CN109687671B - 轴向并列型双定子多相永磁容错电机 - Google Patents

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Abstract

轴向并列型双定子多相永磁容错电机，属于永磁容错电机领域，本发明为解决传统多相永磁容错电机中正常运行性能与容错能力相互制约的问题。本发明两个定子和转子之间有径向气隙L1、L2；两个定子均设置有多相绕组；转子包括两个调磁永磁单元和不可调磁永磁单元，三个调磁永磁单元均为圆环结构，沿轴向并列固定在一起，且不可调磁永磁单元设置在结构相同的左可调磁永磁单元和右可调磁永磁单元之间；通过调整两个定子绕组中的电流来改变两个可调磁永磁单元的永磁体的工作点，以改变磁通大小或方向，进而实现两个可调磁永磁单元对不可调磁单元在轴向气隙L1、L2中的永磁磁场进行正向或反向叠加。

Description

轴向并列型双定子多相永磁容错电机
技术领域
本发明属于永磁容错电机领域。
背景技术
永磁电机以其高效率和高功率密度的优势在电动汽车、风力发电等很多领域获得广泛应用。与传统的三相永磁同步电机相比，多相永磁容错电机因其相数冗余的特点而具有良好的容错运行能力。与传统永磁电机不同的是，在设计多相永磁容错电机时，需保证其不同相绕组之间满足电、磁、热以及物理隔离条件，只有这样才可以在发生故障时，将故障绕组与其他正常相绕组进行有效隔离。同时通过控制其他正常相绕组的电流，以保证多相永磁容错电机在故障状态下的容错运行。对于多相永磁容错电机来说，绕组短路故障是危害最严重的故障类型。为了抑制绕组短路电流，通常设计窄而深的槽型来增大槽漏感，但这会严重影响多相永磁容错电机的运行性能，比如会导致电机功率因数以及过载能力降低等。如何解决多相永磁容错电机中正常运行性能与容错能力相互制约的问题，对于多相永磁容错电机的广泛应用至关重要。
发明内容
本发明目的是为了解决传统多相永磁容错电机中正常运行性能与容错能力相互制约的问题，提供了一种兼具优良运行性能和容错能力的轴向并列型双定子多相永磁容错电机。
本发明的轴向并列型双定子多相永磁容错电机包括固定轴1、内定子4、转子5、外定子6、机壳7和转动轴10，外定子6固定在机壳7的内侧壁上，内定子4固定在固定轴1上，转子5设置在外定子6和内定子4之间，形成径向气隙L1、L2；转子5与固定轴1转动连接，转子5与转动轴10固定连接；外定子6和内定子4均设置有多相绕组；
转子5包括左可调磁永磁单元、右可调磁永磁单元和不可调磁永磁单元，三个调磁永磁单元均为圆环结构，沿轴向并列固定在一起，且不可调磁永磁单元设置在结构相同的左可调磁永磁单元和右可调磁永磁单元之间；
两个可调磁永磁单元的环内圆表面、环外圆表面均设置有p个永磁磁极和p个铁磁磁极，同一可调磁永磁单元的内、外圆的永磁磁极沿周向错开180/p度；不同可调磁永磁单元的内圆的永磁磁极沿周向错开180/p度，不同可调磁永磁单元的外圆的永磁磁极沿周向错开180/p度；
两个可调磁永磁单元的永磁体为平行充磁，且永磁体中点位置的充磁方向为径向；不可调磁永磁单元的永磁体为轴向充磁；
通过调整两个定子绕组中的电流来改变两个可调磁永磁单元的永磁体的工作点，以改变磁通大小或方向，进而实现两个可调磁永磁单元对不可调磁单元在轴向气隙L1、L2中的永磁磁场进行正向或反向叠加。
优选地，内定子4包括内定子铁心4-2和m相内定子绕组4-1，内定子绕组4-1为多相分数槽集中绕组，不同相绕组间满足电、磁、热和物理隔离条件，内定子绕组4-1通有m相对称交流电流，m为大于3的整数；
外定子6包括外定子铁心6-2和m相外定子绕组6-1，外定子绕组6-1为多相分数槽集中绕组，不同相绕组间满足电、磁、热和物理隔离条件，外定子绕组6-1通有m相对称交流电流；
在同一个半径方向上，内定子铁心4-2和外定子铁心6-2上的定子齿的对称线是重合的。
