模块化多相交流容错电机制造技术

一种模块化多相交流容错电机，属于电机容错技术领域。本发明专利技术针对现有模块化容错电机在绕组故障状态下无法实现磁、热及物理真正隔离的问题。包括转子和定子，转子与定子之间为气隙；所述定子包括沿圆周方向均匀分布的2k个定子模块；相邻定子模块之间设置隔离齿；每个定子模块包括均匀连续排列的jm个定子齿，m≥3；每个定子齿上缠绕一个线圈；所有定子齿上的线圈构成m相绕组；所述转子包括永磁体磁轭和永磁体，永磁体设置在永磁体磁轭上，永磁体个数与转子极数相对应；所述转子极数2P＝2k(jm‑1)+2i，或2P＝2k(jm‑3)+2i，其中j为奇数；或者转子极数2P＝2k(jm‑2)+2i，其中j为偶数；其中i为正整数，P为电机的极对数。本发明专利技术通过极槽结构配合实现电机的电、磁、热及物理隔离。

Modular fault-tolerant motors with multiple intersecting currents

The invention relates to a modular fault-tolerant motor with multiple intersecting currents, which belongs to the technical field of motor fault-tolerant. The invention aims at the problem that the existing modular fault-tolerant motor can not realize the true isolation of magnetism, heat and Physics under the winding fault state. Including rotor and stator, air gap between rotor and stator; the stator includes 2K stator modules evenly distributed along the circumference; isolation teeth are set between adjacent stator modules; each stator module includes JM stator teeth evenly and continuously arranged, m \u2265 3; a coil is wound on each stator tooth; all coils on stator teeth form M-phase winding; the rotor includes permanent magnet The yoke and the permanent magnet are arranged on the permanent magnet yoke, and the number of permanent magnets corresponds to the number of rotor poles; the number of rotor poles 2p = 2K (JM \u2011 1) + 2I, or 2p = 2K (JM \u2011 3) + 2I, where j is odd; or the number of rotor poles 2p = 2K (JM \u2011 2) + 2I, where j is even; where I is a positive integer, and P is the pole logarithm of the motor. The invention realizes the electric, magnetic, thermal and physical isolation of the motor through the pole slot structure coordination.

