[发明专利]双绕组轴向磁场磁通切换容错电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种双绕组轴向磁场磁通切换容错电机，属于永磁电机技术领域。

背景技术

随着科学技术与社会经济的发展，电机的应用领域越来越广泛，研发体积小、可靠性高、容错能力强的电机是航空、交通、医疗等领域的一个重要研究方向。为了解决电机的容错能力，英国的B.C.Mecrow教授首先提出了容错永磁(FTPM)电机的概念。采用集中绕组的FTPM电机实现相与相之间电路、磁路以及温度的相对独立，大大提高了电机的容错能力和可靠性，但是这种电机的永磁体安装在转子上，当电机高速运行时，转子冷却困难，容易出现永磁体退磁等故障。轴向磁场磁通切换型永磁（AFFSPM）电机是一种新型结构的定子永磁型双凸极电机，综合了轴向磁场电机（AFPM）和磁通切换型电机（FSPM）的优点，将永磁体和绕组均置于定子，转子上既无永磁体也无绕组，解决了去磁的问题，便于电机的散热。对于三相AFFSPM电机，若一相电枢绕组出现断路故障时，电机不可避免的出现转矩波动，降低了输出转矩；若一相电枢绕组出现短路故障时，可能造成其他两相也不能正常工作，因此需要提高电机的容错性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的电机驱动系统在运行过程中可能出现故障，导致电机无法正常运行的缺陷，提供一种双绕组轴向磁场磁通切换容错电机，提高了电机驱动系统的容错性，确保故障发生时，电机仍能正常运行。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：双绕组轴向磁场磁通切换容错电机，包括2个凸极定子和1个凸极转子，定子和转子同轴安装，转子设置于2个定子之间，两个定子的结构完全相同，并且关于转子对称，所述的定子由定子固定盘、均匀设置在定子固定盘上的定子模块、安装于定子模块上的主绕组、以及绕置在定子模块上的辅助绕组组成；所述的定子模块包括一个由2个U型铁芯通过磁桥连接构成的2U型铁芯和1块设置于两个U型铁芯之间的永磁体；两个定子相对称的永磁体励磁方向相反；所述的主绕组绕在永磁体和与永磁体相邻的2个U型铁芯的定子齿上；所述的定子固定盘和所述的定子模块之间存在空隙，用于放置辅助绕组；

所述的转子由非导磁圆环和均匀设置在非导磁圆环外圆周上的转子极组成。

进一步地，相邻的定子模块之间设置隔离槽。

进一步地，所述的定子由6个定子模块、6个主绕组、6个辅助绕组和1个定子固定盘组成；所述的转子由非导磁圆环和均匀设置在非导磁圆环外圆周上的10个转子极组成；1个定子固定盘、6个定子模块、6个主绕组、6个辅助绕组以及10个转子极组合成“基本电机”，将基本电机的定子模块/转子极进行整数倍扩充，可得到6a/10a结构电机，a为整数，或不同转子极的组合6/10，6/11，6/13，6/14结构电机，或扩充为多相电机。

进一步地，6个主绕组中径向相对的主绕组相串联组成一相，6个主绕组依次分成三相；绕置在定子模块上的6个辅助绕组分成相对应的三相。

进一步地，电机的各相绕组采用单独的H桥拓扑结构进行供电。

本发明的有益效果：本发明的双绕组轴向磁场磁通切换容错电机，结合了容错电机和轴向磁通切换永磁电机的优点。功率密度、效率高，采用定子模块设计，便于安装和批量生产，转子结构简单，其上既无永磁体又无绕组，转动惯量很小，提高了电机的动态性能；同时隔离槽的设置大大减小了磁通切换永磁电机主绕组之间的互感，一旦电机发生故障，主绕组与辅助绕组之间能够实现切换，使电机能持续正常工作，提高了电机的容错性能。本发明的双绕组轴向磁场磁通切换容错电机适用于一些要求薄型安装且可靠性高、连续工作的场合，如航空航天、电动汽车和风力发电等领域。

附图说明

图1为双绕组轴向磁场磁通切换容错电机的三维结构示意图。

图中1-第一定子、2-转子、3-第二定子、4-2U形铁芯、5-主绕组、6-永磁体、7-辅助绕组、8-隔离槽、9-转子极、10-转子非导磁圆环、11-非导磁第一定子固定盘、12-非导磁第一定子固定盘。

图2为定子模块的结构示意图。

图3为控制系统主电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作详细说明。

如图1所示的一种双绕组轴向磁场磁通切换容错电机，由两个凸极定子和一个凸极转子2构成的双气隙永磁电机，两个凸极定子分别为设置于转子2两侧的第一定子1和第二定子3，第一定子1、转子2和第二定子3同轴安装，第一定子1和第二定子3的结构完全相同，并且关于转子2对称。