。
[0048] 优选的，通过改变驱动拓扑结构实现故障恢复的方法为：当驱动拓扑结构为H桥 驱动拓扑结构时，关闭故障所在支路的绕组驱动单元W及第二开关或独立开关；当驱动拓 扑结构为星形驱动拓扑结构时，关闭故障所在的星形驱动拓扑上的绕组驱动单元W及第一 开关或第=开关，或者将星形驱动拓扑结构变更为H桥驱动拓扑结构，并关闭故障所在支 路的绕组驱动单元W及第二开关或独立开关。 W例优选的，主控制器发送的控制指令包括轻载H桥驱动拓扑结构、正常H桥驱动拓 扑结构、重载H桥驱动拓扑结构、轻载星形驱动拓扑结构、正常星形驱动拓扑结构或重载星 形驱动拓扑结构；控制指令为轻载H桥驱动拓扑结构时，控制开启一个独立开关和每个开 关串联单元中的第二开关，开启时间为30% W下，关闭每个开关串联单元中的第一开关和 第=开关；控制指令为正常H桥驱动拓扑结构时，控制开启一个独立开关和每个开关串联 单元中的第二开关，开启时间为30% -60%，关闭每个开关串联单元中的第一开关和第= 开关；控制指令为重载H桥驱动拓扑结构时，控制开启一个独立开关和每个开关串联单元 中的第二开关，开启时间为70% W上，关闭每个开关串联单元中的第一开关和第=开关； 控制指令为轻载星形驱动拓扑结构时，控制开启每个开关串联单元中的第一开关或第=开 关，开启时间为30% W下，关闭一个独立开关和每个开关串联单元中的第二开关；控制指 令为正常星形驱动拓扑结构时，控制开启每个开关串联单元中的第一开关和第=开关，开 启时间为30 % -60 %，关闭一个独立开关和每个开关串联单元中的第二开关；控制指令为 重载星形驱动拓扑结构时，控制开启每个开关串联单元中的第一开关和第=开关，开启时 间为70% W上，关闭一个独立开关和每个开关串联单元中的第二开关。
[0050] 优选的，主控制器发现存在绕组或绕组驱动单元中的功率管故障后，当驱动拓扑 结构为H桥驱动拓扑结构时，关闭故障所在支路的绕组驱动单元W及第二开关或独立开 关，并采取保持故障前后磁动势不变的策略，调整非故障支路的输出电流幅值和相位；
[0051] 当驱动拓扑结构为星形驱动拓扑结构时，关闭故障所在的星形驱动拓扑上的绕组 驱动单元W及第一开关或第=开关，调整非故障支路的输出电流幅值加倍，相位不变；或者 将星形驱动拓扑结构变更为H桥驱动拓扑结构，并采取保持故障前后磁动势不变的策略， 调整非故障支路的输出电流幅值和相位，再关闭故障所在支路的绕组驱动单元W及第二开 关或独立开关（SO)，调整非故障支路的输出电流幅值加倍，相位不变。
[0052] 优选的，对驱动器体积和重量无限制，同时要求每个绕组相互冗余备份时，采用第 一驱动器；对驱动器体积和重量受限，同时要求每组绕组相互冗余备份时，采用第二驱动 器。
[0053] 优选的，所述主控制器包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元和 第二控制单元互为冗余备份。
[0054] 本发明与现有技术相比具有如下优点： 阳化5] (1)本发明的变结构电机系统，通过一套功率管组和功率开关组的不同通断组合， 采用一套电机即可实现多种电机的功能，通过进行变换，可满足不同的工况需求，相比多电 机+离合器机械式变结构，能够有效地降低电机驱动系统重量和体积，并有效地提高功率 密度、可靠性、安全性和系统效率，同时在机械上取消了离合器，从而在根本上消除机械震 动和噪声.