优选地，左可调磁永磁单元包括第一转子铁心5-2、p个第一永磁体5-3和p个第二永磁体5-4；右可调磁永磁单元包括第二转子铁心5-10、p个第四永磁体5-8和p个第三永磁体5-11；
第一转子铁心5-2和第二转子铁心5-10的外圆表面沿圆周方向分别均匀分布p个弧度为a的第一转子铁心凹槽5-2-1和第三转子铁心凹槽5-10-1，每两个第一转子铁心凹槽5-2-1之间形成一个第一铁磁极5-2-2，每两个第三转子铁心凹槽5-10-1之间一个第三铁磁极5-10-2；第一转子铁心5-2和第二转子铁心5-10的内圆表面沿圆周方向分别均匀分布p个弧度为c的第二转子铁心凹槽5-2-3和第四转子铁心凹槽5-10-3，每两个第二转子铁心凹槽5-2-3之间形成一个第二铁磁极5-2-4，每两个第四转子铁心凹槽5-10-3之间形成一个第四铁磁极5-10-4；在同一个半径方向上，第一铁磁极5-2-2和第二转子铁心凹槽5-2-3的对称线是重合的；在同一个半径方向上，第三铁磁极5-10-2和第四转子铁心凹槽5-10-3的对称线是重合的；
第一转子铁心5-2通过左转子端盖5-1和第一轴承2固定在固定轴1上，p个第一永磁体5-3沿圆周方向均匀嵌入在第一转子铁心凹槽5-2-1内，第一永磁体5-3的弧度为b，且b≤a；第二转子铁心5-10通过右转子端盖5-9和另一个第一轴承2固定在固定轴1的右端，同时，第二转子铁心5-10通过右转子端盖5-9固定在转动轴10的左端，转动轴10的右端穿出右端盖8、并通过第二轴承9与其转动连接；
p个第三永磁体5-11沿圆周方向均匀嵌入在第三转子铁心凹槽5-10-1内，第三永磁体5-11的弧度为b；p个第二永磁体5-4沿圆周方向均匀嵌入在第二转子铁心凹槽5-2-3内，p个第四永磁体5-8沿圆周方向均匀嵌入在第四转子铁心凹槽5-10-3内，第二永磁体5-4和第四永磁体5-8的弧度均为d，且d≤c；第一转子铁心5-2和第二转子铁心5-10沿周向错开180/p度，存在关系式：a＝c，b＝d。
优选地，不可调磁永磁单元包括第二转子骨架5-5、环形永磁体5-6和第一转子骨架5-7；
第二转子骨架5-5、环形永磁体5-6和第一转子骨架5-7均为环形结构，且内外嵌套固定在第一转子铁心5-2和第二转子铁心5-10之间。
优选地，第一永磁体5-3、第二永磁体5-4、第四永磁体5-8和第三永磁体5-11为磁化状态可调的低矫顽力永磁体，环形永磁体5-6为磁化状态不可调的高矫顽力永磁体，
优选地，第一永磁体5-3、第二永磁体5-4、第四永磁体5-8和第三永磁体5-11为平行充磁，且中点位置的充磁方向为径向；环形永磁体5-6为轴向充磁，第一永磁体5-3和第四永磁体5-8的充磁方向相同，第二永磁体5-4和第三永磁体5-11的充磁方向相同，第一永磁体5-3和第二永磁体5-4的充磁方向相反。
优选地，第二转子骨架5-5和第一转子骨架5-7采用非导磁材料，第一转子铁心5-2和第二转子铁心5-10采用硅钢片材料并沿固定轴1的轴向方向叠压而成。
优选地，第一转子骨架5-7的径向方向长度大于第三永磁体5-11的径向方向长度，第二转子骨架5-5的径向方向长度大于第二永磁体5-4的径向方向长度；第一转子铁心5-2和第二转子铁心5-10的内径、外径及轴向方向长度相等。
优选地，内定子绕组4-1和外定子绕组6-1分别由独立的多相全桥逆变器进行供电。
优选地，任一相定子绕组发生短路时，通过调整该短路相绕组所在故障定子中剩余正常相绕组的电流来降低两个可调磁永磁单元中邻近故障定子侧的永磁体的工作点，以减小磁场正向叠加的幅度，来减小故障定子绕组短路电流；
或改变两个可调磁永磁单元中邻近故障定子侧的永磁体的充磁方向，通过磁场负向叠加来减小故障定子绕组短路电流。
