一种共面分体组合式容错轴向磁通驱动装置的制作方法

本发明涉及轴向磁通电机，尤其涉及一种共面分体组合式容错轴向磁通驱动装置，可应用于新能源电动汽车、气动动力车辆、低空飞行器等车载驱动场景。

背景技术：

1、容错型轴向磁通电机在车辆安全驱动领域具备重要价值。现有容错轴向磁通电机分为两类，第一类将定子分割大量独立扇形线圈单元，每一个线圈配置独立驱动回路；该方案虽然可以切除故障线圈，但故障切除后工作磁场直接出现缺口，转矩脉动、振动噪声大幅恶化，同时需要大量功率驱动器件，硬件成本高，整车线束复杂，难以面向乘用车大批量落地。另一类方案采用多相绕组实现容错，最小切除单元为单相绕组，故障后保留剩余相继续运行，磁动势不平衡，振动发热问题突出，降级运行工况品质差。

2、现有一体式环形轴向磁通定子，整体环形结构绕制线圈工艺难度大，专用绕线设备成本高，槽满率提升受限；定子整体加工，局部线圈损坏即造成整个定子报废，生产良率受限。

3、另外现有双三相六相电机硬件拓扑固定，只能运行多相模式，无法兼容市面上成熟通用的三相控制器，限制产品市场适配范围。

4、现有技术缺少一种结构简单、降级运行磁场完整对称、便于批量加工制造，同时兼具驱动-发电一体化能力，并且支持模式切换兼容通用三相电控的共面嵌合分体定子容错轴向磁通电机方案。在多电机四驱整车应用场景，电机降级运行之后，还存在各轮输出扭矩不一致带来拖拽、打滑等整车协同控制难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种共面分体组合式容错轴向磁通驱动装置，采用两块定子基板共面嵌合，分别布置两套完整电气隔离三相绕组；以整套三相绕组作为故障切除最小单元；故障发生时切断整套故障绕组，依靠另一套完整三相绕组继续工作，降级运行磁场圆周完整，转矩脉动可控；两块定子基板可分体独立绕线、质检，后期嵌合成型，改善加工工艺性；控制器具备模式切换功能，既可运行双三相容错模式，也可等效合并为三相输出适配通用电控；绕组复用实现驱动与多工况回馈发电，不需要额外发电硬件；控制器输出分级故障信号，配合整车控制器完成多驱动单元容错协同控制。

2、本发明虽然具备上述有益效果，但同时存在客观工程局限：两块定子基板嵌合拼装组成组合定子，拼接缝隙带来局部磁路畸变，引入谐波；两套三相绕组近距离共面布置，存在热耦合与磁互感耦合；故障降级运行时电机输出功率减半，仅能够跛行行驶；双转子夹心定子实施例双面发热，散热压力大，装配对轴承同轴度、零件平面加工精度要求高。除此之外，本发明还存在如下工程边界与客观局限：两套三相绕组共面近距离布置，存在磁互感耦合现象；当一套绕组故障断开，断开的绕组导体依旧处于磁场中，会感应产生悬浮电压，存在绝缘击穿风险；两块定子基板分体加工后嵌合装配，加工公差累积容易造成定子平面翘曲，引发气隙不均匀；对于同心嵌套双传动轴方案，两套独立轴系加工装配要求高；本装置容错能力仅限于其中一套绕组损坏，若两套绕组先后发生故障，则电机整机完全丧失驱动与发电能力；发电工况下，已切断的故障绕组仍会感应残余电压；定子基板嵌合拼接缝隙会造成局部铁损升高；长时间跛行运行状态下，完好绕组持续工作温升会高于正常工况。本发明通过绕组泄能钳位、电磁屏蔽层、统一加工基准、装配定位工装、轴承刚度优化、控制器温度保护逻辑对上述风险进行缓解；当发生两套绕组全部失效时，依靠电机输出整机失效故障标识，由整车控制器执行驱动桥切断或者提示车辆靠边停车。

3、本发明区别于现有一体式定子轴向磁通电机，创新性采用分体基板独立绕线、后期嵌合成型工艺。两块定子基板可拆分独立生产绕制，绕线视野开阔、工艺难度低，可单独绝缘、单独质检，有效提升槽满率、降低废品率，适合大规模流水线量产，大幅提升电机生产制造效率。

4、同时本发明具备双模电控切换能力：硬件为双三相容错架构，可根据使用场景切换工作模式；在高端特种车辆、飞行汽车、重载商用车场景启用双三相独立容错模式，保障动力冗余安全；在普通民用乘用车量产场景，可通过电控策略将两套三相绕组等效合并为单一三相对称输出，完全兼容市面通用三相控制器体系；本发明双绕组合并三相输出模式，为控制器电控相位同步实现磁场等效叠加，两套三相绕组硬件回路保持电气独立隔离，并非绕组导线直接物理并联。实现一台电机兼顾“高端容错特种工况”与“普通民用量产工况”，通用性、适配性、商业落地性远超现有单一模式轴向磁通电机。