[0056] (2)本发明设置第一驱动器包括H桥串联驱动拓扑结构、轻载H桥驱动拓扑结构、 正常H桥驱动拓扑结构、重载H桥驱动拓扑结构共四种驱动拓扑工作状态，可满足多种工况 需求；在某一相绕组发生故障的情况下，可W切换为其他工作模式，提高了系统的使用效率 和功率密度。
[0057] (3)本发明的电机系统能够实现绕组和驱动器造成的相当于绕组故障的的故障诊 断，并能进行故障处理，不影响后续设备的安全使用。
[0058] (4)本发明可W通过不同驱动拓扑的切换，实现故障在线处理，避免了系统完全失 效造成的经济损失，为电机系统的故障处理提供了全新的解决方案。赋予了电机系统在恶 劣环境中的自我修复能力，尤其适用于航空、航天、航海、核电等对安全性要求较高的应用 场合；
[0059] (5)本发明模块化设置两种驱动器结构，可根据实际应用场合和可靠性的要求进 行模块选择，选择面更宽，适用性更强。 W60] (6)本发明设置第二驱动器，包括轻载H桥驱动拓扑结构、正常H桥驱动拓扑结构、 重载H桥驱动拓扑结构、轻载星形驱动拓扑结构、正常星形驱动拓扑结构或重载星形驱动 拓扑结构，共六种驱动拓扑工作状态，可满足多种工况需求；在某一相绕组发生故障的情况 下，可W切换为其他工作模式，提高了系统的使用效率和功率密度。
【附图说明】
[0061] 图1为本发明的变结构容错式电机系统的结构示意图；
[0062] 图2为本发明可变结构驱动器的结构示意图；
[0063] 图3为本发明的绕组电机结构示意图；其中图3(a)为单层集中式绕组电机结构示 意图；图3(b)为双层集中式绕组电机结构示意图；图3(c)为单双层混合集中式绕组电机 结构示意图； 阳064] 图4为本发明的2XN相可变结构式驱动拓扑结构的架构图； 阳0化]图5为本发明的六相可变结构式驱动拓扑结构的架构图；
[0066] 图6为本发明的故障诊断算法示意图；
[0067] 图7为本发明的第二驱动器2XN相可变结构式驱动拓扑结构的架构图； W側图8为本发明的第二驱动器六相可变结构式驱动拓扑结构的架构图；
[0069] 图9为本发明可变结构第二驱动器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0070] 如图1所示，W舰船的主推进控制来说明本发明提出的变结构电机系统。在本发 明中，变结构电机系统包括主控制器10、可变结构式驱动器20和独立绕组电机30,其中，所 述主控制器10接收控制指令和独立绕组电机30的反馈信息，并生成功率驱动和驱动拓扑 变结构指令，根据不同的工况需求，所述可变结构式驱动器20将所述独立绕组电机30的绕 组驱动方式变换为N个星形结构或者独立H桥结构，其中采用独立H桥结构时，将电机的多 个绕组串联起来驱动，所述可变结构式驱动器20根据所述功率驱动指令驱动所述独立绕 组电机30。 阳071] 独立绕组电机30为模块化电机，包括2N个绕组31，其中，N > 2, W如图3所示的 12槽10极永磁电机为例，绕组31的两个端子全部引出电机壳外，绕组31可采用单层、双层 或单双层混合集中式绕组结构，如图3(a)所示，其中单层集中式绕组结构的相邻两相所述 绕组31通过容错齿32相互隔离，如图3化）所示，双层集中式绕组结构的相邻两相所述绕 组31中间没有容错齿32 ; W如图3(C)所示的12槽10极9相永磁电机为例，单双层混合集 中式绕组结构的每=个所述绕组31组成一个=相绕组整体33,每个所述=相绕组整体33 通过容错齿32相互隔离。