本发明的有益效果：本发明公开一种轴向并列型双定子多相永磁容错电机，与传统的多相永磁容错电机相比，本发明的轴向并列型双定子多相永磁容错电机兼具优良的正常运行性能和容错运行能力，具体表现在：在正常运行情况下可通过调整低矫顽力永磁体的工作点，满足改变气隙磁密、增大输出转矩、改善效率分布特性、增加弱磁扩速范围等不同工况需要；在短路故障情况下，通过调磁电流控制低矫顽力永磁体的磁状态，使其工作点降低或磁通反向，减小永磁磁通，解决绕组短路电流过大的问题。同时，其双定子结构设计可以提高电机内部空间利用率，进而提升电机的体积功率密度。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图1的B-B剖视图；
图4是图1的C-C剖视图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
在正常运行情况下可通过调整低矫顽力永磁体的工作点，满足改变气隙磁密、增大输出转矩、改善效率分布特性、增加弱磁扩速范围等不同工况需要；在短路故障情况下，通过调磁电流控制低矫顽力永磁体的磁状态，使其工作点降低或磁通反向，减小永磁磁通，解决绕组短路电流过大的问题。
具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式包括固定轴1、第一轴承2、左端盖3、内定子4、转子5、外定子6、机壳7、右端盖8、第二轴承9和转动轴10，
左端盖3和右端盖8分别固定在机壳7的左右两侧端口，外定子6固定在机壳7的内侧壁上，内定子4固定在固定轴1上，固定轴1的左端从左端盖3穿出并与其固定连接，转子5设置在外定子6和内定子4之间，形成径向气隙L1、L2；
转子5通过两个第一轴承2架设在固定轴1上，同时转子5的右端还与转动轴10的左端固定连接，转动轴10的右端穿出右端盖8并通过第二轴承9与其转动连接；
内定子4包括内定子铁心4-2和m相内定子绕组4-1，内定子绕组4-1为多相分数槽集中绕组，不同相绕组间满足电、磁、热和物理隔离条件，内定子绕组4-1通有m相对称交流电流，m为大于3的整数；
外定子6包括外定子铁心6-2和m相外定子绕组6-1，外定子绕组6-1为多相分数槽集中绕组，不同相绕组间满足电、磁、热和物理隔离条件，外定子绕组6-1通有m相对称交流电流；在同一个半径方向上，内定子铁心4-2和外定子铁心6-2上的定子齿的对称线是重合的；
转子5包括左转子端盖5-1、第一转子铁心5-2、p个第一永磁体5-3、p个第二永磁体5-4、第二转子骨架5-5、环形永磁体5-6、第一转子骨架5-7、p个第四永磁体5-8、右转子端盖5-9、第二转子铁心5-10和p个第三永磁体5-11；
第一转子铁心5-2和第二转子铁心5-10的外圆表面沿圆周方向分别均匀分布p个弧度为a的第一转子铁心凹槽5-2-1和第三转子铁心凹槽5-10-1，每两个第一转子铁心凹槽5-2-1之间形成一个第一铁磁极5-2-2，每两个第三转子铁心凹槽5-10-1之间一个第三铁磁极5-10-2；第一转子铁心5-2和第二转子铁心5-10的内圆表面沿圆周方向分别均匀分布p个弧度为c的第二转子铁心凹槽5-2-3和第四转子铁心凹槽5-10-3，每两个第二转子铁心凹槽5-2-3之间形成一个第二铁磁极5-2-4，每两个第四转子铁心凹槽5-10-3之间形成一个第四铁磁极5-10-4；在同一个半径方向上，第一铁磁极5-2-2和第二转子铁心凹槽5-2-3的对称线是重合的；在同一个半径方向上，第三铁磁极5-10-2和第四转子铁心凹槽5-10-3的对称线是重合的；
第一转子铁心5-2通过左转子端盖5-1和第一轴承2固定在固定轴1上，p个第一永磁体5-3沿圆周方向均匀嵌入在第一转子铁心凹槽5-2-1内，第一永磁体5-3的弧度为b，且b≤a；第二转子铁心5-10通过右转子端盖5-9和另一个第一轴承2固定在固定轴1的右端，同时，第二转子铁心5-10通过右转子端盖5-9固定在转动轴10的左端，转动轴10的右端穿出右端盖8、并通过第二轴承9与其转动连接；
