专利名称：一种基于余度和容错技术的高可靠永磁同步电动机的制作方法
技术领域：
本发明属于永磁同步电动机技术领域，具体涉及一种基于余度和容错技术的高可靠永磁同步电动机。
背景技术：
随着电力电子技术、永磁材料和电机控制技术的发展，永磁同步电动机以其高效、高功率密度、高可靠性、控制简单等优势，被广泛应用于航空航天、电动汽车、医疗器械、工业自动化等领域。作为未来飞机发展的主要趋势，多电/全电飞机对直接影响其飞行安全性和机动性能的机载作动系统提出了更高的要求，更高的可靠性和容错能力已经成为新型机载作动系统必须具备的技术特征。永磁同步电动机作为机载作动系统的核心部件，其可靠性在很 大程度上直接决定了整个机载作动系统的可靠性。近年来，为了提高永磁同步电动机的可靠性，针对电动机故障率最高的绕组故障，永磁同步电动机普遍采用多余度结构设计，实现系统的故障容错运行。但是，传统的多余度永磁同步电动机，由于余度之间存在严重的电、磁、热耦合问题，导致系统余度之间相互干扰，故障隔离能力差；同时当永磁同步电动机发生短路故障时，由于永磁体无法及时灭磁，大幅值的短路电流将产生很大的制动转矩，这些都严重影响系统的工作性能，限制永磁同步电动机可靠性的进一步提高。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于余度和容错技术的高可靠永磁同步电动机，通过对电动机结构以及关键部件的设计创新，使所设计的永磁同步电动机，具有良好的物理隔离、磁隔离、热隔离和电气隔离能力，并且能够有效抑制电动机的短路电流，大大提高永磁同步电动机的可靠性，以满足系统“一次故障工作，二次故障工作，三次故障安全”的要求。为了实现上述发明目的，本发明一种基于余度和容错技术的高可靠永磁同步电动机，包括机壳、两个转子组件、两个定子组件、转轴、轴承、绝缘套筒、隔磁板和端盖。它们之间的位置连接及结构关系是该高可靠永磁同步电动机的两个定子组件同轴串联置于机壳内；两个绝缘套筒与定子组件同轴串联置于两个定子组件之间，实现两个定子组件的轴向定位；两个定子组件之间由绝缘套筒实现轴向定位；隔磁板同轴置于两个定子组件的中间位置，实现两个定子组件的磁场隔离；两个转子组件同轴串联，分别置于两个定子组件中；两个轴承分别位于机壳和端盖的轴承室中，实现对转轴的支撑；机壳和端盖共同将以上各部分封装在一起，对高可靠永磁同步电动机的各个部分起固定和保护作用。所述机壳是采用钢板材料通过车削加工而成的中空的圆筒形结构件，实现对电动机内部各个部件的固定和保护功能，同时实现电动机良好的散热能力。所述转子组件是由不等厚永磁磁钢3、转子铁心4和衬套7组成，其间关系是不等厚永磁磁钢通过高强度胶粘到转子铁心外表面，两段转子铁心之间同轴放置衬套，实现其轴向定位；该不等厚永磁磁钢3是由高性能稀土永磁材料制成的径向不等厚的扇形磁极，为永磁同步电动机提供必需的磁势和磁通；该转子铁心4是采用高磁导率电工硅钢材料，通过车削而成的中空圆柱形结构，为电动机的转子磁场提供闭合磁回路；该衬套是由不导磁材料制成的中空圆柱形套筒，实现两段转子组件的轴向定位。所述定子组件是由定子铁心I和定子绕组2组成，其间关系是每相定子绕组嵌放于定子铁心相邻的两个槽内；该定子铁心I是采用高磁饱和的电工硅钢材料制成，其上开有10个定子槽，为电动机的定子磁场提供闭合磁回路；该定子绕组2是耐高温的漆包线绕制而成，每相定子绕组采用独立H桥供电，实现定子相绕组之间的电气隔离。所述转轴是由不导磁的圆钢经过车削加工而成的圆柱形结构件，实现转子组件的同轴安装与固定，同时完成高可靠永磁同步电动机的转矩输出。所述轴承是根据转轴的尺寸选择大小合适的深沟球轴承，实现对转轴的支撑。 所述绝缘套筒是通过车削加工而成的中空的圆柱形套筒件，实行两段定子组件之间的轴向定位。所述端盖是采用钢板经过车削加工而成的盘状件，与机壳共同将电动机的各部分封装在一起，实现对电动机各部分的固定和保护功能，同时通过在端盖上加工定位孔，便于实现电动机与其它机械机构的连接。首先，通过合理的设计永磁同步电动机的磁路结构和绕组结构，实现电动机良好的物理隔离、磁隔离、热隔离和电气隔离能力。采用同轴两段式结构，构成机械双余度结构形式，两段之间通过高磁导率、高电阻率软磁材料制成的隔磁板，实现两段之间完全的隔离，大大提高电动机的可靠性。