直流无刷电机及其控制方法、以及电动助力转向系统技术方案

本发明专利技术提供一种直流无刷电机，包括第一子电机和第二子电机，所述第一子电机和第二子电机具有相互独立的输入端子和共同的输出转轴，其特征在于：所述第一子电机和第二子电机均被设定为具有常态工作模式和紧急工作模式，在常态工作模式下，两子电机共同作为一台电机运行以输出直流无刷电机的正常工作功率；但其中一台子电机发生故障产生制动转矩时，另一台正常子电机启动紧急工作模式，所述正常子电机在紧急工作模式下的相电流波形与其在常态工作模式下的相电流波形不同。本发明专利技术还提供一种直流无刷电机的控制方法以及一种使用上述直流无刷电机的电动助力转向系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机领域，更具体地，涉及一种直流无刷电机及其控制方法，以及使用该直流无刷电机的电动助力转向系统。
技术介绍
直流无刷电机包括具有绕组的定子、具有永磁体的转子以及用于给定子供电的控制器。现有的一种直流无刷电机通常包括一组m相输入端子分别用于为定子的m相绕组输入电流。所述现有的直流无刷电机的缺陷是，当其发生故障时，电机功能完全崩溃，电机不仅不能有效驱动负载，甚至还可能产生振荡的制动转矩。比如在车辆的电动助力转向系统中，如果直流无刷电机发生故障，不仅导致直流无刷电机失去助力作用，严重时，直流无刷电机产生的振荡的制动转矩作用于方向盘，阻碍驾驶员控制方向盘，极易导致事故发生。因此，亟需一种改善方案。
技术实现思路
因此，本专利技术提出一种直流无刷电机，包括第一子电机和第二子电机，所述第一子电机和第二子电机具有相互独立的输入端子和共同的输出转轴，所述第一子电机和第二子电机均被设定为具有常态工作模式和紧急工作模式，在常态工作模式下，两子电机共同作为一台电机运行以输出直流无刷电机的正常工作功率；但其中一台子电机发生故障产生制动转矩时，另一台正常子电机启动紧急工作模式，所述正常子电机在紧急工作模式下的相电流波形与其在常态工作模式下的相电流波形不同。其中，所述正常子电机在紧急工作模式下输出的转矩补偿所述故障子电机产生的制动转矩，从而获得正的平滑的合成转矩。较佳地，所述正常子电机的相电流iq通过公式iq＝-T/Kt得到，其中，T为故障子电机输出的转矩，Kt为正常子电机的转矩常数。其中，所述第一子电机和第二子电机为三相电机，所述故障为两相绕组短路故障。所述故障子电机的输出转矩T由以下公式得出：(La+Lb)didt+(Ra+Rb)i=eb-eaT=eaia+ebib+ecicω=ea-ebωi]]>其中，所述第一子电机和第二子电机为三相电机，所述故障为三相绕组短路故障。所述故障子电机的输出转矩T由以下公式得出：(La+Lb)di1dt+(Ra+Rb)i1=eb-ea(Lc+Lb)di2dt+(Rc+Rb)i2=eb-ec(La+Lc)di3dt+(Ra+Rc)i3=ec-eaT=eaia+ebib+ecicω=ea(i1+i3)-eb(i1+i2)+ec(i3-i2)ω]]>较佳地，所述直流无刷电机还包括至少一控制器，所述控制器通过开关元件与第一子电机和第二子电机的输入端子连接，所述故障为开关元件短路故障。所述故障子电机的输出转矩T由以下公式得出：T=eaia+ebib+ecicω=-ea(i1+i2)+ebi1+eci2ω,]]>其中：if(ea>eb),(La+Lb)di1dt+(Ra+Rb)i1=ea-eb;else,i1=0if(ea>ec),(La+Lc)di2dt+(Ra+Rc)i2=ea-ec;else,i2=0]]>较佳地，所述第一子电机和第二子电机分别包括若干齿和绕组，所述第一子电机的齿和第二子电机的齿在周向上交错排列。