5、针对双转子夹心结构，本发明设置两种可实现的技术方案：一种为第一传动轴(3-1)与第二传动轴(3-2)同心嵌套、相互独立，两个转子可以各自独立调速输出动力，适合飞行汽车、特种载具；另一种优选实施方式为两个转子共同固定于同一根传动轴(3)，同轴同步转动输出动力，简化加工装配，适配普通民用车辆。

6、本发明可广泛应用于多类对动力可靠性有较高要求的装备领域，包括新能源乘用车、新能源重卡、公交商用车、矿用车辆，还可适配气动动力车辆作为驱动-发电一体化动力单元；同时可用于飞行汽车、低空evtol飞行器、工程机械、小型船舶推进装置、重载机器人关节驱动等特种装备。针对车辆行驶、飞行器作业途中绕组故障场景，本发明不需要依靠残缺相继续出力，依靠另一套完整三相绕组维持动力输出，避免装备直接抛锚停机，提升运行安全性；同时复用绕组实现驱动回馈发电一体化，可以回收制动、滑行以及外部输入机械能。应当说明，本发明属于结构加控制策略的组合创新。

1.一种共面分体组合式容错轴向磁通驱动装置，其特征在于：包括电机壳体(1)、控制器(2)、传动轴(3)、永磁转子盘(4)、共面嵌合组合定子(5)；

2.根据权利要求1所述的一种共面分体组合式容错轴向磁通驱动装置，其特征在于：所述永磁转子盘(4)为单侧单盘结构，永磁转子盘(4)单侧面对共面嵌合组合定子(5)，永磁转子盘(4)连接单根传动轴(3)，构成单转子单输出结构。

3.根据权利要求1所述的一种共面分体组合式容错轴向磁通驱动装置，其特征在于：设置第一永磁转子盘(4-1)、第二永磁转子盘(4-2)；所述共面嵌合组合定子(5)夹持布置于第一永磁转子盘(4-1)、第二永磁转子盘(4-2)二者之间，构成双转子夹心定子结构；第一永磁转子盘(4-1)连接第一传动轴(3-1)，第二永磁转子盘(4-2)连接第二传动轴(3-2)；第一传动轴(3-1)与第二传动轴(3-2)同心嵌套布置、相互独立，两侧转子可实现各自独立旋转输出动力。

4.根据权利要求1所述的一种共面分体组合式容错轴向磁通驱动装置，其特征在于：设置第一永磁转子盘(4-1)、第二永磁转子盘(4-2)；所述共面嵌合组合定子(5)夹持布置于第一永磁转子盘(4-1)、第二永磁转子盘(4-2)二者之间，构成双转子夹心定子结构；第一永磁转子盘(4-1)、第二永磁转子盘(4-2)共同固定安装于同一根传动轴(3)上，两转子同轴同步转动输出动力。

5.根据权利要求1所述的一种共面分体组合式容错轴向磁通驱动装置，其特征在于：第一定子基板(5-1)与第二定子基板(5-2)的嵌合交界位置设置耐高温绝缘隔热隔离层(8)，隔离层(8)阻隔故障绕组产生的热量与高压向另外一套完好绕组传导，提升整机绝缘与热安全性能。

6.根据权利要求1所述的一种共面分体组合式容错轴向磁通驱动装置，其特征在于：绕组为扇形集中绕组。

7.根据权利要求3或者权利要求4所述的一种共面分体组合式容错轴向磁通驱动装置，其特征在于：双转子夹心定子结构设置全域水冷流道(9)，适配双面气隙大功率发热工况。

8.根据权利要求1所述的一种共面分体组合式容错轴向磁通驱动装置，其特征在于：所述控制器(2)具备故障分级通讯上报功能；当一套三相绕组被切断进入跛行模式，控制器(2)向外输出容错状态信号给到整车控制器；整车控制器依据信号执行电机扭矩上限约束，同时对整车其余驱动单元扭矩重新分配，规避扭矩失衡带来车轮拖拽、打滑、二次损坏风险，实现多电机系统容错协同控制。

9.根据权利要求8所述的一种共面分体组合式容错轴向磁通驱动装置，其特征在于：控制器(2)输出故障标识分为两级，第一级为单套绕组故障，电机进入半功率跛行；第二级为两套绕组全部故障，电机整机失效；整车控制器接收故障标识执行对应处置：四驱车辆检测整机失效时执行驱动桥切断切换剩余驱动桥两驱行驶；后驱车辆收到整机失效信号提示车辆靠边停车；扭矩限制、驱动桥切断逻辑属于整车控制器上层策略，电机本体仅完成故障检测与信号输出。