[发明专利]基于隔齿绕组和不等定子齿距的永磁容错电机

说明书

本发明公开了一种基于隔齿绕组和不等定子齿距的永磁容错电机，定子具有Ns/3个容错齿和2Ns/3个电枢齿，Ns/3个容错齿沿定子的内圆周或外圆周均匀布设，相邻两个容错齿之间均布设两个电枢齿，分别为电枢齿一和电枢齿二；电枢齿一和电枢齿二之间形成大齿槽，容错齿与相邻的电枢齿一和电枢齿二之间均形成小齿槽，大齿槽的容积大于小齿槽的容积；每个电枢齿上均缠绕电枢线圈，电枢齿一上电枢线圈中通电方向与电枢齿二上电枢线圈中通电方向相反。本发明针对绕组因数较高的Ns’=2p’±1的分数槽电机，利用隔齿绕组和不等定子齿距相结合的方法，来实现相间隔离，从而提升电机的容错能力；且增加每相自感，从而增加短路电流抑制能力和弱磁能力。

技术领域

本发明涉及电机设计领域，特别是一种基于隔齿绕组和不等定子齿距的永磁容错电机。

背景技术

近些年，由于永磁电机具有高转矩密度、高功率密度和高效率等优点，已被广泛应用于家电、电动汽车、风力发电和航空航天等众多领域。而安全性和可靠性要求较高的应用场合，对永磁电机提出了具有容错能力这一要求（即，电机发生某种故障后，仍然能以一定的性能运行，并防止故障进一步扩大）。

如2004年发表在IEE Proceedings - Electric Power Applications的论文“Favourable slot and pole number combinations for fault-tolerant PM machines”所述的，现有的永磁容错电机，基于极槽配合为Ns’=2p’±2（其中Ns’=Ns/t、p’=p/t，t为定子槽数Ns和转子极对数p的最大公约数）的分数槽电机，采用1个容错齿和1个电枢齿（注：电枢齿上绕有线圈，容错齿上没有线圈）交替排列，从而实现了相间隔离。

另外，交流电机的基波相反电势和基波电流作用而产生有效的电磁转矩。而现有文献表明，交流电机的相反电势谐波（如：3次谐波）和同阶次的谐波电流作用，也可以产生有效的电磁转矩。而且，在保证电流幅值不变的情况下，相绕组中注入三次谐波电流可以提高基波电流幅值。从而，可以在不提高逆变器容量（成本）的条件下，提高电机的转矩密度和功率密度。如2014年发表在IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION 中的论文“Torqueimprovement of five-phase surface-mounted permanent magnet machine usingthird-order harmonic”所述。

然而，采用Ns’=2p’±2的电机的绕组因数和每相自感均低于Ns’=2p’±1的电机。因此，通过合理的设计，Ns’=2p’±1的电机更容易获得高的转矩密度、好的短路电流抑制能力和弱磁能力。但是，Ns’=2p’±1电机的相间隔离是个设计难点。与此同时，如何进一步提高Ns’=2p’±1电机的短路电流抑制能力和弱磁能力，也是需要重点研究的方向。此外，电机的高转矩密度和高功率密度是一直追求的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于隔齿绕组和不等定子齿距的永磁容错电机，该基于隔齿绕组和不等定子齿距的永磁容错电机针对绕组因数较高的Ns’=2p’±1的分数槽电机，利用隔齿绕组和不等定子齿距相结合的方法，来实现相间隔离（物理隔离、电磁隔离和热隔离），从而提升电机的容错能力；且增加每相自感，从而增加短路电流抑制能力和弱磁能力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于隔齿绕组和不等定子齿距的永磁容错电机，包括同轴套装的定子和转子；永磁容错电机的极槽配合满足Ns’=2p’±1，其中Ns’=Ns/t，p’=p/t，Ns为定子槽数，p为转子极对数，t为Ns和p的最大公约数。