p个第三永磁体5-11沿圆周方向均匀嵌入在第三转子铁心凹槽5-10-1内，第三永磁体5-11的弧度为b；p个第二永磁体5-4沿圆周方向均匀嵌入在第二转子铁心凹槽5-2-3内，p个第四永磁体5-8沿圆周方向均匀嵌入在第四转子铁心凹槽5-10-3内，第二永磁体5-4和第四永磁体5-8的弧度均为d，且d≤c；第一转子铁心5-2和第二转子铁心5-10沿周向错开180/p度，存在关系式：a＝c，b＝d。
第一永磁体5-3、第二永磁体5-4、第四永磁体5-8和第三永磁体5-11为磁化状态可调的低矫顽力永磁体，环形永磁体5-6为磁化状态不可调的高矫顽力永磁体，第一永磁体5-3、第二永磁体5-4、第四永磁体5-8和第三永磁体5-11为平行充磁，且中点位置的充磁方向为径向；环形永磁体5-6为轴向充磁，第一永磁体5-3和第四永磁体5-8的充磁方向相同，第二永磁体5-4和第三永磁体5-11的充磁方向相同，第一永磁体5-3和第二永磁体5-4的充磁方向相反。
第二转子骨架5-5和第一转子骨架5-7采用非导磁材料，第一转子铁心5-2和第二转子铁心5-10采用硅钢片材料并沿固定轴1的轴向方向叠压而成。
第一转子骨架5-7的径向方向长度大于第三永磁体5-11的径向方向长度，第二转子骨架5-5的径向方向长度大于第二永磁体5-4的径向方向长度；第一转子铁心5-2和第二转子铁心5-10的内径、外径及轴向方向长度相等。
内定子绕组4-1和外定子绕组6-1分别由独立的多相全桥逆变器进行独立供电。
为了说明本发明的工作原理，本实施方式以图1至图4结构为例进行说明。
根据永磁体矫顽力的特性，可以将本实施方式中的永磁体分为两大类，分别是高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体。其中，环形永磁体5-6属于高矫顽力永磁体，其磁状态不可调；p个第一永磁体5-3、第二永磁体5-4、第四永磁体5-8和第三永磁体5-11属于低矫顽力永磁体，其磁状态可以通过在内定子绕组4-1和外定子绕组6-1中施加调磁电流进行控制。图1～图3中，环形永磁体5-6的充磁方向为轴向向右，第一永磁体5-3中点充磁方向为径向向外，第二永磁体5-4中点充磁方向为径向向内、第四永磁体5-8中点充磁方向为径向向外，第三永磁体5-11中点充磁方向为径向向内，满足条件：同一转子铁心的内、外圆的永磁体的充磁方向相反，不同转子铁心的外圆的永磁体的充磁方向相反，不同转子铁心的内圆的永磁体的充磁方向相反。
在本实施方式中，环形永磁体5-6、p个第一永磁体5-3、p个第二永磁体5-4、p个第四永磁体5-8和p个第三永磁体5-11共同作用并分别产生磁力线。
环形永磁体5-6作用时产生的磁力线路径为：磁力线从环形永磁体5-6的右侧端面出发，分别向电机内径和外径方向出发，形成两条独立的磁力线闭合路径，分别叙述如下：第一条，一部分磁力线先后途径第二转子铁心5-10的轭部、第三铁磁极5-10-2，穿过气隙L1进入外定子铁心6-2右半部分的齿部，然后汇入外定子铁心6-2的轭部，继而在外定子铁心6-2的轭部沿轴向方向流向外定子铁心6-2左半部分的轭部、齿部，穿过气隙L1进入p个第一铁磁极5-2-2，然后通过第一转子铁心5-2的轭部，达到环形永磁体5-6的左侧端面，于此形成磁力线的一条闭合路径；第二条，另一部分磁力线先后途径第二转子铁心5-10的轭部、第四铁磁极5-10-4，穿过气隙L2进入内定子铁心4-2右半部分的齿部，然后汇入内定子铁心4-2的轭部，继而在内定子铁心4-2的轭部沿轴向方向流向内定子铁心4-2左半部分的轭部、齿部，穿过气隙L2进入p个第二铁磁极5-2-4，然后通过第一转子铁心5-2的轭部，达到环形永磁体5-6的左侧端面，于此形成磁力线的另一条闭合路径。
第一永磁体5-3作用时产生的磁力线路径为：磁力线从第一永磁体5-3靠近气隙L1的外表面出发，穿过气隙L1，先后经过外定子铁心6-2左半部分的齿部、轭部和齿部，然后穿过气隙L1，到达第一铁磁极5-2-2，然后经过第一转子铁心5-2的轭部，达到第一永磁体5-3靠近第一转子铁心凹槽5-2-1的内侧表面，从而形成磁力线的闭合路径。
