一种六相容错永磁同步电机制造技术

本发明专利技术公开了一种六相容错永磁同步电机，其通过横截面均为类等腰梯形的第一磁极体、第二磁极体和第三磁极体构成的磁极结构体，并在相邻的两个磁极结构体之间设置一个横截面均为类等腰梯形的导磁体，采用这种混合导磁体的磁极阵列结构，一方面能够在保证电机高转矩输出前提下，显著抑制短路电流，提高电机抗短路能力和动态性能，从而为解决多相容错电机抗短路与高转矩输出之间的矛盾提供了新思路；另一方面能够减少磁钢用量，相同尺寸下相较于传统磁极阵列可减少为原来的1/4，大大降低成本；此外，由于磁极结构体没有径向朝下方向充磁，对转子铁芯依赖较少，因此转子有利于采用镂空设计，能够降低电机质量，进一步提升电机功率密度和动态特性。度和动态特性。度和动态特性。

【技术实现步骤摘要】
一种六相容错永磁同步电机


[0001]本专利技术涉及电机
，特别是涉及一种六相容错永磁同步电机。

技术介绍

[0002]目前，飞行器多电化、全电化是重要的发展趋势。机电作动器作为飞行器高精度姿态控制的核心单元，通过喷管推力矢量或空气舵形式产生多自由度姿态调整力矩，是保障高速飞行器稳定性、准确性和快速性的最重要环节。永磁同步电机，是机电作动器赖以正常运转的根本动力源泉，其可靠性是保障系统安全性最关键的因素。当前，机电作动器用永磁同步电机缺少冗余设计，通常增加额外一台电机作为冷备份。这无疑增加了飞行器的系统质量和能量消耗，降低了飞行器飞行速度和航程。同时，普通三相电机缺少抗短路设计，电机短路故障发生率很高，当绕组发生匝间短路或端部短路时，短路电流很大，给电机及机电作动器造成巨大的危害。
[0003]多相容错电机因为器绕组冗余和抗短路能力，越来越受到研究者的青睐。多相容错电机有两个典型特点，一是绕组相数一般大于3；二是具备故障隔离能力，即电机绕组发生断路或者短路故障时，故障相绕组不影响其它正常相绕组的正常控制。这种电机和双三相电机是截然不同的：双三相电机是当电机的某一相绕组发生故障时，为了保证系统可靠运行，必须切除包含故障相的一整套绕组(三相对称绕组)，剩下另一整套三相对称绕组才能运行。而多相容错电机(以六相电机为例)则仅需要切除故障相绕组，剩下五相不对称绕组就能可靠运行。因此，多相容错电机和双三相电机相比，绕路利用率高，且有更高的可靠性。但现有的多相容错电机仍然存在以下缺点：
[0004](1)多相容错电机抗短路能力有限：目前，多从定子槽口尺寸设计出发，通过增大槽口漏感增大绕组感抗，从而降低短路电流。该抗短路设计方法一方面难以抑制短路电流，另一方面定子槽口尺寸的变化也影响绕组槽满率等参数，对容错电机输出特性产生较大影响；
[0005](2)多相容错电机抗短路能力与转矩输出能力矛盾突出：为了减小短路电流，一般需要增大绕组自感，绕组自感越大，短路电流越小，电机抗短路能力越高；但是，绕组自感的增大也会增大电机的阻抗，使电机输出转矩降低。目前容错电机抗短路能力与输出转矩能力的矛盾突出，缺少两者的综合对比分析。
[0006](3)多相容错电机功率密度低：航空法规规定，在飞机飞行过程中，发生的电气故障不应该导致飞机飞行停摆或者推进力控制的损失，即在关键部件中任意单一电气故障都不应该引起系统额定转矩或额定输出功率的减少。由此可见，在容错电机出现绕组故障时，电机必须拥有输出额定功率与转矩的能力。为了达到上述要求，多相容错电机设计要比普通电机设计留出更多的余量，导致容错电机体积质量相对较大，功率密度较低。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是：提供一种抗短路能力强，能够在提高转矩输出的同时，显著抑制
短路电流，提高电机可靠性和动态性能，且功率密度高的六相容错永磁同步电机。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用以下方案：
[0009]一种六相容错永磁同步电机，其包括机壳、定子和转子，所述定子和所述转子自外而内依次同轴套装在所述机壳内，所述转子能相对所述定子绕轴线转动，所述定子包括定子铁芯和线圈绕组，所述定子铁芯与所述机壳固定连接，所述定子铁芯的内周均布有多个定子齿槽，所述线圈绕组绕设在所述定子齿槽内，所述转子包括转子铁芯和磁极阵列，所述磁极阵列环设固定在所述转子铁芯的外周；所述磁极阵列包括多个磁极结构体和多个导磁体，相邻的两个所述磁极结构体之间设有一个所述导磁体，所述磁极结构体包括第一磁极体、第二磁极体和第三磁极体，所述第一磁极体、第二磁极体和第三磁极体的横截面均为类等腰梯形，所述导磁体的横截面为类等腰梯形，所述第二磁极体和所述第三磁极体对称地拼接在所述第一磁极体的两侧，所述第一磁极体的上底朝向所述定子的一侧，所述第一磁极体的一个腰边侧面与所述第二磁极体的腰边侧面拼接，所述第一磁极体的另一个腰边侧面与所述第三磁极的腰边侧面拼接；所述导磁体的一个腰边侧面与前一个所述磁极结构体的第三磁极体的腰边侧面拼接，所述导磁体的另一个腰边侧面与后一个所述磁极结构体的第二磁极体的腰边侧面拼接；所述第一磁极体的充磁方向为背向轴心，所述第二磁极体的充磁方向为顺时针切线方向指向所述第一磁极体，所述第三磁极体的充磁方向为逆时针切线方向指向所述第一磁极体。
