[發(fā)明專利]用于精密儀器與設(shè)備的雙余度六相力矩電機(jī)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410380722.4
• 申請(qǐng)日: 2014-08-04
• 公開（公告）號(hào): CN104184285A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任長(zhǎng)志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)南京天文光學(xué)技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H02K16/04
• 分類號(hào): H02K16/04;H02K1/20;H02K1/27;H02K1/16;H02P21/00;H02P25/24
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務(wù)所 32230
• 代理人: 栗仲平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多相冗余電動(dòng)機(jī)，具體涉及一種用于大型超精密儀器與設(shè)備伺服系統(tǒng)的雙余度六相力矩電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明還涉及這種雙余度六相力矩電動(dòng)機(jī)的控制方法。?

本發(fā)明為來源于中國(guó)科學(xué)院天文項(xiàng)目（C-113)、國(guó)家基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：11273039）、江蘇省產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：BY2011167）。?

背景技術(shù)

與傳統(tǒng)三相電機(jī)相比，六相電機(jī)具有低電壓輸出大功率、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于天文觀測(cè)儀器、大型數(shù)控銑床、船艦推進(jìn)器等領(lǐng)域。直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)在低速大扭矩的應(yīng)用場(chǎng)合可以省去減速裝置，使得設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，免維護(hù)，加速性能優(yōu)異，無振蕩等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種精密裝備中。大型天文望遠(yuǎn)鏡的跟蹤系統(tǒng)對(duì)直接驅(qū)動(dòng)力矩電機(jī)轉(zhuǎn)矩的要求高達(dá)1000000Nm?以上，且轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小于1%，同時(shí)要求具有超低的跟蹤速度和較高的指向速度，調(diào)速范圍大，跟蹤精度極高。減少電機(jī)力矩脈動(dòng)的主要方式有增加力矩電機(jī)的極對(duì)數(shù)或者增加電機(jī)的相數(shù)來消除低頻諧波力矩波動(dòng)的影響。多相直接驅(qū)動(dòng)力矩電機(jī)因其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、可靠性高、可以很好地滿足大功率電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，在超精密軍事儀器、機(jī)床、大型天文望遠(yuǎn)鏡等對(duì)可靠性要求極高以及大功率的應(yīng)用場(chǎng)合有著廣泛的應(yīng)用前景。目前的多相電機(jī)主要針對(duì)高速的伺服電機(jī)，但對(duì)于低速直接驅(qū)動(dòng)多余度多相電機(jī)未見相關(guān)報(bào)道。?

對(duì)于大容量的力矩電機(jī)來講，因?yàn)槌叽缣蠛茈y用整體定子結(jié)構(gòu)，為了節(jié)約成本，可以采用拼裝式定子結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外也有相關(guān)小型電機(jī)的電機(jī)定子拼裝設(shè)計(jì)及制造工藝，大都采用矽鋼片沖壓后，根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)要求，在矽鋼片定子磁極上有鉚釘孔，將多片矽鋼片通過鉚釘與孔配合來鉚接矽鋼片，或者將整片定子沖片簡(jiǎn)單分成等分的幾組沖片，然后將幾組沖片用激光焊接的方式連接成環(huán)形的定子，上述設(shè)計(jì)方法和工藝對(duì)于高速運(yùn)行的電機(jī)來講，發(fā)熱問題并不明顯；但是對(duì)于運(yùn)行于超低速的直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)來講，產(chǎn)生的熱量會(huì)讓電機(jī)定子迅速升溫，甚至無法工作。?

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)將提供一種用于精密儀器與設(shè)備的雙余度六相力矩電機(jī)及其控制方法，其中的雙余度六相力矩電機(jī)，特別是一種9槽8極的系列化多相冗余力矩電機(jī)。該系列電機(jī)采用六相雙Y型的電機(jī)設(shè)計(jì)，力矩波動(dòng)小，調(diào)速范圍廣，低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無爬行現(xiàn)象，采用冗余技術(shù)，系統(tǒng)可靠性高。可以實(shí)現(xiàn)大型超精密儀器數(shù)控機(jī)床、天文望遠(yuǎn)鏡、大型轉(zhuǎn)臺(tái)與設(shè)備伺服系統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有技術(shù)缺少低速直接驅(qū)動(dòng)多余度多相電機(jī)的不足，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述難題，本發(fā)明給出一種解決方案。同時(shí)，本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有技術(shù)尚未解決的、超低速運(yùn)行的直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的熱量會(huì)讓電機(jī)定子迅速升溫，甚至無法工作的技術(shù)難題。本發(fā)明提供了一種能克服上述工藝缺陷，所需工藝簡(jiǎn)單，易于加工制造的拼裝設(shè)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)及工藝。本發(fā)明還涉及這種雙余度六相力矩電動(dòng)機(jī)的控制方法。?

完成上述發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是：一種用于精密儀器與設(shè)備的雙余度六相力矩電機(jī)，該電機(jī)為交流永磁同步伺服電機(jī)，由定子與轉(zhuǎn)子裝配而成，其特征在于：采用六相雙Y型的六相電機(jī)設(shè)計(jì)，定子與轉(zhuǎn)子采用雙定子與單轉(zhuǎn)子無框式結(jié)構(gòu)；電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體采用單元式結(jié)構(gòu)；雙定子采用拼接式結(jié)構(gòu)，并采用兩套獨(dú)立的定子繞組；該兩套獨(dú)立的定子繞組共用一套轉(zhuǎn)子；該兩個(gè)獨(dú)立的定子繞組由控制系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)定子繞組的單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)，或兩個(gè)定子繞組的并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)。?

本發(fā)明的上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，有以下優(yōu)化方案：?

1、該電機(jī)定子外殼上設(shè)有冷卻槽、兩側(cè)設(shè)有密封槽，并設(shè)有冷卻系統(tǒng)（也稱為冷卻機(jī)構(gòu)）。通過冷卻系統(tǒng)可以降低電機(jī)的運(yùn)行溫度，提高電機(jī)的輸出功率。

2、電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體的單元式結(jié)構(gòu)采用減小齒槽效應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用轉(zhuǎn)子斜極、定子矽鋼片增加槽口的方式來抑制齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。?

3.?采用拼接式設(shè)計(jì)，每個(gè)獨(dú)立繞組都由六個(gè)定子繞組單元通過定位凸臺(tái)和凹槽定位裝配為一個(gè)完整的定子。?

????更具體地說，本發(fā)明所述的雙余度六相力矩電機(jī)主要由2個(gè)獨(dú)立的六相定子繞組A31、B32，?1個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)子9，環(huán)氧樹脂4，冷卻機(jī)構(gòu)（密封橡膠圈A51、B52，冷卻接頭A61、B62，冷卻外殼7），定子外殼8，引出的電機(jī)電纜A11、B12以及過熱檢測(cè)線纜A21、B22組成。雙余度六相力矩電機(jī)采用9槽/8極結(jié)構(gòu)，本申請(qǐng)中以90槽/80極的結(jié)構(gòu)作為說明，但其受保護(hù)的權(quán)利不僅限于此，任何以9槽/8極結(jié)構(gòu)組成的力矩電機(jī)都在本專利設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。為滿足大功率、高可靠性、高容錯(cuò)性、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小的運(yùn)行要求，采用六相雙Y型設(shè)計(jì)。?