基于单双层混合绕组的模块化多相永磁同步电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模块化多相永磁容错电机，属于永磁电机领域。
【背景技术】
[0002]21世纪以来，随着能源危机和环境污染问题的日益严重，节能和环保逐渐成为当今汽车发展的两大主题，以电动汽车为代表的新能源汽车获得了越来越多的关注。对于电动汽车而言，其电驱动系统的安全性和可靠性至关重要。目前，传统的三相永磁同步电机在电机发生绕组开路或短路故障的时候，电机的转矩输出会发生剧烈变化，甚至于不能工作，这有可能对车辆本身和车内人员的安全构成严重威胁。多相永磁同步电机由于其相数的冗余，具有良好的容错运行能力，适用于电动汽车、舰船推进等对电驱动系统可靠性要求较高的场合。所谓容错是指电机系统在发生故障的情况下，通过调整电机的控制策略，可以使该系统仍然保持一定的输出能力，同时还具有在故障状态下防止故障恶化和扩散的能力。通过采用多相容错永磁同步电机，可以使电动汽车在电机发生故障的情况下继续运行，直到故障解除，这将大大提高电动汽车的安全性和可靠性，是电动汽车的理想选择。
[0003]为了使电机能够在绕组开路、短路等故障状态下继续运行，多相容错永磁同步电机在设计时需要满足以下条件:相间要具有良好的电隔离、磁隔离、热隔离和物理隔离。采用常规分布式绕组或分数槽集中绕组的多相永磁同步电机，其相间电磁耦合程度大，在发生绕组短路等故障的时候，短路相会对其他正常相造成影响，增大了容错控制的难度。此夕卜，采用分布式绕组或普通分数槽绕组的电机，由于其绕组的空间分布问题，难以对电机进行模块化设计，进而限制了故障情况下对故障模块的更换维修。
【发明内容】
[0004]本发明目的是为了解决常规多相永磁同步电机在发生绕组短路等故障时，故障隔离难度大，以及由于相间电磁耦合程度高导致的电机模块化设计难度大的问题，提供了一种基于单双层混合绕组的模块化多相永磁同步电机。
[0005]本发明所述基于单双层混合绕组的模块化多相永磁同步电机，它包括定子和永磁转子，定子设置在永磁转子的内部或者外部，且两者之间留有宽度为L的径向气隙；
[0006]定子由m个相同的定子模块拼装而成，拼装后的定子为圆盘形；111为正整数；
[0007]每个定子模块包括定子铁心和2n个集中绕组；定子铁心沿顺时针依次设置第一容错齿、2n个电枢齿和第二容错齿，上述齿围成2n+l个定子槽，2n个集中绕组设置在2n+l个定子槽中，定子槽面向永磁转子设置；每个电枢齿上绕制有一个集中绕组；相邻两个电枢齿上绕制的集中绕组的匝数相等、绕制方向相反；n为正整数；
[0008]第一容错齿和第二容错齿的宽度相等，电枢齿的宽度大于第一容错齿的宽度；
[0009]永磁转子包括2p个永磁体和转子铁心，转子铁心的面向定子表面上沿圆周方向均布有2p个永磁体；永磁体沿径向或平行方向充磁，并且其充磁方向交替相反。
[0010]本发明的优点:本发明公开一种基于单双层混合绕组的模块化多相永磁同步电机。每相采用2η个相同的集中绕组，并且结合容错齿的采用，使得相间达到了良好的磁隔离效果，有效遏制了电机在故障状态下故障相对其他相的影响。本发明的这种单双层混合绕组与单层绕组相比，其气隙中谐波成分少，电机效率高；与双层绕组相比，其绕组因数较高，电机的功率密度更大。此外，基于单双层混合绕组的模块化多相永磁同步电机定子采用模块化设计方式，有利于大规模的加工制造，并且可以在某一模块发生故障的情况下迅速更换，降低系统的维护成本。该电机是一种可靠性高，功率密度大，加工制造及维护成本较低的多相电机本体结构方案。本发明适用于三相及三相以上的多相永磁同步电机。
【附图说明】
[0011]图1是本发明所述的基于单双层混合绕组的模块化多相永磁同步电机的结构示意图；
[0012]图2是一个定子模块的结构示意图；
[0013]图3是本发明所述的模块化多相永磁同步电机一相定子绕组通电情况下的磁力线分布图；
[0014]图4是本发明所述模块化多相永磁同步电机的各相绕组同时通电时的气隙磁密；
[0015]图5是本发明所述模块化多相永磁同步电机的各相绕组同时通电的气隙磁密谐波分布图；
[0016]图6是基于传统双层分数槽集中绕组的三相永磁同步电机的结构示意图；
[0017]图7是传统双层分数槽集中绕组三相永磁同步电机一相定子绕组通电情况下的磁力线分布图。
【具体实施方式】
[0018]【具体实施方式】一:下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述基于单双层混合绕组的模块化多相永磁同步电机，它包括定子I和永磁转子2，定子I设置在永磁转子2的内部或者外部，且两者之间留有宽度为L的径向气隙；
[0019]定子I由m个相同的定子模块拼装而成，拼装后的定子I为圆盘形；111为正整数；
[0020]每个定子模块包括定子铁心3和2n个集中绕组5 ;定子铁心3沿顺时针依次设置第一容错齿3-l、2n个电枢齿3-2和第二容错齿3_3，上述齿围成2n+l个定子槽4，2n个集中绕组5设置在2n+l个定子槽4中，定子槽4面向永磁转子2设置；每个电枢齿3_2上绕制有一个集中绕组5 ;相邻两个电枢齿3-2上绕制的集中绕组5的匝数相等、绕制方向相反；n为正整数；
[0021]第一容错齿3-1和第二容错齿3-3的宽度相等，电枢齿3-2的宽度大于第一容错齿3-1的宽度；
[0022]永磁转子2包括2p个永磁体6和转子铁心7，转子铁心7的面向定子I表面上沿圆周方向均布有2p个永磁体6 ;永磁体6沿径向或平行方向充磁，并且其充磁方向交替相反。
[0023]永磁转子2的极对数P根据气隙磁动势的谐波次数进行选择。
[0024]在每一个定子模块中，集中绕组5的元件边位于定子槽4中，其中，与第一容错齿3-1和第二容错齿3-3相邻的两个定子槽4中分别只有集中绕组5的一个元件边，而其他每个定子槽4为相邻两个集中绕组5的共用槽。
[0025]本实施方式中定子I位于永磁转子2的外部或内部，则相应的本实施方式所述基于单双层混合绕组的模块化多相永磁同步电机采用内转子或者外转子结构。
[0026]结合图3说明本发明的工作原理。当定子I的某一定子模块的绕组通电时，磁力线10通过该定子模块内的两个电枢齿3-2、气隙、永磁体6、转子铁心7形成闭合回路，而不经过其他相定子模块的电枢齿形成闭合回路。因此，不同模块间不存在磁耦合。同理，当电机的某一相绕组发生短路故障的时候，短路相绕组产生的磁力线也通过上述路径闭合，不经由其他相的绕组形成闭合回路，从而消除了短路相对其他正常相的影响，实现了良好的磁隔离。此外，由于第一容错齿3-1和第二容错齿3-3的存在，使得绕组短路带来的绕组发热被有效的控制在发生短路的定子模块之内，进而有利的保护了其他正常相的定子模块。
[0027]【具体实施方式】二:本实施方式对实施方式一作进一步说明，电机具有m相绕组，每个定子模块内部的所有集中绕组5共同构成一相绕组。
[0028]并且不同的定子模块之间没有磁耦合。