CN106712339A - 一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机 - Google Patents

一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机，包括滚筒外壳、外转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴，属于特种电机技术领域。其外转子铁心固定在滚筒外壳上，外转子上均布10个凸形的转子极；定子铁心由3个呈扇形的子铁心组成，每个子铁心上有两电枢定子极和一个励磁定子极；转子极的极弧机械角为18度，电枢定子极的极弧机械角为17度，励磁定子极的极弧机械角为34度。本发明电动滚筒电机是一种电励磁双凸极电机，并且在励磁绕组无法正常工作时该电机能够以开关磁阻工作模式运行，在不增加电机尺寸、重量、结构复杂程度的同时保证了电动滚筒的可靠性。

Description

一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机
技术领域
本发明涉及一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机，属于特种电机领域。
背景技术
电动滚筒是把电动机联合减速器协同装于滚筒体内部的一种驱动装置，其具有结构紧凑、占据空间小、传动效率高、密封性好，适合在潮湿、多粉尘、易发生爆炸等恶劣环境下工作等特点，因此作为带式输送机或辊子输送机的驱动装置被广泛应用在冶金、采矿、煤炭、粮食、化工、航空交通等行业，在国民经济中作用可见一般。
然而，电动滚筒在使用时出现的各种问题会直接威胁到人和设备的安全,保证电动滚筒的可靠使用已经成为重要的研究课题。电动滚筒电机作为电动滚筒的关键部件，其可靠性直接决定了电动滚筒的安全使用。因此，有必要研究一种适用于电动滚筒且具有高可靠性的电机。
目前，绝大部分电动滚筒使用的电机是内转子电机，该电机需要采用齿轮减速器把动力传输到滚筒外体上，因此机械结构较为复杂，体积庞大。例如相关授权的发明专利：一种滚筒电机定子结构，专利号： 200910266590.1，发明了一种滚筒电机定子结构，采用条形定子铁芯结构，在其自然展开状态下，增大了定子槽内线圈绕组容积，提高了槽满率，电机工作效率得到很大的提高，电机性能非常好。
另外，在已有的专利申请中也有一些电动滚筒使用的是外转子电机，例如已授权的专利：一种双凸极无刷电动机直接驱动的内装式电动滚筒，专利号：201320170980.0，提出了一种双凸极无刷电动机直接驱动的内装式电动滚筒，该电机结构简单，而且减小了电动滚筒的体积重量，提高了电动滚筒的可靠性，并且使电动滚筒更适合应用于矿山等恶劣环境。
目前传统的三相电励磁双凸极电机一个励磁线圈给三个电枢绕组提供励磁，该电机励磁绕组的端部长度较长，因此励磁损耗较大，占用的体积较大，成本也高。另外传统的多相双凸极电机还存在各相不对称问题（详见本申请作为第一发明人发表的论文《各相对称的五相电励磁双凸极发电机电磁特性分析》. 中国电机工程学报2016. 36 (10)）。本申请作为第一发明人提出了跨一个定子极绕制的电励磁双凸极电机“授权号ZL201510010867X，一种直驱电动滚筒用电机”，但这种电机励磁绕组个数较多，因此轴向占用的漆包线多，空间大且励磁效率低。因此打破常规思维，提出一种一个励磁源能给多个定子极提供励磁，且各相性能对称的双凸极电机。
目前申请人经国内外检索，尚未检索到本发明所涉及的利用电励磁双凸极工作原理，并且在励磁绕组无法正常工作时能够以开关磁阻工作模式正常工作的一种驱动电机设计。本发明能够在不增加驱动电机尺寸、重量、结构复杂程度的同时保证电动滚筒的可靠性。
发明内容
为了发明一种布置方便、性能可靠的一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机，本发明采用如下技术方案：
一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机，包括滚筒外壳、外转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴，外转子铁心固定在滚筒外壳上，其特征在于：
外转子铁心内侧均布有10个凸形的转子极，转子极的极弧长度占转子极极距的一半；
定子铁心均由3个呈扇形的子铁心组成，子铁心均匀的固定在轴上；
每个子铁心上有两个电枢定子极和一个励磁定子极，其中电枢定子极位于扇形的两侧，励磁定子极位于扇形的中间；电枢定子极的极弧机械角为17度；
励磁定子极的极弧机械角为34度；
一个子铁心上电枢定子极与励磁定子极之间的槽口机械角为19度；
电枢定子极上绕有集中式的电枢线圈，同一个子铁心上的两个电枢线圈绕向相反；
每个励磁定子极上绕有励磁绕组，3个励磁绕组的绕向相同；
所述轴由非导磁材料制成。
如上所述一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机，其特征在于：沿圆周方向上的电枢线圈依次为A相、X相、B相、Y相、C相和Z相；所述电枢线圈分别独立的接在单相桥式变换器上。
如上所述一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机，其特征在于：所述励磁绕组不能通电励磁时，仅给电感上升的绕组通正向电流，不给电感下降的绕组通电，所述电动滚筒电机仅输出磁阻转矩依靠开关磁阻模式工作。
本发明的有益效果是：
1电机定子子铁心互相隔离，因此绕在子铁心上的绕组也互相隔离，减小了故障相对其它相造成负面影响，防止故障传播；
2本发明采用电励磁双凸极原理，具有结构简单、靠性高的特点；
3转子上没有励磁绕组，工作可靠；
4总的磁链较短，定子铁心磁阻小，铁耗少；；
5总的磁链较短，硅钢片用量少、电机重量轻；
6绕组皆为集中式绕组，内阻小，效率高；
7即使励磁绕组发生故障，电机仍然能够以开关磁阻电机模式稳定工作，保证了电机可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机横向剖视结构示意图。其中，1、外转子铁心，2、电枢绕组，3、定子铁心，4、励磁绕组，5、轴，6、滚筒外壳。
图2是本发明一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机的电动运行原理图。其中，L表示相绕组与励磁绕组间互感，A、B、C、D、X、Y和Z分别表示A相绕组、B相绕组、C相绕组、X相绕组、Y相绕组、Z相绕组和励磁绕组，ia、ib、ic、ix、iy和iz分别表示A相电流、B相电流、C相电流、X相电流、Y相电流和Z相电流。
图3是本发明一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机的极弧示意图。
图4是本发明一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机的六相H桥。
图5是本发明一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机励磁故障模式原理图。
具体实施方式
本发明提供一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机横向剖视结构示意图，如图所示该电机由滚筒外壳(6)、外转子铁心(1)、定子铁心(3)、励磁绕组(4)、电枢绕组(2)和轴(5)组成。外转子铁心(1)固定在滚筒外壳(6)上，内侧均布有10个凸形的转子极，转子极的极弧长度占转子极极距的一半。定子铁心(3)由3个呈扇形的子铁心组成，子铁心均匀的固定在轴(5)上。每个子铁心上有两个电枢定子极和一个励磁定子极，其中电枢定子极位于扇形的两侧，励磁定子极位于扇形的中间。
电枢定子极上绕有集中式的电枢线圈，同一个子铁心上的两个电枢线圈绕向相反。每个励磁定子极上绕有励磁绕组(4)，3个励磁绕组(4)的绕向相同。
图2是本发明一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机的电动运行原理图。当相绕组自感与励磁绕组(4)间互感增大时，给该相绕组通正向电流；当相绕组自感与励磁绕组(4)间互感减小时，给该相绕组通负向电流；当相绕组与励磁绕组(4)间互感大小保持不变时，给该相绕组不通电。如图中第一阶段所示，此时，A相绕组互感和G相绕组互感处于上升状态，因此给A相绕组和G相绕组通正向电流；C相绕组互感和D相绕组互感处于下降状态，因此给C相绕组和D相绕组通负向电流；B相绕组互感和E相绕组互感处于稳定状态，因此不给B相绕组和E相绕组通电。
图3是本发明一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机的极弧示意图。如图所示，外转子上均布有10个凸形的转子极，转子极的极弧长度为18度。定子铁心由3个子铁心组成，每个子铁心上有两电枢定子极和一个励磁定子极，电枢定子极的极弧机械角为17度，励磁定子极的极弧机械角为34度。一个子铁心上电枢定子极与励磁定子极之间的槽口机械角为19度。
图4是本发明一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机的六相H桥。如图所示，沿圆周方向上的电枢线圈依次为A相、X相、B相、Y相、C相和Z相，每相电枢线圈分别独立的接在单相桥式变换器上。
图5是本发明一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机励磁故障模式原理图。所述励磁绕组不能通电励磁时，所述电动滚筒电机依靠开关磁阻模式工作，即仅给各相电感上升次绕组通以正向电流，给各相电感下降的绕组不通电，各相绕组仅输出磁阻转矩。
下面对本发明提出的一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机进行工作原理的说明。可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
励磁绕组通电后可提供励磁磁链。通过位置传感器检测电机转子位置，将位置信号输送给控制器后，控制器控制功率变换器的相应开关管，给磁链上升的绕组通以正向电流，给磁链下降的绕组通以负向电流，电机即可实现对外输出转矩。
当励磁绕组无法正常通电时，电动滚筒电机工作在开关磁阻模式。随着定转子之间的相对运动,定、转子之间具有可变磁阻回路,磁通遵循磁阻最小原理形成闭合路径。若在定转子极中心线相接近的趋势下，依次给各相通电,电机就会产生正向转矩；若在定转子极中心线相离开的趋势下，依次给各相通电，则电机就会产生制动转矩。以A相绕组为例，当一个转子极刚接触A相电枢定子极时给A相绕组通电,所产生的磁通通过气隙进入转子极，再经过转子轭和定子轭形成闭合磁路。当转子极与A相电枢定子极接近时，在磁阻转矩的作用下，转子将转动并趋向使转子极与A相电枢定子极的中心线重合。当这一过程结束时，适时切换导通相并完成相似的过程，这样电机在磁阻转矩的作用下就连续地朝某个方向旋转。本发明电机仍能够通过开关磁阻模式继续工作。

