专利名称：一种电气多余度无刷直流电机故障保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电气多余度无刷直流电机故障保护装置，可作为高可靠性、高容错性系统驱动电机的故障保护，属于电机技术领域。
背景技术：
多余度无刷直流电机是航空航天、武器系统以及民用高可靠性系统中不可或缺的一种电机，其中，双余度/多余度控制以及相关容错技术已成功应用在发达国家载人航天、 无人机、火控雷达等尖端技术领域的作动系统中，大大提高了相关系统的可靠性和容错性。目前多余度无刷直流电机的实现方式主要有两种电气多余度和机械综合式多余度，电气多余度即在一个电机定子内嵌放两套或者两套以上绕组，而机械综合式多余度即多台电机通过齿轮副综合为一体。机械综合式多余度电机的齿轮副不可避免地存在间隙， 从而导致控制滞环、死区、低频振荡问题，所以在高精度、高可靠性场合的应用受到限制。再者，机械综合式多余度电动机存在“力纷争”问题，即多台电动机瞬间力矩方向不一致性导致的振荡问题。另外，机械综合式多余度电动机存在功率密度低的问题，很难满足航空、航天等对产品功率密度要求高的应用领域。然而，电气多余度无刷直流电机的多个余度间存在强烈的电磁场耦合，所以一旦某个余度发生绕组故障，特别是短路故障，其他余度的绕组内也将产生很高的感应电动势，从而导致绕组绝缘击穿；另外，短路绕组过高的电流产生的热量同样影响正常余度的运行，甚至烧毁完好绕组的绝缘。因此电气多余度电机对绕组故障的容错能力比较有限。
发明内容
本发明主要针对电气多余度无刷直流电机绕组故障时存在的问题，克服其不足之处，为高可靠性、高精度伺服控制用高功率密度电气多余度无刷直流电机提供一种高可靠性的绕组故障保护装置。本发明涉及一种电气多余度无刷直流电机故障保护装置，包括电气多余度无刷直流电机、逆变器、电流检测电路、控制单元以及故障保护执行单元。其中电气多余度无刷直流电机即在一个电机定子槽内嵌放两套或者多套绕组，形成电气多余度；不同电气余度之间互相独立，分别通过继电器构成星形连接绕组，并由对应的逆变器独立供电；电流检测电路用于监测每个电气余度相电流，并将监测结果发送至控制单元；故障保护执行单元由继电器及其驱动电路组成，该单元接收控制单元发出的指令，并根据控制单元的指令控制相应电气余度的绕组连接。电机一个余度绕组发生短路故障时控制单元依据电流检测电路提供的信号、对故障保护执行单元发出指令断开故障余度绕组连接。本发明可以有效降低故障余度对正常余度的影响。
图1为本发明整体结构框图2为本发明第一个余度与故障保护执行单元的连接原理3为本发明第二个余度与故障保护执行单元的连接原理中具体标号如下1.电气双余度无刷直流电机2.故障保护执行单元3.控制单元4.电流检测电路5.6.逆变器7.双余度无刷直流电机第一个余度(余度1)8.双余度无刷直流电机第二个余度(余度2)9.余度1故障保护执行单元10.余度2故障保护执行单元11. 12.继电器驱动电路13. 14.继电器15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.继电器触点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型连接端X2、Y2、12—余度2的Y型连接端VCC.驱动电路电源GND.电源地Ql. Q2.开关管Q1_B-开关管Ql基极Q1_C.开关管Ql集电极Q1_E.开关管Ql射极Q2_B·开关管Q2基极Q2_C.开关管Q2集电极Q2_E.开关管Q2射极 Jl_in. J2_in.继电器输入端
具体实施例方式本发明电气多余度无刷直流电机故障保护装置与双余度无刷直流电机保护装置相同，现以电气双余度无刷直流电机为例做详细描述，多于两个余度的无刷直流电机保护装置与之相同，不再赘述。其较佳实施方式包括一电气双余度无刷直流电机1、一故障保护执行单元2、一控制单元3、一电流检测电路4、逆变器5，6。其中，所述电气双余度无刷直流电机1包括第一个电气余度7以及第二个电气余度8。其中，第一个电气余度7的A1、B1、C1以及第二个电气余度8的A2、B2、C2分别作为电气余度7以及电气余度8的出线端，进而与逆变器三相输出相连接；第一个电气余度7的XI、YU Zl按图2所示分别与继电器13的触点15、16、17、18相连接，第二个电气余度8的X2、Y2、Z2按图3所示分别与继电器14的触点19、20、21、 22相连接。本发明的较佳实施方式中，所述故障保护执行单元还包括继电器13，14以及相应继电器驱动电路11，12。所述继电器13，14分别包括四个触点以及一个线圈，其中Jl_in为继电器13的线圈输入端、J2_in为继电器14的线圈输入端。所述继电器驱动电路11 (12)分别包括一个电阻Rl (R2)、一个开关管Ql (Q2)。其中，开关管Ql 0^2)的集电极Q1_(^Q2_C)按图2(图3)所示与继电器13(14)的线圈输入端 Jl_in(J2_in)相连接；开关管Ql与Q2的基极Q1_B、Q2_B分别与控制单元3的I/O 口相连接；开关管Ql与Q2的射极Q1_E、Q2_E则分别接地GND。所述双余度无刷直流电机1正常运行时，控制单元3不发出故障保护指令，开关管 Ql和Q2基极Q1_B、Q2_B均为低电平，集电极Q1_C、Q2_C均为高电平，继电器13、14触点均处于闭合状态。所述双余度无刷直流电机1第一个余度7发生绕组故障，特别是短路故障时，控制单元3根据电流检测电路4监测到的相电流数据、发出故障保护指令，使开关管Ql 的基极Q1_B变为高电平，进而开关管Ql集电极Q1_C变为低电平，继电器13的触点15、16、 17、18断开，电气余度7的三相星形绕组断开，阻止了绕组故障的进一步恶化，避免了故障电气余度7由于强耦合对正常电气余度8的影响。
权利要求
1. 一种电气多余度无刷直流电机故障保护装置，其特征在于该方案包括电气多余度无刷直流电机、逆变器、电流检测电路、控制单元以及故障保护执行单元；其中电气多余度无刷直流电机即在一个电机定子槽内嵌放两套以上的绕组，形成电气多余度；不同电气余度之间互相独立，分别通过继电器构成星形连接绕组，并由对应的逆变器独立供电；电流检测电路用于监测每个电气余度相电流，并将监测结果发送至控制单元； 故障保护执行单元由继电器及其驱动电路组成，该单元接收控制单元发出的指令，并根据控制单元的指令控制相应电气余度的绕组连接；电机一个余度绕组发生短路故障时控制单元依据电流检测电路提供的信号、对故障保护执行单元发出指令断开故障余度绕组连接。
全文摘要
一种电气多余度无刷直流电机故障保护装置属于电机技术领域。该装置包括电气多余度无刷直流电机、逆变器、电流检测电路、控制单元以及故障保护执行单元。其中电气多余度无刷直流电机即在一个电机定子槽内嵌放两套或者多套绕组，形成电气多余度；不同电气余度之间互相独立，分别通过继电器构成星形连接绕组；故障保护执行单元由继电器及其驱动电路组成；电流检测电路用于监测每个电气余度的相电流。电机一个余度绕组发生短路故障时控制单元依据电流检测电路提供的信号、对故障保护执行单元发出指令断开故障余度的绕组连接，可以有效降低故障余度对正常余度的影响。
文档编号H02H7/08GK102290789SQ20111023145
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者仝江涛, 张一鸣, 张明, 陈东升 申请人:北京工业大学