CN101369746A

CN101369746A - 一种高可靠性三相交流电机及电机驱动系统

Info

Publication number: CN101369746A
Application number: CNA2008101372152A
Authority: CN
Inventors: 寇宝泉; 贵献国; 李立毅
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2008-09-27
Filing date: 2008-09-27
Publication date: 2009-02-18

Abstract

一种高可靠性三相交流电机及电机驱动系统，属于电机及其控制领域。它解决了现有电机系统存在的由于电枢绕组断相而导致的整个电机驱动系统无法正常运行的问题。本发明的电机中电枢铁心的齿距τ_t与永磁体的极距τ_p之间满足关系6τ_t＝(6±1)τ_p；它有多相对称集中绕组，有6n个电枢铁心齿，第6j+1个齿上的线圈反向串联后为A相，第6j+2个齿上的线圈反向串联后为A相，第6j+3个齿上的线圈反向串联后为B相，第6j+4个齿上的线圈反向串联后为B相；第6j+5个齿上的线圈反向串联后为C相；第6j+6个齿上的线圈反向串联后为C相。本发明的电机驱动系统中采用两个相同参数的现有三相驱动器，两个三相驱动控制器的A、B、C相输出端分别与电机的A、B、C、A、B和C相绕组连接。

Description

一种高可靠性三相交流电机及电机驱动系统

技术领域

本发明涉及一种三相交流电机，及电机驱动系统，属于电机及其控制领域。

背景技术

由于永磁同步电动机既具有交流电动机的结构简单、功率密度高、运行可靠、维护方便等优点，又具有直流电动机的运行效率高、无励磁损耗及调速性能好等特点，在当今国民经济的各个领域应用日益普及。在军事、航空、航天等领域，多种高性能飞行器如导弹、直升机、歼击机、无人机等正逐步由机电传动机构(Electro Mechanical Actuator，简为EMA，航空上称为“机电作动器”)取代现役飞行器的液压传动机构。与液压作动器相比，机电作动器的优点是：可靠性高，容易控制，制造方便，可以和飞行自动控制系统使用同一能源，同时，机电作动器还使系统结构轻巧、响应速度快捷、作动控制效率提高、能耗降低，消除了液压传动系统存在的漏油、安全性、结构复杂等问题，提高了系统的实时检测和故障诊断能力，改善了维护性并减小了飞行器的重量。在飞行中，机电作动器要完成舵面操纵、燃油、刹车、环境控制等主要任务，可靠性直接影响飞行器安全。机电作动器发生故障，会导致重大飞行事故。

功率变换器和驱动电机是机电作动器的核心部分，而电机绕组和功率变换器在现有技术条件下，仍为系统的薄弱环节。传统的三相交流电机驱动系统构成如图3所示。在该驱动系统中，如果驱动器或电枢绕组的某相出现故障，则整个电机驱动系统就无法正常运行，将会影响机电作动器的正常动作。

发明内容

为了解决现有电机系统存在的由于电枢绕组断相而导致的整个电机驱动系统无法正常运行的问题，本发明提供了一种高可靠性三相交流电机及电机驱动系统。

本发明的高可靠性三相交流电机由定子和转子组成，其中定子包括机壳、电枢铁心和电枢绕组；转子包括永磁体、永磁体磁轭和转轴；电枢铁心的齿距τ_t与永磁体的极距τ_p之间满足关系6τ_t＝(6±1)τ_p；电枢绕组为多相对称集中绕组，每相绕组由若干个线圈串联构成，每个线圈绕在电枢铁心的一个齿上，电枢铁心的齿数为6n个，第2i-1个齿上的线圈正绕；第2i个齿上的线圈反绕；第6j+1个齿上的线圈相互反向串联后为A相绕组，第6j+2个齿上的线圈相互反向串联后为A相绕组，第6j+3个齿上的线圈相互反向串联后为B相绕组，第6j+4个齿上的线圈相互反向串联后为B相绕组；第6j+5个齿上的线圈相互反向串联后为C相绕组；第6j+6个齿上的线圈相互反向串联后为C相绕组，其中i＝1，2，……，3n；j＝0，1，2……，n-1；n为大于1的自然数。

