一種無刷諧波勵磁的混合勵磁容錯電機系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電機，尤其設(shè)及一種基于無刷諧波勵磁的混合勵磁容錯電機。
【背景技術(shù)】
[0002] 轉(zhuǎn)子永磁型內(nèi)置式永磁同步電機具有轉(zhuǎn)矩輸出大、調(diào)速范圍寬、功率密度和效率 高等優(yōu)點，在許多高性能驅(qū)動領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。而在新能源電動汽車、風(fēng)力發(fā)電和航 空航天等高性能驅(qū)動領(lǐng)域，都對驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性提出了很高的要求。但傳統(tǒng)的內(nèi)置式永 磁同步電機仍存在著容錯性能差的問題，無法滿足系統(tǒng)可靠性要求。為了克服運一缺點，國 內(nèi)外一些專家和學(xué)者提出了容錯電機，該電機能夠?qū)崿F(xiàn)了電機相與相之間的電路、磁路和 溫度場的隔離，提高電機的容錯運行能力。但該電機的勵磁磁場是由永磁體產(chǎn)生，無法實現(xiàn) 對氣隙磁場的調(diào)節(jié)?；旌蟿畲烹姍C由于可W有效地解決該類問題而受到國內(nèi)外研究者的青 睞。目前，對于轉(zhuǎn)子永磁型的混合勵磁電機，根據(jù)勵磁繞組所在的位置，可分為勵磁繞組在 定子部分和勵磁繞組在轉(zhuǎn)子部分兩類。第一類電機無需電刷和滑環(huán)，可靠性高，但電機結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，存在著附加氣隙，既有徑向磁通又有軸向磁通，功率密度和效率低；第二類電機結(jié)構(gòu) 比較簡單，但由于勵磁繞組在轉(zhuǎn)子上，需要通過外接電源供直流電，需要電刷和滑環(huán)，不利 于電機高可靠運行。為解決上述問題，有必要研制開發(fā)出一種基于無刷諧波勵磁的混合勵 磁容錯電機系統(tǒng)，W滿足驅(qū)動系統(tǒng)對電機高效率、強容錯、易于加工和無電刷的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)及其不足，本發(fā)明提出一種基于無刷諧波勵磁的混合勵磁容錯 電機系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)內(nèi)置式永磁同步電機中存在的容錯運行性能差、永磁體退磁和勵磁調(diào) 節(jié)困難問題，同時提高了電機的效率和轉(zhuǎn)矩密度，并且可W實現(xiàn)無刷化，保證電機的高可靠 運行。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0005] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益效果：
[000引 （1)轉(zhuǎn)子內(nèi)的永磁體呈"V"型設(shè)置，永磁體既有徑向充磁，又有切向充磁，有效集 中了磁通量，提高電機的出力，同時具有調(diào)速范圍寬、功率密度和效率高等優(yōu)勢；
[0007] (2)利用高次諧波切割諧波繞組W產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，再經(jīng)過二極管整流電路整流， 給勵磁繞組供電，不需要電刷和集電環(huán)，W及交流勵磁電機，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高；
[0008] (3)勵磁繞組安裝轉(zhuǎn)子槽中，不存在軸向磁路和附加氣隙，保持了永磁電機的高功 率密度和高效率；
[0009] (4)定子上的電樞繞組為集中式繞組，端部短，便于安裝，沒有繞組的容錯齒作為 磁通回路，同時實現(xiàn)了電機相與相之間的電路、磁路和溫度場的隔離，提高了電機的可靠性 和容錯運行能力；
