一種盤式雙餘度結構永磁同步電機及其控制方法與流程

2023-06-30 00:29:36

本發明屬於電機技術領域，具體涉及一種盤式雙餘度結構永磁同步電機及其控制方法。

背景技術：

傳統電機中，電機的磁場是由電流產生，為了減少磁路的磁阻，定、轉子鐵心採用矽鋼片疊壓而成，重量大(鐵心重佔總重量的60％左右)、體積大、損耗大(鐵心損耗佔總損耗的20％～30％)、振動噪聲大(鐵心齒、槽是產生噪聲的主要根源)、效率低、轉動慣量大、響應速度慢，而且當電機運行時，由於齒槽效應，會產生電磁轉矩脈動。另外，傳統電機只有一套繞組，當電機繞組發生短路、缺相等故障時，將會導致電機停止工作，影響整個系統。

餘度技術在高可靠性永磁同步電機設計中應用廣泛，Nicola Bianchi與Subhasis Nandi等人計算得出：當單電機的可靠度為0.9時，雙餘度電機可靠度可達0.99；當單電機的可靠度為0.95時，雙餘度電機可靠度可達0.9975。永磁同步電機以其結構簡單、體積小、重量輕、效率高等優點，已成為一體化電力作動器的首選。永磁同步電機伺服系統是一體化電力作動器的重要子系統，同時又是故障的高發環節，在航空航天電力作動系統中單餘度永磁同步電機已經無法滿足高可靠性要求。

現有技術中的永磁同步電機餘度方式主要有以下三種類型：

a)串聯餘度結構：由兩臺獨立的永磁同步電機構成驅動子系統是典型的串聯餘度結構，這種餘度方式下電機的結構與單電機完全相同，系統中各臺電機之間完全隔離，餘度控制中無電磁耦合，因此控制策略簡單；但這種餘度系統的體積和重量很大，並且餘度電機間的長軸連接方式極易放大轉矩紛爭而造成轉軸扭曲和變形，甚至折斷。

b)並聯餘度結構：Shuangxia Niu等人設計的電氣雙餘度舵機作動系統採用了經典的並聯餘度結構，兩套繞組分別由獨立的電路完成驅動控制，當某一通道出現故障時，另一通道繼續工作；但兩套繞組間存在電磁耦合，增加了控制的複雜性，更重要的是當某一通道故障時，系統難以將其隔離。

c)容錯餘度結構：Nicola Bianchi等人提出了一種新型的多級雙餘度電機結構，定子分為外定子和內定子兩部分，外定子採用分數槽集中繞組以減少槽數和定子軛重量，內定子採用凸極結構以增加繞組的繞制空間；這種結構的永磁同步電機適用於低轉速大轉矩系統，可提高系統控制的靈活性與電機的容錯性能，但電機結構複雜，加工製作困難。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種設計新穎合理、實現方便、減小了鐵損耗、提高了效率、振動噪聲低、消除了齒槽效應、運行可靠性高、具有廣泛的應用前景、推廣應用價值高的盤式雙餘度結構永磁同步電機。

為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：一種盤式雙餘度結構永磁同步電機，其特徵在於：包括殼體和橫穿殼體設置的電機軸，以及依次設置在所述殼體內部的第一端部轉子、第一定子、中間轉子、第二定子和第二端部轉子；

所述殼體包括上端蓋、下端蓋、設置在第一端部轉子側面的第一側端蓋和設置在第二端部轉子側面的第二側端蓋，所述上端蓋與下端蓋固定連接，所述第一側端蓋與上端蓋和下端蓋均固定連接，所述第二側端蓋與上端蓋和下端蓋均固定連接；所述上端蓋的內表面上設置有用於卡合連接所述第一定子的第一上定子卡槽和用於卡合連接所述第二定子的第二上定子卡槽，所述下端蓋的內表面上設置有用於卡合連接所述第一定子的第一下定子卡槽和用於卡合連接所述第二定子的第二下定子卡槽；所述第一側端蓋上安裝有用於支撐安裝電機軸的第一軸承，所述第二側端蓋上安裝有用於支撐安裝電機軸的第二軸承；

所述第一端部轉子和第二端部轉子的結構相同且均包括端部永磁體安裝架、卡合連接在端部永磁體安裝架上的多塊端部永磁體和用於將多塊所述端部永磁體壓緊在端部永磁體安裝架上的磁軛，相鄰兩塊端部永磁體安裝時的極性相反；所述端部永磁體安裝架和磁軛均卡合連接在電機軸上；

所述中間轉子包括中間永磁體安裝架、卡合連接在中間永磁體安裝架上的多塊中間永磁體和用於將多塊所述中間永磁體壓緊在中間永磁體安裝架上的中間永磁體壓片，相鄰兩塊中間永磁體安裝時的極性相反；所述中間永磁體安裝架和中間永磁體壓片均卡合連接在電機軸上；

