專利名稱：一種電氣多余度無刷直流電機(jī)故障保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電氣多余度無刷直流電機(jī)故障保護(hù)裝置，可作為高可靠性、 高容錯(cuò)性系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的故障保護(hù)，屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多余度無刷直流電機(jī)是航空航天、武器系統(tǒng)以及民用高可靠性系統(tǒng)中不可或缺的一種電機(jī)，其中，雙余度/多余度控制以及相關(guān)容錯(cuò)技術(shù)已成功應(yīng)用在發(fā)達(dá)國(guó)家載人航天、 無人機(jī)、火控雷達(dá)等尖端技術(shù)領(lǐng)域的作動(dòng)系統(tǒng)中，大大提高了相關(guān)系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)性。目前多余度無刷直流電機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種電氣多余度和機(jī)械綜合式多余度，電氣多余度即在一個(gè)電機(jī)定子內(nèi)嵌放兩套或者兩套以上繞組，而機(jī)械綜合式多余度即多臺(tái)電機(jī)通過齒輪副綜合為一體。機(jī)械綜合式多余度電機(jī)的齒輪副不可避免地存在間隙， 從而導(dǎo)致控制滯環(huán)、死區(qū)、低頻振蕩問題，所以在高精度、高可靠性場(chǎng)合的應(yīng)用受到限制。再者，機(jī)械綜合式多余度電動(dòng)機(jī)存在“力紛爭(zhēng)”問題，即多臺(tái)電動(dòng)機(jī)瞬間力矩方向不一致性導(dǎo)致的振蕩問題。另外，機(jī)械綜合式多余度電動(dòng)機(jī)存在功率密度低的問題，很難滿足航空、航天等對(duì)產(chǎn)品功率密度要求高的應(yīng)用領(lǐng)域。然而，電氣多余度無刷直流電機(jī)的多個(gè)余度間存在強(qiáng)烈的電磁場(chǎng)耦合，所以一旦某個(gè)余度發(fā)生繞組故障，特別是短路故障，其他余度的繞組內(nèi)也將產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而導(dǎo)致繞組絕緣擊穿；另外，短路繞組過高的電流產(chǎn)生的熱量同樣影響正常余度的運(yùn)行，甚至燒毀完好繞組的絕緣。因此電氣多余度電機(jī)對(duì)繞組故障的容錯(cuò)能力比較有限。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型主要針對(duì)電氣多余度無刷直流電機(jī)繞組故障時(shí)存在的問題，克服其不足之處，為高可靠性、高精度伺服控制用高功率密度電氣多余度無刷直流電機(jī)提供一種高可靠性的繞組故障保護(hù)裝置。本實(shí)用新型涉及一種電氣多余度無刷直流電機(jī)故障保護(hù)裝置，包括電氣多余度無刷直流電機(jī)、逆變器、電流檢測(cè)電路、控制單元以及故障保護(hù)執(zhí)行單元。其中電氣多余度無刷直流電機(jī)即在一個(gè)電機(jī)定子槽內(nèi)嵌放兩套或者多套繞組，形成電氣多余度；不同電氣余度之間互相獨(dú)立，分別通過繼電器構(gòu)成星形連接繞組，并由對(duì)應(yīng)的逆變器獨(dú)立供電；電流檢測(cè)電路用于監(jiān)測(cè)每個(gè)電氣余度相電流，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)送至控制單元；故障保護(hù)執(zhí)行單元由繼電器及其驅(qū)動(dòng)電路組成，該單元接收控制單元發(fā)出的指令，并根據(jù)控制單元的指令控制相應(yīng)電氣余度的繞組連接。電機(jī)一個(gè)余度繞組發(fā)生短路故障時(shí)控制單元依據(jù)電流檢測(cè)電路提供的信號(hào)、對(duì)故障保護(hù)執(zhí)行單元發(fā)出指令斷開故障余度繞組連接。本實(shí)用新型可以有效降低故障余度對(duì)正常余度的影響。

圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)框圖；[0008]圖2為本實(shí)用新型第一個(gè)余度與故障保護(hù)執(zhí)行單元的連接原理圖圖3為本實(shí)用新型第二個(gè)余度與故障保護(hù)執(zhí)行單元的連接原理圖圖中具體標(biāo)號(hào)如下1.電氣雙余度無刷直流電機(jī)2.故障保護(hù)執(zhí)行單元3.控制單元4.電流檢測(cè)電路5.6.逆變器7.雙余度無刷直流電機(jī)第一個(gè)余度(余度1)8.雙余度無刷直流電機(jī)第二個(gè)余度(余度2)9.余度1故障保護(hù)執(zhí)行單元10.余度2故障保護(hù)執(zhí)行單元11. 12.繼電器驅(qū)動(dòng)電路13. 14.繼電器15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.繼電器觸點(diǎn)A1、B1、C1—余度1的引出端A2、B2、C2—余度2的引出端XI、Yl、Z1—余度1的Y型連接端X2、Y2、12—余度2的Y型連接端VCC.驅(qū)動(dòng)電路電源GND.電源地Ql. Q2.開關(guān)管Q1_B-開關(guān)管Ql基極Q1_C.開關(guān)管Ql集電極Q1_E.開關(guān)管Ql射極Q2_B·開關(guān)管Q2基極Q2_C.開關(guān)管Q2集電極Q2_E.開關(guān)管Q2射極 Jl_in. J2_in.繼電器輸入端