本发明的高可靠性三相交流电机驱动系统由本发明的高可靠性三相交流电机和两个三相驱动控制器组成，所述两个三相驱动控制器的输出电流信号参数完全相同，一个三相驱动控制器的A、B、C相输出端分别与高可靠性三相交流电机的A相绕组、B相绕组和C相绕组连接，另一个三相驱动控制器的A、B、C相输出端分别与高可靠性三相交流电机的A相绕组、B相绕组和C相绕组连接。

本发明提出一种高可靠性三相交流电机及电机驱动系统，本发明的高可靠性三相交流电机由多绕组三相永磁同步电机与两个三相电机驱动控制器构成，每一个定子线圈与永磁转子相互作用产生电磁转矩，多个线圈产生的电磁转矩在转子上综合后，将机械能输出，当电机系统任一线圈或其驱动单元出现故障时，系统仍可继续工作。

本发明的优点有：一、本发明的电机利用率大幅度提高，即在满足同样的输出功率下，本发明电机的容量比传统电机要减小40％。二、本发明的电机中只有一套电枢绕组，因此不存在电流均衡问题，进而，电机控制在发生故障时，不必降额使用。三、当本发明的电机出现绕组短路故障时，对永磁体的去磁作用小，电机的输出转矩大；出现绕组断路故障时，电机的转矩波动以及振动、噪声小。四、本发明的电机可采用现有传统三相电机的控制方法，本发明的电机驱动系统原理简单，结构清晰，因此控制简单易行。五、本发明的电机驱动系统的体积小，功率密度高并且易实现模块化。

本发明的电机及电机控制系统适用于多电/全电飞机、无人驾驶飞机、导弹、联合制导攻击炸弹及航天器等先进飞行器中。

附图说明

图1是本发明的高可靠性三相交流电机的结构示意图；图2是采用H桥驱动方式的三相驱动控制器的高可靠性三相交流电机驱动系统的电路原理示意图；图3是采用具有零电位的双电源三相半桥驱动方式的三相驱动控制器的高可靠性三相交流电机驱动系统的电路原理示意图；图4是采用三相半桥驱动方式的三相驱动控制器的高可靠性三相交流电机驱动系统的电路原理示意图；图5是现有传统的三相交流电机驱动系统的电路原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式所述的高可靠性三相交流电机由定子和转子组成，其中定子包括机壳、电枢铁心和电枢绕组；转子包括永磁体、永磁体磁轭和转轴；电枢铁心的齿距τ_t与永磁体的极距τ_p之间满足关系6τ_t＝(6±1)τ_p；电枢绕组为多相对称集中绕组，每相绕组由若干个线圈串联构成，每个线圈绕在电枢铁心的一个齿上，电枢铁心的齿数为6n个，第2i-1个齿上的线圈正绕；第2i个齿上的线圈反绕；第6j+1个齿上的线圈相互反向串联后为A相绕组，第6j+2个齿上的线圈相互反向串联后为A相绕组，第6j+3个齿上的线圈相互反向串联后为B相绕组，第6j+4个齿上的线圈相互反向串联后为B相绕组；第6j+5个齿上的线圈相互反向串联后为C相绕组；第6j+6个齿上的线圈相互反向串联后为C相绕组，其中i＝1，2，……，3n；j＝0，1，……，n-1；n为大于1的自然数。

本实施方式改变了现有三相电机中定子上的线圈的组合方式，采用多绕组的方式，将定子上的线圈分成六个绕组，相邻的三个绕组为一套，即：A相、B相和C相为一套，A相、B相和C相为一套，每套绕组使用现有的三相驱动控制器驱动即可，当其中一套绕组中出现故障时，另一套绕组仍然能够驱动电机正常工作，增强了电机的可靠性。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的高可靠性三相交流电机的区别在于，在电枢铁心上的每个槽内的两个线圈的有效边之间固定有绝缘、隔热片21。

本实施方式增加的绝缘、隔热片21能够保证电枢铁心上的每个槽内的两个线圈之间良好的绝缘和隔热效果，使电机运行更可靠。

具体实施方式三：本实施方式所述的高可靠性三相交流电机驱动系统由具体实施方式一或二所述的高可靠性三相交流电机20和两个三相驱动控制器30组成，所述两个三相驱动控制器30的输出电流信号参数完全相同，一个三相驱动控制器30的A、B、C相输出端分别与高可靠性三相交流电机20的A相绕组、B相绕组和C相绕组连接，另一个三相驱动控制器1的A、B、C相输出端分别与高可靠性三相交流电机20的A相绕组、B相绕组和C相绕组连接。

