[发明专利]独立式双凸极容错电机

说明书

技术领域

本发明涉及电工、电机、控制技术领域，更具体的说，本发明为适用于对系统连续运行有较高要求的电机驱动领域的一种具有高可靠性独立式多相新型双凸极电机。

背景技术

目前，永磁无刷直流电机和永磁同步电机等稀土永磁电机，以其体积小、效率高、动态响应特性好等优点在越来越多的工业驱动和伺服控制领域得到广泛应用。但是永磁电机的固有特性，使其容错性能受到限制，特别是绕组短路故障所产生的温升等问题，较为棘手。为了将高功率密度和高容错性相结合，英国的B.C.Mecrow教授于1996年提出了永磁体置于转子的这一新型容错电机概念，该电机结构是将开关磁阻电机的定子绕组模式与永磁同步电机的转子结构相结合，将传统的永磁同步电机分布绕组改为集中绕组，且每个定子槽中只有一套绕组，没有绕组的电枢齿作为磁通回路，同时也起着物理隔离的作用。这一集中绕组的永磁容错电机，相与相之间实现了电路、磁路以及温度场的隔离，大大提高了永磁电机的容错能力。但是，这种电机永磁体安装在转子上，不容易冷却，特别是在高速、高温的应用环境中，这一弊端显现更为明显。

双凸极永磁电机是上世纪90年代以后国际上出现的一种新型定子永磁型无刷电机，它是一种将永磁体和开关磁阻电机相结合的电机型式，具有结构简单、可靠度高以及功率密度高等优点。但是，双凸极永磁电机和其他传统的永磁电机一样，其容错性能受到了限制，特别是当绕组发生的短路电流时，其故障相的温度上升，对于相邻非故障相的影响较大，使其带故障运行能力受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服转子永磁型容错电机的转子结构较为复杂、置于转子的永磁体不易散热等弊端，解决双凸极永磁电机短路电流导致的温升对相邻非故障相的影响，使得电机带故障运行能力降低等缺点，将相间独立性这一容错概念与双凸极永磁电机相结合，本发明结构简单、相与相之间独立性好，是集高功率密度和容错性能于一体的新型多相容错式定子永磁型无刷电机。

本发明所采用的技术方案是，一种新型绕组结构和供电方式的双凸极永磁电机，该电机是将双凸极永磁电机的定子上的电枢绕组采用集中绕组，且每个槽内只有一套绕组，绕有绕组的电枢齿间隔一个容错齿。相对于非传统的双凸极永磁电机将空间上相对的两个极串连成一相，本发明每极绕组单独构成一相，电机的相数N>3，每相绕组采用独立的“H”桥驱动电路独立供电。永磁体置于定子，基于圆心成对称分布。

容错齿为电枢绕组提供了磁回路使得电机的互感减小的同时，充分保证了其相间物理隔离，增加了相与相之间独立性，保证了当电机的某相绕组发生故障时，其他非故障相绕组所受影响甚小，提高了电机的可靠性和带故障运行能力。每个槽内只有一套绕组，减少了相间绝缘，提高了槽利用率，每极绕组单独构成一相，无需象双凸极永磁电机一样将空间相对的极相串连，因此该电机制作嵌线方便。各相采用独立的“H”桥驱动，实现了相与相之间的电隔离，提高了驱动系统的可靠性。采用独立的多相结构，当某一相发生故障被移除时，对电机整体输出性能影响较小。与当前流行的转子永磁型容错电机相比，独立式双凸极容错电机转子系简单的凸极结构，无绕组、无电刷、无永磁，转动惯量小，适用包括高速运转、高动态响应、高可靠性的场合，永磁体置于定子上，比较容易进行冷却设计，不易发生高温退磁，具有高可靠性、高功率密度、高效率的优点。

本发明一方面保留了双凸极永磁电机的结构简单的优点，另一方面借鉴转子永磁型容错电机绕组的连接方式，通过绕组的连接方式的变化，引入容错齿结构，同时采用多相独立的“H”桥驱动。具有高可靠性、高功率密度的优点，可用于对系统的可靠运行有较高要求的领域，特别是对连续运行有严格要求的航空航天、军事装备等应用场合。

附图说明

图1是三相独立式双凸极容错电机结构图；

图中：1.定子、2.转子、3.电枢绕组、4.永磁体、5.容错齿、6.电机轴。

具体实施方式

以一台12/8极独立式双凸极容错电机为例，其截面图如图1所示。本发明的独立式双凸极容错电机由定子1、转子2以及固定在定子1上的永磁体3和电枢绕组4所组成。其中，定子1的内圆周上均布定子凸极，永磁体3对称分布于定子1。定子有12个凸极定子铁心1和4个永磁体3组合而成。定子铁心1和转子铁心2分别用厚度为0.35mm的硅钢片冲成冲片，用足够的冲片叠压成定子铁心1和转子铁心2。定子电枢绕组4为集中绕组，每个线圈绕组绕在一个定子齿上，间隔一个容错齿5有一套线圈绕组，每个槽内只有一套绕组。永磁体3嵌置于定子1上。六个线圈构成六相。转子2有8个齿，称为8极，对于该电机而言，其转子极数决定了转子周期。定转子导磁铁心部分采用硅钢片叠压而成。