Claims (3)

1.一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机，包括滚筒外壳、外转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴，外转子铁心固定在滚筒外壳上，其特征在于：
外转子铁心内侧均布有10个凸形的转子极，转子极的极弧长度占转子极极距的一半；
定子铁心由3个呈扇形的子铁心组成，子铁心均匀的固定在轴上；
每个子铁心上有两个电枢定子极和一个励磁定子极，其中电枢定子极位于扇形的两侧，励磁定子极位于扇形的中间；电枢定子极的极弧机械角为17度；
励磁定子极的极弧机械角为34度；
一个子铁心上电枢定子极与励磁定子极之间的槽口机械角为19度；
电枢定子极上绕有集中式的电枢线圈，同一个子铁心上的两个电枢线圈绕向相反；
每个励磁定子极上绕有励磁绕组，3个励磁绕组的绕向相同；
所述轴由非导磁材料制成。
2.如权利要求1所述的一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机，其特征在于：沿圆周方向上的电枢线圈依次为A相、X相、B相、Y相、C相和Z相；所述电枢线圈分别独立的接在单相桥式变换器上。
3.如权利要求1所述的一种励磁故障容错运行的电动滚筒电机，其特征在于：所述励磁绕组不能通电励磁时，仅给电感上升的绕组通正向电流，不给电感下降的绕组通电，所述电动滚筒电机仅输出磁阻转矩依靠开关磁阻模式工作。
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