一种高可靠混合励磁容错电机系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高可靠混合励磁容错电机系统，包括定子、转子、转轴、永磁体、电枢齿、容错齿、电枢线圈以及励磁线圈；所述转轴包括轴体、卡柱以及凸起，所述的卡柱均布在所述轴体的外圆周面上，所述的凸起设置在所述的卡柱上；所述的卡柱镶入固定到转子叠片的每个转子极中，在转子极之间楔入所述的永磁体；所有永磁体构成永磁磁场，所有励磁线圈构成电励磁磁场。相对于传统内置式永磁同步电机，本发明省去了隔磁桥，避免了永磁体漏磁，并且提高了电机高速运行时的机械强度，保证了电机的高可靠运行，同时还具有调速范围宽、转矩/功率密度和效率高等优势。
【专利说明】
一种高可靠混合励磁容错电机系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电机，尤其涉及一种高可靠混合励磁容错电机。
【背景技术】
[0002]内置式永磁同步电机具有转矩输出大、调速范围宽、功率密度和效率高等优点，在许多高性能驱动领域中得到广泛的应用。而在新能源电动汽车、风力发电和航空航天等高性能驱动领域，都对驱动系统的可靠性提出了很高的要求。驱动电机作为驱动系统的核心部件，其性能是决定整个驱动系统效率和性能的关键因数。而目前的常规内置式永磁同步电机仍存在着永磁体退磁和励磁调节困难问题，并且未考虑电机的容错性能，无法满足系统可靠性要求和容错运行能力。
[0003]另外，目前的常规内置式永磁同步电机一般采用隔磁桥来实现隔磁。隔磁桥的作用有两个:一是把转子冲片连接成一个具有足够机械强度的整体；二是通过隔磁桥部位漏磁通的饱和限制永磁体的漏磁。其形状和尺寸大小不仅对电机的空载漏磁系数有至关重要的影响，而且还影响到电机的起动转矩、机械强度、转速、加工工艺等性能。隔磁桥需要设计得足够宽以充分承受电机高速运行时的机械强度，但过宽的隔磁桥会增加永磁体的漏磁。因此，在常规内置式永磁同步电机中，隔磁桥的折中设计相对较困难。基于上述背景，有必要研制开发出一种新型高可靠混合励磁容错电机系统。
【发明内容】
[0004]技术问题:针对上述现有技术及其不足，本发明拟提供一种高可靠混合励磁容错电机系统，解决传统内置式永磁同步电机中存在的容错运行性能差、永磁体退磁和励磁调节困难问题，同时省去隔磁桥，避免永磁体的漏磁，并且能够提高电机高速运行时的机械强度，保证电机的高可靠运行。
[0005]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
一种高可靠混合励磁容错电机系统，包括定子、转子、转轴、永磁体、电枢齿、容错齿、电枢线圈以及励磁线圈；电枢齿和容错齿沿定子内圈周向间隔均勻分布，并且电枢齿的齿宽和容错齿的齿宽不相等；电枢齿上绕有电枢线圈，为单层集中绕组，两相邻的单层集中绕组之间由容错齿进行隔离，径向相对的两电枢齿上的电枢线圈串联成一相；励磁线圈套装在定子容错齿上，且励磁线圈依次首尾串联组成一套单相集中励磁绕组；其特征在于:所述转轴包括轴体、卡柱以及凸起，所述的卡柱均布在所述轴体的外圆周面上，所述的凸起设置在所述的卡柱上；所述的卡柱镶入固定到转子叠片的每个转子极中，在转子极之间楔入所述的永磁体且永磁体顶端和底端无导磁体；所有永磁体构成永磁磁场，所有励磁线圈构成电励磁磁场。
[0006]所述卡柱的延伸方向位于所述轴体的径向上；所述的凸起设置在所述卡柱的顶部或中部。
[0007]电枢齿和容错齿的总齿数是2m的倍数,并且电枢齿和容错齿的总齿数与永磁体的极对数之差为±2，其中，m为电机的相数。
[0008]所述永磁体在转子内呈“辐条”型设置，且永磁体顶部和底部的楔形为非导磁材质。