第二永磁体5-4作用时产生的磁力线路径为：磁力线从第二永磁体5-4靠近气隙L2的表面出发，穿过气隙L2，先后经过内定子铁心4-2左半部分的齿部、轭部和齿部，然后穿过气隙L2，到达第二铁磁极5-2-4，然后经过第一转子铁心5-2的轭部，达到第二永磁体5-4靠近第二转子铁心凹槽5-2-3的表面，从而形成磁力线的闭合路径。
第三永磁体5-11作用时产生的磁力线路径为：磁力线从第三永磁体5-11靠近第三转子铁心凹槽(5-10-1)的表面出发，经过第二转子铁心5-10的轭部，到达第三铁磁极5-10-2，然后穿过气隙L1，继而先后经过外定子铁心6-2右半部分的齿部、轭部和齿部，然后穿过气隙L1，回到第三永磁体5-11靠近气隙L1的外表面，从而形成磁力线的闭合路径。
第四永磁体5-8作用时产生的磁力线路径为：磁力线从第四永磁体5-8靠近第四转子铁心凹槽(5-10-3)的表面出发，经过第二转子铁心5-10的轭部，到达第四铁磁极5-10-4，然后穿过气隙L2，继而先后经过内定子铁心4-2右半部分的齿部、轭部齿部，然后穿过气隙L2，回到第四永磁体5-8靠近气隙L2的外表面，从而形成磁力线的闭合路径。
根据上述磁力线的路径可知，本实施方式中环形永磁体5-6产生的磁力线在气隙L1的左侧和右侧部分分别与第一永磁体5-3和第三永磁体5-11产生的磁力线形成正向叠加，同时在气隙L2的左侧和右侧部分分别与第二永磁体5-4和第四永磁体5-8产生的磁力线形成正向叠加，也就是说：环形永磁体5-6、p个第一永磁体5-3、p个第二永磁体5-4、p个第三永磁体5-11、p个第四永磁体5-8对气隙中永磁磁场的产生形成正向叠加效应，永磁磁场的极对数为p。
若p个第一永磁体5-3、p个第二永磁体5-4、p个第三永磁体5-11、p个第四永磁体5-8的充磁方向与图中相反，则在气隙中磁场形成反向叠加效应。
电机正常工作情况下，m相外定子绕组6-1和内定子绕组4-1中通有m相对称交流电流，产生的旋转磁动势作用在气隙上形成电枢磁场，电枢磁场中极对数为p的成分与永磁磁场相互作用，进而产生转矩。通过两个多相全桥逆变器分别独立控制m相内定子绕组4-1以及m相外定子绕组6-1中的电流，具体的通过多相全桥逆变器控制m相外定子绕组6-1的电流，对第一永磁体5-3以及第三永磁体5-11的磁状态进行控制，通过多相全桥逆变器控制内定子绕组4-1的电流，对第二永磁体5-4以及第四永磁体5-8的磁状态进行控制，进而影响气隙中合成磁场的大小，改善径向并列型多相永磁容错电机的工作特性，所述特性包括改变气隙磁密、增大输出转矩、改善效率分布特性、增加弱磁扩速范围等。
实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，本实施方式中，外定子6中的一相绕组发生短路故障，通过一个多相全桥逆变器控制m相外定子绕组6-1中剩余m-1相正常绕组中的电流，对第一永磁体5-3以及第三永磁体5-11的磁状态进行控制，来改变气隙L1中合成磁场的大小，从而抑制故障相绕组中的短路电流。第一永磁体5-3以及第三永磁体5-11为两个可调磁永磁单元中靠近故障定子(外定子6)的永磁体，此处只需单独控制外定子6的电流。本实施方式中内定子4无故障，则不改变其定子电流，内定子4的控制无改变，气隙L2的合成磁场不变化。
实施例：
以五相电机为例，在正常运行状态，采用直轴电流id＝0控制时，外定子6的定子绕组A、B、C、D、E相通以幅值为Im、角频率为ω、初相角为
Figure BDA0001984101790000081
的五相对称正弦电流iA，iB，iC，iD，iE，即
Figure BDA0001984101790000082
Figure BDA0001984101790000083