[0072] 主控制器10主要功能包括：接收上级控制系统（例如舰船中央控制系统）发送的 控制指令、解调电机转子位置、采集各相电流与溫度、闭环控制、驱动拓扑结构变换等；主控 制器10根据控制指令和当前驱动拓扑结构对独立绕组电机30进行驱动控制，实时调整输 出给后续可变结构式驱动器20的控制指令；主控制器10根据采集的电流与溫度，在进行闭 环控制同时，对后续可变结构式驱动器20进行保护，使得电机处于安全工作状态。 阳073] 主控制器10包括第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元和第二控制单元 对接收的控制指令进行核对，能够消除干扰引起的错误指令，同时第一控制单元和第二控 制单元对输出的电机驱动控制和拓扑变结构指令相互验证，防止输出错误的控制指令。而 且第一控制单元和第二控制单元相互监控，当一个控制单元发生故障后，正常的另一个控 制单元能够将故障控制单元的输出进行封锁，实现双核之间相互监控相互备份的功能。两 个控制单元可W为两个独立的控制器，也可W是一个控制器中相互独立的两个控制核屯、， 例如双核控制器。
[0074] 结合图2所示，可变结构式驱动器20主要包括可编程逻辑控制器21、功率管驱动 器22、开关驱动器23、功率管组24、功率开关组25和过流与过热保护电路26 ;可编程逻辑 控制器21具有与主控制器10连接的输入端，W及控制功率管组24和功率开关组25的输出 端；功率管组24和功率开关组25构成的可变结构驱动拓扑输出端，与独立绕组电机30的 绕组31的接线端子数相等，并对应连接；可变结构式驱动器20可根据主控制10的控制指 令变换结构，将独立绕组电机30的绕组驱动方式变换为N个星形结构或者独立H桥结构， 其中采用独立H桥结构时，将独立绕组电机30的多个绕组31串联起来驱动，可变结构式驱 动器20根据功率驱动指令驱动独立绕组电机30 ;可变结构式驱动器20还包括功率管驱动 器22和开关驱动器23,功率管驱动器22和开关驱动器23的输入端与可编程逻辑控制器 21的输出端连接，功率管驱动器22和开关驱动器23的输出端分别与功率管组24和功率开 关组25的控制端连接；可变结构式驱动器20还包括过流与过热保护电路26,过流与过热 保护电路26的输出端与可编程逻辑控制器21的过流与过热保护信号输入端对应连接。
[0075] 驱动器20根据控制指令能够构成N个H桥驱动拓扑结构或2N个H桥驱动拓扑结 构；2N个H桥的驱动拓扑结构构成方式为：开启4N个功率开关51 W及全部第一功率管和 第二功率管，实现并联H桥驱动；N个H桥的驱动拓扑结构构成方式为：（1)开启iQl、iQ4、 (N+UQl和（N+UQ4;似开启第I到N和第N+1到2N个功率开关巧1)，关闭第2N+1到3N 和第3N+1到4N个功率开关巧1) ; (3)关闭iQ3和（N+i) Q3,开启iQ2和（N+i) Q2,或者开启 iQ3和（N+UQ3,关闭iQ2和（N+UQ2,实现第i个绕组和第N+i个绕组的串联。
[0076] 当驱动拓扑结构为N个H桥驱动拓扑结构，关闭故障所在支路的两个绕组连接H 桥臂45和关闭故障所在支路的两个绕组连接功率开关51 ;当驱动拓扑结构为2N个H桥驱 动拓扑结构，关闭故障所在的支路上绕组连接的H桥臂45。
[0077] 电流采集模块采集独立绕组电机30每相绕组输出的电流还传输给驱动器20的过 流保护模块，当某相绕组输出的电流超过设定电流阔值时，过流保护模块将该绕组的过流 信号输出给可编程逻辑控制器；过热保护模块采集独立绕组电机30每相绕组的溫度，当某 相绕组输出的溫度超过设定溫度阔值时，过热保护模块将该相绕组的过热信号输出给可编 程逻辑控制器；所述电流阔值为绕组额定输出的电流值的2-5倍；优选的，所述溫度阔值为 150。~200。。
[007引主控制器发送的控制指令包括N个H桥驱动拓扑结构、H桥并联轻载驱动拓扑结 构、H桥并联正常驱动拓扑结构、H桥并联重载驱动拓扑结构；控制指令为H桥并联轻载驱 动拓扑结构，开启4N个功率开关51，开启绕组IW-NW两端连接的H桥臂45,或者开启绕组 (N+DW-2NW两端连接的H桥臂45 ;控制指令为H桥并联正常驱动拓扑结构时，开启4N个功 率开关51，开启全部H桥臂45, H桥臂45的开启时间为30% -60% ;控制指令为H桥并联 重载驱动拓扑结构时，开启4N个功率开关51，开启全部H桥臂45，H桥臂45的开启时间为 70% W上。
[0079] 主控制器发现存在绕组或功率管组24中的功率管故障后，如果为N个H桥驱动拓 扑结构，关闭故障所在支路的两个绕组连接H桥臂45和