一种直驱电动滚筒用电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种直驱电动滚筒用电机，属于特种电机技术领域。
【背景技术】
[0002]应用于冶金、矿山、煤炭、建材、电力、化工等行业的电动滚筒是带式输送机和提升等设备传递动力的主要部件，如果电动滚筒发生故障，将会造成严重的经济损失。
[0003]传统电动滚筒大多采用电机内转子结构，经过齿轮减速器把动力传输到滚筒外体上，这种传动方式导致整机体积难于缩小，高速电机和多级齿轮减速器运行噪声大，筒内需加装润滑油，而且长时间运行将产生大量热量，加快机械器件的磨损。直驱式电动滚筒使电机直接驱动滚筒的外转子，无需设置齿轮减速器，利用一根轴即可实现电动滚筒的转动，不仅能够解决上述问题，而且有利于提高传动效率和可靠性，降低传动噪声和体积重量，节约生产成本。
[0004]在已有的技术中，电动滚筒可以使用直流电机、异步电机或永磁电机。但是直流电机带有的碳刷滑环结构不适合在高危的矿井使用；异步电机起动时电流大且转矩相对较低；永磁电机的永磁体存在一定的大电枢电流退磁问题，影响了永磁电机的可靠运行。
[0005]授权的专利:一种双凸极无刷电动机直接驱动的内装式电动滚筒，专利号:201320170980.0，公开了一种将转子外周壁与滚筒体内壁连接为一体的内装式电动滚筒。为了进一步提高这种电动滚筒的可靠性，应提出一种新型的电机，使其在出现一定的故障时仍能容错运行。
[0006]目前已有四相、五相电励磁双凸极电机的研宄报道，也有六相永磁电机、六相感应电机的研宄报道，但至今未检索到关于六相双凸极电机的研宄报道，这是因为传统的方法设计的六相双凸极电机具有严重的各相不对称性。因此需要提出一种新的绕组配置方法以实现各相的对称。
【发明内容】
[0007]所要解决的技术问题:
本发明旨在提出一种直驱电动滚筒用电机，为负载提供更可靠的电能输出。
[0008]技术方案:
为了实现以上功能，本发明提供了一种直驱电动滚筒用电机，包括定子、转子、滚筒壁、励磁绕组、电枢绕组和轴，所述电机为外转子结构，定子和转子采用凸极式结构；所述转子外侧与滚筒壁固定，定子固定在轴上，其特征在于:
所述电机定子极数为6N，N为自然数；转子极弧系数为0.5 ;
每个定子极上都设有电枢线圈和励磁线圈，所述电枢线圈比励磁线圈更靠近外圆周；电枢线圈分为A相线圈、B相线圈、C相线圈、D相线圈、E相线圈和G相线圈，每个定子极上依次设有一相电枢线圈，循环N次，且相邻电枢线圈的绕制方向相反；
所述励磁线圈具有相同的匝数，且相邻励磁线圈的绕制方向相反； 将A相线圈、C相线圈和E相线圈的一端接在一起作为第一中性点，A相线圈、C相线圈和E相线圈的另一端分别接第一桥式变换器的三个桥臂中点；将B相线圈、D相线圈和G相线圈的一端接在一起作为第二中性点，B相线圈、D相线圈和G相线圈的另一端分别接第二桥式变换器的三个桥臂中点，组成两个独立的通道。
[0009]该电机的定子极数为6N，定子的极弧系数为0.333，转子极数为7N，转子极弧系数为0.5，N为自然数；
该电机的定子极数为6N，定子的极弧系数为0.4，转子极数为5N，转子极弧系数为0.5，N为自然数。
[0010]有益效果:
1、本发明的电机具有外转子结构，其转子外侧与滚筒壁固定，转子旋转时直接驱动滚筒；
2、电励磁双凸极电机转子无绕组和永磁体，因此转子结构简单，工作可靠；
3、本发明的电机具有六相绕组，且六相绕组分为了互相隔离的两个通道，当其中一相出现故障时，另外一个通道可以正常运行。此时如果将故障相所在的通道利用容错变换器进行容错控制的话，系统可以有五相绕组继续工作，提高了系统的可靠性；
4、本发明提出的绕组配置方法可以实现六相电励磁双凸极电机各相绕组的对称；
5、该电机在保证反电势波形的同时，其定子齿较窄，可以放置较多的绕组，以减小电机的铜耗。
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明:
图1是本发明提供的一种直驱电动滚筒用电机结构示意图；
图2是本发明提供的一种直驱电动滚筒用高可靠性电机结构示意图；
图3是本发明中电枢线圈和励磁线圈各绕组绕制方法；
图4是本发明中绕组与变换器的电路连接示意图；
图5是本发明电机米用两个相差120°电角度的二相无刷直流电机控制方法。
[0012]其中，1、转子铁心，2、定子铁心，3、励磁线圈，4、A相线圈，5、B相线圈，6、C相线圈，7、D相线圈，8、E相线圈，9、G相线圈，10、滚筒壁；
A、B、C、D、E和G分别代表A相线圈、B相线圈、C相线圈、D相线圈、E相线圈和G相线圈，F代表励磁绕组。
【具体实施方式】
[0013]本发明提供一种直驱电动滚筒用电机，为使本发明的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0014]实施例1
如图1所示的一种直驱电动滚筒用电机，包括定子铁心、转子铁心、滚筒壁、励磁绕组、电枢绕组和轴等，所述电机为外转子结构，转子铁心外侧与滚筒壁固定；所述电机定子极数为6N，定子的极弧系数为0.333，转子极数为7N，转子极弧系数为0.5。
