)定子槽4中各設(shè)置一個(gè)環(huán)形集中繞組5，其余中間位置的定子槽4中均設(shè)置兩個(gè)環(huán)形集中繞組5，4n個(gè)環(huán)形集中繞組5匝數(shù)相同，同一定子槽4中的環(huán)形集中繞組5的繞制方向相同，相鄰定子槽4中的環(huán)形集中繞組5的繞制方向相反；
[0021]永磁動子2包括動子鐵心6和永磁體7，動子鐵心6和永磁體7均為圓環(huán)形，永磁體7設(shè)置在動子鐵心6的面向定子I的表面；永磁體7沿徑向方向充磁，并且相鄰永磁體7的充磁方向交替相反。
[0022]參見圖1，給出的為外定子結(jié)構(gòu)，則定子槽4設(shè)置在定子鐵心3的內(nèi)圓表面，永磁體7設(shè)置在永磁動子2的外圓表面。第一個(gè)定子槽4由一個(gè)容錯(cuò)齒3-1和一個(gè)電樞齒3-2構(gòu)成，其內(nèi)部設(shè)置一個(gè)環(huán)形集中繞組5 ;第二個(gè)定子槽4則由兩個(gè)電樞齒3-2構(gòu)成，其內(nèi)部設(shè)置兩個(gè)環(huán)形集中繞組5，依此類推。在同一個(gè)定子模塊中，相鄰兩個(gè)定