專利名稱：自容錯磁通切換永磁電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電機制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙凸極結(jié)構(gòu)、堅固、成本低、適用于高速和高溫運行環(huán)境的、對系統(tǒng)連續(xù)運行要求高可靠性領(lǐng)域的自容錯磁通切換永磁電機。
背景技術(shù)：
隨著電機在軍事、工業(yè)、民用等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴大，電機驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性問題得到了相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者越來越廣泛的關(guān)注，特別是在航空航天、軍事裝備、礦井軋鋼等對連續(xù)操作有較高要求的場合，可靠性尤顯重要。就技術(shù)層面而言，提高系統(tǒng)可靠性的途徑主要可以分為冗余和容錯兩種。在電機本體方面，雙繞組的冗余式結(jié)構(gòu)雖然提高了電機的可靠性，但由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并未得到廣泛的采用。容錯式電機主要分為兩類一是電機本體結(jié)構(gòu)與容錯控制策略的配合，即硬件、軟件的配合；二是僅依靠電機本體結(jié)構(gòu)而不需要特殊的容錯控制策略，稱此類容錯式電機為自容錯電機。開關(guān)磁阻電機采用雙凸極結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、相與相之間電路和磁路相互獨立性等特點，具有容錯性能技術(shù)基礎(chǔ)；同時考慮到永磁電機無勵磁損耗、效率高、功率密度高等優(yōu)點，將自容錯概念引入到永磁電機，研發(fā)出集高可靠性、高功率密度和高容錯性能于一體的新型自容錯永磁電機，成為當(dāng)前熱點。永磁電機中轉(zhuǎn)子永磁型電機是目前較成熟的，并且在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了定子采用集中繞組的容錯結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究結(jié)果(能否引用相關(guān)文獻？)表明該種電機的容錯性能較好， 且具有功率密度高、效率高的優(yōu)點，但由于永磁體安裝在轉(zhuǎn)子表面，當(dāng)電機處于高速旋轉(zhuǎn)發(fā)熱時，因其冷卻較困難而易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致電機的可靠性下降，故在其主要應(yīng)用的高可靠性領(lǐng)域的應(yīng)用受到了很大限制。定子永磁型電機的研究始于上世紀九十年代中期，發(fā)展至今出現(xiàn)了多種電機結(jié)構(gòu)，如雙凸極永磁電機、磁通反向電機以及磁通切換永磁電機等，可靠性高、功率密度高，為新型定子永磁式自容錯電機驅(qū)動系統(tǒng)的研究奠定了基礎(chǔ)。常規(guī)的雙通道磁通切換永磁電機將徑向相對的兩個線圈組成一個通道，每相電樞繞組由兩個并聯(lián)的通道組成，因此缺相故障將導(dǎo)致這種互補性被破壞，使得故障相反電勢不對稱，需要通過調(diào)整非故障相繞組電流的相位和幅值，實現(xiàn)容錯控制。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種新型繞組結(jié)構(gòu)的磁通切換電機，即自容錯磁通切換永磁電機，以提高電機及其驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性。自容錯磁通切換永磁電機結(jié)構(gòu)是定子永磁型電機，定子(1)的三相電樞繞組由A 相電樞繞組、B相電樞繞組和C相電樞繞組構(gòu)成；A相電樞繞組的繞組Al與繞組A2互相垂直，繞組A 3與繞組A4互相垂直，將繞組Al、繞組A2串聯(lián)為A相第一通道(5)，將繞組A 3、 繞組A4串聯(lián)為A相第二通道(6) ；A相第一通道(5)與A相第二通道(6)并聯(lián)；所述B相電樞繞組、C相電樞繞組采取與A相電樞繞組相同的連接方式。[0007]所述自容錯磁通切換永磁電機定子12極、轉(zhuǎn)子10極。所述自容錯磁通切換電機的勵磁方式是電勵磁方式、或是永磁體勵磁方式、或是混合勵磁方式。本實用新型的有益效果是①自容錯磁通切換永磁電機的電樞繞組結(jié)構(gòu)簡單，其電路和磁路獨立性好，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生斷路故障時，非故障相的運行不會受到影響，不需要繁瑣的容錯控制策略即可實現(xiàn)電機系統(tǒng)的自容錯運行，具有較強的帶故障運行能力，電機的工作特性接近于正常運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)矩輸出性能大為提高；②與同等輸出轉(zhuǎn)矩能力的串聯(lián)線圈型磁通切換電機相比，自容錯磁通切換永磁電機具有更小的端電壓，約為同等輸出轉(zhuǎn)矩能力的磁通切換電機的1/2 ；③正常運行狀態(tài)時，每相電樞繞組兩個通道的兩個線圈感應(yīng)電勢之和近似正弦分布，電樞繞組可以通正弦交流電，應(yīng)用矢量控制思想，電機轉(zhuǎn)矩脈動小。④定子永磁體易于冷卻，不易發(fā)生高溫退磁。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型做詳細說明。

