[发明专利]一种双层绕组Halbach容错电机

说明书

本发明公开了一种双层绕组Halbach容错电机，包括定子、转子和Halbach永磁体阵列，定子槽被槽楔沿径向分割为上层槽和下层槽，上层槽沿径向截面为扇形结构，下层槽沿径向截面为圆弧酒杯形结构，上下层槽内分别嵌有同相绕组。正常运行时，相邻定子槽的上下层绕组采用错开的方式连接；当绕组发生故障，若故障绕组与左右相邻的绕组均为同相绕组，则采用故障绕组同槽不同层绕组替代故障绕组；若故障绕组与左右相邻的绕组存在不同相，则不同相绕组和故障绕组均被同槽不同层绕组替代。定子槽的结构解决了普通定子齿局部发热的问题，绕组的双层设计提高了电机运行的安全性，使得电机结构具有较高的容错性能。

技术领域

本发明涉及一种双层绕组的Halbach容错电机，属于永磁电机技术领域。

背景技术

由于机器人具有可靠稳定、工作效率高、能在高危环境下代替人工进行操作等优点，所以它的应用研究已经从传统的工业生产制造拓宽到生物工程、医疗服务、勘测探查、教育娱乐等领域。其中电机单元作为机器人最重要的零部件之一,它对机器人是否能够平稳、精准、可靠地运行至关重要。20世纪80年代Klaus Halbach教授最先提出了Halbach型永磁体阵列概念，发现该结构单侧聚磁的特性。Halbach永磁同步电机由于既包含永磁电机的体积小、调速范围宽、起动转矩大等优点，又具有Halbach永磁体阵列优点。因此，在机器人的发展中具有良好的应用前景。用于机器人关节的电机，对其容错性提出了更高的要求。S.U.Chung等人将永磁电机采用分数槽集中绕组并且引入容错齿，从而满足容错性能。但是分数槽集中绕组会使磁动势谐波增大；采用容错齿结构会降低电机的槽满率，降低了电机的效率和功率密度。因此，需要设计新型的Halbach永磁同步电机满足关节电机的容错性能的要求。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种适合于机器人关节的双层绕组的Halbach容错电机，解决Halbach永磁体阵列单边聚磁导致的磁饱和而引起的局部过热问题，增强电机容错性。

技术方案：一种双层绕组Halbach容错电机，包括定子和转子，所述转子表面布设Halbach阵列组成的永磁体，所述定子包括沿圆周均匀分布的若干定子槽，所述定子槽被槽楔沿径向分割为上层槽和下层槽，所述上层槽沿径向截面为扇形结构，所述下层槽沿径向截面为圆弧酒杯形结构，所述上层槽内嵌有上层绕组，所述下层槽内嵌有下层绕组，上下两层绕组同相；

正常运行时，相邻定子槽的上下层绕组采用错开的方式连接；当绕组发生故障，若故障绕组与左右相邻的绕组均为同相绕组，则采用所述故障绕组同槽不同层绕组替代故障绕组；若所述故障绕组与左右相邻的绕组存在不同相，则不同相绕组和故障绕组均被同槽不同层绕组替代。

进一步的，所述定子槽的底部采用左右对称的圆弧形半闭口槽。

进一步的，所述槽楔为工字型结构，顶端侧壁为矩形结构，底端侧壁为圆弧形结构。

有益效果：本发明所提出的双层绕组的Halbach容错电机，其定子槽的结构解决了普通定子齿局部发热的问题，避免了电机过载烧坏、永磁体去磁的风险，提高了电机运行的安全性。

定子槽内分为上、下两层绕组，同槽上下两层绕组同相，正常运行时，为了避免相间短路，相邻定子槽的上下层绕组采用错开的方式连接；一旦绕组发生故障，若该绕组左右相邻两个绕组与其均为同相绕组，则采用所述故障同槽不同层绕组替代故障绕组，形成新的通电回路；若所述故障与其左右相邻两个绕组，存在一个及以上为不同相绕组，则不同相绕组和故障绕组均被其同槽不同层绕组替代。该结构既减小了相间短路的风险，又确保电机能够继续正常工作，提高了电机的容错性能。

附图说明

图1为一种双层绕组Halbach容错电机的二维结构示意图；

图中有：定子1、转子2、Halbach永磁体阵列3、定子槽4、上层绕组5、下层绕组6、槽楔7；

图2为定子模块示意图；