CN110022009A - 一种模块化永磁电机 - Google Patents

一种模块化永磁电机 Download PDF

Info

Publication number
CN110022009A
CN110022009A CN201910048260.9A CN201910048260A CN110022009A CN 110022009 A CN110022009 A CN 110022009A CN 201910048260 A CN201910048260 A CN 201910048260A CN 110022009 A CN110022009 A CN 110022009A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
slot
tooth
adjustable magnetic
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910048260.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110022009B (zh
Inventor
黄旭珍
俞瀚川
李静
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201910048260.9A priority Critical patent/CN110022009B/zh
Publication of CN110022009A publication Critical patent/CN110022009A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110022009B publication Critical patent/CN110022009B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H02K1/165—Shape, form or location of the slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

本发明涉及一种模块化永磁电机，具体涉及一种模块化16极18槽永磁电机，属电机技术领域。它包括定子组件和转子组件，定子组件由定子铁心和电枢绕组组成，定子铁心上开十八个槽，包括三种不同宽度的槽：九个中间槽，六个端部槽和三个调磁槽，调磁槽将十五个中间槽和端部槽间隔为三个结构完全相等的定子铁心模块。定子槽内设置电枢绕组，绕组采用集中绕组结构，紧邻三个调磁槽的六个齿上的线圈匝数大于或等于中间齿上线圈匝数。转子组件由转子铁心和永磁体组成。该永磁电机的结构实现单元电机模块化设计，适于用于容错控制，同时利于降低电机的定位力波动，提高转矩密度。