[0010]作为本专利技术的优选方案，所述磁极结构体设有11个，所述导磁体设有11个，所述定子齿槽设有24个。
[0011]作为本专利技术的优选方案，所述线圈绕组包括顺时针方向依次布置的第一A相绕组、第一X相绕组、第一B相绕组、第一Y相绕组、第一C相绕组、第一Z相绕组、第二A相绕组、第二X相绕组、第二B相绕组、第二Y相绕组、第二C相绕组和第二Z相绕组，各相绕组分别隔齿绕制于相邻的两个所述定子齿槽中，第一A相绕组和第二A相绕组串联且绕制方向相反，所述第一B相绕组和第二B相绕组串联且绕制方向相反，所述第一C相绕组和第二C相绕组串联且绕制方向相反，所述第一X相绕组和第二X相绕组串联且绕制方向相反，所述第一Y相绕组和第二Y相绕组串联且绕制方向相反，所述第一Z相绕组和第二Z相绕组串联且绕制方向相反；所述第一A相绕组、第一X相绕组、第一C相绕组、第一Z相绕组、第二B相绕组和第二Y相绕组的绕制方向相同，所述第二A相绕组、第二X相绕组、第二C相绕组、第二Z相绕组、第一B相绕组和第一Y相绕组的绕制方向相同。
[0012]作为本专利技术的优选方案，所述第一磁极体、第二磁极体和第三磁极体的材质均为硬磁材料。
[0013]作为本专利技术的优选方案，所述导磁体的材质为软磁材料。
[0014]作为本专利技术的优选方案，所述第一磁极体的上底宽度为c，所述第一磁极体的下底宽度为a；所述第二磁极体和所述第三磁极体的上底宽度为b，所述第二磁极体和所述第三磁极体的下底宽度为d；所述导磁体的上底宽度为c，所述导磁体的下底宽度为a；其中，a：(a+b)＝0.9～1；c：(c+d)＝0.4～0.6。
[0015]实施本专利技术提供的六相容错永磁同步电机，与现有技术相比，其有益效果在于：
[0016]本专利技术的六相容错永磁同步电机通过横截面均为类等腰梯形的第一磁极体、第二磁极体和第三磁极体构成的磁极结构体，并在相邻的两个磁极结构体之间设置一个横截面
均为类等腰梯形的导磁体，这种混合导磁体的磁极阵列结构一方面能够在保证电机高转矩输出前提下，显著抑制短路电流、提升电机抗短路能力和动态性能，从而为解决多相容错电机抗短路能力与转矩输出矛盾提供新的思路；另一方面能够减少磁钢用量，相同尺寸下相较于传统磁极阵列可减少为原来的1/4，大大降低成本；此外，由于磁极结构体没有径向朝下方向充磁，对转子铁芯依赖较少，因此转子有利于采用镂空设计，能够降低电机质量，进一步提升电机功率密度和动态特性。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例的六相容错永磁同步电机的结构示意图；
[0018]图2是平行磁化、Halbach阵列和本实施例提出的新的磁极阵列的自感对比图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六相容错永磁同步电机，包括机壳、定子和转子，所述定子和所述转子自外而内依次同轴套装在所述机壳内，所述转子能相对所述定子绕轴线转动，所述定子包括定子铁芯和线圈绕组，所述定子铁芯与所述机壳固定连接，所述定子铁芯的内周均布有多个定子齿槽，所述线圈绕组绕设在所述定子齿槽内，所述转子包括转子铁芯和磁极阵列，所述磁极阵列环设固定在所述转子铁芯的外周；其特征在于，所述磁极阵列包括多个磁极结构体和多个导磁体，相邻的两个所述磁极结构体之间设有一个所述导磁体，所述磁极结构体包括第一磁极体、第二磁极体和第三磁极体，所述第一磁极体、第二磁极体和第三磁极体的横截面均为类等腰梯形，所述导磁体的横截面为类等腰梯形，所述第二磁极体和所述第三磁极体对称地拼接在所述第一磁极体的两侧，所述第一磁极体的上底朝向所述定子的一侧，所述第一磁极体的一个腰边侧面与所述第二磁极体的腰边侧面拼接，所述第一磁极体的另一个腰边侧面与所述第三磁极的腰边侧面拼接；所述导磁体的一个腰边侧面与前一个所述磁极结构体的第三磁极体的腰边侧面拼接，所述导磁体的另一个腰边侧面与后一个所述磁极结构体的第二磁极体的腰边侧面拼接；所述第一磁极体的充磁方向为背向轴心，所述第二磁极体的充磁方向为顺时针切线方向指向所述第一磁极体，所述第三磁极体的充磁方向为逆时针切线方向指向所述第一磁极体。2.根据权利要求1所述的六相容错永磁同步电机，其特征在于，所述磁极结构体设有11个，所述导磁体设有11个，所述定子齿槽设有24个。3.根据权利要求2所述的六相容错永磁同步电机，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：严亮，王进，何兴华，
申请(专利权)人：北京航空航天大学宁波创新研究院，
类型：发明
国别省市：