一种双槽结构的永磁容错电机

技术领域

本发明涉及一种双槽结构的永磁容错电机，属于永磁电机技术领域。

背景技术

随着交通领域的智能化发展，汽车已经从传统的出行代步工具，转变为新式的“移动第三空间”。在满足人们基本出行需求的基础上，汽车还逐渐成为连接人与交通的新型智能终端。在汽车智能化蓝图中最为重要的一部分则是自动驾驶的实现，而自动驾驶汽车的独特性、复杂性也意味着其在完善过程中会遇到各种挑战和问题。

自动驾驶首先是一项保障乘驾者安危的安全性技术，其次才是一项提供便利的辅助性技术。转向系统作为控制汽车行驶路线和方向的至关重要的安保系统，其性能直接影响到汽车的操控性、舒适性、稳定性和转向安全，对减少行车事故、提高驾驶员的驾车体验都有重要作用。因此，在普遍使用的EPS转向或适配于自动驾驶的线控转向中，针对转向电机进行冗余设计，以提高其安全性能就变得尤为重要。

对于转向的冗余，一般通过配备两套电机、两套电源以及两套绕组，整套系统实际上是并行的两套完全一致的独立控制系统，一旦其中之一出现任何故障，都会直接切换到另外一套系统继续实现控制功能。

但是，采用双系统存在如下问题：

1、不仅会增加成本，同时也会增大安装体积。

2、在某些绕组发生故障时，整个系统无法工作。

3、永磁体的齿槽转矩过大，无法满足转向电机基本要求。

发明内容

本发明目的是为了解决现有转向电机的冗余设计采用的双系统结构增大成本和增大安装体积的问题，提供了一种双槽结构的永磁容错电机。

本发明所述一种双槽结构的永磁容错电机，它包括定子和转子，转子表面布设有永磁体；

定子上设置有数量相同的内层开口槽和外层开口槽，且内层开口槽和外层开口槽一一相对应；

内层开口槽沿圆周方向均布在定子的内侧，外层开口槽沿圆周方向均布在定子(1)的外侧；

内层开口槽内嵌有主工作绕组，外层开口槽内嵌有备份工作绕组，相对应位置的主工作绕组和备份工作绕组合成电势空间位置相同；

当正常运行时，驱动电路对主工作绕组施加激励信号，电机处于额定输出的运行工作状态；

当主工作绕组发生故障时，控制电路切换驱动电路对备份工作绕组施加激励信号，电机处于不低于50％额定输出的运行工作状态。

优选的，所述内层开口槽沿径向的截面为平底锥型。

优选的，所述外层开口槽沿径向的截面为杯型，且底端为弧形。

优选的，外层开口槽沿径向截面面积为内层开口槽沿径向截面面积的一半。

优选的，内层开口槽内的导体数与外层开口槽内的导体数比例为1：2。

优选的，主工作绕组采用集中隔齿的方式进行绕制，每相绕组占用四个内层开口槽；

备份工作绕组采用集中隔齿的方式进行绕制，每相绕组占用四个外层开口槽。

优选的，所述永磁体通过特定函数进行修型，修型后的永磁体为面包型；

所述特定函数表示为：

其中，OA

优选的，所述永磁体的中心处采用小气隙，极尖处采用大气隙。

本发明提出的一种双槽结构的永磁容错电机，具有如下优点：

1、本发明提出的主工作绕组在正常运行模式下保证主系统全功能运行，在主工作绕组发生故障时，备用工作绕组能够实现50％或更高的动力输出，不仅满足了冗余容错的要求，同时还有效地缩小了安装体积，使本发明提出的电机用于转向系统时，更加适用于车载转向系统。

2、本发明的定子采用双槽结构设计，与传统技术中在单槽内放置两套绕组的方式，双槽结构使备份工作绕组嵌设在单独的槽内，在其中的某些绕组发生故障或发热烧毁时，其他绕组不会受到影响，保证了电机的持续运行能力。

3、本发明对永磁体进行了修型处理，能够解决瓦片型永磁体的齿槽转矩过大、无法满足转向电机基本要求的问题，修型后的永磁体能够减小齿槽转矩对电机输出转矩波动带来的影响。

附图说明

图1是本发明所述的一种双槽结构的永磁容错电机的结构示意图；

图2是对永磁体进行修型的原理图；

图3是对永磁体进行修型前和修型后的齿槽转矩曲线图；

图4是本发明所述内层开口槽的结构示意图；

图5是本发明所述外层开口槽的结构示意图；

图6是主工作绕组的空载反电势波形图；

图7是备份工作绕组的空载反电势波形图；

图8是主工作绕组单独工作时的转矩输出图；

图9是备份工作绕组单独工作时的转矩输出图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

实施例1：

下面结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式所述一种双槽结构的永磁容错电机，它包括定子1和转子2，转子2表面布设有永磁体3；

