[发明专利]改进的永磁容错电机

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及以下共同待决的转让给与本申请相同的受让人并与本申请一起提交的题名为“永磁容错电机中的热管理”的美国专利申请序号No.12/249,626，其全部内容通过引用而结合在本文中。

技术领域

本发明通常涉及永磁(PM)电机，例如发电机和/或电动机。具体地说，本发明涉及容错PM电机。

背景技术

许多新的飞机系统设计成适应比当前飞机系统上的电负荷更大的电负荷。当前正在发展的商业客机设计的电系统规格可能需要高达两倍于当前商业客机的电功率。这种提高的电功率的需求必须源于从为飞机提供动力的发动机提取的机械功率。当以相对较低的功率水平运转飞机发动机时，例如，当从高空怠速下降时，从发动机的机械功率提取的这种额外电功率可能降低恰当运转发动机的能力。

传统上，在燃气涡轮发动机中，从高压(HP)发动机轴(engine spool)提取电功率。HP发动机轴的相对较高的运转速度使其成为驱动连接到发动机上的发电机的理想的机械功率源。然而，其需要从发动机中的补充源提取功率，而非仅仅依赖于HP发动机轴来驱动发电机。LP发动机轴提供了备选的功率传递源，然而，LP发动机轴的相对较低的速度通常需要使用传动箱，因为低速发电机通常大于运转于较高速度的相似额定的发电机。

PM电机(或发电机)是一种用于从LP轴提取电功率的可行装置。然而，航空应用需要容错，并且如下所述，PM电机在某种情况下可能发生故障，并且用于容错PM发电机的现有技术受到诸如增大的尺寸和重量等缺陷的困扰。

如本领域中的技术人员已知的那样，发电机可利用永久磁铁(PM)作为产生用于电感应的高量级磁场的主要机构。这种电机也被称为PM电机，由其它的电气构件和机械构件组成，例如配线或绕组、轴以及轴承等，可将机械能转换成电能，其中，在电动机的情况下，则是反向转换。不同于可受电能控制的电磁铁，例如接通和断开，PMs始终保持，也就是说，由PM产生的磁场由于其内在的铁磁性质而持续存在。因此，如果具有PM的电气设备发生故障，那么可能由于持续存在的PM的磁场而不可能很方便地停止该设备，造成该设备继续运转。这种故障可能是故障电流的形式，该故障电流是由于定子绕组中的缺陷或由于设置在该设备中的有缺陷的或磨损的机械构件所引起的机械故障而产生的。因此，在发生上述故障或其它相关故障期间无法控制PM，其可能损坏电机和/或耦合到电机上的设备。

此外，目前用于PM电机中的容错系统极大地增加了这些设备的尺寸和重量，限制了可采用这种PM电机的应用范围。此外，这种容错系统需要复杂的控制系统的繁复设计，极大地增加了PM电机的成本。

因此，存在着对改进的容错PM电机的需求。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种PM电机。这种PM电机包括定子，其包括定子芯，其中，定子芯限定了多个阶梯形定子槽。定子包括缠绕在阶梯形定子槽内的多个分数槽集中绕组。定子还包括至少一个槽楔，其配置成关闭相应的其中一个阶梯形定子槽的开口，其中，槽楔还配置成调整PM电机中的漏电感。PM电机还包括转子，该转子具有转子芯并设置在定子的外部且与定子同心，其中，转子芯包括设置在多个磁铁的周围的叠片式护铁结构。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种PM电机。这种PM电机包括定子，其包括定子芯，其中，定子芯限定了多个阶梯形定子槽。定子包括缠绕在阶梯形定子槽内的多个分数槽集中绕组。定子还包括包绕在各匝绕组的周围的至少一个绝缘层。定子还包括至少一个槽楔，其配置成关闭相应的其中一个阶梯形定子槽的开口，其中，槽楔还配置成调整PM电机中的漏电感。PM电机还包括转子，其具有转子芯并设置在定子的外部且与定子同心，其中，转子芯包括设置在多个磁铁的周围的叠片式护铁结构。

根据本发明的另一个实施例，公开了一种制造PM电机的方法。该方法包括提供定子，该定子包括限定了多个阶梯形定子槽的定子芯。该方法还包括形成多个分数槽绕组，并将分数槽绕组放入相应的阶梯形定子槽中。该方法还包括通过槽楔来盖住相应的其中一个阶梯形定子槽的至少一个开口。该方法还包括将包括转子芯的转子设置在定子的外部且与定子同心，其中，转子芯包括设置在多个磁铁的周围的叠片式护铁结构。

附图说明

当参照附图并阅读以下详细说明时，将更好地理解本发明的这些以及其它特征、方面和优点，其中，在所有附图中相似的标号表示相似的部件，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的PM电机的示意图；

图2是图1的PM电机中的定子槽的放大图，其显示了磁通密度分布；