所述第一定子和第二定子的結構相同且均包括定子盤和纏繞在定子盤上的線圈繞組，以及用於將線圈繞組壓緊在定子盤上的多塊定子盤壓片；所述定子盤上設置有供線圈繞組穿出的定子盤出線孔，所述第一定子的定子盤上部卡合連接在第一上定子卡槽內，所述第一定子的定子盤下部卡合連接在第一下定子卡槽內；所述第二定子的定子盤上部卡合連接在第二上定子卡槽內，所述第二定子的定子盤下部卡合連接在第二下定子卡槽內；

所述上端蓋上設置有供所述第一定子的線圈繞組穿出的第一定子出線孔和供所述第二定子的線圈繞組穿出的第二定子出線孔；所述電機軸上設置有位於第一軸承與第一端部轉子之間的第一軸套，位於第一端部轉子與第一定子之間的第二軸套，位於第二定子與第二端部轉子之間的第三軸套，以及位於第二端部轉子與第二軸承之間的第四軸套。

上述的一種盤式雙餘度結構永磁同步電機，其特徵在於：所述端部永磁體安裝架包括圓盤形的端部永磁體安裝架本體和均勻設置在端部永磁體安裝架本體外圓周上的多個端部永磁體卡槽，多塊端部永磁體卡合連接在多個端部永磁體卡槽內，所述端部永磁體安裝架本體上位於相鄰兩個端部永磁體卡槽之間的部分設置有端部永磁體安裝架螺紋孔，所述端部永磁體安裝架本體內圓周上均勻設置有多個端部永磁體安裝架結構孔，所述端部永磁體安裝架本體的中心設置有用於卡合連接電機軸的端部永磁體安裝架軸孔；所述端部永磁體包括端部永磁體本體，所述端部永磁體本體的底面上設置有用於卡合連接到端部永磁體卡槽內的端部永磁體卡合連接部；所述磁軛包括圓環形的磁軛本體，所述磁軛本體上設置有多個分別與多個端部永磁體安裝架螺紋孔相配合的磁軛連接孔，所述磁軛通過連接到磁軛連接孔和端部永磁體安裝架螺紋孔內的螺栓與端部永磁體安裝架固定連接。

上述的一種盤式雙餘度結構永磁同步電機，其特徵在於：所述中間永磁體安裝架包括圓盤形的中間永磁體安裝架本體和均勻設置在中間永磁體安裝架本體外圓周上的多個第一中間永磁體卡槽，多塊中間永磁體卡合連接在多個中間永磁體卡槽內，所述中間永磁體安裝架本體上位於相鄰兩個第一中間永磁體卡槽之間的部分設置有中間永磁體安裝架螺紋孔，所述中間永磁體安裝架本體內圓周上均勻設置有多個中間永磁體安裝架結構孔，所述中間永磁體安裝架本體的中心設置有用於卡合連接電機軸的中間永磁體安裝架軸孔；所述中間永磁體壓片包括圓環形的中間永磁體壓片本體和均勻設置在中間永磁體壓片本體上的多個第二中間永磁體卡槽，所述中間永磁體壓片本體上位於相鄰兩個第二中間永磁體卡槽之間的部分設置有與中間永磁體安裝架螺紋孔相配合的中間永磁體壓片連接孔，所述中間永磁體壓片通過連接到中間永磁體壓片連接孔和中間永磁體安裝架螺紋孔內的螺栓與中間永磁體安裝架固定連接；所述中間永磁體包括中間永磁體本體，所述中間永磁體本體的底面上設置有用於卡合連接到第一中間永磁體卡槽內的中間永磁體第一卡合連接部，所述中間永磁體本體的頂面上設置有用於卡合連接到第二中間永磁體卡槽內的中間永磁體第二卡合連接部。

上述的一種盤式雙餘度結構永磁同步電機，其特徵在於：所述定子盤包括圓環形的定子盤本體和均勻設置在定子盤本體上用於纏繞線圈繞組的多個線圈固定凸起，所述線圈固定凸起上設置有定子盤壓片卡槽，所述定子盤本體位於定子盤壓片卡槽內的部分設置有定子盤通孔，所述定子盤出線孔設置在定子盤本體上；所述定子盤壓片包括形狀與線圈固定凸起的形狀相配合的定子盤壓片本體，所述定子盤壓片本體的底面上設置有用於卡合連接到定子盤壓片卡槽內的定子盤壓凸起，所述定子盤壓片本體和定子盤壓凸起上設置有與定子盤通孔相配合的定子盤壓片通孔，所述定子盤壓片通過連接到定子盤壓片通孔和定子盤通孔內的自攻螺釘與定子盤固定連接。

上述的一種盤式雙餘度結構永磁同步電機，其特徵在於：所述定子盤和定子盤壓片均由酚醛樹脂製成。

上述的一種盤式雙餘度結構永磁同步電機，其特徵在於：所述第一定子出線孔與設置在所述第一定子的定子盤上的定子盤出線孔相對設置，所述第二定子出線孔與設置在所述第二定子的定子盤上的定子盤出線孔相對設置。

上述的一種盤式雙餘度結構永磁同步電機，其特徵在於：纏繞在所述第一定子的定子盤上的線圈繞組和纏繞在所述第二定子的定子盤上的線圈繞組均採用單層集中繞法；所述第一定子的線圈繞組穿出定子盤出線孔和第一定子出線孔後採用星形接法進行連接，所述第二定子的線圈繞組穿出定子盤出線孔和第二定子出線孔後採用星形接法進行連接。

