[发明专利]容错磁通切换电机

说明书

本发明涉及一种永磁电机，尤其是、但并不唯一地涉及一种用于改善磁通切换永磁电机容错功能的拓扑结构。

磁通切换永磁电机在电动机领域是已知的。一般情况下，这些电机由一个设置在一个定子中的简单的无刷转子组成，其中，定子中备有磁铁和线圈。一种已知的磁通切换永磁电机（FSPM）的举例见图1。这种电机有利于高的功率/转矩密度和效率。另外，对于生产来讲，简单的转子结构是坚固并且廉价。

但是，图1所示的磁通切换电机的类型是不能容错的。例如，转子线圈中短路会经常导致电动机故障。尤其是，电动机电阻的故障将会导致电动机超出承受范围和组件的烧毁。这一问题的一个相位之间每个极片线圈之间高的互感，一般大约为自感的50%。缺乏容错能力会限制这种电机在一些关键领域、如在航天和国防领域中的应用。这种顾虑还普遍存在于混合动力/电动车工业，这些领域中，驱动变频器带来的高电流会毁掉昂贵的发动机。

一些特殊设计的永磁表面电机（PMSM）允许容错。但是利用保留套将磁铁限制在一个位置上，对于生产来讲，保留套价格高，会降低设备的整体稳定性，并且带来额外损耗的上升。另外，它们没有FSPM所对应的那么多优势。

本发明的一个目的是减轻或克服至少一些上述问题。

根据本发明的第一个方面，为磁通切换永磁电机提供一种定子，所述定子具有多个极片，每个极片周围围绕线圈，其中，每个极片和每个极片相应的线圈与其它极片和它们对应的线圈被阻隔部件物理隔开，以实现相比为其它极片带来的互感系数，为每个极片带来更高的自感系数。

根据本发明的另一方面，提供了一种磁通切换永磁电机，包括一直驱转子、一含有多个极片的定子，每个极片被线圈围绕，以及一铁磁性阻隔部件与每一个极片及其对应的线圈毗邻，其中，设置铁磁性阻隔部件是用于将每一个极片与其它极片物理隔离，由此，相比于为其它极片带来的互感系数，能够为每一个电极带来高的自感系数。

对于本发明上述的每一个方面，定子格局为磁通切换电机的容错能力带来的改善。

本方面再一个方面提供了一种包含有定子的线性电动机，或本发明上述任意方面相关的磁通切换永磁电机。

本发明其它优点、方面和特征根据附加的权利要求和接下来参照仅作为一种举例的实施例、和附图进行的描述是显而易见的，其中：

图1为现有技术中一种磁通切换永磁电机（FSPM）拓扑结构实例；

图2为根据本发明一种优选实施例的FSPM的实例；

图2a为图2隔离部件的放大视图；

图3为图2中所显示的FSPM的分流比与平均转矩的关系曲线；

图4为图2中所显示的FSPM的相对转子磁极弧与平均转矩的关系曲线；

图5为图2中所显示的FSPM的相对磁厚与平均转矩和相对转矩脉动的关系曲线；

图6为图2中所显示的FSPM的线槽隔离部件厚度与感应和平均转矩的关系曲线；

图7为图2中所显示的FSPM的相邻齿脚间缝隙与感应系数和平均转矩的关系曲线；

图8为一种容错PMSM的实例，与其相对比，本发明优选实施例被检测；

图9为图2所显示的FSPM和图8的PMSM的反动电势对比曲线；

图10为图2所显示的FSPM和图8的PMSM的转矩和齿槽转矩的曲线；

图11为图2所显示的FSPM和图8的PMSM的互感和自感曲线；

图12为图2所显示的FSPM和图8的PMSM的一个通道断路下的转矩对比曲线；

图13为图2所显示的FSPM的一个通道短路下的转矩对比曲线；

图14为图8的PMSM的一个通道短路下的转矩对比曲线；

图15为根据本发明一个优选实施例FSPM的更优选实施例；以及

图16为根据本发明一个优选实施例FSPM的更进一步的优选实施例。

首先参照图1，现有技术中的FSPM的一种举例在10所指被描述，包括带有外边缘11和内边缘13的定子12，以及安装在定子12内的、位于架子16上的转子14。

定子12具有六个放射状排布的极片22。每一个极片22中有一个永磁体18（放射状排布）。贯穿围绕每一个极片22的是线圈（没有标示，但是位于20所指的位置）。围绕每一个极片22的线圈20的构造、数量和密度可以根据设计要求进行改变。类似地，极片22以及相应的永磁体18的数量可以改变。