【技术实现步骤摘要】
模块化多相交流容错电机
本专利技术涉及模块化多相交流容错电机，属于电机容错

技术介绍
近些年，由于永磁同步电机具有转矩密度高、功率密度高和效率高等优点，已被广泛应用于家电、电动汽车、风力发电和航空航天等众多领域。而安全性和可靠性要求较高的应用场合，对永磁同步电机提出了具有容错能力这一要求，即，电机发生某种故障后，仍然能以一定的性能安全运行，并防止故障影响进一步扩大。现有技术一般是通过提高电机相数和采用单层绕组来提高电机的容错性能。其中采用单层绕组或增加额外的容错齿是实现绕组物理隔离的重要手段，但是会对电机电磁性能造成较大损失。如单层绕组谐波含量丰富，会引起额外转子涡流损耗；增加容错齿改变定子齿槽结构导致定子槽面积减小，转矩密度降低，也会增加额外的加工成本。提高电机相数，如采用五相、七相或双三相结构，可以增加电机控制的冗余度，在电机发生故障如一相断路后，仍然有足够的相数自由度保证电机的运行，为故障处理争取时间，这种方法虽然可以保证故障后电机继续运行，但绕组间仍然有耦合，不能实现电磁隔离。模块化容错电机是在传统多相交流电机的基础上加以改进，把原来一个定子圆周空间内的多相绕组划分成若干个单元，每个模块多相绕组单元配备独立的驱动控制系统，独立受控。现有的24槽16极模块化三相绕组永磁同步电机拓扑如图1所示。这种电机在正常工作状态下，可实现模块化驱动与控制；但在绕组故障状态下，各单元模块之间存在磁耦合和热耦合，不能真正实现磁、热及物理隔离。
技术实现思路
针对现有模块化容错电机在绕组故障状态下，由于各模块之间的磁耦合和热耦合而无法实现磁、热及物理真正隔离的问题，本专利技术提供一种模块化多相交流容错电机。本专利技术的一种模块化多相交流容错电机，包括转子和定子，转子与定子之间为气隙；所述定子包括沿圆周方向均匀分布的2k个定子模块，所述k为正整数；相邻定子模块之间设置隔离齿；每个定子模块包括均匀连续排列的jm个定子齿，其中j为正整数，m为电机的相数，m≥3；每个定子齿上缠绕一个线圈；所有定子齿上的线圈构成m相绕组；所述转子包括永磁体磁轭和永磁体，永磁体设置在永磁体磁轭上，永磁体个数与转子极数相对应；所述转子极数2P＝2k(jm-1)+2i，或2P＝2k(jm-3)+2i，其中j为奇数；或者转子极数2P＝2k(jm-2)+2i，其中j为偶数；其中i为正整数，P为电机的极对数。根据本专利技术的模块化多相交流容错电机，相邻定子模块之间隔离齿的个数包括1个或2个。根据本专利技术的模块化多相交流容错电机，所述隔离齿与定子齿的齿宽和齿高至少其一不等。根据本专利技术的模块化多相交流容错电机，所述隔离齿两侧的隔离槽与相邻定子齿之间的定子槽的槽宽不等。根据本专利技术的模块化多相交流容错电机，所述隔离齿上设置故障检测线圈。根据本专利技术的模块化多相交流容错电机，每个定子模块对应配置一个用于驱动的逆变器。根据本专利技术的模块化多相交流容错电机，所述逆变器的驱动形式包括H桥驱动、具有零电位的双电源多相半桥驱动或多相桥驱动。根据本专利技术的模块化多相交流容错电机，相邻定子模块的对应相电流相位相同或相反。根据本专利技术的模块化多相交流容错电机，所述永磁体的设置形式包括表贴式、内嵌式或Halbach阵列式。根据本专利技术的模块化多相交流容错电机，每个定子模块中依次连续的j个定子齿上的线圈作为一相绕组；或者每个定子模块中依次连续的m个定子齿作为一个定子齿组，形成j个定子齿组；每个定子齿组中相应的定子齿上缠绕的线圈作为一相绕组。本专利技术的有益效果：本专利技术所述的模块化多相交流容错电机，主要由定子和转子构成。它通过对定转子极槽配合和电磁结构的设计，来消除定子模块之间的磁耦合和热耦合，实现电、磁、热及物理的完全隔离。具有电机结构简单，制造方便的优势。本专利技术通过极槽结构配合实现的电、磁、热及物理隔离，使所述电机能有效应对开路、短路、极限故障以及多模块故障等严苛的工况。当一相或多相绕组故障时，可切断故障模块，其余模块绕组正常运行，实现故障时较长时间正常或降额运行，提高了电机的可靠性和容错性。本专利技术具有驱动控制简单、转矩密度大、转矩波动小、容错能力强及可靠性高等特点，在多电/全电飞机推进、无人机推进、电动车辆驱动等航空、交通领域中具有良好的应用前景。附图说明图1是根据本专利技术所述的模块化多相交流容错电机，以40槽36极电机为例的结构示意图；图2是根据本专利技术所述的模块化多相交流容错电机，以40槽28极电机为例的结构示意图；图3是现有24槽16极模块化三相绕组永磁同步电机拓扑图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。