[发明专利]极端环境用无电磁耦合高可靠性永磁交流伺服电机的绕组

说明书

技术领域

本发明涉及一种极端环境用无电磁耦合的高可靠性永磁交流伺服电机的绕组，属于伺服电机绕组技术领域。

背景技术

在很多极端环境场合中，比如深地、深海或者深空中，永磁交流伺服电机用来实现尖端设备中的精密速度控制或者位置控制。在这些场合，驱动电机的失效会带来整个设备的失效，带来的损失是巨大的，因此需要驱动电机具有很高的可靠性。解决这个问题的最根本方法是进行硬件备份。由于永磁交流伺服电机转子结构相对比较简单，可靠性很高，因此硬件备份主要针对电机定子，一般多采用双定子或者双绕组技术来实现备份功能。电机采用双定子结构的缺点是体积大利用率低，采用双绕组的缺点是要么两个绕组之间存在相位差，工作单元和备份单元不能完全替换，需要控制策略上做调整；要么他们之间存在着一定的电气耦合和磁路耦合，比如绕组端部重叠等，一个绕组出现故障时对另外一个绕组的运行也可能产生影响。

根据上述这些问题，现有的永磁交流伺服电机的设计都很难满足高可靠性要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的永磁交流伺服电机都很难满足高可靠性要求的问题，进而提供一种极端环境用无电磁耦合的高可靠性永磁交流伺服电机的绕组设计。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种极端环境用无电磁耦合的高可靠性永磁交流伺服电机的绕组设计，所述电机绕组包括第一单元和第二单元，所述第一单元和第二单元对称设置，所述第一单元和第二单元各自独立。

电机定子铁芯为二十四个齿，在空间上，第一至第六齿、第十三至第十八齿为第一单元，第七至第十二齿、第十九至第二十四齿为第二单元，每个单元也是对称结构。

本发明具有以下优点：本发明通过高可靠性的双绕组设计，提高了永磁交流伺服电机可靠运行的冗余。两个绕组和驱动电路匹配构成两个独立单元，可以同时工作，也可以互为硬件备份。当一个单元中的绕组或者驱动电路发生故障进行切除时，不会对另外一个单元的正常运行产生任何影响，两个绕组互相之间完全独立，无电气耦合和磁路耦合，其高可靠性可以满足极端环境下的一些尖端设备的使用要求。适用于对电机可靠性要求很高的极端环境领域，如深空探测等高技术领域。

附图说明

图1是本发明电机定子绕组的结构示意图；

图2是单元中的绕组分布示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。 

如图1和图2所示，本实施例所涉及的一种极端环境用无电磁耦合的高可靠性永磁交流伺服电机的绕组设计，所述电机绕组包括第一单元U1和第二单元U2，所述第一单元U1和第二单元U2对称设置，且各自独立。

电机定子铁芯为二十四个齿，采用Y=1的集中绕组，在空间上，第一至第六齿、第十三至第十八齿为第一单元U1，第七至第十二齿、第十九至第二十四齿为第二单元U2，每个单元也是对称结构。

1、本发明的关键技术一，是电机定子采用双绕组结构，且两个绕组完全对称。设计时使得它们的电势系数、电阻、电感、相位等参数完全相同。既可以同时工作，又可以互为备份。

2、本发明的关键技术二，是两个绕组之间完全独立，无任何电气耦合，包括端部重叠等。

3、本发明的关键技术三，是两个绕组在圆周方向的分布在空间上是完全错开的，它们之间的磁路耦合极小因而可以忽略，不存在互感的影响。

4、本发明的基本原理具体说明如下：

（1）电机定子绕组的示意图如图1所示。通过选择适当的极槽配合，将整个电机绕组设计成对称的两个单元，分别记为U1和U2。同时，每个单元在圆周上也是对称分布的。这样的好处，是可以在任何一个单元单独工作时电机转子的受力是均匀对称的，这样可以有效减少磁拉力带来的电机振动和噪音。

（2）在每个单元中，采用节距Y=1的集中绕组，在每个齿上绕制线圈，这样同一个单元的不同相之间，以及不同单元之间没有端部耦合，也没有其他的电气耦合。

（3）为了采用节距Y=1的集中绕组，需要磁极数和槽数保持一定的配合关系。在此关系下，极距和齿距很接近，不同的齿之间几乎没有磁路耦合。

（4）本发明中，电机本体要与驱动电路配套使用。正常工作时，电气上完全隔离的两套驱动电路与完全独立的两个绕组分别连接，构成两个独立驱动单元，同时工作，且互为备份。当一个单元出现故障切除时，另外一个单元继续工作，不受任何影响。