CN103281034A - 多相电机绕组切换电路 - Google Patents

Abstract

多相电机绕组切换电路，属于电机控制领域。本发明解决了现有切换装置能量利用率低的问题。m相电机的每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，每个绕组单元的每个尾端相对应的与n个绕组切换电路单元的一个开关电路单元的开关管的集电极相连，每个开关电路单元的m个开关单元的开关管的发射极连接在一起后，相对应的与一个箝位电路单元的一个二极管的阴极相连，该二极管的阳极与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个箝位电路单元的另外m个二极管的阳极相对应的与开关电路单元m个开关单元的开关管的集电极联结在一起，且该m个二极管共阴极，并同时电源直流母线的正极联结在一起。本发明适用于电机驱动系统。

Description

多相电机绕组切换电路

技术领域

本发明涉及一种多相电机绕组切换电路，属于电机控制领域。

背景技术

在长初级、短次级长行程的直线电机驱动系统中，为了减小逆变器容量、降低系统损耗，常采用如下方法：将初级绕组沿运动方向分段，每一段绕组都相当于一个独立的多相电机，通过位置传感器检测动子位置，通过绕组切换电路，使动子到达位置段的绕组通电，而通过段和未到达段的绕组不通电。这样，既减少了能量损耗，又避免了动子拖线工作，提高了系统的动态特性与可靠性。图9所示即为一种长行程直线电机驱动系统的构成原理图。整个切换电路包括由三相整流二极管构成的整流单元、将整流单元产生的直流短路或断开的由半导体开关构成的开关单元，以及用于吸收开关单元开关动作引起的尖峰能量的缓冲电路。通过控制各切换电路的开关SW1、SW2、SW3依次导通，便可以实现各段绕组单元依次通电，控制直线电机动子作直线运动。

电动车辆、机床主轴、伺服装置等通常要求驱动系统在低速时提供大转矩，而高速时具有较宽的调速范围以及系统效率。为了实现该目的，除了可采用弱磁控制的方法外，亦可以采用绕组切换的方法，在不增加逆变器容量的条件下，可大幅提升驱动系统低速转矩、拓宽高速调速范围，以满足负载对驱动系统的要求。图10所示的星-三角切换方法是在机床主轴驱动广泛采用的一种拓宽转速范围的方法。三相全波整流桥将交流电源输出的交流电整流成脉动直流，并通过电解电容进行平滑、滤波，然后输入到逆变器中，逆变器将输入的直流电逆变成电压与频率可变的三相交流来驱动交流电机。图中的3和4是电磁接触器等机械开关。当把开关4断开、3闭合时，为星形接线，足够高的电压加在绕组上，在电流相同的条件下，可获得较大的转矩；由于电机的阻抗与频率成正比，因此在电流频率高的高速区域，阻抗增大，从而可以选择阻抗低的三角形联结，以使电流容易控制。

但是，图9所示的切换电路的半导体开关损耗大，电机漏感储能都消耗在浪涌吸收电阻上，因此，电路的发热量高、冷却装置体积大；而图10所示的星-三角切换方法存在接触器等机械开关的开关时间长、反应速度慢以及电机转矩波动大等问题。

发明内容

本发明解决了现有切换装置能量利用率低的问题，提出了多相电机绕组切换电路。

本发明提供了八种结构的多相电机绕组切换电路的结构，

方案一：多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，该m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相桥式逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由m+1个二极管构成，

每个绕组单元的每个尾端相对应的与n个绕组切换电路单元的一个开关电路单元的开关管的集电极相连，每个开关电路单元的m个开关单元的开关管的发射极连接在一起后，相对应的与一个箝位电路单元的一个二极管的阴极相连，该二极管的阳极与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个箝位电路单元的另外m个二极管的阳极相对应的与一个开关电路单元m个开关单元的开关管的集电极联结在一起，且该m个二极管共阴极，并同时与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起。

方案二：多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，该m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相桥式逆变器，其中每个绕组单元的对应相首尾依次串联，串联后的绕组的m个首端接在逆变器的m个输出端上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由m+1个二极管构成，