Figure BDA0001984101790000084
Figure BDA0001984101790000085
Figure BDA0001984101790000086
假设A相绕组发生短路故障，控制剩余四相正常绕组通以如下电流：
Figure BDA0001984101790000087
Figure BDA0001984101790000088
Figure BDA0001984101790000089
Figure BDA00019841017900000810
其中中间变量
Figure BDA00019841017900000811
式中：
Figure BDA0001984101790000091
R0为短路相绕组电阻；L0为短路相绕组电感；N为电机绕组匝数；kdp为电机绕组因数；Φpm-D为与短路相绕组耦合的永磁磁通；K为电流系数。
当A相发生短路故障时，采用五相全桥逆变器将A相绕组端部短路，同时对剩余B、C、D、E相绕组按照上述电流形式进行供电，可以对第一永磁体5-3以及第三永磁体5-11的磁状态进行控制，使第一永磁体5-3以及第三永磁体5-11的工作点降低，甚至反向充磁，从而达到减小气隙L1中永磁磁场的大小，进而抑制故障相绕组的短路电流的目的。
实施方式三：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，本实施方式中，内定子4中的一相绕组发生短路故障，通过一个多相全桥逆变器控制m相内定子绕组4-1中剩余m-1相正常绕组中的电流，对第二永磁体5-4以及第四永磁体5-8的磁状态进行控制，来改变气隙L2中合成磁场的大小，从而抑制故障相绕组中的短路电流。第二永磁体5-4以及第四永磁体5-8为两个可调磁永磁单元中靠近故障定子(内定子4)的永磁体，此处只需单独控制内定子4的电流。本实施方式中外定子6无故障，则不改变其定子电流，外定子6的控制无改变，气隙L1的合成磁场不变化。
若内定子发生一相短路故障，控制方式与实施方式二中外定子短路故障时的控制方式相同，单独改变气隙L2合成磁场。
具体实施方式四：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，本实施方式中，m相内定子绕组4-1及外定子绕组6-1中分别有某一相绕组发生了短路故障，通过两个多相全桥逆变器分别将该故障相绕组的端部短路，同时控制内定子绕组4-1及外定子绕组6-1中剩余的m-1相正常绕组中的电流，对第一永磁体5-3、第二永磁体5-4、第三永磁体5-11以及第四永磁体5-8的磁状态进行控制，使第一永磁体5-3、第二永磁体5-4、第三永磁体5-11以及第四永磁体5-8的工作点降低，甚至使其反向充磁，减小气隙中永磁磁场的大小，进而抑制故障相绕组的短路电流。
控制方式与实施方式二、三相同，两个定子绕组的电流采用各自独立控制的方案。
具体实施方式五：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，本实施方式中，m相外定子绕组6-1中的某n相绕组发生了短路故障，且m-n≥3，通过多相全桥逆变器将n个故障相绕组的端部短路，同时控制外定子绕组6-1中剩余的m-n相正常绕组中的电流，对第一永磁体5-3以及第三永磁体5-11的磁状态进行控制，使第一永磁体5-3以及第三永磁体5-11的工作点降低，甚至使其反向充磁，减小气隙中永磁磁场的大小，进而抑制故障相绕组的短路电流。
具体实施方式六：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，本实施方式中，m相内定子绕组4-1中的某n相绕组发生了短路故障，且m-n≥3，通过多相全桥逆变器将n个故障相绕组的端部短路，同时控制内定子绕组4-1中剩余的m-n相正常绕组中的电流，对第二永磁体5-4以及第四永磁体5-8的磁状态进行控制，使第二永磁体5-4以及第四永磁体5-8的工作点降低，甚至使其反向充磁，减小气隙中永磁磁场的大小，进而抑制故障相绕组的短路电流。
