一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機的制作方法

本發明涉及一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機，屬于特種電機領域。

背景技術：

電動滾筒是把電動機聯合減速器協同裝于滾筒體內部的一種驅動裝置，其具有結構緊湊、占據空間小、傳動效率高、密封性好，適合在潮濕、多粉塵、易發生爆炸等惡劣環境下工作等特點，因此作為帶式輸送機或輥子輸送機的驅動裝置被廣泛應用在冶金、采礦、煤炭、糧食、化工、航空交通等行業，在國民經濟中作用可見一般。

然而，電動滾筒在使用時出現的各種問題會直接威脅到人和設備的安全,保證電動滾筒的可靠使用已經成為重要的研究課題。電動滾筒電機作為電動滾筒的關鍵部件，其可靠性直接決定了電動滾筒的安全使用。因此，有必要研究一種適用于電動滾筒且具有高可靠性的電機。

目前，絕大部分電動滾筒使用的電機是內轉子電機，該電機需要采用齒輪減速器把動力傳輸到滾筒外體上，因此機械結構較為復雜，體積龐大。例如相關授權的發明專利：一種滾筒電機定子結構，專利號： 200910266590.1，發明了一種滾筒電機定子結構，采用條形定子鐵芯結構，在其自然展開狀態下，增大了定子槽內線圈繞組容積，提高了槽滿率，電機工作效率得到很大的提高，電機性能非常好。

另外，在已有的專利申請中也有一些電動滾筒使用的是外轉子電機，例如已授權的專利：一種雙凸極無刷電動機直接驅動的內裝式電動滾筒，專利號：201320170980.0，提出了一種雙凸極無刷電動機直接驅動的內裝式電動滾筒，該電機結構簡單，而且減小了電動滾筒的體積重量，提高了電動滾筒的可靠性，并且使電動滾筒更適合應用于礦山等惡劣環境。

目前傳統的三相電勵磁雙凸極電機一個勵磁線圈給三個電樞繞組提供勵磁，該電機勵磁繞組的端部長度較長，因此勵磁損耗較大，占用的體積較大，成本也高。另外傳統的多相雙凸極電機還存在各相不對稱問題（詳見本申請作為第一發明人發表的論文《各相對稱的五相電勵磁雙凸極發電機電磁特性分析》. 中國電機工程學報2016. 36 (10)）。本申請作為第一發明人提出了跨一個定子極繞制的電勵磁雙凸極電機“授權號ZL201510010867X，一種直驅電動滾筒用電機”，但這種電機勵磁繞組個數較多，因此軸向占用的漆包線多，空間大且勵磁效率低。因此打破常規思維，提出一種一個勵磁源能給多個定子極提供勵磁，且各相性能對稱的雙凸極電機。

目前申請人經國內外檢索，尚未檢索到本發明所涉及的利用電勵磁雙凸極工作原理，并且在勵磁繞組無法正常工作時能夠以開關磁阻工作模式正常工作的一種驅動電機設計。本發明能夠在不增加驅動電機尺寸、重量、結構復雜程度的同時保證電動滾筒的可靠性。

技術實現要素：

為了發明一種布置方便、性能可靠的一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機，本發明采用如下技術方案：

一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機，包括滾筒外殼、外轉子鐵心、定子鐵心、勵磁繞組、電樞繞組和軸，外轉子鐵心固定在滾筒外殼上，其特征在于：

外轉子鐵心內側均布有10個凸形的轉子極，轉子極的極弧長度占轉子極極距的一半；

定子鐵心均由3個呈扇形的子鐵心組成，子鐵心均勻的固定在軸上；

每個子鐵心上有兩個電樞定子極和一個勵磁定子極，其中電樞定子極位于扇形的兩側，勵磁定子極位于扇形的中間；電樞定子極的極弧機械角為17度；

勵磁定子極的極弧機械角為34度；

一個子鐵心上電樞定子極與勵磁定子極之間的槽口機械角為19度；

電樞定子極上繞有集中式的電樞線圈，同一個子鐵心上的兩個電樞線圈繞向相反；

每個勵磁定子極上繞有勵磁繞組，3個勵磁繞組的繞向相同；

所述軸由非導磁材料制成。

如上所述一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機，其特征在于：沿圓周方向上的電樞線圈依次為A相、X相、B相、Y相、C相和Z相；所述電樞線圈分別獨立的接在單相橋式變換器上。

如上所述一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機，其特征在于：所述勵磁繞組不能通電勵磁時，僅給電感上升的繞組通正向電流，不給電感下降的繞組通電，所述電動滾筒電機僅輸出磁阻轉矩依靠開關磁阻模式工作。

本發明的有益效果是：

1電機定子子鐵心互相隔離，因此繞在子鐵心上的繞組也互相隔離，減小了故障相對其它相造成負面影響，防止故障傳播；

2本發明采用電勵磁雙凸極原理，具有結構簡單、靠性高的特點；

3轉子上沒有勵磁繞組，工作可靠；

4總的磁鏈較短，定子鐵心磁阻小，鐵耗少；；

5總的磁鏈較短，硅鋼片用量少、電機重量輕；

6繞組皆為集中式繞組，內阻小，效率高；

7即使勵磁繞組發生故障，電機仍然能夠以開關磁阻電機模式穩定工作，保證了電機可靠性。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明：

