[发明专利]一种模块化分隔式绕组电机

说明书

本发明公开了一种模块化分隔式绕组电机，包括定子和转子；定子包括定子铁心和多个电枢绕组模块；定子铁心上开有Q个槽，每个槽内设置有槽导体；电机极对数为P_r，其中P_r≥2；且Q/P_r=6n，其中n=2或3；电枢绕组模块的数量为P_r个，每个电枢绕组模块包含三相绕组；每个电枢绕组模块包括3n个相邻的电枢线圈；每个电枢线圈由一根槽导体与逆时针相隔3n‑1个槽的另一槽导体串联构成，且相邻的n个电枢线圈串联构成一相绕组；每个电枢绕组模块均由一个独立的逆变器驱动。本发明在一套电枢绕组模块发生故障时，系统可以迅速切除故障部分，健康部分可以继续运行；绕组空间谐波小，铁芯损耗低，系统效率高；发生短路故障时短路电流小，提高了电机驱动系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及电机制造技术领域，具体为一种模块化分隔式绕组电机。

背景技术

为了提高电机容错运行能力，许多研究学者均提出采用多相容错电机驱动系统。同传统三相电机相比，多相电机可以达到更高的功率等级和转矩密度，并具有转矩脉动小、多电平调制、母线电压谐波低等优点。此外，由于多相带来的系统自由度增加，电机可以在不引出中性点的情况下实现一相或多相开路故障运行，提高了系统的可靠性。但是，多相电机需要研制与之配套的多相功率变换器及控制算法，这导致系统成本显著上升，限制了其应用范围。此外，现有多相容错电机的研究大多针对绕组开路故障，当电机发生绕组短路故障或者更为严重的匝间短路故障时，短路电流无法得到有效抑制，过大的短路电流将对绕组、硅钢片及永磁体产生不可逆的损伤。并且现有模块化电机的实现方式电机空间谐波大，造成很高的铁芯损耗，影响电机效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种模块化分隔式绕组电机，在一套电枢绕组模块发生故障时，系统可以迅速切除故障部分，健康部分可以继续运行提供转矩输出；绕组空间谐波小，铁芯损耗低，系统效率高；发生短路故障时短路电流小，提高了电机驱动系统的可靠性；具有高转矩（功率）密度、高效率、强容错能力和高可靠性。

技术方案：本发明提出一种模块化分隔式绕组电机，包括定子和转子；所述定子包括定子铁心和多个电枢绕组模块；所述定子铁心上开有Q个槽，每个槽内设置有槽导体；电机极对数为P_r，其中P_r≥2；且Q/P_r=6n，其中n=2或3；

所述电枢绕组模块的数量为P_r个，每个电枢绕组模块包含三相绕组；每个电枢绕组模块包括3n个相邻的电枢线圈；每个所述电枢线圈由一根槽导体与逆时针相隔3n-1个槽的另一槽导体串联构成，且相邻的n个电枢线圈串联构成一相绕组；

每个电枢绕组模块均由一个独立的逆变器驱动。

进一步，所述多个电枢绕组模块沿转子轴心对称布置。

进一步，所述转子包括转子铁心和永磁体。

进一步，所述定子铁心和转子铁心均为导磁材料。

进一步，所述定子和转子之间设置有气隙。

有益效果：1、每套电枢绕组模块均由一个独立的逆变器驱动，实现了各电枢绕组模块间的物理隔离、热隔离和电隔离，在一套或多套电枢绕组模块发生故障时，系统可以迅速切除故障部分，其余电枢绕组模块仍可以正常运行，提供输出转矩，提高了电机驱动系统的容错能力。

2、通过本发明提出的模块化分隔式绕组，构造得到各部分互不接触的三相绕组单元，每个三相绕组单元占据一个极对数，仍属于整数槽分布式绕组，因此仍具有绕组空间谐波小，铁芯损耗低，系统效率高的优点；并通过模块化设计强化了电机容错性能，不同模块之间耦合小，从而使电机同时具有优异的正常运行性能和容错能力。

3、所述定子铁心和转子铁心均为导磁材料，永磁体用量较少，反电势较低，在发生短路故障时短路电流小，提高了电机驱动系统的可靠性。