具体实施方式七：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，本实施方式中，m相内定子绕组4-1中的某j相绕组发生了短路故障，且m-j≥3，m相外定子绕组6-1中的某k相绕组发生了短路故障，且m-k≥3，通过两个多相全桥逆变器分别将该发生故障的j相绕组和k相绕组的端部短路，同时控制内定子绕组4-1中剩余的m-j相正常绕组中的电流，以及外定子绕组6-1中剩余的m-k相正常绕组中的电流，对第一永磁体5-3、第二永磁体5-4、第三永磁体5-11以及第四永磁体5-8的磁状态进行控制，使第一永磁体5-3、第二永磁体5-4、第三永磁体5-11以及第四永磁体5-8的工作点降低，甚至使其反向充磁，减小气隙中永磁磁场的大小，进而抑制故障相绕组的短路电流。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.轴向并列型双定子多相永磁容错电机，包括固定轴(1)、内定子(4)、转子(5)、外定子(6)、机壳(7)和转动轴(10)，外定子(6)固定在机壳(7)的内侧壁上，内定子(4)固定在固定轴(1)上，转子(5)设置在外定子(6)和内定子(4)之间，形成径向气隙L1、L2；转子(5)与固定轴(1)转动连接，转子(5)与转动轴(10)固定连接；外定子(6)和内定子(4)均设置有多相绕组；
其特征在于，
转子(5)包括左可调磁永磁单元、右可调磁永磁单元和不可调磁永磁单元，三个调磁永磁单元均为圆环结构，沿轴向并列固定在一起，且不可调磁永磁单元设置在结构相同的左可调磁永磁单元和右可调磁永磁单元之间；
两个可调磁永磁单元的环内圆表面、环外圆表面均设置有p个永磁磁极和p个铁磁磁极，同一可调磁永磁单元的内、外圆的永磁磁极沿周向错开180/p度；不同可调磁永磁单元的内圆的永磁磁极沿周向错开180/p度，不同可调磁永磁单元的外圆的永磁磁极沿周向错开180/p度；
两个可调磁永磁单元的永磁体为平行充磁，且永磁体中点位置的充磁方向为径向；不可调磁永磁单元的永磁体为轴向充磁；
通过调整两个定子绕组中的电流来改变两个可调磁永磁单元的永磁体的工作点，以改变磁通大小或方向，进而实现两个可调磁永磁单元对不可调磁单元在轴向气隙L1、L2中的永磁磁场进行正向或反向叠加。
2.根据权利要求1所述轴向并列型双定子多相永磁容错电机，其特征在于，内定子(4)包括内定子铁心(4-2)和m相内定子绕组(4-1)，内定子绕组(4-1)为多相分数槽集中绕组，不同相绕组间满足电、磁、热和物理隔离条件，内定子绕组(4-1)通有m相对称交流电流，m为大于3的整数；
外定子(6)包括外定子铁心(6-2)和m相外定子绕组(6-1)，外定子绕组(6-1)为多相分数槽集中绕组，不同相绕组间满足电、磁、热和物理隔离条件，外定子绕组(6-1)通有m相对称交流电流；
在同一个半径方向上，内定子铁心(4-2)和外定子铁心(6-2)上的定子齿的对称线是重合的。
3.根据权利要求1所述轴向并列型双定子多相永磁容错电机，其特征在于，左可调磁永磁单元包括第一转子铁心(5-2)、p个第一永磁体(5-3)和p个第二永磁体(5-4)；右可调磁永磁单元包括第二转子铁心(5-10)、p个第四永磁体(5-8)和p个第三永磁体(5-11)；