较佳地，所述第一子电机的齿和第二子电机的齿在径向上均匀交错排布。较佳地，所述直流无刷电机的定子槽数为12，第一子电机和第二子电机分别包括6个齿，所述6个齿分为两U相齿、两V相齿和两W相齿，相同相位的两个齿之间呈180°对称分布。可选地，所述第一子电机和第二子电机分别包括若干齿和绕组，所述第一子电机的齿和第二子电机的齿在轴向上并列排布。本专利技术还提供一种使用上述直流无刷电机的电动助力转向系统。一种直流无刷电机的控制方法，所述直流无刷电机包括第一子电机和第二子电机，所述第一子电机具有相互独立的输入端子和共同的输出转轴，所述控制方法包括：将所述第一子电机和第二子电机设定为既可以共同作为一台电机运行，也可以各自独立运行；对第一子电机和第二子电机设定常态工作模式，在所述常态工作模式下，两子电机共同作为一台电机运行以输出直流无刷电机的正常工作转矩；对第一子电机和第二子电机设定紧急工作模式，当其中一台子电机发生故障产生制动转矩时，另一台正常子电机启动紧急工作模式，所述正常子电机在紧急工作模式下的相电流波形与其在常态工作模式下的相电流波形不同，从而使得所述正常子电机输出的转矩补偿所述故障子电机产生的制动转矩。在本专利技术的直流无刷电机中，当其中一子电机发生故障产生制动转矩时，另一台正常子电机启动紧急工作模式，所述正常子电机在紧急工作模式下输出的转矩补偿所述故障子电机的制动转矩，从而得到正的光滑的合成转矩，在电动助力转向系统中，直流无刷电机在发生故障时仍然能够提供辅助动力，使电动助力转向系统的安全性和可靠性得到有效提高。【附图说明】图1是本专利技术直流无刷电机的模块示意图。图2表示图1所示直流无刷电机的第一子电机发生两相绕组短路的情况。图3表示直流无刷电机在发生图2所示的故障时，两子电机的转矩波形图。图4表示本专利技术直流无刷电机在发生图2所示的故障，第二子电机启动紧急工作模式后，两子电机的相电流波形图。图5表示本专利技术直流无刷电机在发生图2所示的故障，第二子电机启动紧急工作模式后，两子电机的转矩波形图及合成转矩波形图。图6表示图1所示直流无刷电机的第一子电机发生三相绕组短路的情况。图7表示直流无刷电机在发生图6所示的故障时，两子电机的转矩波形。图8表示本专利技术直流无刷电机在发生图6所示的故障，第二子电机启动紧急工作模式后，两子电机的相电流波形图。图9表示本专利技术直流无刷电机在发生图6所示的故障，第二子电机启动紧急工作模式后，两子电机的转矩波形图及合成转矩波形图。图10表示直流无刷电机的控制器与第一子电机连接的其中一开关元件短路的情况。图11表示直流无刷电机在发生图10所示的故障时，两子电机的转矩波形。图12表示本专利技术直流无刷电机在发生图10所示故障，第二子电机启动紧急工作模式后，两子电机的相电流波形图。图13表示本专利技术直流无刷电机在发生图10所示故障，第二子电机启动紧急工作模式后，两子电机的转矩波形图及合成转矩波形图。图14为本专利技术直流无刷电机另一实施例的示意图。图15为本专利技术一实施例的直流无刷电机的具体结构示意图。图16为图15所示直流无刷电机的定子、转子示意图。图17为本专利技术另一实施例的直流无刷电机的定子、转子示意图。图18所示为使用本专利技术的直流无刷电机的一电动助力转向系统的示意图。【具体实施方式】请参阅图1，本专利技术的直流无刷电机10包括第一子电机20、第二子电机30<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流无刷电机，包括第一子电机和第二子电机，所述第一子电机和第二子电机具有相互独立的输入端子和共同的输出转轴，其特征在于：所述第一子电机和第二子电机均被设定为具有常态工作模式和紧急工作模式，在常态工作模式下，两子电机共同作为一台电机运行以输出直流无刷电机的正常工作功率；但其中一台子电机发生故障产生制动转矩时，另一台正常子电机启动紧急工作模式，所述正常子电机在紧急工作模式下的相电流波形与其在常态工作模式下的相电流波形不同。