Description

一种模块化永磁电机
技术领域
本发明涉及一种模块化永磁电机，尤其涉及一种模块化16极18槽永磁电机，属于电机领域。
背景技术
在对可靠性要求高的电机系统中，需要考虑电机的容错性能，对电机进行容错结构设计。在容错电机中，采用多相绕组结构或者多套绕组结构设计为常用的方法。在电机开路故障时，常断开故障相绕组或者故障相所在的整套绕组，并对剩余的绕组采用合理的电流控制策略，以使电机故障状态下仍能输出一定的转矩，满足应用系统的需要。采用多相绕组结构的电机，电机的控制策略复杂。而采用多套绕组结构的方案，故障后切除其中一套绕组后，电机能输出的转矩大幅度下降。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种模块化16极18槽永磁电机，能够解决传统容错永磁电机控制复杂，输出转矩低的问题。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种模块化永磁电机，包括定子组件和转子组件，所述定子组件包括定子铁心和电枢绕组，所述定子铁心内侧开设有若干槽口，使定子铁心外侧形成定子铁心轭、内侧形成定子铁心齿，所述槽口包括九个中间槽、六个端部槽和三个调磁槽，三个所述调磁槽将定子铁心分隔为三个结构相同的定子模块，调磁槽的槽距角大于中间槽的槽距角且大于端部槽的槽距角，所述电枢绕组设置于槽口内；所述转子组件包括转子铁心和永磁体，所述永磁体表贴或内置在转子铁心上，且沿转子铁心周向均匀分布，所述定子组件和转子组件之间留有气隙。
对上述技术方案的进一步设计为：与调磁槽相邻的为端部槽，端部槽与中间槽的槽距角为18.75°，调磁槽的槽距角为26.25°。
所述定子铁心齿包括定子端部齿和定子中间齿，与调磁槽相邻的为定子端部齿，所述定子端部齿的宽度大于或等于定子中间齿的宽度。
所述中间槽的槽面积大于端部槽的槽面积。
所述定子端部齿上线圈的匝数大于或等于中间齿上线圈的匝数。
所述定子铁心轭在与调磁槽对应处设有隔磁间隙。
本发明永磁电机通过九个中间槽、六个端部槽和三个调磁槽设计，实现定子模块化电机结构。每个中间槽和端部槽所占的槽距角为18.75°，每个端部槽的槽距角为26.25°。每个定子齿上设置有集中绕组线圈。不同的定子模块上，三相绕组的相序进行不同设置，第一个定子模块上线圈排列为：B1-Y1-Z1-C1-A1-X1；第二个定子模块上绕组相序排列为：A2-X2-Y2-B2-C2-Z2；第三个定子模块上绕组相序排列为：C3-Z3-X3-A3-B3-Y3。通过上述三种槽结构和定子模块上不同绕组排列设置，使得三个定子模块上，绕组A1-X1与绕组A2-X2和A3-X3的电角度相同或相近。同理，绕组B1-Y1与绕组B2-Y 2和B3-Y3的电角度相同或相近，绕组C1-Z1与绕组C2-Z 2和C3-Z3的电角度相同或相近。
由于不同模块上同相绕组的相位相等或相近，因此在控制时，可以采用传统三相电机的控制方式进行控制。当需要容错运行时，可以采用三三相的控制模式，即每个定子模块化与转子形成一个单元电机，每个单元电机都可以采用传统三相电机控制模式，三个模块相当于三个单元电机独立控制。当某个模块上的某相绕组出现故障时，可以将相应的绕组切换并采用多相电机控制方式实现容错控制。
本发明的有益效果为：
1、三个定子模块上，同相绕组电角度相等或者相近，采用该结构可以实现传统三相运行，并确保绕组具有较高的绕组因数。
2、电机作容错电机应用时，可以采用三三相的控制模式，当某个线圈出现故障时，通过合理的绕组切换及电流控制策略，可以使电机仍然输出较高的转矩。如当A相绕组的某个线圈出现断路故障时，仅需要切除该线圈，A相位与其它定子模块上的线圈，以及其它相的所有线圈均能保留，并通过合理控制，保持较高的输出转矩和功率。
3、定子模块上，通过不同宽度的槽结构设计，实现每个定子模块上端部齿上缠绕的线圈匝数N2比中间齿上缠绕的线圈的匝数N1多，充分利用定子模块化设计所需的间隔以及条件相位角的空间，从而提高电机的转矩密度。
4、三个定子模块之间采用隔磁间隔设计，可以充分利用隔磁间隔的空间，进行相应的绕组冷却结构设计，比如采用导热板设计，可以降低绕组损耗从定子铁心传到到定子铁心或机壳等散热表面的热阻，从而改善散热。
附图说明
图1为实施例一模块化永磁电机的结构示意图。
图2为图1中定子模块局部示意图。
图3为实施例四中模块化永磁电机的结构示意图。
图中，1：定子铁心；1-1：定子铁心轭；1-2：定子铁心齿；1-2-1：定子中间齿；1-2-2：定子端部齿；2：电枢绕组；3：槽口；3-1：中间槽；3-2：端部槽；3-3：调磁槽；4：转子铁心；5：永磁体；6：气隙；7：隔磁间隙。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例一
如图1和2所示，本实施例的模块化16极18槽永磁电机，它包括定子组件和转子组件，定子和转子的极槽配合为16极18槽。定子组件由定子铁心1和电枢绕组2组成。定子铁心1上开槽，形成定子铁心齿1-2，定子铁心轭1-1和槽口3的结构。槽口3包括九个中间槽3-1、六个端部槽3-2和三个调磁槽3-3，端部槽3-2与调磁槽3-3相邻，三个调磁槽3-3将九个中间槽3-1和六个端部槽3-2间隔为三个结构完全相等的定子模块，如图2所示。槽口3内设置电枢绕组2，绕组采用集中绕组结构，线圈缠绕在定子铁心齿上，转子组件由转子铁心4和永磁体5组成，永磁体表贴或内置在转子铁心上，形成十六个极性正负交替的磁极。定子组件和转子组件之间为气隙6结构。