圖1是本發明一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機橫向剖視結構示意圖。其中，1、外轉子鐵心，2、電樞繞組，3、定子鐵心，4、勵磁繞組，5、軸，6、滾筒外殼。

圖2是本發明一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機的電動運行原理圖。其中，L表示相繞組與勵磁繞組間互感，A、B、C、D、X、Y和Z分別表示A相繞組、B相繞組、C相繞組、X相繞組、Y相繞組、Z相繞組和勵磁繞組，i_a、i_b、i_c、i_x、i_y和i_z分別表示A相電流、B相電流、C相電流、X相電流、Y相電流和Z相電流。

圖3是本發明一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機的極弧示意圖。

圖4是本發明一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機的六相H橋。

圖5是本發明一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機勵磁故障模式原理圖。

具體實施方式

本發明提供一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機，為使本發明的技術方案及效果更加清楚、明確，以及參照附圖并舉實例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

圖1是本發明一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機橫向剖視結構示意圖，如圖所示該電機由滾筒外殼(6)、外轉子鐵心(1)、定子鐵心(3)、勵磁繞組(4)、電樞繞組(2)和軸(5)組成。外轉子鐵心(1)固定在滾筒外殼(6)上，內側均布有10個凸形的轉子極，轉子極的極弧長度占轉子極極距的一半。定子鐵心(3)由3個呈扇形的子鐵心組成，子鐵心均勻的固定在軸(5)上。每個子鐵心上有兩個電樞定子極和一個勵磁定子極，其中電樞定子極位于扇形的兩側，勵磁定子極位于扇形的中間。

電樞定子極上繞有集中式的電樞線圈，同一個子鐵心上的兩個電樞線圈繞向相反。每個勵磁定子極上繞有勵磁繞組(4)，3個勵磁繞組(4)的繞向相同。

圖2是本發明一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機的電動運行原理圖。當相繞組自感與勵磁繞組(4)間互感增大時，給該相繞組通正向電流；當相繞組自感與勵磁繞組(4)間互感減小時，給該相繞組通負向電流；當相繞組與勵磁繞組(4)間互感大小保持不變時，給該相繞組不通電。如圖中第一階段所示，此時，A相繞組互感和G相繞組互感處于上升狀態，因此給A相繞組和G相繞組通正向電流；C相繞組互感和D相繞組互感處于下降狀態，因此給C相繞組和D相繞組通負向電流；B相繞組互感和E相繞組互感處于穩定狀態，因此不給B相繞組和E相繞組通電。

圖3是本發明一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機的極弧示意圖。如圖所示，外轉子上均布有10個凸形的轉子極，轉子極的極弧長度為18度。定子鐵心由3個子鐵心組成，每個子鐵心上有兩電樞定子極和一個勵磁定子極，電樞定子極的極弧機械角為17度，勵磁定子極的極弧機械角為34度。一個子鐵心上電樞定子極與勵磁定子極之間的槽口機械角為19度。

圖4是本發明一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機的六相H橋。如圖所示，沿圓周方向上的電樞線圈依次為A相、X相、B相、Y相、C相和Z相，每相電樞線圈分別獨立的接在單相橋式變換器上。

圖5是本發明一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機勵磁故障模式原理圖。所述勵磁繞組不能通電勵磁時，所述電動滾筒電機依靠開關磁阻模式工作，即僅給各相電感上升次繞組通以正向電流，給各相電感下降的繞組不通電，各相繞組僅輸出磁阻轉矩。

下面對本發明提出的一種勵磁故障容錯運行的電動滾筒電機進行工作原理的說明。可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。

勵磁繞組通電后可提供勵磁磁鏈。通過位置傳感器檢測電機轉子位置，將位置信號輸送給控制器后，控制器控制功率變換器的相應開關管，給磁鏈上升的繞組通以正向電流，給磁鏈下降的繞組通以負向電流，電機即可實現對外輸出轉矩。

當勵磁繞組無法正常通電時，電動滾筒電機工作在開關磁阻模式。隨著定轉子之間的相對運動,定、轉子之間具有可變磁阻回路,磁通遵循磁阻最小原理形成閉合路徑。若在定轉子極中心線相接近的趨勢下，依次給各相通電,電機就會產生正向轉矩；若在定轉子極中心線相離開的趨勢下，依次給各相通電，則電機就會產生制動轉矩。以A相繞組為例，當一個轉子極剛接觸A相電樞定子極時給A相繞組通電,所產生的磁通通過氣隙進入轉子極，再經過轉子軛和定子軛形成閉合磁路。當轉子極與A相電樞定子極接近時，在磁阻轉矩的作用下，轉子將轉動并趨向使轉子極與A相電樞定子極的中心線重合。當這一過程結束時，適時切換導通相并完成相似的過程，這樣電機在磁阻轉矩的作用下就連續地朝某個方向旋轉。本發明電機仍能夠通過開關磁阻模式繼續工作。