其中，高可靠永磁同步电动机的每段定、转子组件采用8极10槽的五相永磁同步电动机结构形式，绕组采用隔齿嵌放的五相集中单层绕组，这种磁路结构使每个定子槽中只有电动机的一相绕组，实现相绕组之间的物理隔离；同时相绕组之间隔齿嵌放形成的容错齿为各相绕组的磁场提供了闭合回路，保证相绕组之间的磁隔离，且每相绕组产生的热量通过容错齿经过电动机定子表面散热，故障相产生的热量很难传递到其他相绕组，实现相绕组之间的热隔离；最后，电动机的每相绕组通过独立的H桥驱动的方式独立供电，实现相绕组之间的电气隔离，从而使本发明高可靠永磁同步电动机具有良好的物理隔离、磁隔离、热隔离和电气隔离能力。这种电气容错结构使五相永磁同步电动机在出现一相绕组故障时，通过对非故障的四相绕组电流的合理控制，实现四相永磁同步电动机的正常运行，大大提闻电动机的容错能力。其次，通过合理设计永磁同步电动机的齿槽结构尺寸，增大电动机的相绕组电感，有效地抑制电动机短路电流。永磁同步电动机在负载运行时,气隙合成基波磁通在电枢绕组中产生的气隙合成电动势Es (V)为E 5=4. 44fNKd^ δΝΚφ其中，f为电频率；N为每相绕组串联匝数；Kdp为绕组因数；％为气隙磁通的波形系数；Φ SN为每极气隙合成磁通。电枢端电压U表示为
U=Es_I(Ra+jX。)其中，I为每相绕组电流；Ra为每相绕组电阻；X。为每相绕组漏电抗。当永磁同步电动机发生短路时，由于X。>> Ra，近似为纯感性负载，则稳态短路电流值为
权利要求
1.一种基于余度和容错技术的高可靠永磁同步电动机，其特征在于它包括机壳、两个转子组件、两个定子组件、转轴、轴承、绝缘套筒、隔磁板和端盖；两个定子组件同轴串联置于机壳内；两个绝缘套筒与定子组件同轴串联置于两个定子组件之间，实现两个定子组件的轴向定位；两个定子组件之间由绝缘套筒实现轴向定位；隔磁板同轴置于两个定子组件的中间位置，实现两个定子组件的磁场隔离；两个转子组件同轴串联，分别置于两个定子组件中；两个轴承 分别位于机壳和端盖的轴承室中，实现对转轴的支撑；机壳和端盖共同将以上各部分封装在一起，对高可靠永磁同步电动机的各个部分起固定和保护作用； 所述机壳是采用钢板材料通过车削加工而成的中空的圆筒形结构件，实现对电动机内部各个部件的固定和保护功能，同时实现电动机良好的散热能力； 所述转子组件是由不等厚永磁磁钢、转子鉄心和衬套组成，不等厚永磁磁钢通过高强度胶粘到转子铁心外表面，两段转子鉄心之间同轴放置衬套，实现其轴向定位；该不等厚永磁磁钢是由高性能稀土永磁材料制成的径向不等厚的扇形磁极，为永磁同步电动机提供必需的磁势和磁通；该转子鉄心是采用高磁导率电エ硅钢材料，通过车削而成的中空圆柱形结构，为电动机的转子磁场提供闭合磁回路；该衬套是由不导磁材料制成的中空圆柱形套筒，实现两段转子组件的轴向定位； 所述定子组件是由定子铁心和定子绕组组成，每相定子绕组嵌放于定子鉄心相邻的两个槽内；该定子铁心是采用高磁饱和的电エ硅钢材料制成，其上开有10个定子槽，为电动机的定子磁场提供闭合磁回路；该定子绕组是耐高温的漆包线绕制而成，每相定子绕组采用独立H桥供电，实现定子相绕组之间的电气隔离； 所述转轴是由不导磁的圆钢经过车削加工而成的圆柱形结构件，实现转子组件的同轴安装与固定，同时完成高可靠永磁同步电动机的转矩输出； 所述轴承是根据转轴的尺寸选择的深沟球轴承，实现对转轴的支撑； 所述绝缘套筒是通过车削加工而成的中空的圆柱形套筒件，实行两段定子组件之间的轴向定位； 所述端盖是采用钢板经过车削加工而成的盘状件，与机壳共同将电动机的各部分封装在一起，实现对电动机各部分的固定和保护功能，同时通过在端盖上加工定位孔，便于实现电动机与其它机械机构的连接。
全文摘要
一种基于余度和容错技术的高可靠永磁同步电动机，包括机壳、两个转子组件、两个定子组件、转轴、轴承、绝缘套筒、隔磁板和端盖，两个定子组件同轴串联，每个定子组件中绕组采用隔齿嵌放的分数槽、集中单层绕组并使相绕组之间形成电气容错结构；结合定子齿槽结构尺寸设计，增大电动机相绕组电感，有效抑制短路电流；两个转子组件串联在同一轴上，分别置于两个定子组件中；每个转子组件中磁钢采用不等厚磁钢结构，相邻两个定子组件之间放置隔磁板，隔绝两端定、转子之间的电磁干扰；两轴承分别置于机壳与端盖的轴承室中，机壳与端盖共同将上述组件封装在一起。本发明具有良好的物理隔离、磁隔离、热隔离和电气隔离能力，大大提高了电动机的可靠性。
文档编号H02K16/00GK102868266SQ20121034555
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者徐金全, 郭宏, 于凯平 申请人:北京航空航天大学