每个绕组单元的每个尾端相对应的与n个绕组切换电路单元的一个开关电路单元的开关管的集电极相连，每个开关电路单元的m个开关单元的开关管的发射极连接在一起后，相对应的与一个箝位电路单元的一个二极管的阴极相连，该二极管的阳极与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个箝位电路单元的另外m个二极管的阳极相对应的与开关电路单元m个开关单元的开关管的集电极联结在一起，且该m个二极管共阴极，并同时与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起。

方案三：多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，该m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为由正、负双电源供电的m相半桥式逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个开关电路单元的m个开关单元的m个集电极分别与每个绕组单元的m个尾端相联结，每个开关电路单元的m个开关单元的另外m个集电极联结在一起后与正、负双电源的地线相连，每个箝位电路单元的m个二极管的阳极分别与每个绕组单元的m个尾端相联结，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的正电源的正极联结在一起；另外m个二极管的阴极分别与每个绕组单元的m个尾端相联结，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的负电源的负极联结在一起。

方案四：多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，该m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相全桥逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个开关电路单元的m个开关单元的m个集电极均与每个绕组单元的m个尾端相联结，每个箝位电路单元中m个二极管的阳极均与每个绕组单元的m个尾端相联结，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起；另外m个二极管的阴极均与每个绕组单元的m个尾端相联结，该m个二极管共阳极，同时阳极与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元的m个开关单元的另外m个集电极接在逆变器的另外m条输出母线上。

方案五：多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相桥式逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个开关电路单元的m个开关单元的m个集电极均与每个绕组单元的m个尾端相联结，每个箝位电路单元中m个二极管的阳极分别与开关电路单元m个开关单元开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起；另外m个二极管的阴极分别与开关电路单元m个开关单元开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元m个开关单元开关管的发射极联结在一起。

方案六：多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相桥式逆变器，其中每个绕组单元的对应相首尾依次串联，串联后的绕组的m个首端接在逆变器的m个输出端上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个箝位电路单元中的m个二极管的阳极分别与每个开关电路单元的m个开关单元开关管的开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的正电源的正极联结在一起；另外m个二极管的阴极分别与每个开关电路单元的m个开关单元的开关管的发射极联结在一起，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的负电源的负极联结在一起，每个开关电路单元m个开关单元开关管的发射极联结在一起。

方案七：多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为由正、负双电源供电的m相半桥式逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个箝位电路单元中m个二极管的阳极分别与开关电路单元的与绕组相连的m个开关单元开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起，另外m个二极管的阴极分别与和绕组相连的开关电路单元的m个开关单元开关管的发射极联结在一起，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元的m个开关单元的另外m个集电极联结在一起后与正、负双电源的地线相连。

方案八：多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相全桥逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由2m个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个箝位电路单元中m个二极管的阳极分别与开关电路单元的与绕组相连的m个开关单元的开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起，另外m个二极管的阴极分别与和绕组相连的开关电路单元的m个开关单元开关管的发射极联结在一起，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元的m个开关单元的另外m个集电极接在逆变器的另外m条输出母线上。

本发明提出多相电机绕组切换电路，利用功率半导体器件作为切换开关，利用二极管将绕组及线路漏感储能馈送回电源，既保护了切换开关，又实现了能量的高效利用，而且本发明应用半导体，因此本发明具有绕组切换电路开关数量少、成本低、损耗低、可靠性高、对负载的影响小等特点，并且用半导体功率器件替换原有的机械开关，切换速度快。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的一种多相电机绕组切换电路的电路原理图；

图2是具体实施方式二所述的一种多相电机绕组切换电路的电路原理图；

图3是具体实施方式三所述的一种多相电机绕组切换电路的电路原理图；

图4是具体实施方式四所述的一种多相电机绕组切换电路的电路原理图；

图5是具体实施方式五所述的一种多相电机绕组切换电路的电路原理图；

图6是具体实施方式六所述的一种多相电机绕组切换电路的电路原理图；

图7是具体实施方式七所述的一种多相电机绕组切换电路的电路原理图；

图8是具体实施方式八所述的一种多相电机绕组切换电路的电路原理图；

图9是现有的一种长行程直线电机驱动系统的构成原理图；

图10是机床主轴驱动采用星-三角切换方法的电气元件连接示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，该m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相桥式逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由m+1个二极管构成，