本实施方式采用两个输出电流信号参数完全相同三相驱动器对电机进行驱动，其中A相绕组和A相绕组的驱动电流完全相同，B相绕组和B相绕组的驱动电流完全相同，C相绕组和C相绕组的驱动电流完全相同，即电机的工作原理与现有的三相电机的工作原理相同。

本实施方式所述的三相驱动控制器可以采用H桥驱动方式，参见图2；或采用具有零电位的双电源三相半桥驱动方式，参见图3；或采用双三相半桥驱动方式，参见图4。

具体实施方式四：本实施方式是具体实施方式三的一个实施例。参见图1，本实施例中的高可靠性三相交流电机的定子的电枢铁心的齿数6n为12个，转子的永磁体的极数是10极，则第2i-1个齿，即第1、3、5、7、9和11个齿上的线圈正绕，第2i个齿，即第2、4、6、8、10和12个齿上的线圈反绕。第6j+1个齿，即第1和7个齿上的线圈相互反向串联后为A相绕组；第6j+2个齿，即第2和8个齿上的线圈相互反向串联后为A相绕组，第6j+3个齿，即第3和9个齿上的线圈相互反向串联后为B相绕组，第6j+4个齿，即第4和10个齿上的线圈相互反向串联后为B相绕组；第6j+5个齿，即第5和11个齿上的线圈相互反向串联后为C相绕组；第6j+6个齿，即第6和第12个齿上的线圈相互反向串联后为C相绕组。然后将本实施例中的高可靠性三相交流电机的A相、B相和C相绕组分别与一个三相驱动控制器的A相、B相和C相控制输出端连接，将本实施例中的高可靠性三相交流电机的A相、B相和C相绕组分别与另一个三相驱动控制器的A相、B相和C相控制输出端连接。

Claims

1.高可靠性三相交流电机，它由定子和转子组成，其中定子包括机壳、电枢铁心和电枢绕组；转子包括永磁体、永磁体磁轭和转轴；其特征在于所述电枢铁心的齿距τ_t与永磁体的极距τ_p之间满足关系6τ_t＝(6±1)τ_p；电枢绕组为多相对称集中绕组，每相绕组由若干个线圈串联构成，每个线圈绕在电枢铁心的一个齿上，电枢铁心的齿数为6n个，第2i-1个齿上的线圈正绕；第2i个齿上的线圈反绕；第6j+1个齿上的线圈相互反向串联后为A相绕组，第6j+2个齿上的线圈相互反向串联后为A相绕组，第6j+3个齿上的线圈相互反向串联后为B相绕组，第6j+4个齿上的线圈相互反向串联后为B相绕组；第6j+5个齿上的线圈相互反向串联后为C相绕组；第6j+6个齿上的线圈相互反向串联后为C相绕组，其中i＝1，2，……，3n；j＝0，1，……，n-1；n为大于1的自然数。

2.根据权利要求1所述的高可靠性三相交流电机，其特征在于所述电枢铁心上的每个槽内的两个线圈的有效边之间固定有绝缘、隔热片(21)。

3.电机驱动系统，其特征在于它由高可靠性三相交流电机(20)和两个三相驱动控制器(30)组成，所述两个三相驱动控制器(30)的输出电流信号参数完全相同，一个三相驱动控制器(30)的A、B、C相输出端分别与高可靠性三相交流电机(20)的A相绕组、B相绕组和C相绕组连接，另一个三相驱动控制器(30)的A、B、C相输出端分别与高可靠性三相交流电机(20)的A相绕组、B相绕组和C相绕组连接。

4.根据权利要求3所述的电机驱动系统，其特征在于所述三相驱动控制器(30)中的驱动电路是H桥驱动方式。

5.根据权利要求3所述的电机驱动系统，其特征在于所述三相驱动控制器(30)中的驱动电路是具有零电位的双电源三相半桥驱动方式。

6.根据权利要求3所述的电机驱动系统，其特征在于所述三相驱动控制器(30)中的驱动电路是双三相半桥驱动方式。