一种新型的两段式七相永磁容错电动机制造技术

本发明专利技术是一种新型的两段式七相永磁容错电动机，属于永磁同步电动机技术领域。电动机包括机壳、两个转子组件、两个定子组件、转轴、轴承、衬套、绝缘套筒、隔磁板和端盖。两个定、转子组件同轴共壳体安装。两个定子组件分别是三相绕组和四相绕组，分别通过一个转子组件与转轴连接，构成三相、四相永磁容错电动机段。两个电动机段之间安装有隔磁板。定子组件的相绕组为隔齿嵌放的集中单层绕组方式，每相绕组通过独立的H桥驱动方式供电。本发明专利技术的电动机具有良好的物理隔离、磁场隔离、热场隔离和电气隔离能力，有效地抑制永磁电动机的短路电流，大大提高了永磁电动机的可靠性，满足系统“一次故障工作，二次故障工作，三次故障安全”的要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术是一种新型的两段式七相永磁容错电动机，属于永磁同步电动机
。电动机包括机壳、两个转子组件、两个定子组件、转轴、轴承、衬套、绝缘套筒、隔磁板和端盖。两个定、转子组件同轴共壳体安装。两个定子组件分别是三相绕组和四相绕组，分别通过一个转子组件与转轴连接，构成三相、四相永磁容错电动机段。两个电动机段之间安装有隔磁板。定子组件的相绕组为隔齿嵌放的集中单层绕组方式，每相绕组通过独立的H桥驱动方式供电。本专利技术的电动机具有良好的物理隔离、磁场隔离、热场隔离和电气隔离能力，有效地抑制永磁电动机的短路电流，大大提高了永磁电动机的可靠性，满足系统“一次故障工作，二次故障工作，三次故障安全”的要求。【专利说明】一种新型的两段式七相永磁容错电动机
本专利技术属于永磁同步电动机
，具体涉及一种基于非相似余度和容错技术的高可靠永磁同步电动机。
技术介绍
随着功率电传(PoWer-By-Wire，PBW)概念的提出，以及高磁能积永磁材料、大功率驱动器件的发展，由永磁电机直接驱动的电力作动器以其重量轻、效率高、可维护性好、全寿命周期成本低等优点，被广泛应用于航空航天、电动汽车、医疗器械、工业自动化等高可靠伺服作动领域。作为未来高可靠伺服作动系统的发展方向，更高的可靠性和容错能力已经成为新型电力作动器必须具备的技术特征。而永磁同步电动机作为电力作动器的核心部件，其可靠性直接决定整个伺服作动系统的可靠性。因此，开展高可靠永磁同步电动机的研究具有重要的理论意义和实用价值。目前，为了提高永磁同步电动机的可靠性，针对电动机故障率最高的绕组故障，永磁同步电动机普遍采用多余度结构设计，实现系统的故障容错运行。但是，传统的多余度永磁同步电动机，由于余度之间存在严重的电、磁、热耦合问题，导致系统余度之间相互干扰，故障隔离能力差；同时当永磁同步电动机发生短路故障时，由于永磁体无法及时灭磁，大幅值的短路电流将产生很大的制动转矩，这些都严重影响系统的容错能力。
技术实现思路
针对上述传统的多余度永磁同步电动机存在的导致系统余度之间相互干扰，故障隔离能力差，以及严重影响系统的容错能力等问题，本专利技术提供了一种新型的两段式七相永磁容错电动机。本专利技术通过对永磁电动机结构以及关键部件的设计创新，使所设计的永磁电动机，具有良好的物理隔离、磁隔离、热隔离和电气隔离能力，并且能够有效抑制电动机的短路电流，大大提高永磁同步电动机的可靠性。本专利技术一种新型的两段式七相永磁容错电动机，采用同轴两段式结构，电动机包括:机壳、两个转子组件、两个定子组件、转轴、轴承、衬套、绝缘套筒、隔磁板和端盖。转子组件包括Halbach结构形式永磁体和转子铁心。第一个定子组件的定子绕组为三相绕组，第二个定子组件的定子绕组为四相绕组。第一个定子组件通过第一个转子组件与转轴连接，构成三相永磁容错电动机段。第二个定子组件通过第二个转子组件与转轴连接，构成四相永磁容错电动机段。两个电动机段之间安装有隔磁板。两个转子组件的转子铁心通过转轴上的键限位固定，并通过套在转轴上的衬套进行轴向定位；两个定子组件的定子铁心通过设置在机壳内侧的绝缘套筒进行轴向定位；转轴通过轴承与机壳和端盖固定一起。定子组件的相绕组采用隔齿嵌放的集中单层绕组方式，相绕组之间通过容错齿相互隔离，每相绕组通过独立的H桥驱动方式供电。