基于單雙層混合繞組的模塊化平板式多相永磁直線電機(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電機(jī)，屬于永磁電機(jī)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]城市軌道交通技術(shù)主要有兩種技術(shù)模式，一種是通過采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)加齒輪箱來驅(qū)動車輪，通過車輪與鐵軌之間的摩擦力來驅(qū)動車輛前進(jìn)；另一種是采用直線電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)牽引技術(shù)相比，基于直線電機(jī)的軌道交通系統(tǒng)具有更好的爬坡能力，無需減速齒輪等裝置，轉(zhuǎn)向架和線路設(shè)計自由度大，隧道開鑿斷面小，特別適于對線位和站位選擇困難、水文地質(zhì)條件復(fù)雜和沿線有密集建筑物的城市。對于直線電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)而言，其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運(yùn)行能力，適用于城市軌道交通等對電驅(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直線電機(jī)，可以使列車在電機(jī)發(fā)生故障的情況下繼續(xù)運(yùn)行，直到故障解除，這將大大提高直線電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的安全性和可靠性。
[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，多相容錯永磁直線電機(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)多相永磁直線電機(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平板式多相永磁直線電機(jī)。
[0005]本發(fā)明所述基于單雙層混合繞組的模塊化平板式多相永磁直線電機(jī)，它包括k個定子和永磁動子，k = I或2，k = I時，定子設(shè)置在永磁動子的一側(cè)；k = 2時，兩個定子對稱設(shè)置在永磁動子的兩側(cè)；
[0006]定子和永磁動子之間留有長度為L的氣隙；
[0007]定子由m個相同的定子模塊拼裝而成，拼裝后的定子為軸向延伸的平板結(jié)構(gòu)；111為正整數(shù)；
[0008]每個定子模塊包括定子鐵心和2n個集中繞組，定子鐵心設(shè)置有兩個容錯齒和2n個電樞齒，電樞齒沿軸向方向的長度大于容錯齒沿軸向方向的長度；n為正整數(shù)；
[0009]兩個容錯齒分別位于定子鐵心的左右兩端，并與中間設(shè)置的2η個電樞齒共同構(gòu)成2η+1個矩形的定子槽；定子槽面向永磁動子設(shè)置；2η個集中繞組設(shè)置在2η+1個定子槽中；
[0010]每個電樞齒上分別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]永磁動子包括動子鐵心和永磁體，動子鐵心和永磁體均為平板形，永磁體設(shè)置在動子鐵心面向定子的表面；永磁體沿垂直于氣隙平面的方向充磁，并且相鄰永磁體的充磁方向交替相反。
[0012]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平板式多相永磁直線電機(jī)。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(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?；趩坞p層混合繞組的模塊化平板式多相永磁直線電機(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直線電機(jī)。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明所述基于單雙層混合繞組的模塊化平板式多相永磁直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；為單邊式結(jié)構(gòu)電機(jī)；
[0014]圖2是是本發(fā)明所述基于單雙層混合繞組的模塊化平板式多相永磁直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；為雙邊式結(jié)構(gòu)電機(jī)；
[0015]圖3是一相定子繞組通電情況下的磁力線分布；
[0016]圖4是Halbach式動子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5是軸向充磁式動子結(jié)構(gòu)示意圖。
【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平板式多相永磁直線電機(jī)，它包括k個定子I和永磁動子2，k = I或2，k = I時，定子I設(shè)置在永磁動子2的一側(cè)；k = 2時，兩個定子I對稱設(shè)置在永磁動子2的兩側(cè)；
[0019]定子I和永磁動子2之間留有長度為L的氣隙；
[0020]定子I由m個相同的定子模塊拼裝而成，拼裝后的定子I為軸向延伸的平板結(jié)構(gòu)；m為正整數(shù)；
[0021]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設(shè)置有兩個容錯齒3-1和2n個電樞齒3-2，電樞齒3_2沿軸向方向的長度大于容錯齒3_1沿軸向方向的長度；η為正整數(shù)；
[0022]兩個容錯齒3-1分別位于定子鐵心3的左右兩端，并與中間設(shè)置的2η個電樞齒3-2共同構(gòu)成2η+1個矩形的定子槽4 ;定子槽4面向永磁動子2設(shè)置；2η個集中繞組5設(shè)置在2η+1個定子槽4中；
[0023]每個電樞齒3-2上分別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；
[0024]永磁動子2包括動子鐵心6和多塊永磁體7，動子鐵心6和多塊永磁體7均為平板形，永磁體7設(shè)置在動子鐵心6面向定子4的表面；永磁體7沿垂直于氣隙平面的方向充磁，并且相鄰永磁體7的充磁方向交替相反。
[0025]參見圖1，定子I的數(shù)量k = 1，為單邊結(jié)構(gòu)，此時，動子鐵心6只有一側(cè)表面設(shè)置有永磁體7 ;參見圖2，定子I的數(shù)量k = 2，為雙邊結(jié)構(gòu)，此時，動子鐵心6的兩側(cè)表面均設(shè)置有永磁體7。
[0026]集中繞組5的元件邊嵌于定子槽4中；在每一