上述的一種盤式雙餘度結構永磁同步電機，其特徵在於：所述第一軸承和第二軸承均為角接觸軸承，所述第一軸套與第四軸套的結構相同，所述第二軸套與第三軸套的結構相同。

本發明還公開了一種方法步驟簡單、設計合理、實現方便、能夠實現對盤式雙餘度結構永磁同步電機的兩套繞組的協調控制的盤式雙餘度結構永磁同步電機的控制方法，其採用的控制系統包括第一控制單元、第二控制單元和控制計算機，所述第一控制單元包括依次連接的第一數位訊號處理器、第一IGBT驅動電路和第一IGBT全橋逆變電路，所述第一數位訊號處理器的輸入端接有第一旋變解算電路和第一繞組電流檢測電路，所述第一旋變解算電路上接有第一旋轉變壓器，所述第一繞組電流檢測電路的輸入端接有用於對所述第一定子的線圈繞組的電流進行實時檢測的第一電流傳感器，所述第一電流傳感器與第一定子的線圈繞組連接；所述第二控制單元包括依次連接的第二數位訊號處理器、第二IGBT驅動電路和第二IGBT全橋逆變電路，所述第二數位訊號處理器的輸入端接有第二旋變解算電路和第二繞組電流檢測電路，所述第二旋變解算電路上接有第二旋轉變壓器，所述第二繞組電流檢測電路的輸入端接有用於對所述第二定子的線圈繞組的電流進行實時檢測的第二電流傳感器，所述第二電流傳感器與第二定子的線圈繞組連接；所述第一旋轉變壓器和第二旋轉變壓器分別與電機軸的兩端固定連接,所述第一數位訊號處理器和第二數位訊號處理器連接；其特徵在於，該方法包括以下步驟：

步驟一、控制計算機分別向第一數位訊號處理器和第二數位訊號處理器發送電機轉速ω*r；

步驟二、第一數位訊號處理器根據其接收到的電機轉速ω*r，輸出對應於給第一定子的線圈繞組的電流控制信號的PWM信號，並將PWM信號輸出給第一IGBT驅動電路；同時，第二數位訊號處理器根據其接收到的電機轉速ω*r，輸出對應於給第二定子的線圈繞組的電流控制信號的PWM信號，並將PWM信號輸出給第二IGBT驅動電路；

步驟三、第一IGBT驅動電路對其接收到的PWM信號進行放大後輸出給第一IGBT全橋逆變電路，第一IGBT全橋逆變電路根據PWM信號將外部直流電源輸出給其的直流電逆變成頻率和幅值可調的交流電後，輸出給第一定子的線圈繞組，在第一定子的線圈繞組中形成旋轉磁場，形成的旋轉磁場再帶動第一端部轉子旋轉；同時，第二IGBT驅動電路對其接收到的PWM信號進行放大後輸出給第二IGBT全橋逆變電路，第二IGBT全橋逆變電路根據PWM信號將外部直流電源輸出給其的直流電逆變成頻率和幅值可調的交流電後，輸出給第二定子的線圈繞組，在第二定子的線圈繞組中形成旋轉磁場，形成的旋轉磁場再帶動第二端部轉子旋轉；

所述第一端部轉子和第二端部轉子旋轉，即實現了所述永磁同步電機的運行，所述永磁同步電機運行過程中，第一電流傳感器對所述第一定子的線圈繞組的電流進行實時檢測，並將檢測到的信號輸出給第一繞組電流檢測電路，第一繞組電流檢測電路將第一電流傳感器輸出的信號進行放大與平移後輸出給第一數位訊號處理器；同時，第二電流傳感器對所述第一定子的線圈繞組的電流進行實時檢測，並將檢測到的信號輸出給第二繞組電流檢測電路，第二繞組電流檢測電路將第二電流傳感器輸出的信號進行放大與平移後輸出給第二數位訊號處理器；

步驟四、第一數位訊號處理器先對其接收到的三相繞組電流進行Clark變換，將三相繞組電流變換為兩相靜止電流；再對兩相靜止電流進行Park變換，將兩相靜止電流變為交軸電流Iq1和直軸電流Id1；同時，第二數位訊號處理器先對其接收到的三相繞組電流進行Clark變換，將三相繞組電流變換為兩相靜止電流；再對兩相靜止電流進行Park變換，將兩相靜止電流變為交軸電流Iq2和直軸電流Id2；

步驟五、第一旋變解算電路向第一旋轉變壓器輸出正弦激勵信號，激勵第一旋轉變壓器產生與所述永磁同步電機中的第一端部轉子的位置相對應的兩路正交電壓信號，第一旋變解算電路接收到第一旋轉變壓器產生的兩路正交電壓信號後，輸出當前第一端部轉子的轉速ωr1給第一數位訊號處理器；同時，第二旋變解算電路向第二旋轉變壓器輸出正弦激勵信號，激勵第二旋轉變壓器產生與所述永磁同步電機中的第二端部轉子的位置相對應的兩路正交電壓信號，第二旋變解算電路接收到第二旋轉變壓器產生的兩路正交電壓信號後，輸出當前第二端部轉子的轉速ωr2給第二數位訊號處理器；