本专利技术的两段式七相永磁容错电动机，相对现有技术，具有如下优点和积极效果:(1)本专利技术采用两段定、转子同轴共壳体安装，两段电动机分别为三相永磁容错电动机和四相永磁容错电动机，形成机械非相似余度结构，有效地解决了相似余度结构无法抑制同态故障的问题；每段电动机定子绕组采用隔齿嵌放的集中单层绕组结构，两段定子中的七相绕组之间相互备份构成电气容错结构形式，大大提高电动机的容错能力，实现电动机内部各绕组之间良好的物理隔离、磁隔离、热隔离和电气隔离能力，能够满足系统“一次故障工作，二次故障工作，三次故障安全”的容错要求。(2)本专利技术的定子组件中定子槽设计成窄而深的槽型和槽口，同时尽量提高电机绕组线圈匝数，可以显著提高电动机的相绕组电感，以有效抑制永磁电动机的短路电流，降低电动机故障时的转矩脉动，实现永磁电动机在短路故障时的容错运行。(3)转子永磁体采用Halbach阵列结构形式，提高了气隙磁场的正弦度，减小了电动机的转矩脉动，同时有效地减低了永磁电动机的转子涡流损耗。【专利附图】【附图说明】图1本专利技术的两段式七相永磁容错电动机的整体结构示意图；图2为本专利技术三相永磁容错电动机段定转子结构示意图；图3为本专利技术四相永磁容错电动机段定转子结构示意图；图4为本专利技术三相永磁容错电动机永磁体充磁方向示意图；图5为本专利技术四相永磁容错电动机永磁体充磁方向不意图；图6为本专利技术转轴结构示意图。图中:1、定子铁心2、定子绕组 3、Halbach阵列永磁体4、转子铁心5、轴承6、转轴7、衬套 8、绝缘套筒9、隔磁板 10、端盖11、机壳12、转轴的键13、容错齿14、转子定位槽【具体实施方式】下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，本专利技术提供的新型的两段式七相永磁容错电动机，采用同轴两段式结构，包括:同轴串联的两个定子组件、两个转子组件、轴承5、转轴6、衬套7、绝缘套筒8、隔磁板9、端盖10和机壳11。定子组件包括定子铁心I和定子绕组2。转子组件包括Halbach结构形式永磁体3和转子铁心4。两个定子组件和两个转子组件同轴共壳体安装，其中第一个定子组件和第一个转子组件构成三相永磁容错电动机段，第二个定子组件和第二个转子组件构成四相永磁容错电动机段，构成非相似机械余度结构形式。两个电动机段之间安装有隔磁板9。非相似机械余度结构形式有效地解决了相似余度无法抑制同态故障的问题；同时两段永磁容错电动机的相绕组之间相互备份，构成电气容错结构形式，大大提高永磁电动机的容错能力和可靠性。两段电动机之间通过高磁导率、高电阻率的软磁材料制成的隔磁板9，实现隔离，有效地解决相似余度结构无法抑制同态故障的问题，大大提高了系统的可靠性。如图2所示，三相永磁容错电动机段的定子绕组2为三相绕组，图中Al、BI和Cl表示三相永磁容错电动机的相绕组。如图3所示，四相永磁容错电动机段的定子绕组2为四相绕组，A2、B2、C2和D2表示四相永磁容错电动机的相绕组。定子铁心I采用高磁饱和、低铁心损耗的电工硅钢制成。定子绕组2采用耐高温漆包线。定子铁心I中的相绕组采用隔齿嵌放的集中单层绕组方式，使得每个定子槽中只有电动机的一相绕组，有效地实现相绕组之间的物理隔离。相绕组之间通过隔齿嵌放形成的容错齿13相互隔离，容错齿13为各相绕组的磁场提供闭合回路，使得相绕组之间不存在磁场耦合现象，实现永磁容错电动机的磁隔离，同时这种绕组结构具有很强的热隔离能力，故障相绕组产生的热量通过相绕组绕制的定子齿和容错齿传递到机壳，而难以传递到其他相绕组。每相绕组通过独立的H桥驱动方式供电，实现了相绕组之间的电气隔离。因此，本专利技术的两段式七相永磁容错电动机可以有效地实现相绕组之间的物理隔离、磁场隔离、热场隔离和电气隔离，不仅具有很强的故障隔离能力，而且有效地解决了两段电机之间存在同态故障难以解决的问题。两段电动机的定子铁心I中的Al相绕组和A2相绕本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏，徐金全，邢伟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：