[0009]1.所述定子和转子叠片为硅钢片、铁、钴、镍及其合金。
[0010]2.所述永磁体为钕铁硼、稀土钴或铝镍钴。
[0011]3.所述转轴为非磁性铍铜合金。
[0012]本发明电机，在结构和性能上保留了传统内置式永磁同步电机转矩输出大、调速范围宽、功率密度和效率高等优势；在励磁方式上，采用了永磁体励磁和电励磁两种励磁方式，解决永磁体退磁和励磁调节困难问题；在转子结构上，省去了隔磁桥，避免了永磁体的漏磁，并且提高了电机运行于高速的机械强度，保证了电机的高可靠运行，同时转子内的永磁体呈“辐条”型设置，具有聚磁效应，特殊的转子结构以及“辐条”型的永磁体，有助于进一步改善了转矩/功率密度。
[0013]有益效果:
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
(1)采用冗余电励磁，当永磁体发生退磁或失磁故障时,可以通过电励磁绕组产生的励磁磁场，维持电机运转，提高了电机的容错能力，当电机正常运行时，又可以弱磁以实现恒功率宽调速运行；
(2)定子上的电枢绕组为集中式绕组，端部短，便于安装，没有绕组的容错齿作为磁通回路，同时实现了电机相与相之间的电路、磁路和温度场的隔离，提高了电机的可靠性和容错运打能力；
(3)采用特殊的转子结构，使得永磁体顶端和底端无导磁体，永磁磁路须经过气隙和定子形成闭合回路，从而永磁体间不存在漏磁，因此无需使用隔磁桥限制漏磁通，同时提高了电机运行于高速的机械强度，保证了电机的高可靠运行，并且转子内的永磁体呈“辐条”型设置，具有聚磁效应，进一步提高了电机转矩/功率密度和效率；
(4)从电机设计的角度，综合考虑了电机的故障容错和可靠性，包括电机的退磁或失磁故障、相间短路或开路故障、相绕组故障以及电机运行高速时的机械强度，实现电机的高可靠和强容错的运行性能，同时还具有调速范围宽、转矩/功率密度和效率高等优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明电机结构示意图。
[0015]其中:1定子、2转子、3转轴、301轴体、302卡柱、303凸起、4永磁体、5电枢齿、6容错齿、7电枢线圈、8励磁线圈。
[0016]图2为本发明电机中的转轴示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0018]如图1所示为一种高可靠混合励磁容错电机，具体为一台三相12槽/10极电机，包括定子1、转子2、转轴3、永磁体4、电枢齿5、容错齿6、电枢线圈7和励磁线圈8。电枢齿5和容错齿6沿定子I内圈周向间隔均匀分布，总齿数是2m的倍数(m为电机的相数)，并且电枢齿5的齿宽和容错齿6的齿宽不相等。非磁性转轴3如图2所示，包括轴体301、卡柱302以及凸起303，卡柱302均布在轴体301的外圆周面上，凸起303设置在卡柱302上，卡柱302镶入到转子2叠片的每个转子极中，牢牢固定于转子极中，非磁性转轴3与转子2叠片完全切合，从而提高机械强度。在转子极之间楔入永磁体4，呈“辐条”型设置，具有聚磁效应，永磁体顶部和底部的楔形为非导磁材质。该特殊的转子结构使得永磁体顶端和底端无导磁体，永磁磁路须经过气隙和定子形成闭合回路，从而永磁体间不存在漏磁，因此无需使用隔磁桥限制漏磁通，同时提高了电机运行于高速的机械强度，保证了电机的高可靠运行，并且有助于进一步提高电机转矩/功率密度和效率。电枢齿5和容错齿6的总齿数与永磁体4的极对数之差为±2。