【技术特征摘要】
1.一种直流无刷电机，包括第一子电机和第二子电机，所述第一子电机和
第二子电机具有相互独立的输入端子和共同的输出转轴，其特征在于：所述第
一子电机和第二子电机均被设定为具有常态工作模式和紧急工作模式，在常态
工作模式下，两子电机共同作为一台电机运行以输出直流无刷电机的正常工作
功率；但其中一台子电机发生故障产生制动转矩时，另一台正常子电机启动紧
急工作模式，所述正常子电机在紧急工作模式下的相电流波形与其在常态工作
模式下的相电流波形不同。
2.如权利要求1所述的直流无刷电机，其特征在于：所述正常子电机在紧
急工作模式下输出的转矩补偿所述故障子电机产生的制动转矩，从而获得正的
平滑的合成转矩。
3.如权利要求2所述的直流无刷电机，其特征在于：所述正常子电机的相
电流iq通过公式iq＝-T/Kt得到，其中，T为故障子电机输出的转矩，Kt为正常
子电机的转矩常数。
4.如权利要求3所述的直流无刷电机，其特征在于：所述第一子电机和第
二子电机为三相电机，所述故障为两相绕组短路故障。
5.如权利要求4所述的直流无刷电机，其特征在于：所述故障子电机的输
出转矩T由以下公式得出：
(La+Lb)didt+(Ra+Rb)i=eb-eaT=eaia+ebib+ecicω=ea-ebωi.]]>6.如权利要求3所述的直流无刷电机，其特征在于：所述第一子电机和第
二子电机为三相电机，所述故障为三相绕组短路故障。
7.如权利要求6所述的直流无刷电机，其特征在于：所述故障子电机的输

\t出转矩T由以下公式得出：
(La+Lb)di1dt+(Ra+Rb)i1=eb-ea(Lc+Lb)di2dt+(Ra+Rb)i2=eb-ec(La+Lc)di3dt(Ra+Rc)i3=ec-eaT=eaia+ebib+ecicω=ea(i1+i3)-eb(i1+i2)+ec(i3-i2)ω.]]>8.如权利要求3所述的直流无刷电机，其特征在于：还包括至少一控制器，
所述控制器通过开关元件与第一子电机和第二子电机的输入端子连接，所述故
障为开关元件短路故障。
9.如权利要求8所述的直流无刷电机，其特征在于：所述故障子电机的输
出转矩T由以下公式得出：
T=eaia+ebib+ecicω=-ea(i1+i2)+ebi1+eci2ω,]]>其中：
if(ea>eb),(La+Lb)di1dt+(Ra+Rb)i1=ea-eb;else,i1=0if(ea>ec),(La+Lc)di2dt+(Ra+Rc)i2=ea-ec;else,i2=0.]]>10.如权利要求1至9任意一项所述的直流无刷电机，其特征在于：所述
第一子电机和第二子电机分别包括若干齿和绕组，所述第一子电机的齿和第二
子电机的齿在周向上交错排列。
11.如权利要求10所述的直流无刷电机，其特征在于：所述第一子电机的
齿和第二子电机的齿在径向上均匀交错排布。
12.如权利要求10所述的直流无刷电机，其特征在于：所述直流无刷电机
的定子槽数为12，第一子电机和第二子电机分别包括6个齿，所述6个齿分为
两...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，陈霞，秦锐锋，
申请(专利权)人：德昌电机深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44