具体实施方式一、结合图1和图2所示，本专利技术提供了一种模块化多相交流容错电机，包括转子100和定子200，转子100与定子200之间为气隙；所述定子200包括沿圆周方向均匀分布的2k个定子模块210，所述k为正整数；相邻定子模块210之间设置隔离齿220；每个定子模块210包括均匀连续排列的jm个定子齿211，其中j为正整数，m为电机的相数，m≥3；每个定子齿211上缠绕一个线圈；所有定子齿211上的线圈构成m相绕组；所述转子100包括永磁体磁轭110和永磁体120，永磁体120设置在永磁体磁轭110上，永磁体120个数与转子极数相对应；所述转子极数2P＝2k(jm-1)+2i，或2P＝2k(jm-3)+2i，其中j为奇数；或者转子极数2P＝2k(jm-2)+2i，其中j为偶数；其中i为正整数，P为电机的极对数。本实施方式中定子齿211上的线圈可以根据电机设计需要，相互之间采用不同连接方式形成多相绕组；隔离齿220上没有线圈。结合图1和图2所示电机为内转子，外定子形式；其中转子结构还包括转轴；本专利技术所述电机也可以为内定子外转子形式。进一步，结合图1和图2所示，相邻定子模块210之间隔离齿220的个数包括1个或2个。根据实际使用需要，可选择隔离齿220的设置个数。2个隔离齿220的形式，可进一步增强定子模块之间的隔离效果，例如会获得更好的隔热效果。进一步，结合图1和图2所示，所述隔离齿220与定子齿211的齿宽和齿高至少其一不等。再进一步，所述隔离齿220两侧的隔离槽与相邻定子齿211之间的定子槽的槽宽不等。再进一步，可以在所述隔离齿220上设置故障检测线圈。可通过故障检测线圈获得的参考量的变化对电机故障进行判断。再进一步，每个定子模块2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多相交流容错电机，包括转子(100)和定子(200)，转子(100)与定子(200)之间为气隙；其特征在于，所述定子(200)包括沿圆周方向均匀分布的2k个定子模块(210)，所述k为正整数；相邻定子模块(210)之间设置隔离齿(220)；/n每个定子模块(210)包括均匀连续排列的jm个定子齿(211)，其中j为正整数，m为电机的相数，m≥3；每个定子齿(211)上缠绕一个线圈；所有定子齿(211)上的线圈构成m相绕组；/n所述转子(100)包括永磁体磁轭(110)和永磁体(120)，永磁体(120)设置在永磁体磁轭(110)上，永磁体(120)个数与转子极数相对应；/n所述转子极数2P＝2k(jm-1)+2i，或2P＝2k(jm-3)+2i，其中j为奇数；或者转子极数2P＝2k(jm-2)+2i，其中j为偶数；其中i为正整数，P为电机的极对数。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化多相交流容错电机，包括转子(100)和定子(200)，转子(100)与定子(200)之间为气隙；其特征在于，所述定子(200)包括沿圆周方向均匀分布的2k个定子模块(210)，所述k为正整数；相邻定子模块(210)之间设置隔离齿(220)；
每个定子模块(210)包括均匀连续排列的jm个定子齿(211)，其中j为正整数，m为电机的相数，m≥3；每个定子齿(211)上缠绕一个线圈；所有定子齿(211)上的线圈构成m相绕组；
所述转子(100)包括永磁体磁轭(110)和永磁体(120)，永磁体(120)设置在永磁体磁轭(110)上，永磁体(120)个数与转子极数相对应；
所述转子极数2P＝2k(jm-1)+2i，或2P＝2k(jm-3)+2i，其中j为奇数；或者转子极数2P＝2k(jm-2)+2i，其中j为偶数；其中i为正整数，P为电机的极对数。


2.根据权利要求1所述的模块化多相交流容错电机，其特征在于，
相邻定子模块(210)之间隔离齿(220)的个数包括1个或2个。


3.根据权利要求1或2所述的模块化多相交流容错电机，其特征在于，所述隔离齿(220)与定子齿(211)的齿宽和齿高至少其一不等。


4.根据权利要求3所述的模块化多相交流容错电...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇宝泉，董刘宏，郭守仑，尹相睿，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23