[0010] (5)采用冗余電勵磁，當永磁體發(fā)生失磁故障時，可W通過電勵磁繞組產(chǎn)生的勵磁 磁場，維持電機運轉(zhuǎn)，提高了電機的容錯能力。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明電機結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 其中：1定子、2轉(zhuǎn)子、3永磁體、4電樞齒、5容錯齒、6電樞繞組、7勵磁繞組、8諧波 繞組。
[0013] 圖2為不等氣隙設(shè)計的示意圖；
[0014]其中為轉(zhuǎn)子角速度，氏為定子內(nèi)半徑，Rr為轉(zhuǎn)子外半徑，h為離屯、高度。
[0015] 圖3為電樞繞組通入五相交流電流時的氣隙磁密諧波分析。
[0016] 圖4為本發(fā)明無刷諧波勵磁的混合勵磁容錯電機系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0017] 圖5為本發(fā)明轉(zhuǎn)子諧波繞組連接方式。
[0018] 圖6為本發(fā)明轉(zhuǎn)子勵磁繞組連接方式。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明：
[0020] 如圖1所示為一種基于無刷諧波勵磁的五相混合勵磁容錯電機，包括定子1、轉(zhuǎn)子 2、永磁體3、電樞齒4、容錯齒5、電樞繞組6、勵磁繞組7和諧波繞組8。電樞齒4和容錯齒 5沿定子1內(nèi)圈周向間隔均勻分布，總齒數(shù)是2m的倍數(shù)（m為電機的相數(shù)），并且電樞齒4 的齒寬和容錯齒5的齒寬不相等。電樞齒4上繞有電樞繞組6,為單層集中繞組，兩相鄰的 單層集中繞組之間由容錯齒5進行隔離，在提供磁通回路的同時起到相間的磁隔離、物理 隔離、熱隔離和電氣隔離的作用，從根本上避免了相間短路，具有較高的可靠性和帶故障運 行能力，降低了轉(zhuǎn)矩脈動。永磁體3嵌入轉(zhuǎn)子2中，形狀呈"V"型，運樣永磁體既有徑向充 磁，又有切向充磁，有效集中了磁通量，可提高電機的扭力。電樞齒4和容錯齒5的總齒數(shù) 與永磁體3的極對數(shù)之差為±2。勵磁繞組7和諧波繞組8套裝在轉(zhuǎn)子槽里，且均為集中繞 組，諧波繞組8通過二極管整流電路與勵磁繞組7相連；勵磁繞組7線圈依次首尾串聯(lián)；所 有永磁體3構(gòu)成永磁磁場，所有勵磁線圈構(gòu)成電勵磁磁場。
[0021] 定子1的內(nèi)圓周與轉(zhuǎn)子2的外圓周之間距離為不等距。在本發(fā)明中，定子1上的 電樞齒4和容錯齒5的內(nèi)圓周弧度與轉(zhuǎn)子2的外圓周弧度相比大。如圖2所示，定子1的 內(nèi)半徑比轉(zhuǎn)子2的外半徑大；同時定子1的內(nèi)圓弧圓屯、與轉(zhuǎn)子2的外圓弧圓屯、之間距離為 h，定義為離屯、高度。運樣就導(dǎo)致轉(zhuǎn)子2和定子1之間的氣隙不均勻。沿著轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn) 的方向，一個周期內(nèi)，氣隙長度從最小值變?yōu)樽畲笾?。因此，電樞磁場在氣隙較大處會減弱， 同時在氣隙較小處得到補償。從而氣隙磁密崎變和轉(zhuǎn)矩脈動會得到很好地抑制。通過優(yōu)化 離屯、高度h W及電樞齒和容錯齒齒寬，可W使得反電勢崎變和轉(zhuǎn)矩脈動最小。當電樞繞組 通入五相交流電流時，氣隙磁密如圖3所示，主要存在9次和11次諧波。
[0022] 當電機運行基速W下時，永磁體單獨工作，只存在永磁磁場；當電機運行于基速W 上時，諧波繞組接入，永磁體和勵磁繞組共同作用，實現(xiàn)對永磁磁場的調(diào)節(jié)。利用不均勻氣 隙和不等定子齒寬，優(yōu)化氣隙磁密，使其只存在某高次諧波，利用該高次諧波切割諧波繞組 W產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，再經(jīng)過二極管整流電路整流，給勵磁繞組供電，直流勵磁繞組產(chǎn)生的磁 場與永磁磁場極數(shù)相等，實現(xiàn)對氣隙磁場的調(diào)節(jié)。當永磁體發(fā)生退磁故障時，諧波繞組接 入