[0015]实施例2
如图2所示的定直驱电动滚筒用电机，该实施例提供的电机与实施例1的区别为其定转子极数为6N/5N，定子的极弧系数为0.4，转子极弧系数为0.5。
[0016]如图3所示的直驱电动滚筒用高可靠性电机各绕组绕制方法，每个定子极上都有一个电枢线圈和一个励磁线圈，沿圆周方向将电枢线圈依次分为A相线圈、B相线圈、C相线圈、D相线圈、E相线圈和G相线圈，如此循环N次，且相邻电枢线圈的绕制方向相反；定子极上的每个励磁线圈具有相同的匝数，且相邻励磁线圈的绕制方向相反。
[0017]如图4所示的本发明电机绕组与变换器的接法。将A相线圈、C相线圈和E相线圈的一端接在一起作为第一中性点，A相线圈、C相线圈和E相线圈的一端分别接第一桥式变换器(三相)的三个桥臂中点；将B相线圈、D相线圈和G相线圈的一端接在一起作为第二中性点，B相线圈、D相线圈和G相线圈的一端分别接第二桥式变换器(三相)的三个桥臂中点，既可以组成两个独立的通道。
[0018]图5是本发明电机采用两个相差60°电角度的三相无刷直流电机控制方法。当转子不采用斜极结构时，所述电机采用两个相差60°电角度的三相无刷直流电机控制方法进行控制；当转子采用斜极结构时，所述电机采用两个相差60°电角度的三相永磁同步电机控制方法进行控制。这是因为电机结构设计的独特性，使得转子采用斜极时，各相反电势都近似于正弦波；而当转子不采用斜极时，各相反电势都近似于方波。
[0019]其工作原理:
本发明提供的直驱电动滚筒用电机均为电励磁双凸极电机，电励磁双凸极电机的电动运行原理为:当某相定子极与转子极啮合时，该相相绕组与励磁绕组的互感开始上升，此时给该相通以正向电流；当某相定子极与转子极脱离时，给该相通以负向电流，电机即可对外输出转矩。
[0020]传统的六相电励磁双凸极电机每相的电枢线圈相对于励磁线圈的位置不同，因此每个线圈所形成的磁链路径不一致，即每个线圈的磁阻不同。这会造成各相绕组之间存在着严重的不对称现象。本申请提出的方案每个定子极上都有一个励磁线圈和一个电枢线圈，因此，各个电枢线圈之间都是完全圆周对称的。
[0021]由于上述定子极数和转子极数的独特性，可以得到各线圈相差60°电角度。经研宄发现，若要使各相绕组电位角相差60°电角度，仅当定转子极数为6N/5N或6N/7N时才能成立。电机具有六相绕组，且六相绕组分为了互相隔离的两个通道，当其中一相或一个通道出现故障时，另外一个通道可以容错运行，这提高了系统的可靠性。
[0022]可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种直驱电动滚筒用电机，包括定子、转子、滚筒壁、励磁绕组、电枢绕组和轴，所述电机为外转子结构，定子和转子采用凸极式结构；所述转子外侧与滚筒壁固定，定子固定在轴上，其特征在于: 所述电机定子极数为6N，N为自然数；转子极弧系数为0.5 ; 每个定子极上都设有电枢线圈和励磁线圈，所述电枢线圈比励磁线圈更靠近外圆周； 电枢线圈分为A相线圈、B相线圈、C相线圈、D相线圈、E相线圈和G相线圈，每个定子极上依次设有一相电枢线圈，循环N次，且相邻电枢线圈的绕制方向相反； 所述励磁线圈具有相同的匝数，且相邻励磁线圈的绕制方向相反； 将A相线圈、C相线圈和E相线圈的一端接在一起作为第一中性点，A相线圈、C相线圈和E相线圈的另一端分别接第一桥式变换器的三个桥臂中点；将B相线圈、D相线圈和G相线圈的一端接在一起作为第二中性点，B相线圈、D相线圈和G相线圈的另一端分别接第二桥式变换器三相的中点，组成两个独立的通道。
2.根据权利要求1所述的一种直驱电动滚筒用电机，其特征在于:该电机的定子极数为6N，定子的极弧系数为0.333，转子极数为7N，转子极弧系数为0.5，N为自然数； 根据权利要求1所述的一种直驱电动滚筒用电机，其特征在于:该电机的定子极数为6N，定子的极弧系数为0.4，转子极数为5N，转子极弧系数为0.5，N为自然数。
【专利摘要】本发明提出一种直驱电动滚筒用电机，包括定子铁心、转子铁心、滚筒壁、励磁绕组、电枢绕组和轴等；该电机采用外转子结构，转子铁心外侧与滚筒壁固定。当该电机的定子极数为6N，转子极数为7N时，其定子的极弧系数为0.333，转子极弧系数为0.5；当该电机定子极数为6N，转子极数为5N时，其定子的极弧系数为0.4，转子极弧系数为0.5。该电机具有相位角相差60度电角度的六相绕组且六相绕组分为了互相隔离的两个通道，当其中一相或一个通道出现故障时，另外一个通道可以容错运行，这提高了系统的可靠性；该电机可用于直接驱动滚筒。
【IPC分类】H02K3-28, H02K1-24, H02K1-14
【公开号】CN104600881
【申请号】CN201510010867
【发明人】史立伟, 周波, 魏佳丹, 赵星, 甘志伟, 胡豆豆
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月9日