步驟六、第一數位訊號處理器對其接收到的電機轉速ω*r和當前第一端部轉子的轉速ωr1作差，並對得到的轉速差值進行PID控制，產生對第一定子的線圈繞組的電流控制信號同時，第二數位訊號處理器對其接收到的電機轉速ω*r和當前第二端部轉子的轉速ωr2作差，並對得到的轉速差值進行PID控制，產生對第二定子的線圈繞組的電流控制信號

步驟七、第一數位訊號處理器將對第一定子的線圈繞組的電流控制信號與交軸電流Iq1作差，並對差值進行電流內環的PI控制，產生電壓Vq1；同時，第二數位訊號處理器將對第二定子的線圈繞組的電流控制信號與交軸電流Iq2作差，並對差值進行電流內環的PI控制，產生電壓Vq2；

步驟八、採用磁場定向令Id＝0，第一數位訊號處理器將交軸電流Iq1與Id作差，並對差值進行電流內環的PI控制，產生電壓Vd1；第二數位訊號處理器將交軸電流Iq2與Id作差，並對差值進行電流內環的PI控制，產生電壓Vd2；

步驟九、第一數位訊號處理器根據電壓Vq1和電壓Vd1，並根據矢量控制SVPWM控制算法，輸出對應於給第一定子的線圈繞組的電流控制信號的PWM信號，並將PWM信號輸出給第一IGBT驅動電路；同時，第二數位訊號處理器根據電壓Vq2和電壓Vd2，並根據矢量控制SVPWM控制算法，輸出對應於給第二定子的線圈繞組的電流控制信號的PWM信號，並將PWM信號輸出給第二IGBT驅動電路；

步驟十、第一IGBT驅動電路對其接收到的PWM信號進行放大後輸出給第一IGBT全橋逆變電路，第一IGBT全橋逆變電路根據PWM信號將外部直流電源輸出給其的直流電逆變成頻率和幅值可調的交流電後，輸出給第一定子的線圈繞組，在第一定子的線圈繞組中形成旋轉磁場，形成的旋轉磁場再帶動第一端部轉子旋轉；同時，第二IGBT驅動電路對其接收到的PWM信號進行放大後輸出給第二IGBT全橋逆變電路，第二IGBT全橋逆變電路根據PWM信號將外部直流電源輸出給其的直流電逆變成頻率和幅值可調的交流電後，輸出給第二定子的線圈繞組，在第二定子的線圈繞組中形成旋轉磁場，形成的旋轉磁場再帶動第二端部轉子旋轉；直到控制計算機分別向第一數位訊號處理器和第二數位訊號處理器發送電機停止轉動的控制信號後，第一數位訊號處理器停止輸出PWM信號，第二數位訊號處理器停止輸出PWM信號，所述第一端部轉子和第二端部轉子停止旋轉，所述永磁同步電機停止運行。

上述的方法，其特徵在於：步驟四之前，所述第一數位訊號處理器還將其接收到的三相繞組電流與預先設定的短路保護電流相比對，當其接收到的三相繞組電流大於預先設定的短路保護電流時，所述第一數位訊號處理器停止輸出PWM信號，並輸出電機停止轉動的控制信號給第二數位訊號處理器，所述第二數位訊號處理器停止輸出PWM信號，所述第一端部轉子和第二端部轉子停止旋轉，所述永磁同步電機停止運行；同時，所述第二數位訊號處理器還將其接收到的三相繞組電流與預先設定的短路保護電流相比對，當其接收到的三相繞組電流大於預先設定的短路保護電流時，所述第二數位訊號處理器停止輸出PWM信號，並輸出電機停止轉動的控制信號給第一數位訊號處理器，所述第一數位訊號處理器停止輸出PWM信號，所述第一端部轉子和第二端部轉子停止旋轉，所述永磁同步電機停止運行。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、本發明盤式雙餘度結構永磁同步電機的結構簡單，設計新穎合理，實現方便。

2、本發明的盤式雙餘度結構永磁同步電機的工作可靠性高，不同於雙繞組永磁同步電機，兩套繞組在同時工作時，電樞繞組間的互感對電機其他參數產生不確定的影響，進而將導致伺服系統功能及性能的協調控制難題增大甚至反而降低系統可靠性。

3、本發明的盤式雙餘度結構永磁同步電機，定轉子隔層疊放，形成多個圓環面，兩套線圈繞組互感為零，在很大程度上降低了模型的非線性度，從而大大增強系統的可靠性，簡化了協調控制的難題。

4、本發明盤式雙餘度結構永磁同步電機的重量輕，減小了鐵損耗，提高了效率，振動噪聲低，完全消除了齒槽效應。

5、本發明的盤式雙餘度結構永磁同步電機，兩套繞組可以單獨承擔負荷所需功耗，也可以協調工作，平分負荷所需功耗，正常情況每套繞組承擔供二分之一負荷，當某套繞組出現故障，則負荷能夠由另一套繞組承擔，大大提高了電機運行的可靠性。

