[发明专利]一种双冗余绕组电机

说明书

[技术领域]：一种驱动电机，它被要求在部分绕组出现故障的情况下能继续保持可靠的运行工况，继续工作。这样的电机特别适用于平行同轴两轮电动车上作为驱动部件使用，它是将直流电通过逆变器变成三相交流电来进行工作的电机。它是一种交流伺服永磁同步电机。

[背景技术]：平行同轴两轮电动车是一种两轮同轴、左右平行布置、并且两轮被独立驱动的载人运输工具。其两侧的每个轮子需要一个独立的电机驱动系统来驱动，其行走机构的驱动是由两个独立的电机驱动系统采用倒立摆原理进行平衡控制来实现的。如果有任何一台电机出现故障，则会动力丢失，导致平衡失败，从而无法实现该运输工具的基本功能。因此，驱动电机的可靠性和稳定性决定了这种车辆的可靠性和安全性。对于平行同轴两轮电动车的安全性，要求采用两套独立驱动系统的冗余控制方法。即采用两套功能完全一致的驱动系统，如电机驱动系统来实现车辆的驱动。正常工作时，只有一套驱动系统(称为工作驱动系统)工作，出现故障时，另外一套驱动系统(称为冗余驱动系统)接替发生故障的驱动系统继续工作。为了保证平行同轴两轮电动车的可靠性和安全性，对电机的容错性、冗余性提出了要求。最简单的冗余控制方法就是车辆左右两侧的每一侧的一个轮子各采用两台独立的驱动电机，整车则需要四台电机，这种方法存在驱动电机安装困难、成本高，体积也大。

这就需要推出一种能依靠有多个独立线圈绕组来保证冗余功能的电机，采用一台电机(而不是两台或两台以上)来满足冗余性要求的，即用一机代替多机的方案，来实现用一台电机就能对一台车辆上其一侧轮子冗余控制的目的。

这样的电机有两组独立的定子线圈绕组，在正常工况下，两组独立的定子线圈绕组都通电工作，车辆驱动力矩就是两个独立定子线圈绕组所产生的合转矩。当这种电机的这两组绕组中的某一组绕组出现故障使动力丧失时，另一组绕组就会被增加电流，加大力矩，使电机维持在依靠单个独立线圈所承担的工况下继续在满足车辆最低转矩的限度内继续工作。这样，在一组绕组出现故障时整台电机就不至于终止工作，还能在带病状态下继续工作。

对比文件US5,919,549有这样的方案，如图1所示。它把定子线圈绕组分为对称的两个独立的绕组34、36，在电机圆柱体横截面的圆里，以两个半圆形相对于某一直径38呈轴对称布置，即每一套冗余绕组各占电机半个圆柱体的体积。每一套独立绕组在属于自己的半圆柱的容积范围里布置有三个不同相位的三相绕组，图1A是该对比技术方案的定子槽展开图。这样的绕组布置，当工作中，两个独立绕组中的某一独立冗余绕组的绕组因绕组间短路、断路等因素出现故障时，处于另一半圆内的另一套独立冗余绕组可以继续工作，使系统的电机仍能在系统所要求的最小力矩范围内维持工作。起到了冗余效果，提高了系统的安全系数。

但是，美国专利US5,919,549它的绕组组成是采用180°度轴对称的方案，两个独立的冗余绕组被布置在分别两个半圆的范围里，工作时如果某一组冗余绕组出现了故障失去动力时，另一冗余绕组在工作时会对转子的转轴产生横向侧压力，增加工作时的摩擦，导致轴和轴承磨损加剧，从而寿命减少。

本发明的目的是对于美国专利US5,919,549的技术方案进行改进，克服其存在的工作中如果有一组绕组损坏时使电机转轴发生侧向受力的问题的这个缺点。这种不均匀受力会使电机变得噪音过大、磨损加剧寿命缩短。

本发明还有一个目的是，要推出一种新型的具有冗余安全功能的平行同轴两轮电动车的驱动电动机，它结构简单，两组独立冗余绕组的布局明显比对比方案(美国专利US5,919,549)要来得合理，在出现某组绕组损坏动力消失时另一组绕组来继续承担工作时不会产生转轴的横向侧压力。同时因为它的绕线采用集中绕法，它可以采用效率高、成本低的内绕式绕线机(针绕法)来生产，所以，制造成本低。

本发明的方案是，一种双冗余绕组电机它包含有一对运动件，其一是定子，其二就是转子，定子包含有沿圆周均匀排列的极靴，极靴位于所说定子的内周边上，所说的极靴在定子圆周上与定子槽相间布置，转子位于定子的中心，定子为转子提供可以自由转动的空间，在定子上至少包含有两套冗余绕组，它们是第一冗余绕组和第二冗余绕组。这两套冗余绕组是完全独立的绕组，分别被独立的控制电路给电，以产生驱动转子的旋转磁场。

a.所说的第一套和第二套冗余绕组呈同心错位交错间隔地被布置在定子槽中。

b.所说的第一套和第二套冗余绕组，其每一套都是由三个不同相的相绕组构成，它们以120°度的圆心角同心均匀地被布置在定子的绕组槽中。