CN109962551B - 一种双绕组永磁容错电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双绕组永磁容错电机，包括定子和转子；其中定子包括定子铁芯和定子绕组，定子绕组包括主齿绕组和辅助齿绕组；转子包括转子铁芯和磁钢；定子铁芯呈环状，其内环表面沿周向开有多个主齿和多个辅助齿，主齿和辅助齿交替分布，主齿上绕有主齿绕组，辅助齿上饶有辅助齿绕组；转子铁芯与定子铁芯同轴套设，磁钢设置在转子铁芯内。本发明提供的双绕组永磁容错电机，主齿和辅助齿交替分布的结构可以实现有效的物理隔离，而两组极对数不相等的绕组，两条绕组之间互感为零，可以实现电磁隔离，最终通过不同极性的宽度不等的磁钢产生两种极对数的磁动势，与定子的两套绕组配合实现机电能量转换，使得电机在正常工况和故障工况下都能输出转矩。
Description
技术领域
本发明属于永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种双绕组永磁容错电机。
背景技术
随着永磁电机的大规模应用，电机的高可靠性一直是电驱系统的关键性能指标。特别是随着交通电气化的进一步深化，如电动汽车、多电飞机等应用场合的出现，电机的容错性能越来越受到人们的关注。电机是电驱系统中能量转换与传递的直接执行者，不仅要求电机具有高力能指标，还要求电机系统少发生故障，即使出现故障，也要求故障部分可以被隔离，不对其它正常工作部分造成不利影响，通过调整正常工作的部分使电机系统在特定的一段时间内以合理的方式继续运行。
电机的高容错性能意味着电机各相间甚至各套绕组间具有物理隔离和电磁隔离，一旦电机发生故障，可使得故障部分被有效隔离，降低故障部分对其它正常部分的不利影响。现有技术一般是通过提高电机相数和采用单层绕组来提高电机的容错性能。其中采用单层绕组或增加额外的容错齿是实现绕组物理隔离的重要手段，但是会对电机电磁性能造成较大损失，如单层绕组谐波含量丰富引起额外转子损耗，增加容错齿改变定子齿槽结构导致定子槽面积减小，转矩性能变差，也会增加额外的加工成本。提高电机相数，如采用五相、七相或双三相结构，可以增加电机控制的冗余度，在电机发生故障如一相断路后，仍然有足够的相数自由度保证电机的运行，为故障处理争取时间，这种方法虽然可以保证故障后电机继续运行，但绕组间仍然有耦合，不能实现电磁隔离。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种双绕组永磁容错电机，旨在解决现有技术绕组间耦合导致的容错性低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种双绕组永磁容错电机，包括定子和转子；其中定子包括定子铁芯和定子绕组，定子绕组包括主齿绕组和辅助齿绕组；转子包括转子铁芯和磁钢；
定子铁芯呈环状，其内环表面沿周向开有多个主齿和多个辅助齿，主齿和所述辅助齿交替分布，主齿上绕有主齿绕组，辅助齿上饶有辅助齿绕组；转子铁芯同轴套设在定子铁芯内，磁钢设置在转子铁芯内。
优选地，主齿绕组和所述辅助齿绕组的极对数不相等。
现有的电机技术中，电机的工作磁场一般只有一个，采用多相或多套绕组理论上很难实现绕组的完全解耦，也就很难实现完整意义上的电磁隔离。根据机电能量转换原理，要实现稳定的转矩输出，定转子提供的磁场极对数必须相等。本发明的电机定子两套绕组能够分别提供两种极对数的磁场，本发明的电机转子的磁钢布置方式也能分别提供与定子相匹配的两种极对数的磁场，符合机电能量转换原理。在一个电机中，同时存在两种工作磁场，绕组能够实现理论上的完全解耦，而通过辅助齿的定子齿槽结构，能够实现实际上的完全解耦与电磁隔离。
优选地，磁钢的磁极极性分为N极和S极，磁极极性交替设置，不同极性的磁钢宽度不等。
优选地，定子主齿和辅助齿上的绕组可以采用多相结构。
优选地，所述电机为内转子或外转子结构，即转子铁芯同轴套设在定子铁芯内或者定子铁芯同轴套设在转子铁芯内。
优选地，磁钢为一字型、V字型或者辐条型。
优选地，磁钢的磁极极性分为N极和S极，磁极极性交替设置，不同极性的磁钢宽度不等，可以将全部N极的磁钢替换为转子铁芯自身材料，使得S极的磁钢与转子铁芯组成相间分布的交替极结构；或者，将全部S极的磁钢替换为转子铁芯自身材料，使得N极的磁钢与转子铁芯组成相间分布的交替极结构。
优选地，所述电机为旋转电机或直线电机结构。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明提供的双绕组永磁容错电机，定子采用主齿和辅助齿交替分布的结构，可以实现主齿绕组和辅助齿绕组之间有效的物理隔离；
2、本发明提供的双绕组永磁容错电机，主齿绕组和辅助齿绕组的极对数不相等，两条绕组之间互感为零，可以实现主齿绕组和辅助齿绕组之间有效的电磁隔离；
