[发明专利]一种冗余绕组三状态空间机械臂用永磁无刷电机

说明书

本发明公开了一种冗余绕组三状态空间机械臂用永磁无刷电机，所述永磁无刷电机包括中空盘式永磁转子、定子、双层绕组，所述双层绕组由第一层绕组和第二层绕组组成，第二层绕组套接在第一层绕组上；所述定子由多块定子铁心组成，每块定子铁心上设有一个定子齿；多块定子铁心首尾相接，形成相互间隔的定子齿与定子槽，各定子齿上呈分数槽式缠绕三相对称双层绕组，各定子齿上第一层绕组的同相绕组之间相互串联，第二层绕组的同相绕组之间相互串联；多块定子铁心组成的内圆表面与中空盘式永磁转子的外圆表面之间有气隙。本发明不仅可以同时保证两套绕组具有相同的机械特性和工作特性，还可以保证绕组间相互的独立性以及单层烧毁后相对绝缘的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种高功率密度永磁无刷电机，尤其涉及一种具有等电阻双绕组结构的紧凑型永磁无刷电机。

背景技术

地面高精度机械臂、航天用机械臂以及探月工程用月球车机械臂等驱动采用的电机系统，为增加系统的运行可靠性，通常采用冗余设计方案，即采用电机定子绕组冗余结构、控制电路冗余设计。这样在一套系统出现故障的时候，可以启动另一套控制电路以及电机绕组系统工作。

发明内容

为了解决现有空间机械臂电机系统因电路控制失效等原因造成系统故障问题，本发明提供了一种冗余绕组三状态空间机械臂用永磁无刷电机。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种冗余绕组三状态空间机械臂用永磁无刷电机，包括中空盘式永磁转子、定子、双层绕组，其中：

所述双层绕组由第一层绕组和第二层绕组组成，第二层绕组套接在第一层绕组上，通过调整第一层绕组的线径和第二层绕组的线径，实现第一层绕组的直流电阻值与第二层绕组的直流电阻值相等；

所述定子由多块定子铁心组成，每块定子铁心上设有一个定子齿；

所述多块定子铁心首尾相接，形成相互间隔的定子齿与定子槽，其中：各定子齿上呈分数槽式缠绕三相对称双层绕组，每一相双层绕组中的第一层绕组的匝数相等，第二层绕组的匝数相等，且第一层绕组的匝数与第二层绕组的匝数相等；各定子齿上第一层绕组的同相绕组之间相互串联，第二层绕组的同相绕组之间相互串联；

所述多块定子铁心组成的内圆表面与中空盘式永磁转子的外圆表面之间有气隙。

本发明中，所述双层绕组通过三种端部不同连接方式完成同一电机高速段大电流、低速大转矩、冗余工作三种工作状态，三种工作状态是指：

（1）两套冗余绕组单独工作：为稳定运行长时间工况。

（2）两套绕组并联工作状态：为大电流工作状态。输出转矩可以增加近一倍。考虑磁路饱和状态，可能稍有减小。

（3）两套绕组首尾串联模式：为大转矩低速运行模式。转矩增加近一倍，转速降低一倍。考虑饱和影响，转速降低可能更多一些。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明的冗余绕组三状态空间机械臂用永磁无刷电机是一种小功率永磁无刷力矩电机，具有冗余结构，作为空间机械臂的驱动装置，能够直接满足空间机械臂末端低转速运行的要求，相对于现有技术中采用高速电机与齿轮减速装置配套来达到使用要求的方式，实现结构简单，电机系统的复杂程度降低。

2、本发明的冗余绕组三状态空间机械臂用永磁无刷电机由于转子采用中空盘式，在相同重量的前提下能够达到最大的力矩输出，更加适用于航天领域。

3、本发明的冗余绕组三状态空间机械臂用永磁无刷电机不仅可以同时保证两套绕组具有相同的机械特性和工作特性，还可以保证绕组间相互的独立性以及单层烧毁后相对绝缘的可靠性。