6、本發明的盤式雙餘度結構永磁同步電機的控制方法的方法步驟簡單，設計合理，實現方便，能夠實現對盤式雙餘度結構永磁同步電機的兩套繞組的協調控制。

7、本發明能夠為開展PMSM伺服系統餘度間電磁解耦方法及協調控制、容錯策略的研究提供依據，能夠滿足航空航天領域IEA突出的高可靠性要求，具有廣泛的應用前景，推廣應用價值高。

綜上所述，本發明的設計新穎合理，實現方便，減小了鐵損耗，提高了效率，振動噪聲低，消除了齒槽效應，運行可靠性高，具有廣泛的應用前景，推廣應用價值高。

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發明盤式雙餘度結構永磁同步電機的立體圖。

圖2為本發明盤式雙餘度結構永磁同步電機的主視圖。

圖3為本發明上端蓋的結構示意圖。

圖4為本發明下端蓋的結構示意圖。

圖5為本發明第一側端蓋的結構示意圖。

圖6為本發明第二側端蓋的結構示意圖。

圖7為本發明第一端部轉子和第二端部轉子的結構示意圖。

圖8為本發明多塊端部永磁體在端部永磁體安裝架上的布設示意圖。

圖9為本發明永磁體安裝架的結構示意圖。

圖10為本發明端部永磁體的結構示意圖。

圖11為本發明磁軛的結構示意圖。

圖12為本發明中間轉子的結構示意圖。

圖13為本發明中間永磁體安裝架的結構示意圖。

圖14為本發明中間永磁體壓片的結構示意圖。

圖15為本發明中間永磁體的結構示意圖。

圖16為本發明第一定子和第二定子的結構示意圖。

圖17為本發明線圈繞組在定子盤上的纏繞示意圖。

圖18為本發明定子盤的結構示意圖。

圖19為本發明定子盤壓片的結構示意圖。

圖20為本發明第一軸套和第四軸套的結構示意圖。

圖21為本發明第二軸套和第三軸套的結構示意圖。

圖22為本發明盤式雙餘度結構永磁同步電機的控制方法所採用的控制系統的電路原理框圖。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本發明包的盤式雙餘度結構永磁同步電機，包括殼體和橫穿殼體設置的電機軸10，以及依次設置在所述殼體內部的第一端部轉子15、第一定子16、中間轉子17、第二定子18和第二端部轉子19；

結合圖3、圖4、圖5和圖6，所述殼體包括上端蓋8、下端蓋9、設置在第一端部轉子15側面的第一側端蓋7-1和設置在第二端部轉子19側面的第二側端蓋7-2，所述上端蓋8與下端蓋9固定連接，所述第一側端蓋7-1與上端蓋8和下端蓋9均固定連接，所述第二側端蓋7-2與上端蓋8和下端蓋9均固定連接；所述上端蓋8的內表面上設置有用於卡合連接所述第一定子16的第一上定子卡槽8-1和用於卡合連接所述第二定子18的第二上定子卡槽8-2，所述下端蓋9的內表面上設置有用於卡合連接所述第一定子16的第一下定子卡槽9-1和用於卡合連接所述第二定子18的第二下定子卡槽9-2；所述第一側端蓋7-1上安裝有用於支撐安裝電機軸10的第一軸承20，所述第二側端蓋7-2上安裝有用於支撐安裝電機軸10的第二軸承21；

如圖7和圖8所示，所述第一端部轉子15和第二端部轉子19的結構相同且均包括端部永磁體安裝架1、卡合連接在端部永磁體安裝架1上的多塊端部永磁體13和用於將多塊所述端部永磁體13壓緊在端部永磁體安裝架1上的磁軛4，相鄰兩塊端部永磁體13安裝時的極性相反；所述端部永磁體安裝架1和磁軛4均卡合連接在電機軸10上；

如圖12所示，所述中間轉子17包括中間永磁體安裝架3、卡合連接在中間永磁體安裝架3上的多塊中間永磁體14和用於將多塊所述中間永磁體14壓緊在中間永磁體安裝架3上的中間永磁體壓片2，相鄰兩塊中間永磁體14安裝時的極性相反；所述中間永磁體安裝架3和中間永磁體壓片2均卡合連接在電機軸10上；

如圖16和圖17所示，所述第一定子16和第二定子18的結構相同且均包括定子盤5和纏繞在定子盤5上的線圈繞組22，以及用於將線圈繞組22壓緊在定子盤5上的多塊定子盤壓片6；所述定子盤5上設置有供線圈繞組22穿出的定子盤出線孔5-5，所述第一定子16的定子盤5上部卡合連接在第一上定子卡槽8-1內，所述第一定子16的定子盤5下部卡合連接在第一下定子卡槽9-1內；所述第二定子18的定子盤5上部卡合連接在第二上定子卡槽8-2內，所述第二定子的定子盤5下部卡合連接在第二下定子卡槽9-2內；

如圖3所示，所述上端蓋8上設置有供所述第一定子16的線圈繞組22穿出的第一定子出線孔8-3和供所述第二定子18的線圈繞組22穿出的第二定子出線孔8-4；如圖2所示，所述電機軸10上設置有位於第一軸承20與第一端部轉子15之間的第一軸套11-1，位於第一端部轉子15與第一定子16之間的第二軸套12-1，位於第二定子18與第二端部轉子19之間的第三軸套12-2，以及位於第二端部轉子19與第二軸承21之間的第四軸套11-2。

本實施例中，如圖9所示，所述端部永磁體安裝架1包括圓盤形的端部永磁體安裝架本體1-1和均勻設置在端部永磁體安裝架本體1-1外圓周上的多個端部永磁體卡槽1-2，多塊端部永磁體13卡合連接在多個端部永磁體卡槽1-2內，所述端部永磁體安裝架本體1-1上位於相鄰兩個端部永磁體卡槽1-2之間的部分設置有端部永磁體安裝架螺紋孔1-3，所述端部永磁體安裝架本體1-1內圓周上均勻設置有多個端部永磁體安裝架結構孔1-4，所述端部永磁體安裝架本體1-1的中心設置有用於卡合連接電機軸10的端部永磁體安裝架軸孔1-5；如圖10所示，所述端部永磁體13包括端部永磁體本體13-1，所述端部永磁體本體13-1的底面上設置有用於卡合連接到端部永磁體卡槽1-2內的端部永磁體卡合連接部13-2；如圖11所示，所述磁軛4包括圓環形的磁軛本體4-1，所述磁軛本體4-1上設置有多個分別與多個端部永磁體安裝架螺紋孔1-3相配合的磁軛連接孔4-2，所述磁軛4通過連接到磁軛連接孔4-2和端部永磁體安裝架螺紋孔1-3內的螺栓與端部永磁體安裝架1固定連接。

本實施例中，如圖13所示，所述中間永磁體安裝架3包括圓盤形的中間永磁體安裝架本體3-1和均勻設置在中間永磁體安裝架本體3-1外圓周上的多個第一中間永磁體卡槽3-2，多塊中間永磁體14卡合連接在多個中間永磁體卡槽3-2內，所述中間永磁體安裝架本體3-1上位於相鄰兩個第一中間永磁體卡槽3-2之間的部分設置有中間永磁體安裝架螺紋孔3-3，所述中間永磁體安裝架本體3-1內圓周上均勻設置有多個中間永磁體安裝架結構孔3-4，所述中間永磁體安裝架本體3-1的中心設置有用於卡合連接電機軸10的中間永磁體安裝架軸孔3-5；如圖14所示，所述中間永磁體壓片2包括圓環形的中間永磁體壓片本體2-1和均勻設置在中間永磁體壓片本體2-1上的多個第二中間永磁體卡槽2-3，所述中間永磁體壓片本體2-1上位於相鄰兩個第二中間永磁體卡槽2-3之間的部分設置有與中間永磁體安裝架螺紋孔3-3相配合的中間永磁體壓片連接孔2-2，所述中間永磁體壓片2通過連接到中間永磁體壓片連接孔2-2和中間永磁體安裝架螺紋孔3-3內的螺栓與中間永磁體安裝架3固定連接；如圖15所示，所述中間永磁體14包括中間永磁體本體14-1，所述中間永磁體本體14-1的底面上設置有用於卡合連接到第一中間永磁體卡槽3-2內的中間永磁體第一卡合連接部14-2，所述中間永磁體本體14-1的頂面上設置有用於卡合連接到第二中間永磁體卡槽2-3內的中間永磁體第二卡合連接部14-3。

本實施例中，如圖18所示，所述定子盤5包括圓環形的定子盤本體5-1和均勻設置在定子盤本體5-1上用於纏繞線圈繞組22的多個線圈固定凸起5-2，所述線圈固定凸起5-2上設置有定子盤壓片卡槽5-3，所述定子盤本體5-1位於定子盤壓片卡槽5-3內的部分設置有定子盤通孔5-4，所述定子盤出線孔5-5設置在定子盤本體5-1上；如圖19所示，所述定子盤壓片6包括形狀與線圈固定凸起5-2的形狀相配合的定子盤壓片本體6-1，所述定子盤壓片本體6-1的底面上設置有用於卡合連接到定子盤壓片卡槽5-3內的定子盤壓凸起6-2，所述定子盤壓片本體6-1和定子盤壓凸起6-2上設置有與定子盤通孔5-4相配合的定子盤壓片通孔6-3，所述定子盤壓片6通過連接到定子盤壓片通孔6-3和定子盤通孔5-4內的自攻螺釘與定子盤5固定連接。

本實施例中，所述定子盤5和定子盤壓片6均由酚醛樹脂製成。

本實施例中，所述第一定子出線孔8-3與設置在所述第一定子16的定子盤5上的定子盤出線孔5-5相對設置，所述第二定子出線孔8-4與設置在所述第二定子的定子盤5上的定子盤出線孔5-5相對設置。

本實施例中，纏繞在所述第一定子16的定子盤5上的線圈繞組22和纏繞在所述第二定子18的定子盤5上的線圈繞組22均採用單層集中繞法；所述第一定子16的線圈繞組22穿出定子盤出線孔5-5和第一定子出線孔8-3後採用星形接法進行連接，所述第二定子18的線圈繞組22穿出定子盤出線孔5-5和第二定子出線孔8-4後採用星形接法進行連接。採用單層集中繞法，與疊繞和波繞的布線方式相比，能夠減小定子盤5的厚度，這樣就可以減小氣隙的長度，從而就能提高氣隙的磁密；另外，還能減小電機的體積。

本實施例中，所述第一軸承20和第二軸承21均為角接觸軸承，如圖20所示，所述第一軸套11-1與第四軸套11-2的結構相同，如圖21所示，所述第二軸套12-1與第三軸套12-2的結構相同。

本發明的盤式雙餘度結構永磁同步電機的控制方法，如圖22所示，其採用的控制系統包括第一控制單元、第二控制單元和控制計算機37，所述第一控制單元包括依次連接的第一數位訊號處理器23、第一IGBT驅動電路24和第一IGBT全橋逆變電路25，所述第一數位訊號處理器23的輸入端接有第一旋變解算電路26和第一繞組電流檢測電路27，所述第一旋變解算電路26上接有第一旋轉變壓器28，所述第一繞組電流檢測電路27的輸入端接有用於對所述第一定子16的線圈繞組22的電流進行實時檢測的第一電流傳感器29，所述第一電流傳感器29與第一定子16的線圈繞組22連接；所述第二控制單元包括依次連接的第二數位訊號處理器30、第二IGBT驅動電路31和第二IGBT全橋逆變電路32，所述第二數位訊號處理器30的輸入端接有第二旋變解算電路33和第二繞組電流檢測電路34，所述第二旋變解算電路33上接有第二旋轉變壓器35，所述第二繞組電流檢測電路34的輸入端接有用於對所述第二定子18的線圈繞組22的電流進行實時檢測的第二電流傳感器36，所述第二電流傳感器36與第二定子18的線圈繞組22連接；所述第一旋轉變壓器28和第二旋轉變壓器35分別與電機軸10的兩端固定連接,所述第一數位訊號處理器23和第二數位訊號處理器30連接；其特徵在於，該方法包括以下步驟：

步驟一、控制計算機37分別向第一數位訊號處理器23和第二數位訊號處理器30發送電機轉速ω*r；

步驟二、第一數位訊號處理器23根據其接收到的電機轉速ω*r，輸出對應於給第一定子16的線圈繞組22的電流控制信號的PWM信號，並將PWM信號輸出給第一IGBT驅動電路24；同時，第二數位訊號處理器30根據其接收到的電機轉速ω*r，輸出對應於給第二定子18的線圈繞組22的電流控制信號的PWM信號，並將PWM信號輸出給第二IGBT驅動電路31；

步驟三、第一IGBT驅動電路24對其接收到的PWM信號進行放大後輸出給第一IGBT全橋逆變電路25，第一IGBT全橋逆變電路25根據PWM信號將外部直流電源輸出給其的直流電逆變成頻率和幅值可調的交流電後，輸出給第一定子16的線圈繞組22，在第一定子16的線圈繞組22中形成旋轉磁場，形成的旋轉磁場再帶動第一端部轉子15旋轉；由於在第一端部轉子15上安裝了端部永磁體13，端部永磁體13的極性是固定的，根據磁極的同性相吸異性相斥的原理，在第一定子16中產生的旋轉磁場會帶動第一端部轉子15進行旋轉，最終達到第一端部轉子15的旋轉速度與第一定子16中產生的旋轉磁極的轉速相等。同時，第二IGBT驅動電路31對其接收到的PWM信號進行放大後輸出給第二IGBT全橋逆變電路32，第二IGBT全橋逆變電路32根據PWM信號將外部直流電源輸出給其的直流電逆變成頻率和幅值可調的交流電後，輸出給第二定子18的線圈繞組22，在第二定子18的線圈繞組22中形成旋轉磁場，形成的旋轉磁場再帶動第二端部轉子19旋轉；由於在第二端部轉子19上安裝了端部永磁體13，端部永磁體13的極性是固定的，根據磁極的同性相吸異性相斥的原理，在第二定子18中產生的旋轉磁場會帶動第二端部轉子19進行旋轉，最終達到第二端部轉子19的旋轉速度與第二定子18中產生的旋轉磁極的轉速相等。

所述第一端部轉子15和第二端部轉子19旋轉，即實現了所述永磁同步電機的運行，所述永磁同步電機運行過程中，第一電流傳感器29對所述第一定子16的線圈繞組22的電流進行實時檢測，並將檢測到的信號輸出給第一繞組電流檢測電路27，第一繞組電流檢測電路27將第一電流傳感器29輸出的信號進行放大與平移後輸出給第一數位訊號處理器23；同時，第二電流傳感器36對所述第一定子16的線圈繞組22的電流進行實時檢測，並將檢測到的信號輸出給第二繞組電流檢測電路34，第二繞組電流檢測電路34將第二電流傳感器36輸出的信號進行放大與平移後輸出給第二數位訊號處理器30；

步驟四、第一數位訊號處理器23先對其接收到的三相繞組電流進行Clark變換，將三相繞組電流變換為兩相靜止電流；再對兩相靜止電流進行Park變換，將兩相靜止電流變為交軸電流Iq1和直軸電流Id1；同時，第二數位訊號處理器30先對其接收到的三相繞組電流進行Clark變換，將三相繞組電流變換為兩相靜止電流；再對兩相靜止電流進行Park變換，將兩相靜止電流變為交軸電流Iq2和直軸電流Id2；

步驟五、第一旋變解算電路26向第一旋轉變壓器28輸出正弦激勵信號，激勵第一旋轉變壓器28產生與所述永磁同步電機中的第一端部轉子15的位置相對應的兩路正交電壓信號，第一旋變解算電路26接收到第一旋轉變壓器28產生的兩路正交電壓信號後，輸出當前第一端部轉子15的轉速ωr1給第一數位訊號處理器23；同時，第二旋變解算電路33向第二旋轉變壓器35輸出正弦激勵信號，激勵第二旋轉變壓器35產生與所述永磁同步電機中的第二端部轉子19的位置相對應的兩路正交電壓信號，第二旋變解算電路33接收到第二旋轉變壓器35產生的兩路正交電壓信號後，輸出當前第二端部轉子19的轉速ωr2給第二數位訊號處理器30；

步驟六、第一數位訊號處理器23對其接收到的電機轉速ω*r和當前第一端部轉子15的轉速ωr1作差，並對得到的轉速差值進行PID控制，產生對第一定子16的線圈繞組22的電流控制信號同時，第二數位訊號處理器30對其接收到的電機轉速ω*r和當前第二端部轉子19的轉速ωr2作差，並對得到的轉速差值進行PID控制，產生對第二定子18的線圈繞組22的電流控制信號

步驟七、第一數位訊號處理器23將對第一定子16的線圈繞組22的電流控制信號與交軸電流Iq1作差，並對差值進行電流內環的PI控制，產生電壓Vq1；同時，第二數位訊號處理器30將對第二定子18的線圈繞組22的電流控制信號與交軸電流Iq2作差，並對差值進行電流內環的PI控制，產生電壓Vq2；

步驟八、採用磁場定向令Id＝0，第一數位訊號處理器23將交軸電流Iq1與Id作差，並對差值進行電流內環的PI控制，產生電壓Vd1；第二數位訊號處理器30將交軸電流Iq2與Id作差，並對差值進行電流內環的PI控制，產生電壓Vd2；

步驟九、第一數位訊號處理器23根據電壓Vq1和電壓Vd1，並根據矢量控制SVPWM控制算法，輸出對應於給第一定子16的線圈繞組22的電流控制信號的PWM信號，並將PWM信號輸出給第一IGBT驅動電路24；同時，第二數位訊號處理器30根據電壓Vq2和電壓Vd2，並根據矢量控制SVPWM控制算法，輸出對應於給第二定子18的線圈繞組22的電流控制信號的PWM信號，並將PWM信號輸出給第二IGBT驅動電路31；

步驟十、第一IGBT驅動電路24對其接收到的PWM信號進行放大後輸出給第一IGBT全橋逆變電路25，第一IGBT全橋逆變電路25根據PWM信號將外部直流電源輸出給其的直流電逆變成頻率和幅值可調的交流電後，輸出給第一定子16的線圈繞組22，在第一定子16的線圈繞組22中形成旋轉磁場，形成的旋轉磁場再帶動第一端部轉子15旋轉；同時，第二IGBT驅動電路31對其接收到的PWM信號進行放大後輸出給第二IGBT全橋逆變電路32，第二IGBT全橋逆變電路32根據PWM信號將外部直流電源輸出給其的直流電逆變成頻率和幅值可調的交流電後，輸出給第二定子18的線圈繞組22，在第二定子18的線圈繞組22中形成旋轉磁場，形成的旋轉磁場再帶動第二端部轉子19旋轉；直到控制計算機(37)分別向第一數位訊號處理器23和第二數位訊號處理器30發送電機停止轉動的控制信號後，第一數位訊號處理器23停止輸出PWM信號，第二數位訊號處理器30停止輸出PWM信號，所述第一端部轉子15和第二端部轉子19停止旋轉，所述永磁同步電機停止運行。

本實施例中，步驟四之前，所述第一數位訊號處理器23還將其接收到的三相繞組電流與預先設定的短路保護電流相比對，當其接收到的三相繞組電流大於預先設定的短路保護電流時，所述第一數位訊號處理器23停止輸出PWM信號，並輸出電機停止轉動的控制信號給第二數位訊號處理器30，所述第二數位訊號處理器30停止輸出PWM信號，所述第一端部轉子15和第二端部轉子19停止旋轉，所述永磁同步電機停止運行；同時，所述第二數位訊號處理器30還將其接收到的三相繞組電流與預先設定的短路保護電流相比對，當其接收到的三相繞組電流大於預先設定的短路保護電流時，所述第二數位訊號處理器30停止輸出PWM信號，並輸出電機停止轉動的控制信號給第一數位訊號處理器23，所述第一數位訊號處理器23停止輸出PWM信號，所述第一端部轉子15和第二端部轉子19停止旋轉，所述永磁同步電機停止運行。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。