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型電氣多余度無刷直流電機(jī)故障保護(hù)裝置與雙余度無刷直流電機(jī)保護(hù)裝置相同，現(xiàn)以電氣雙余度無刷直流電機(jī)為例做詳細(xì)描述，多于兩個(gè)余度的無刷直流電機(jī)保護(hù)裝置與之相同，不再贅述。其較佳實(shí)施方式包括一電氣雙余度無刷直流電機(jī)1、一故障保護(hù)執(zhí)行單元2、一控制單元3、一電流檢測(cè)電路4、逆變器5，6。其中，所述電氣雙余度無刷直流電機(jī)1包括第一個(gè)電氣余度7以及第二個(gè)電氣余度8。其中，第一個(gè)電氣余度7的A1、B1、C1以及第二個(gè)電氣余度8的A2、B2、C2分別作為電氣余度7以及電氣余度8的出線端，進(jìn)而與逆變器三相輸出相連接；第一個(gè)電氣余度7的XI、YU Zl按圖2所示分別與繼電器13的觸點(diǎn)15、16、17、18相連接，第二個(gè)電氣余度8的X2、Y2、Z2按圖3所示分別與繼電器14的觸點(diǎn)19、20、21、 22相連接。本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式中，所述故障保護(hù)執(zhí)行單元還包括繼電器13，14以及相應(yīng)繼電器驅(qū)動(dòng)電路11，12。所述繼電器13，14分別包括四個(gè)觸點(diǎn)以及一個(gè)線圈，其中Jl_ in為繼電器13的線圈輸入端、J2_in為繼電器14的線圈輸入端。所述繼電器驅(qū)動(dòng)電路11 (12)分別包括一個(gè)電阻Rl (R2)、一個(gè)開關(guān)管Ql (Q2)。其中，開關(guān)管Ql 0^2)的集電極Q1_(^Q2_C)按圖2(圖3)所示與繼電器13(14)的線圈輸入端 Jl_in(J2_in)相連接；開關(guān)管Ql與Q2的基極Q1_B、Q2_B分別與控制單元3的I/O 口相連接；開關(guān)管Ql與Q2的射極Q1_E、Q2_E則分別接地GND。所述雙余度無刷直流電機(jī)1正常運(yùn)行時(shí)，控制單元3不發(fā)出故障保護(hù)指令，開關(guān)管 Ql和Q2基極Q1_B、Q2_B均為低電平，集電極Q1_C、Q2_C均為高電平，繼電器13、14觸點(diǎn)均處于閉合狀態(tài)。所述雙余度無刷直流電機(jī)1第一個(gè)余度7發(fā)生繞組故障，特別是短路故障時(shí)，控制單元3根據(jù)電流檢測(cè)電路4監(jiān)測(cè)到的相電流數(shù)據(jù)、發(fā)出故障保護(hù)指令，使開關(guān)管Ql 的基極Q1_B變?yōu)楦唠娖?，進(jìn)而開關(guān)管Ql集電極Q1_C變?yōu)榈碗娖?，繼電器13的觸點(diǎn)15、16、 17、18斷開，電氣余度7的三相星形繞組斷開，阻止了繞組故障的進(jìn)一步惡化，避免了故障電氣余度7由于強(qiáng)耦合對(duì)正常電氣余度8的影響。
權(quán)利要求1. 一種電氣多余度無刷直流電機(jī)故障保護(hù)裝置，其特征在于該方案包括電氣多余度無刷直流電機(jī)、逆變器、電流檢測(cè)電路、控制單元以及故障保護(hù)執(zhí)行單元；其中電氣多余度無刷直流電機(jī)即在一個(gè)電機(jī)定子槽內(nèi)嵌放兩套以上的繞組，形成電氣多余度；不同電氣余度之間互相獨(dú)立，分別通過繼電器構(gòu)成星形連接繞組，并由對(duì)應(yīng)的逆變器獨(dú)立供電；電流檢測(cè)電路用于監(jiān)測(cè)每個(gè)電氣余度相電流，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)送至控制單元； 故障保護(hù)執(zhí)行單元由繼電器及其驅(qū)動(dòng)電路組成，該單元接收控制單元發(fā)出的指令，并根據(jù)控制單元的指令控制相應(yīng)電氣余度的繞組連接；電機(jī)一個(gè)余度繞組發(fā)生短路故障時(shí)控制單元依據(jù)電流檢測(cè)電路提供的信號(hào)、對(duì)故障保護(hù)執(zhí)行單元發(fā)出指令斷開故障余度繞組連接。
專利摘要一種電氣多余度無刷直流電機(jī)故障保護(hù)裝置屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括電氣多余度無刷直流電機(jī)、逆變器、電流檢測(cè)電路、控制單元以及故障保護(hù)執(zhí)行單元。其中電氣多余度無刷直流電機(jī)即在一個(gè)電機(jī)定子槽內(nèi)嵌放兩套或者多套繞組，形成電氣多余度；不同電氣余度之間互相獨(dú)立，分別通過繼電器構(gòu)成星形連接繞組；故障保護(hù)執(zhí)行單元由繼電器及其驅(qū)動(dòng)電路組成；電流檢測(cè)電路用于監(jiān)測(cè)每個(gè)電氣余度的相電流。電機(jī)一個(gè)余度繞組發(fā)生短路故障時(shí)控制單元依據(jù)電流檢測(cè)電路提供的信號(hào)、對(duì)故障保護(hù)執(zhí)行單元發(fā)出指令斷開故障余度的繞組連接，可以有效降低故障余度對(duì)正常余度的影響。
文檔編號(hào)H02H7/08GK202172258SQ20112029343
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者仝江濤, 張一鳴, 張明, 陳東升 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)