九个中间槽3-1和六个端部槽3-2的槽距角均为18.75°，三个调磁3-3的槽距角为26.25°。三个定子模块化上，各齿上三相绕组的相序排列不同，第一个定子模块上线圈排列为：B1-Y1-Z1-C1-A1-X1；第二个定子模块上绕组相序排列为：A2-X2-Y2-B2-C2-Z2；第三个定子模块上绕组相序排列为：C3-Z3-X3-A3-B3-Y3。三个模块上，同相绕组电角度完全相等，即：绕组A1-X1与绕组A2-X2和A3-X3的相位相同。类似地，绕组B1-Y1与绕组B2-Y 2和B3-Y3的电角度相同，绕组C1-Z1与绕组C2-Z 2和C3-Z3的电角度相同。中间槽3-1的面积S1和端部槽3-2的面积S2的关系为：S2=S1。紧邻三个调磁槽3-3的六个定子端部齿1-2-2的宽度bt2与定子中间齿1-2-1的宽度bt1的关系为：bt2=bt1。每个定子模块端部的定子端部齿1-2-2上线圈的匝数N2与定子中间齿1-2-1上线圈的匝数N1的关系为：N2=N1（N1，N2均为正整数）。
本实施例中每个定子模块相对独立，可以实现容错控制。三个定子模块单元电机上的同相绕组可以串并联运行，当出现故障时，可以采用切断单元电机或者切断故障绕组的模式进行故障状态下控制运行；
每个定子模块单元电机上存在定位力，通过3个调磁槽（每个占电角度7.5°）的设置，使定位力存在相互抵消，可以减小电机的定位转矩。
实施例二
本实施例结构与实施例一基本相同，不同之处在于：紧邻三个调磁槽3-3的六个定子端部齿1-2-2的宽度bt2与定子中间齿1-2-1的宽度bt1设置为：bt2≠bt1。通过端部齿宽的优化，实现减小定子模块化铁心端部效应引起的定位力波动。
实施例三
本实施例结构与实施例一基本相同，不同之处在于：中间槽3-1的槽面积S1与端部槽3-2的槽面积S2的关系为：S2＞S1。紧邻三个调磁槽3-3的六个定子端部齿1-2-2的宽度bt2与定子中间齿1-2-1的宽度bt1的关系为：bt2＞bt1。三个定子模块化上，各齿上三相绕组的相序排列：B1-Y1-Z1-C1-A1-X1、A2-X2-Y2-B2-C2-Z2、C3-Z3-X3-A3-B3-Y3。三个模块上，同相绕组A1-X1与绕组A2-X2和A3-X3的电角度相近。类似地，绕组B1-Y1与绕组B2-Y2和B3-Y3的电角度相近，绕组C1-Z1与绕组C2-Z 2和C3-Z3的电角度相近。每个定子模块端部的定子端部齿1-2-2上线圈的匝数N2与定子中间齿1-2-1上线圈的匝数N1的关系为：N2＞N1（N1，N2均为正整数）。采用该设计，可以将调磁槽3-3所占空间充分利用，提高电机的转矩和功率密度。
实施例四
如图3所示，本实施例结构与实施例一基本相同，不同之处在于，三个定子模块采用分段设计，定子铁心轭1-1上设置三个不导磁的隔磁间隙7。隔磁间隙内可以设置导热条或者设置冷却铜导，以改善电机内的热传导和散热。隔磁间隙内也可用于设置传感器或者其它结构。
本发明的技术方案不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本发明要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种模块化永磁电机，包括定子组件和转子组件，其特征在于：所述定子组件包括定子铁心和电枢绕组，所述定子铁心内侧开设有若干槽口，使定子铁心外侧形成定子铁心轭、内侧形成定子铁心齿，所述槽口包括九个中间槽、六个端部槽和三个调磁槽，三个所述调磁槽将定子铁心分隔为三个结构相同的定子模块，调磁槽的槽距角大于中间槽的槽距角且大于端部槽的槽距角，所述电枢绕组设置于槽口内；所述转子组件包括转子铁心和永磁体，所述永磁体表贴或内置在转子铁心上，且沿转子铁心周向均匀分布，所述定子组件和转子组件之间留有气隙。
2.根据权利要求1所述模块化永磁电机，其特征在于：与调磁槽相邻的为端部槽，端部槽与中间槽的槽距角为18.75°，调磁槽的槽距角为26.25°。
3.根据权利要求2所述模块化永磁电机，其特征在于：所述定子铁心齿包括定子端部齿和定子中间齿，与调磁槽相邻的为定子端部齿，所述定子端部齿的宽度大于或等于定子中间齿的宽度。
4.根据权利要求3或4所述模块化永磁电机，其特征在于：所述中间槽的槽面积大于端部槽的槽面积。
5.根据权利要求5所述模块化永磁电机，其特征在于：所述定子端部齿上线圈的匝数大于或等于中间齿上线圈的匝数。
6.根据权利要求1所述模块化永磁电机，其特征在于：所述定子铁心轭在与调磁槽对应处设有隔磁间隙。
CN201910048260.9A 2019-01-18 2019-01-18 一种模块化永磁电机 Active CN110022009B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910048260.9A CN110022009B (zh) 2019-01-18 2019-01-18 一种模块化永磁电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910048260.9A CN110022009B (zh) 2019-01-18 2019-01-18 一种模块化永磁电机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110022009A true CN110022009A (zh) 2019-07-16
CN110022009B CN110022009B (zh) 2021-04-27