定子1上设置有数量相同的内层开口槽6和外层开口槽7，且内层开口槽6和外层开口槽7一一相对应；

内层开口槽6沿圆周方向均布在定子1的内侧，外层开口槽7沿圆周方向均布在定子1的外侧；

内层开口槽6内嵌有主工作绕组4，外层开口槽7内嵌有备份工作绕组5，相对应位置的主工作绕组4和备份工作绕组5合成电势空间位置相同；

当正常运行时，驱动电路对主工作绕组4施加激励信号，电机处于额定输出的运行工作状态；

当主工作绕组4发生故障时，控制电路切换驱动电路对备份工作绕组5施加激励信号，电机处于不低于50％额定输出的运行工作状态。

本实施方式中，将本实施例所述的双槽结构的永磁容错电机应用于转向系统时，在正常运行时，驱动电路对主工作绕组4施加激励信号，电机处于额定输出的运行工作状态，电机输出的额定转矩能够满足转向的要求；在主工作绕组4发生故障时，控制电路切换驱动电路对备份工作绕组5施加激励信号，电机处于不低于50％额定输出的运行工作状态，完成容错要求，完成转向持续运行。

进一步的，所述内层开口槽6沿径向的截面为平底锥型。

本实施方式中，如图4所示，内层开口槽6为左右对称的开口平底槽，该槽型结构可以增加槽面积，增加轭部的厚度，能够提高功率密度、提高槽满率，降低电密。

再进一步的，所述外层开口槽7沿径向的截面为杯型，且底端为弧形。

本实施方式中，如图5所示，外层开口槽7为上下等高的圆弧型闭口槽，能够进一步提升槽满率，使得电密符合的条件下可以嵌入多根导线，保证电机主工作绕组4在故障后，所启用的备份工作绕组5可以输出更大转矩，满足车辆转向系统的工作持续性、稳定性，以此来完成容错保障。

再进一步的，外层开口槽7沿径向截面面积为内层开口槽6沿径向截面面积的一半。

再进一步的，内层开口槽6内的导体数与外层开口槽7内的导体数比例为1：2。

再进一步的，主工作绕组4采用集中隔齿的方式进行绕制，每相绕组占用四个内层开口槽6；

备份工作绕组5采用集中隔齿的方式进行绕制，每相绕组占用四个外层开口槽7。

实施例2：

下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种双槽结构的永磁容错电机，它包括定子1和转子2，转子2表面布设有永磁体3；

定子1上设置有数量相同的内层开口槽6和外层开口槽7，且内层开口槽6和外层开口槽7一一相对应；

内层开口槽6沿圆周方向均布在定子1的内侧，外层开口槽7沿圆周方向均布在定子1的外侧；

内层开口槽6内嵌有主工作绕组4，外层开口槽7内嵌有备份工作绕组5，相对应位置的主工作绕组4和备份工作绕组5合成电势空间位置相同；

当正常运行时，驱动电路对主工作绕组4施加激励信号，电机处于额定输出的运行工作状态；

当主工作绕组4发生故障时，控制电路切换驱动电路对备份工作绕组5施加激励信号，电机处于不低于50％额定输出的运行工作状态。

进一步的，所述永磁体3通过特定函数进行修型，修型后的永磁体3为面包型；

所述特定函数表示为：

其中，OA

如图3所示，在未对永磁体3进行修型时，转矩峰值为134.2mN.m，采用偏心后齿槽转矩明显降低为24mN.m，有效减小齿槽转矩82.11％。

再进一步的，所述永磁体3的中心处采用小气隙，极尖处采用大气隙。

本实施方式中，永磁体3的中心处采用小气隙，极尖处采用大气隙，能够使气隙磁通密度接近正弦波，减小转矩纹波。

更进一步的，定子冲片在内层开口槽6和外层开口槽7之间边缘距离为x，那么1

本发明中，提出的一种双槽结构的永磁容错电机是一种表贴式的“闭口+开口”的定子槽型，并且对永磁体3进行了修型处理，增强了电机的容错性。

本发明中，如图6和图7所示，在电机空载时，两套绕组空载反电势均在设计要求内，根据图像分析可知主工作绕组4的波形为平滑正弦波、反电势峰值在69V；备份工作绕组5波形近似为正弦波，反电势峰值在27V，谐波含量较高导致畸变率较高，可以进一步优化槽型降低谐波含量。

本发明中，当主工作绕组4单独运行时，施加1.75A额定电流源激励，产生电磁输出转矩如图8所示，工作情况下输出转矩大小为1.61N.m，转矩波动为3.8％。可以满足转向系统的正常使用；如图9所示，当备份工作绕组5单独工作时，输出转矩平均值为0.9N约占额定转矩的57％，可以满足电机容错设计要求，转矩波动为23.6％，在系统故障后切换部分绕组仍可满足部分车辆转向需求。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。