第一转子铁心(5-2)和第二转子铁心(5-10)的外圆表面沿圆周方向分别均匀分布p个弧度为a的第一转子铁心凹槽(5-2-1)和第三转子铁心凹槽(5-10-1)，每两个第一转子铁心凹槽(5-2-1)之间形成一个第一铁磁极(5-2-2)，每两个第三转子铁心凹槽(5-10-1)之间一个第三铁磁极(5-10-2)；第一转子铁心(5-2)和第二转子铁心(5-10)的内圆表面沿圆周方向分别均匀分布p个弧度为c的第二转子铁心凹槽(5-2-3)和第四转子铁心凹槽(5-10-3)，每两个第二转子铁心凹槽(5-2-3)之间形成一个第二铁磁极(5-2-4)，每两个第四转子铁心凹槽(5-10-3)之间形成一个第四铁磁极(5-10-4)；在同一个半径方向上，第一铁磁极(5-2-2)和第二转子铁心凹槽(5-2-3)的对称线是重合的；在同一个半径方向上，第三铁磁极(5-10-2)和第四转子铁心凹槽(5-10-3)的对称线是重合的；
第一转子铁心(5-2)通过左转子端盖(5-1)和第一轴承(2)固定在固定轴(1)上，p个第一永磁体(5-3)沿圆周方向均匀嵌入在第一转子铁心凹槽(5-2-1)内，第一永磁体(5-3)的弧度为b，且b≤a；第二转子铁心(5-10)通过右转子端盖(5-9)和另一个第一轴承(2)固定在固定轴(1)的右端，同时，第二转子铁心(5-10)通过右转子端盖(5-9)固定在转动轴(10)的左端，转动轴(10)的右端穿出右端盖(8)、并通过第二轴承(9)与其转动连接；
p个第三永磁体(5-11)沿圆周方向均匀嵌入在第三转子铁心凹槽(5-10-1)内，第三永磁体(5-11)的弧度为b；p个第二永磁体(5-4)沿圆周方向均匀嵌入在第二转子铁心凹槽(5-2-3)内，p个第四永磁体(5-8)沿圆周方向均匀嵌入在第四转子铁心凹槽(5-10-3)内，第二永磁体(5-4)和第四永磁体(5-8)的弧度均为d，且d≤c；第一转子铁心(5-2)和第二转子铁心(5-10)沿周向错开180/p度，存在关系式：a＝c，b＝d。
4.根据权利要求3所述轴向并列型双定子多相永磁容错电机，其特征在于，不可调磁永磁单元包括第二转子骨架(5-5)、环形永磁体(5-6)和第一转子骨架(5-7)；
第二转子骨架(5-5)、环形永磁体(5-6)和第一转子骨架(5-7)均为环形结构，且内外嵌套固定在第一转子铁心(5-2)和第二转子铁心(5-10)之间。
5.根据权利要求4所述轴向并列型双定子多相永磁容错电机，其特征在于，第一永磁体(5-3)、第二永磁体(5-4)、第四永磁体(5-8)和第三永磁体(5-11)为磁化状态可调的低矫顽力永磁体，环形永磁体(5-6)为磁化状态不可调的高矫顽力永磁体。
6.根据权利要求3所述轴向并列型双定子多相永磁容错电机，其特征在于，第一永磁体(5-3)和第四永磁体(5-8)的充磁方向相同，第二永磁体(5-4)和第三永磁体(5-11)的充磁方向相同，第一永磁体(5-3)和第二永磁体(5-4)的充磁方向相反。
7.根据权利要求4所述轴向并列型双定子多相永磁容错电机，其特征在于，第二转子骨架(5-5)和第一转子骨架(5-7)采用非导磁材料，第一转子铁心(5-2)和第二转子铁心(5-10)采用硅钢片材料并沿固定轴(1)的轴向方向叠压而成。
8.根据权利要求4所述轴向并列型双定子多相永磁容错电机，其特征在于，第一转子骨架(5-7)的径向方向长度大于第三永磁体(5-11)的径向方向长度，第二转子骨架(5-5)的径向方向长度大于第二永磁体(5-4)的径向方向长度；第一转子铁心(5-2)和第二转子铁心(5-10)的内径、外径及轴向方向长度相等。
9.根据权利要求2所述轴向并列型双定子多相永磁容错电机，其特征在于，内定子绕组(4-1)和外定子绕组(6-1)分别由独立的多相全桥逆变器进行供电。
10.根据权利要求3～9任一权利要求所述轴向并列型双定子多相永磁容错电机，其特征在于，任一相定子绕组发生短路时，通过调整该短路相绕组所在故障定子中剩余正常相绕组的电流来降低两个可调磁永磁单元中邻近故障定子侧的永磁体的工作点，以减小磁场正向叠加的幅度，来减小故障定子绕组短路电流；
或改变两个可调磁永磁单元中邻近故障定子侧的永磁体的充磁方向，通过磁场负向叠加来减小故障定子绕组短路电流。
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