[发明专利]高转矩密度容错型混合磁通永磁电机

说明书

本发明公开了一种高转矩密度容错型混合磁通永磁电机，包括三个转子和一个定子，其中沿电机轴向方向有两个转子，沿径向方向有一个转子，三个转子共用一个定子，所述定子包括定子铁心和环形绕组，所述环形绕组具有三个有效边，与三个转子相对应，各个转子磁路在定子铁心中为并联结构，三个转子固定在一起，同步旋转。本发明通过控制注入基波和三次谐波电流的比例，使电机具有高转矩密度，高容错能力的特点，同时提高变频器直流母线电压的利用率。

技术领域

本发明涉及一种高转矩密度容错型混合磁通永磁电机。

背景技术

磁场是电机实现机电能量转换的基础。根据电机建立磁场的方式的不同，可分为电励磁电机和永磁电机。与电励磁电机相比，永磁电机具有以下优点：(1)取消了励磁系统，从而没有励磁系统损耗，提高了效率；(2)去除了励磁绕组和励磁电源，结构简单、运行可靠；(3)永磁电机的尺寸和形状灵活多样；(4)稀土永磁电机结构紧凑、体积小、重量轻。

多相电机以其独特的优点，成为近年来的研究热点。多相电机与传统三相电机相比，具有以下优点：(1)可采用低电压等级的功率器件实现大功率驱动，从而降低变频器成本，提高系统可靠性；(2)随着电机相数的增加，转矩脉动频率提高、幅值下降，进而降低电机的噪声与振动，改善运行性能；(3)相冗余特性保证多相电机具有更大的自由度，从而即使断开一相或多相仍能输出较理想的转矩，使多相电机具有很高的容错能力；(4)由于矢量控制，即使在故障运行条件下，多相电机也能通过注入高阶谐波电流同时输出高质量和高密度的转矩，同时提高直流母线电压利用率，从而可以减小变频器的容量，对于降低整个系统的造价具有重要意义。多相电机的优点使其特别适合于低压大功率、高性能和高可靠性的应用场合。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种高转矩密度容错型混合磁通永磁电机，本发明具有高转矩密度容错。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高转矩密度容错型混合磁通永磁电机，包括三个转子和一个定子，其中沿电机轴向方向有两个转子，沿径向方向有一个转子，三个转子共用一个定子，所述定子包括定子铁心和环形绕组，所述环形绕组具有三个有效边，与三个转子相对应，各个转子磁路在定子铁心中为并联结构，三个转子固定在一起，同步旋转。

进一步的，所述三个转子永磁体均为表贴式结构，其中轴向转子与定子铁心构成轴向磁路结构，径向转子与定子铁心构成径向磁路结构。

进一步的，所述永磁转子在定子绕组中感应出基波反电动势和三次谐波反电动势。

进一步的，轴向方向转子磁极数相等。

进一步的，径向转子的永磁磁极数与轴向转子磁极数相等。

进一步的，所述永磁电机具有三个气隙磁场，且都以定子铁心轭作为其闭合磁路的一部分，并且在定子铁心轭中具有相同的方向。

进一步的，电机输出转矩与气隙面积成正比。

进一步的，所述定子为七相绕组，在输入电流有效值一定时，根据最大转矩电流比控制(MTPA)，控制输入基波电流和三次谐波电流的比例，提高输出转矩密度。

进一步的，所述轴向转子永磁体皆按轴向充磁，径向转子永磁体皆为径向充磁，且三个转子永磁体磁路在定子铁心中方向相同，为并联磁路。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明电机相比于传统永磁同步电机能提高变频器直流母线电压的利用率。

本发明为七相容错式永磁同步电机，通过适当选取转子永磁磁极的极弧系数，可以在一定程度上控制反电动势谐波。相比于传统的七相电机，该电机在缺失一相或两相供电时，可以通过控制基波和三次谐波电流分配得到较低转矩脉动，且同时保证输出转矩值较大，具有很强的容错能力。