一种基于位置自检测的混合励磁容错电机系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于位置自检测的混合励磁容错电机系统，包括定子、转子、永磁体、电枢齿、容错齿、电枢线圈以及励磁线圈；电枢齿上绕有电枢线圈；励磁线圈套装在定子容错齿上；转子内嵌入永磁体；所有永磁体构成永磁磁场，所有励磁线圈构成电励磁磁场；所述永磁体由沿转子径向对称的两个磁条在靠近所述转子轴心的一端拼合而成，在转子内一对永磁极之间沿着q轴磁路方向开一个或多个槽口形成一个或多个隔磁层。相对于传统的永磁同步电机，本发明在转子内沿着q轴磁路方向增加隔磁层，有利于实现无位置传感器控制的零低速运行，进一步提高了电机驱动系统的可靠性和容错能力，同时还有利于进一步提高电机的转矩输出。
【专利说明】一种基于位置自检测的混合励磁容错电机系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电机，尤其涉及一种基于位置自检测的混合励磁容错电机。
【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。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，在实现电机驱动系统高性能控制中，往往需要利用位置传感器来精确地检测出电机的位置和转速信号，但是额外的位置传感器的安装不仅增加了控制系统的成本，而且降低了系统的可靠性。为解决传统机械传感器给系统带来的问题，位置自检测技术，即无位置传感器控制技术成为了电机控制领域的研究热点。而永磁同步电机的零低速运行一直是无位置传感器控制中面临主要问题。高频信号注入法非常适用于基于无位置传感器控制的永磁同步电机的零低速运行，但该方法要求电机有明显的凸极性，因此，合理设计内置式永磁同步电机有利于实现电机无位置传感器零低速运行，从而更有利于进一步提高驱动电机的容错性能。基于上述背景，研制开发出一种基于位置自检测的混合励磁容错电机驱动系统，将有助于满足上述对电机驱动系统的要求。
【发明内容】
[0004]技术问题:针对上述现有技术及其不足，本发明拟提出基于位置自检测的混合励磁容错电机系统，实现电机无位置传感器控制零低速运行，进一步提高电机驱动系统的可靠性和容错性能。
[0005]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
一种基于位置自检测的混合励磁容错电机系统，包括定子、转子、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；转子内嵌入永磁体；所有永磁体构成永磁磁场，所有励磁线圈构成电励磁磁场；其特征在于:所述永磁体由沿转子径向对称的两个磁条在靠近所述转子轴心的一端拼合而成；在所述转子内一对永磁极之间沿着q轴磁路方向开一个或多个槽口，形成一个或多个隔磁层。
[0006]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。
[0007]所述定子和转子铁心为硅钢片、铁、钴、镍及其合金。
[0008]所述永磁体为钕铁硼、稀土钴或招镍钴等永磁材料。
[0009]所述隔磁层内设置有铝或铜等非导磁材料。
[0010]本发明电机系统，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，沿着q轴磁路方向增加一个或多个隔磁层，有利于进一步提闻电机驱动系统的可罪性和容错能力。
[0011]有益效果:
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
(1)转子内的永磁体呈“V”型设置，永磁体既有径向充磁，又有切向充磁，有效集中了磁通量，提高电机的出力，同时具有调速范围宽、功率密度和效率高等优势；
(2)在转子内沿着q轴磁路方向增加一个或多个隔磁层，以增加沿q轴方向的有效气隙，减小q轴电感，增大d轴电感与q轴电感之差，有利于解决无位置传感器控制中的零低速运行问题，进一步提闻了电机驱动系统的可罪性和容错能力，同时还有利于进一步提闻电机的转矩输出
(3)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，提闻了电机的容错能力；
(4)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行能力；
(5)从电机设计的角度，综合考虑电机及其控制系统的故障容错，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控制系统中机械传感器故障，实现电机的高可靠和强容错的运行性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明电机结构示意图。
[0013]其中:1定子、2转子、3永磁体、4电枢齿、5容错齿、6电枢线圈、7励磁线圈、8隔磁层。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0015]如图1所示为一种基于位置自检测的混合励磁容错电机，具体为一台三相12槽/10极电机，包括定子1、转子2、永磁体3、电枢齿4、容错齿5、电枢线圈6、励磁线圈7和隔磁层8。电枢齿4和容错齿5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4的齿宽和容错齿5的齿宽不相等。转子2内嵌入永磁体3，永磁体3由沿转子径向对称的两个磁条在靠近转子轴心的一端拼合而成，形状呈“V”型，这样永磁体既有径向充磁，又有切向充磁，有效集中了磁通量，提高电机的扭力，并可有效拓宽电机的速度范围。电枢齿4和容错齿5的总齿数与永磁体3的极对数之差为±2。
[0016]电枢齿4上绕有电枢线圈6，为单层集中绕组，两相邻的单层集中绕组之间由容错齿5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601和电枢线圈604串联作为A相绕组，电枢线圈602和电枢线圈605串联作为B相绕组，电枢线圈603和电枢线圈606串联作为C相绕组，使得本发明从根本上避免了相间短路。
[0017]励磁线圈7套装在容错齿5上，共有6个，包括励磁线圈701、励磁线圈702、励磁线圈703、励磁线圈704、励磁线圈705和励磁线圈706，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3发生退磁或失磁故障时，可以通过电励磁绕组7产生的励磁磁场，维持电机运转，提高了电机的容错能力。
[0018]在转子2内一对永磁极之间沿着q轴磁路方向开一个或多个槽口，形成一个或多个隔磁层8，以增加沿q轴方向的有效气隙，减小q轴电感，增大d轴电感与q轴电感之差，有利于解决无位置传感器控制中的零低速运行问题，进一步提高了电机驱动系统的可靠性和容错能力，同时还有利于进一步提高电机的转矩输出。
[0019]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d轴电感与q轴电感之差较大，可进一步提高电机的转矩输出，同时，电机驱动系统采用无位置传感器控制，避免了驱动系统中机械传感器故障，提高了驱动系统的可靠性；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。
[0020]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】
1.一种基于位置自检测的混合励磁容错电机系统，包括定子(I)、转子(2)、永磁体(3)、电枢齿(4)、容错齿(5)、电枢线圈(6)以及励磁线圈(7);电枢齿(4)和容错齿(5)沿定子内圈周向间隔均匀分布，并且电枢齿(4)的齿宽和容错齿(5)的齿宽不相等；电枢齿(4)上绕有电枢线圈(6)，为单层集中绕组，两相邻的单层集中绕组之间由容错齿(5)进行隔离，径向相对的两电枢齿(4)上的电枢线圈(6)串联成一相；励磁线圈(7)套装在定子容错齿(5)上，且励磁线圈(7)依次首尾串联组成一套单相集中励磁绕组；转子(2)内嵌入永磁体(3);所有永磁体(3)构成永磁磁场，所有励磁线圈(7)构成电励磁磁场；其特征在于:所述永磁体(3)由沿转子径向对称的两个磁条在靠近所述转子轴心的一端拼合而成；在所述转子(2)内一对永磁极之间沿着q轴磁路方向开一个或多个槽口，形成一个或多个隔磁层(8 )。
2.根据权利要求1所述的一种基于位置自检测的混合励磁容错电机系统，其特征在于:电枢齿(4)和容错齿(5)的总齿数是2m的倍数,并且电枢齿(4)和容错齿(5)的总齿数与永磁体(3)的极对数之差为±2，其中m为电机的相数。
3.根据权利要求1所述的一种基于位置自检测的混合励磁容错电机系统，其特征在于:所述定子(I)和转子(2)铁心为硅钢片、铁、钴、镍及其合金。
4.根据权利要求1所述的一种基于位置自检测的混合励磁容错电机系统，其特征在于:所述永磁体(3)为钕铁硼、稀土钴或招镍钴。
5.根据权利要求1所述的一种基于位置自检测的混合励磁容错电机系统，其特征在于:所述隔磁层(8)内设置有铝或铜。
【文档编号】H02K3/28GK104201808SQ201410460767
【公开日】2014年12月10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