圖1是定子12極、轉(zhuǎn)子10極的自容錯磁通切換永磁電機結(jié)構(gòu)圖；圖2是A相繞組連接電路圖；附圖中圖標定子1、轉(zhuǎn)子2、永磁體3、電樞繞組4、繞組Al、繞組A2、繞組A3、繞組 A4、A相第一通道5、A相第二通道6。
具體實施方式
以一臺12/10極自容錯磁通切換永磁電機為例，其截面圖如附圖1所示。自容錯磁通切換永磁電機由定子1、轉(zhuǎn)子2、永磁體3和電樞繞組4所構(gòu)成；定子1由12個“U”形定子鐵心和鑲嵌在“U”形定子鐵心中間的12個永磁體3組合而成，永磁體3對稱于定子1 的圓心分布?！癠”形定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心是用硅鋼片按圖1所示形狀，分別沖壓成定子鐵心沖片和轉(zhuǎn)子鐵心沖片，再用足夠數(shù)量的鐵心沖片和轉(zhuǎn)子鐵心沖片分別疊壓制成定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心的。電樞繞組4為集中繞組，每個線圈繞組橫跨在兩個定子1齒上。三相電樞繞組(A相電樞繞組、B相電樞繞組和C相電樞繞組)的12個線圈共分成了六組，互相垂直的兩個線圈串聯(lián)構(gòu)成一個通道，徑向相對的兩個通道并聯(lián)構(gòu)成一相繞組。如圖1所示的A相電樞繞組的四個線圈中繞組Al與繞組A2互相垂直，繞組A 3與繞組A4互相垂直；如圖1、 圖2所示，將繞組Al、繞組A2串聯(lián)為A相第一通道5，將繞組A 3、繞組A4串聯(lián)為A相第二通道6，A相第一通道5與A相第二通道6并聯(lián)組成A相電樞繞組。以此類推，B相電樞繞組、C相電樞繞組采取與A相電樞繞組相同的連接方式。轉(zhuǎn)子2有10個齒，稱為10極，對于定子永磁型電機而言，其轉(zhuǎn)子極數(shù)決定了轉(zhuǎn)子周期。在正常運行狀態(tài)，自容錯磁通切換永磁電機每一相繞組的兩個通道所通電流相位和幅值相同，A、B、C三相互差120度，電機正常工作。在正常運行狀態(tài)下，同一相的兩個通道通入相同的繞組電流，在輸出同樣轉(zhuǎn)矩的條件下，自容錯磁通切換永磁電機比串聯(lián)線圈型磁通切換電機具有較小的端電壓。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生斷路故障時，即使不采取任何動作，自容錯磁通切換永磁電機仍能保持較好的運行特性，并且不需要引入繁瑣的容錯控制策略。如A相繞組Al發(fā)生短路，則A相第一通道5繞組 Al和繞組A2均沒有電流流過；但是A相第二通道6的繞組A3和繞組A4仍然正常工作，A 相感應(yīng)電勢不發(fā)生變化仍然為近似正弦，且幅值不變，則三相反電勢仍能保持正弦對稱，不需要修改其他參數(shù)即實現(xiàn)了容錯控制，只是A相電流變?yōu)樵瓉淼?/2，三相電流不再對稱， 中性線中有電流流過，使得電機在故障狀態(tài)下仍可以提高運行特性，保證該電機驅(qū)動系統(tǒng)具備較高的可靠性。該自容錯磁通切換電機構(gòu)成的驅(qū)動系統(tǒng)尤其適用于一些可靠性要求較高，如航空航天、軍事領(lǐng)域、礦井軋鋼等要求連續(xù)操作的高可靠性領(lǐng)域。
定子12極/轉(zhuǎn)子10極磁通切換永磁電機的勵磁方式是電勵磁方式，或是永磁體勵磁方式，或是混合勵磁方式，繞有電樞繞組4的永磁體3和電樞繞組4組合成一個整體， 永磁體3沿著圓周切向被交替磁化。
權(quán)利要求1.一種自容錯磁通切換永磁電機，結(jié)構(gòu)是定子永磁型電機，其特征在于所述定子(1) 的三相電樞繞組由A相電樞繞組、B相電樞繞組和C相電樞繞組構(gòu)成；A相電樞繞組的繞組 Al與繞組A2互相垂直，繞組A3與繞組A4互相垂直，將繞組Al、繞組A2串聯(lián)為A相第一通道(5)，將繞組A3、繞組A4串聯(lián)為A相第二通道(6) ；A相第一通道(5)與A相第二通道(6) 并聯(lián)；所述B相電樞繞組、C相電樞繞組采取與A相電樞繞組相同的連接方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述自容錯磁通切換永磁電機，其特征在于所述自容錯磁通切換永磁電機定子12極、轉(zhuǎn)子10極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述自容錯磁通切換永磁電機，其特征在于所述自容錯磁通切換電機的勵磁方式是電勵磁方式、或是永磁體勵磁方式、或是混合勵磁方式。
專利摘要本實用新型提供一種自容錯磁通切換永磁電機，以提高電機及其驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性。自容錯磁通切換永磁電機結(jié)構(gòu)是定子永磁型電機，定子(1)的三相電樞繞組由A相電樞繞組、B相電樞繞組和C相電樞繞組構(gòu)成；A相電樞繞組的繞組A1與繞組A2互相垂直，繞組A3與繞組A4互相垂直，將繞組A1、繞組A2串聯(lián)為A相第一通道(5)，將繞組A3、繞組A4串聯(lián)為A相第二通道(6)；A相第一通道(5)與A相第二通道(6)并聯(lián)；B相電樞繞組、C相電樞繞組采取與A相電樞繞組相同的連接方式。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，自容錯性能好，可靠性高、功率密度高；由自容錯磁通切換永磁電機構(gòu)成的驅(qū)動系統(tǒng)尤其適用于如航空航天、軍事領(lǐng)域、礦井軋鋼等要求連續(xù)操作的高可靠性領(lǐng)域。
文檔編號H02K3/28GK202111547SQ20112021738
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者吳中澤, 曹平, 花為 申請人:東南大學(xué), 大連名陽實業(yè)有限公司