3、本发明提供的双绕组永磁容错电机，不同极性的磁钢宽度不等，能产生两种极对数的磁动势，与定子的两套绕组配合实现机电能量转换，使得电机在正常工况和故障工况下都能输出转矩。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种双绕组永磁容错电机的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种双绕组永磁容错电机定子主齿绕组连接示意图；
图3是本发明实施例提供的一种双绕组永磁容错电机定子辅助齿绕组连接示意图；
图4是本发明实施例提供的一种双绕组永磁容错电机转子的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种双绕组永磁容错电机磁动势的分布图；
图6是本发明另一实施例提供的一种双绕组永磁容错电机转子的结构示意图；
图7是本发明又一实施例提供的一种双绕组永磁容错电机转子的结构示意图；
图8是本发明又一实施例提供的一种双绕组永磁容错电机转子的结构示意图；
图9是本发明又一实施例提供的一种双绕组永磁容错电机转子的结构示意图；
图10是本发明又一实施例提供的一种双绕组永磁容错电机转子的结构示意图；
图11是本发明实施例提供的一种双绕组永磁容错电机两套绕组的空载反电势曲线图；
附图说明：
1、定子铁芯，2、主齿绕组，3、辅助齿绕组，4、转子铁芯，5、磁钢。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本实施例提供的一种双绕组永磁容错电机，包括定子和转子；其中定子包括定子铁芯1和定子绕组，定子绕组包括主齿绕组2和辅助齿绕组3；转子包括转子铁芯4和磁钢5；
定子铁芯1呈环状，其内环表面沿周向开有多个主齿和多个辅助齿，主齿和所述辅助齿交替分布，主齿上绕有主齿绕组2，辅助齿上饶有辅助齿绕组3；转子铁芯4同轴套设在定子铁芯1内，磁钢5设置在转子铁芯4内。
图2为本实施例提供的双绕组永磁容错电机的主齿绕组2的连接示意图，其中，定子槽数为12，绕组极对数为2，采用叠绕组可以得到绕组连接图。
图3为本实施例提供的双绕组永磁容错电机的辅助齿绕组3的连接示意图，其中，辅助齿构成的槽数为24，绕组极对数为4，采用叠绕组可以得到绕组连接图。
图4为本实施例提供的双绕组永磁容错电机的转子的结构示意图，径向向外与向内充磁的磁钢宽度不等，相应的磁动势分布如图5所示，可以看到，转子2对极和4对极磁动势幅值相对较高，与定子两套绕组分别构成一个完整的电机实现机电能量转换。图6为两套绕组的空载反电势曲线图，可以看到主齿绕组2和辅助齿绕组3分别感应了频率不同的反电势，由于辅助齿绕组3与转子4对极磁场作用，而主齿绕组与转子2对极磁场作用，辅助齿绕组感应电压频率是主齿绕组的2倍。在两套绕组中通入相应电流即可实现转矩输出。
另外，宽度不等磁钢的充磁方向也可以反向，如图7，或是充磁方向相同的磁钢由导磁铁芯代替构成交替极结构，如图8所示。
沿圆周分布的磁钢也可以置于转子铁芯内部，只要保证提供磁通的弧长复合表贴磁钢的分布即可。图9-11分别为一字型、V字型和辐条型磁钢内置于铁芯内部构成的不同转子结构示意图。
在各示意图中，三角形指向各磁钢充磁方向，同时，提供磁通的方向也通过N和S进行了标记。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种双绕组永磁容错电机，其特征在于，包括定子和转子；其中定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子绕组包括主齿绕组和辅助齿绕组；所述转子包括转子铁芯和磁钢；
所述定子铁芯呈环状，其内环表面沿周向开有多个主齿和多个辅助齿，所述主齿和所述辅助齿交替分布，所述主齿上绕有主齿绕组，所述辅助齿上饶有辅助齿绕组；所述转子铁芯与所述定子铁芯同轴套设，所述磁钢设置在所述转子铁芯内；
所述主齿绕组和所述辅助齿绕组的极对数不相等；
所述磁钢的磁极极性分为N极和S极，磁极极性交替设置，不同极性的磁钢宽度不等。
2.根据权利要求1所述的永磁容错电机，其特征在于，所述主齿绕组和所述辅助齿绕组都采用多相结构。
3.根据权利要求1所述的永磁容错电机，其特征在于，所述转子铁芯同轴套设在所述定子铁芯内或者所述定子铁芯同轴套设在所述转子铁芯内。
4.根据权利要求1所述的永磁容错电机，其特征在于，所述磁钢为一字型、V字型或者辐条型。
5.根据权利要求1所述的永磁容错电机，其特征在于，将全部N极的所述磁钢替换为所述转子铁芯自身材料，使得S极的所述磁钢与所述转子铁芯组成相间分布的交替极结构；
或者，将全部S极的所述磁钢替换为所述转子铁芯自身材料，使得N极的所述磁钢与所述转子铁芯组成相间分布的交替极结构。
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