Family

ID=67188808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910048260.9A Active CN110022009B (zh) 2019-01-18 2019-01-18 一种模块化永磁电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110022009B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113765324A (zh) * 2021-08-30 2021-12-07 江苏大学 针对新型不对称模块化永磁辅助同步磁阻电机及其振噪优化方法
DE102020214828A1 (de) 2020-11-25 2022-05-25 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Stator für eine elektrische Maschine sowie zugehörige elektrische Maschine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080093950A1 (en) * 2003-12-09 2008-04-24 Electrotechnologies Selem. Inc Polyphase Claw-Pole Machines With a Segmented Magnetic Circuit
US20080290751A1 (en) * 2007-05-25 2008-11-27 Chang-Chun Hwang Brushless permanent magnet motor with unequal-width slots and method of producing the same
CN107086755A (zh) * 2017-05-09 2017-08-22 南京航空航天大学 独立绕组模块化永磁直线电机
CN107171530A (zh) * 2017-07-19 2017-09-15 南京航空航天大学 低推力波动连续极永磁同步直线电机
CN107359712A (zh) * 2017-07-19 2017-11-17 南京航空航天大学 绕组模块化永磁电机

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080093950A1 (en) * 2003-12-09 2008-04-24 Electrotechnologies Selem. Inc Polyphase Claw-Pole Machines With a Segmented Magnetic Circuit
US20080290751A1 (en) * 2007-05-25 2008-11-27 Chang-Chun Hwang Brushless permanent magnet motor with unequal-width slots and method of producing the same
CN107086755A (zh) * 2017-05-09 2017-08-22 南京航空航天大学 独立绕组模块化永磁直线电机
CN107171530A (zh) * 2017-07-19 2017-09-15 南京航空航天大学 低推力波动连续极永磁同步直线电机
CN107359712A (zh) * 2017-07-19 2017-11-17 南京航空航天大学 绕组模块化永磁电机

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020214828A1 (de) 2020-11-25 2022-05-25 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Stator für eine elektrische Maschine sowie zugehörige elektrische Maschine
CN113765324A (zh) * 2021-08-30 2021-12-07 江苏大学 针对新型不对称模块化永磁辅助同步磁阻电机及其振噪优化方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110022009B (zh) 2021-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100525009C (zh) 双通道容错式磁通切换永磁电机及其控制方法
CN101789676B (zh) 一种容错式永磁直线电机
CN112467950B (zh) 一种转子永磁型双转子轴向磁场混合励磁磁通切换电机
CN108616203B (zh) 错位双定子混合励磁型轴向磁场磁通切换电机
CN104767340B (zh) 基于单双层混合绕组的模块化盘式多相永磁同步电机
Sui et al. Multiphase modular fault-tolerant permanent-magnet machine with hybrid single/double-layer fractional-slot concentrated winding
CN110429779A (zh) 一种高可靠性电励磁双凸极起动发电机
CN110556931B (zh) 模块化多相交流容错电机
CN108233563B (zh) 一种多相混合励磁同步电机
CN110022009A (zh) 一种模块化永磁电机
CN101414775A (zh) 独立式双凸极容错电机
CN112054643A (zh) 一种无定子轭部相间耦合式轴向磁通磁阻电机
CN103633812B (zh) 一种模块化双边磁通切换永磁直线电机
CN110518766B (zh) 不对称双定子混合励磁型轴向磁场磁通切换电机
CN101494395A (zh) 定子内永磁电机
CN105978270A (zh) 一种定子分区式双凸极永磁无刷电机
CN102231576B (zh) 自容错磁通切换永磁电机
CN110112844A (zh) 一种双凸极永磁电机
CN113489175B (zh) 一种定子阻尼型永磁双凸极电机
CN111900815B (zh) 一种削弱不对称气隙磁场影响和具有容错能力的定子绕组
CN201365146Y (zh) 永磁体内嵌于定子上转子为凸极的永磁电机
CN104779754B (zh) 双绕组轴向磁场磁通切换容错电机
CN110112852B (zh) 一种双馈型永磁电机
CN201312244Y (zh) 独立式双凸极容错电机
CN106549545B (zh) 一种六相隔离的永磁电机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant