CN102780428A - 一种双定子电机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种双定子电机驱动系统，第一绕组（10）缠绕于左定子（1）的定子槽（12），第二绕组（11）缠绕于右定子（2）的定子槽（14），左定子（1）和右定子（2）之间电隔离，第一绕组（10）和第二绕组（11）之间电隔离；第一电源（4）和第二电源（5）分别耦合至交直流转换模块（8），驱动电路（7）耦合至交直流转换模块（8），交直流转换模块（8）耦合至交流电机（3）的第一绕组（10）以及第二绕组（11）的出线端，逻辑算法电路（6）耦合至驱动电路（7），控制模块（9）耦合至逻辑算法电路（6）。针对传统电机驱动系统的缺点，设计出一种可提高系统的能量使用效率并可有效应对电机故障的双电机驱动系统。

Description

一种双定子电机驱动系统

技术领域

本发明涉及电机及其控制技术领域，特别涉及一种双电源供电的双定子电机驱动系统。

背景技术

目前，在混合动力汽车和纯电动汽车汽车不断发展的同时，对汽车驱动系统在不同路况下的工作性能、工作模式以及节能效果有了更高的要求。传统的三相交流电机在面对不同路况以及驱动系统位于不同的行驶状态时，不能实现多元的工作方案之间的转换，也不能根据驱动系统的实际功率需求采用相应的驱动方案以节约能量。且在驱动系统缺相的等故障模式下，三相电机绕组电流急剧上升，振动噪声增大，影响系统的运行性能和寿命，甚至危及驾驶安全，可靠性较差。因此，对于混合动力汽车和纯电动汽车等对电机驱动系统可靠性及实用性要求较高的场合，电机驱动系统需要进行升级和改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种可适应各种路况和行驶状态，且可在电机缺相等故障的情况下具有一定的继续工作的能力的双定子电机驱动系统。

本发明是采取以下技术方案实现的：具有左定子和右定子的交流电机、第一电源、第二电源、逻辑算法电路、驱动电路、交直流转换模块、控制模块，其特征在于：第一绕组缠绕于左定子的定子槽，第二绕组缠绕于右定子的定子槽，左定子和右定子之间电隔离，第一绕组和第二绕组之间电隔离；第一电源和第二电源分别耦合至交直流转换模块，驱动电路耦合至交直流转换模块，交直流转换模块耦合至交流电机的第一绕组以及第二绕组的出线端，逻辑算法电路耦合至驱动电路，控制模块耦合至逻辑算法电路；控制模块配置逻辑算法电路，逻辑算法电路配置驱动电路，驱动电路配置交直流转换模块，完成对第一电源和第二电源以及交流电机的工作方式的控制。

左定子和右定子的定子槽的中轴线为径向，左定子和右定子沿交流电机的转子和转轴的轴向并排设置，第一绕组和第二绕组为三相绕组。

驱动电路对输入其的信号进行功率放大，第一电源为直流电源，第一电源与第一绕组形成供能匹配；第二电源为直流电源，第二电源第二绕组形成供能匹配。交直流转换模块对第一电源和第二电源所输入的直流电流进行直流变交流的转换，对交流电机回流的交流电流进行交流变直流的转换。

第一电源和第二电源的工作方式包括第一电源供电，第二电源不供电；或第一电源不供电，第二电源供电；或第一电源和第二电源同时供电；或第一电源接受交流电机提供的电能从而进行充电，第二电源不进行充电；或第二电源接受交流电机提供的电能从而进行充电，第一电源不进行充电；或第一电源和第二电源同时接受交流电机提供的电能从而进行充电。第一电源和第二电源同时对交流电机进行供电时，第一电源和第二电源所提供的电流的频率一致。

本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下几个方面：

汽车驱动系统由控制模块根据其采集的第一电源、第二电源、交流电机、以及车辆行驶信息、路况信息等，做出合理的能量分配方案，并向下级电路输出指令，从而实现第一电源、第二电源、第一绕组和第二绕组间的功率分配，以实现最佳的系统工作和节能效果。

具体可体现为：第一电源供电，第二电源不供电，第一绕组工作；或第一电源不供电，第二电源供电，第二绕组工作；或第一电源和第二电源共同供电，两套绕组均工作；或第一电源接受交流电机提供的电能从而进行充电；或第二电源接受交流电机提供的电能从而进行充电；或第一电源和第二电源同时接受交流电机提供的电能从而进行充电。

此外，当其中一套绕组系统发生故障时，另一套未发生故障的绕组可以继续工作，以保证电动机正常运行；而且双定子电机较传统电机而言，减少了两组绕组间的电磁干扰，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明的交流电机的内部结构的立体视图；

图2是本发明的交流电机的内部结构的正视图；

图3是本发明的交流电机的定子在未缠绕绕组时的侧视图；

图4是本发明的双定子电机驱动系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述，以下关于本发明的实施方式的描述只是示例性，并不是为了限制本发明的所要保护的主题，对于本发明所描述的实施例还存在的其他在权利要求保护范围内的变化，都属于本发明所需要保护的主题。

对于本发明中所提到得“耦合”，根据电气、电子、机械领域的定义，是指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输信号或能量的现象，概括的说耦合就是指两个或两个以上的实体相互依赖于对方的一个量度。在本发明中可以理解为数字信号、电压、电流等能量流的传输方式，根据各模块之间的不同情况下作用关系本发明的中的“耦合”可以进一步理解为直接连接或间接连接。所以虽然本发明的实施例中公布了一种各个组件的示例性布局和结构，但该发明的保护主题内还包含在保护主题的范围内具有不同的耦合方式下的其他布局和结构

如附图1至附图4，其中，1是左定子，2是右定子，3是交流电机，4是第一电源，5是第二电源，6是逻辑算法电路，7是驱动电路，8是交直流转换模块，9是控制模块，10是第一绕组，11是第二绕组，12是定子槽，13是定子槽中轴线，14是定子槽，15是定子槽中轴线，16是转子，17是转轴。

如图1、图2、图3所示，左定子1和右定子2沿着转子16和转轴17的轴向的方向并排设置与转子16的外侧。左定子1和右定子2之间电隔离，第一绕组10缠绕于左定子1的定子槽12，第二绕组11缠绕于右定子2的定子槽14，第一绕组10和第二绕组11之间电隔离。也就是说第一绕组10和左定子1组合体与第二绕组11和右定子2的组合体之间存在气隙且相互独立。

图3的a图为左定子1在未缠绕绕组时的侧视图，b图为右定子2在未缠绕绕组时的侧视图。左定子1的定子槽中轴线13和右定子2的定子槽中轴线15的方向均为径向。为了使附图的标识简洁，图3中的a图和b图都只是标识出一个定子槽和其定子槽中轴线，而图上的其他定子槽和定子槽中轴线为了标识简洁而不做标识。图3所示的定子的大小、定子槽的数目及定子槽的形状是本实施的示例性举例，而本发明除对定子槽的中心轴的方向做限定以外，对于定子的定子槽的数目和定子槽的数量均不做限制。

如图4所示，第一电源4、第二电源5分别连接至交直流转换模块8，第一电源4和第二电源5之间相互独立，交直流转换模块8的与第一绕组10和第二绕组11的出线端分别连接，第一电源4作为交流电机3的第一绕组10供电来源，第二电源5作为交流电机3的第二绕组11的供电来源。第一电源4可以为电池或为电容，第二电源5也可以为电池或电容。控制模块9连接至逻辑算法电路6，逻辑算法电路6连接至驱动电路7，驱动电路7连接至交直流转换模块8。

控制模块9接收来自第一电源4和第二电源5的电压信息、电流信息、电荷状态信息，以及交流电机3的状态信息、车速信息、驾驶员的指令信息等信息。并根据接收到的信息向逻辑算法电路6输出指令，逻辑算法电路6对指令进行接收后将处理和运算的结果传递至下一级的驱动电路7，驱动电路7将接收到的信号进行功率放大之后传递至交直流转换模块8，交直流转换模块8可将第一电源4和第二电源5所输入的直流电转化为交流电，也可将由交流电机3回流的交流电转化为直流电，交直流转换模块8对通过其的能量流的进行交流-直流或直流-交流变换，并实现第一电源4和第二电源5与交流电机3之间能量流的通断的切换，完成对交流电机3、第一电源4和第二电源5的工作方式的切换。

控制模块9根据不同情况配置系统完成第一电源4、第二电源5和交流电机3的工作状态的变换，表现形式为：第一电源4供电，第二电源5不供电；或第一电源4不供电，第二电源5供电；或第一电源4和第二电源5共同供电；或第一电源4接受交流电机3提供的电能从而进行充电；或第二电源5接受交流电机3提供的电能从而进行充电；或第一电源4和第二电源5同时接受交流电机3提供的电能从而进行充电等工作方式。

接下来将根据汽车在不同路况和行驶状态下对以上工作方式的实施方式作进一步说明。

当汽车处于启动状态时，由于汽车的载荷、路况、所要求的加速度等情况的不同，汽车所需的启动功率也不同，系统可根据所需启动功率的大小自动配置为：所需功率小时配置为第一电源4独立供电或第二电源5独自供电，所需功率大时配置为第一电源4和第二电源5共同供电。

当汽车处于匀速行驶状态时，系统通常自动配置为第一电源4或第二电源5独自供电，但若汽车的载荷过大，或路况阻力较大的情况下也可自动配置为第一电源4和第二电源5共同供电。

当汽车处于加速行驶状态时，根据汽车载荷、路况、所要求的加速度等情况，系统可根据所需功率的大小自动配置为：所需功率小时由第一电源4独自供电或第二电源5独自供电，所需功率大时自动配置为第一电源4和第二电源5共同供电。

当汽车处于刹车或滑行的行驶状态时，系统自动配置为回收交流电机3产生的电能至第一电源4或第二电源5。根据减速的加速度和刹车力度所决定的交流电机3产生可回收的电能，系统可根据电机状态、电源状态、行驶状态等状态信息配置为以下电能回收方案：第一电源4接收电能，第二电源5不接收电能；或第二电源5接收电能，第一电源4不接收电能；或第一电源4和第二电源5同时接收电能。

当系统处于一个电源供电的状态时，系统也可根据不同功率的供求情况自动配置另一个电源是否接收交流电机3所产生的电能，而当第一电源和4第二电源5同时对交流电机3进行供电时，通过驱动系统配置使第一电源4和第二电源5所提供的电流的频率一致，以保证交流电机3的转子可以有效运转。

关于电源4和电源5对交流电机3的电能回收的方案在这里做进一步说明：控制模块9发出指令至逻辑算法电路6再至驱动电路7最后至交直流转换模块8，完成驱动系统工作方式的配置。一种方式为由一个电源经交直流转换模块8逆变后给与其相对应的一组绕组供电驱动交流电机3，另一组绕组在转子16转动下产生感应电动势，经交直流转换模块8整流后给另一个电源充电；另一种方式为由外部动力带动交流电机3的转子16旋转（如刹车、滑行等行驶状态），两组绕组产生感应电动势，经交直流转换模块8整流后完成对电源的充电作用。上述描述为驱动系统在开启充电的回路情况下的工作方案，驱动系统在实际的行驶过程中，控制模块9会通过采集交流电机3状态信息、电源电压及荷电状态等状态信息、驾驶员操作信息和路况、速度信息等确定当前是否进行电能回收以及两个电源各自的充电方案，从而进一步对驱动系统进行配置，在当电源已充满电或存在其他不适宜对电源进行充电的情况下，驱动系统将不开启充电回路，或在充电过程中断开充电回路。第一电源4充电回路的通断和第二电源5的充电回路的通断，是相互独立的。若交流电机3为交流异步电机，则在开启某个电源的充电回路时，需向该电源所匹配的绕组提供励磁；若交流电机3为永磁电机，则在开启某个电源的充电回路时，不需向该电源所匹配的绕组提供励磁。

关于以上的工作方式，第一电源4与第一绕组10形成供能匹配，第二电源5与第二绕组11形成供能匹配，即无论是电源供电还是电机回流的电能对电源进行充电，其对应关系均为：第一电源4无论是供电还是充电均是与第一绕组10相对应，第二电源5无论是供电还是充电均是与第二绕组11相对应。

关于该驱动系统在交流电机3发生故障时的工作方式如下：当交流电机3的两组绕组其中的一个定子的绕组发生故障时，由控制模块9配置逻辑算法电路6，逻辑算法电路6配置驱动电路7，驱动电路7配置交直流转换模块8，使未发生故障的另一个定子的绕组在与之对应的电源的供电下保证交流电机3继续工作，以保证驱动系统正常运行。

对于为本发明的示范性实施例，应当理解为是本发明的权利要求书的保护范围内其中的某一种示范性示例，具有对本领域技术人员实现相应的技术方案的指导性作用，而非对本发明的限定。

Claims (9)

1.一种双定子电机驱动系统，包括：具有左定子（1）和右定子（2）的交流电机（3）、第一电源（4）、第二电源（5）、逻辑算法电路（6）、驱动电路（7）、交直流转换模块（8）、控制模块（9），其特征在于：所述第一绕组（10）缠绕于左定子（1）的定子槽（12），第二绕组（11）缠绕于右定子（2）的定子槽（14），左定子（1）和右定子（2）之间电隔离，第一绕组（10）和第二绕组（11）之间电隔离；第一电源（4）和第二电源（5）分别耦合至交直流转换模块（8），驱动电路（7）耦合至交直流转换模块（8），交直流转换模块（8）耦合至交流电机（3）的第一绕组（10）以及第二绕组（11）的出线端，逻辑算法电路（6）耦合至驱动电路（7），控制模块（9）耦合至逻辑算法电路（6）；控制模块（9）配置逻辑算法电路（6），逻辑算法电路（6）配置驱动电路（7），驱动电路（7）配置交直流转换模块（8），完成对第一电源（4）和第二电源（5）以及交流电机（3）的工作方式的控制。

2.根据权利要求1所述的双定子电机驱动系统，其特征在于：所述左定子（1）的定子槽中轴线（13）的方向为径向，右定子（2）的定子槽中轴线（15）的方向为径向。

3.根据权利要求1所述的双定子电机驱动系统，其特征在于：所述左定子（1）和右定子（2）沿交流电机（3）的转子（16）和转轴（17）的轴向并排设置。

4.根据权利要求1所述的双定子电机驱动系统，其特征在于：所述第一绕组（10）和第二绕组（11）为三相绕组。

5.根据权利要求1所述的双定子电机驱动系统，其特征在于：所述驱动电路（7）对输入其的信号进行功率放大。

6.根据权利要求1所述的双定子电机驱动系统，其特征在于：所述第一电源（4）为直流电源，第一电源（4）与第一绕组（10）形成供能匹配；第二电源（5）为直流电源，第二电源（5）第二绕组（11）形成供能匹配。

7.根据权利要求1所述的双定子电机驱动系统，其特征在于：所述交直流转换模块（8）对第一电源（4）和第二电源（5）所输入的直流电流进行直流变交流的转换，对交流电机（3）所回流的交流电流进行交流变直流的转换。

8.根据权利要求1所述的双定子电机驱动系统，其特征在于：所述第一电源（4）和第二电源（5）的工作方式包括第一电源（4）供电，第二电源（5）不供电；或第一电源（4）不供电，第二电源（5）供电；或第一电源（4）和第二电源（5）同时供电；或第一电源（4）接受交流电机（3）提供的电能从而进行充电，第二电源（5）不进行充电；或第二电源（5）接受交流电机（3）提供的电能从而进行充电，第一电源（4）不进行充电；或第一电源（4）和第二电源（5）同时接受交流电机（3）提供的电能从而进行充电。

9.根据权利要求1或权利要求8所述的双定子电机驱动系统，其特征在于：所述第一电源（4）和第二电源（5）同时对交流电机（3）进行供电时，第一电源（3）和第二电源（4）所提供的电流的频率一致。

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