[0019]电枢齿5上绕有电枢线圈7，为单层集中绕组，两相邻的单层集中绕组之间由容错齿6进行隔离，在提供磁通回路的同时起到相间的磁隔离、物理隔离、热隔离和电气隔离的作用，具有较高的可靠性和带故障运行能力，降低了转矩脉动。另外，电枢线圈701和电枢线圈704串联作为A相绕组，电枢线圈702和电枢线圈705串联作为B相绕组，电枢线圈703和电枢线圈706串联作为C相绕组，使得本发明从根本上避免了相间短路。
[0020]励磁线圈8套装在容错齿6上，共有6个，包括励磁线圈801、励磁线圈802、励磁线圈803、励磁线圈804、励磁线圈805和励磁线圈806,且这6个励磁线圈依次首尾串联组成一套单相集中励磁绕组，当永磁体4发生退磁或失磁故障时，可以通过电励磁绕组8产生的励磁磁场，维持电机运转，提高了电机的容错能力。
[0021]本发明的工作原理如下:该电机由永磁励磁与电励磁两种励磁源共同产生主磁场，在这两种磁势源中，永磁源为主磁势源，电励磁磁势作为辅助磁势源。当电机正常工作时，电励磁磁势主要起增加或削弱主磁路磁通作用，实现电机气隙磁场可调节；由于采用特殊转子结构，避免了永磁体的漏磁，并且提高了电机运行于高速的机械强度，保证了电机的高可靠运行；当电机发生永磁体退磁故障时，电机的单相电励磁绕组通入允许的最大励磁电流产生励磁磁场，与电枢绕组交互作用，产生足够转矩，保障系统运行要求。
[0022]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种高可靠混合励磁容错电机系统，包括定子(I)、转子(2)、转轴(3)、永磁体(4)、电枢齿(5)、容错齿(6)、电枢线圈(7)以及励磁线圈(8);电枢齿(5)和容错齿(6)沿定子内圈周向间隔均匀分布，并且电枢齿(5)的齿宽和容错齿(6)的齿宽不相等；电枢齿(5)上绕有电枢线圈(7)，为单层集中绕组，两相邻的单层集中绕组之间由容错齿(6)进行隔离，径向相对的两电枢齿(5 )上的电枢线圈(7 )串联成一相；励磁线圈(8 )套装在定子容错齿(6 )上，且励磁线圈(8)依次首尾串联组成一套单相集中励磁绕组；其特征在于:所述转轴(3)包括轴体(301 )、卡柱(302)以及凸起(303)，所述的卡柱(302)均布在所述轴体(301)的外圆周面上，所述的凸起(303)设置在所述的卡柱(302)上；所述的卡柱(302)镶入固定到转子(2)叠片的每个转子极中，在转子极之间楔入所述的永磁体(4)且永磁体顶端和底端无导磁体；所有永磁体(4)构成永磁磁场，所有励磁线圈(8)构成电励磁磁场。
2.根据权利要求1所述的一种高可靠混合励磁容错电机系统，其特征在于:所述卡柱(302)的延伸方向位于所述轴体(301)的径向上；所述的凸起(303)设置在所述卡柱(302)的顶部或中部。
3.根据权利要求1所述的一种高可靠混合励磁容错电机系统，其特征在于:电枢齿(5)和容错齿(6)的总齿数是2m的倍数,并且电枢齿(5)和容错齿(6)的总齿数与永磁体(4)的极对数之差为±2，其中，m为电机的相数。
4.根据权利要求1所述的一种高可靠混合励磁容错电机系统，其特征在于:所述永磁体(4)在转子(2)内呈“辐条”型设置，且永磁体(4)顶部和底部的楔形为非导磁材质。
5.根据权利要求1所述的一种高可靠混合励磁容错电机系统，其特征在于:所述定子(I)和转子(2)叠片为硅钢片、铁、钴、镍及其合金。
6.根据权利要求1所述的一种高可靠混合励磁容错电机系统，其特征在于:所述永磁体(4 )为钕铁硼、稀土钴或招镍钴。
7.根据权利要求1所述的一种高可靠混合励磁容错电机系统，其特征在于:所述转轴(3)为非磁性铍铜合金。
【文档编号】H02K1/27GK104184230SQ201410460766
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】樊英, 张丽 申请人:东南大学