每个绕组单元的每个尾端相对应的与n个绕组切换电路单元的一个开关电路单元的开关管的集电极相连，每个开关电路单元的m个开关单元的开关管的发射极连接在一起后，相对应的与一个箝位电路单元的一个二极管的阴极相连，该二极管的阳极与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个箝位电路单元的另外m个二极管的阳极相对应的与一个开关电路单元m个开关单元的开关管的集电极联结在一起，且该m个二极管共阴极，并同时与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起。

图1是本实施方式在m＝3，n＝2时的结构示意图，该结构中多相电机为3相电机，且该3相电机有2个绕组单元和逆变器，逆变器为3相桥式逆变器，其中每个绕组单元的3个首端接在逆变器的3条输出母线上，它包括2个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由3个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由4个二极管构成，

每个绕组单元的每个尾端相对应的与2个绕组切换电路单元的一个开关电路单元的开关管的集电极相连，每个开关电路单元的3个开关单元的开关管的发射极连接在一起后，相对应的与一个箝位电路单元的一个二极管的阴极相连，该二极管的阳极与驱动3相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个箝位电路单元的另外3个二极管的阳极相对应的与一个开关电路单元3个开关单元的开关管的集电极联结在一起，且该3个二极管共阴极，并同时与驱动3相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起。

具体实施方式二：参见图2说明本实施方式，本实施方式所述的多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，该m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相桥式逆变器，其中每个绕组单元的对应相首尾依次串联，串联后的绕组的m个首端接在逆变器的m个输出端上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由m+1个二极管构成，

每个绕组单元的每个尾端相对应的与n个绕组切换电路单元的一个开关电路单元的开关管的集电极相连，每个开关电路单元的m个开关单元的开关管的发射极连接在一起后，相对应的与一个箝位电路单元的一个二极管的阴极相连，该二极管的阳极与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个箝位电路单元的另外m个二极管的阳极相对应的与开关电路单元m个开关单元的开关管的集电极联结在一起，且该m个二极管共阴极，并同时与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起。

图2是本实施方式在m＝3，n＝2时的结构示意图，该结构中多相电机为3相电机，且该3相电机有2个绕组单元和逆变器，逆变器为3相桥式逆变器，其中每个绕组单元的对应相首尾依次串联，串联后的绕组的3个首端接在逆变器的3个输出端上，它包括2个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由3个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由4个二极管构成，

每个绕组单元的每个尾端相对应的与2个绕组切换电路单元的一个开关电路单元的开关管的集电极相连，每个开关电路单元的3个开关单元的开关管的发射极连接在一起后，相对应的与一个箝位电路单元的一个二极管的阴极相连，该二极管的阳极与驱动3相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个箝位电路单元的另外3个二极管的阳极相对应的与开关电路单元3个开关单元的开关管的集电极联结在一起，且该3个二极管共阴极，并同时与驱动3相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起。

具体实施方式三：参见图3说明本实施方式，本实施方式所述的多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，该m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为由正、负双电源供电的m相半桥式逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个开关电路单元的m个开关单元的m个集电极分别与每个绕组单元的m个尾端相联结，每个开关电路单元的m个开关单元的另外m个集电极联结在一起后与正、负双电源的地线相连，每个箝位电路单元的m个二极管的阳极分别与每个绕组单元的m个尾端相联结，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的正电源的正极联结在一起；另外m个二极管的阴极分别与每个绕组单元的m个尾端相联结，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的负电源的负极联结在一起。

图3是本实施方式在m＝3，n＝2时的结构示意图，该结构中多相电机为3相电机，且该3相电机有2个绕组单元和逆变器，逆变器为由正、负双电源供电的3相半桥式逆变器，其中每个绕组单元的3个首端接在逆变器的3条输出母线上，它包括2个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由3个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由6个二极管构成，

每个开关电路单元的3个开关单元的3个集电极分别与每个绕组单元的3个尾端相联结，每个开关电路单元的3个开关单元的另外3个集电极联结在一起后与正、负双电源的地线相连，每个箝位电路单元的3个二极管的阳极分别与每个绕组单元的3个尾端相联结，该3个二极管共阴极，并与驱动3相电机的逆变器的正电源的正极联结在一起；另外3个二极管的阴极分别与每个绕组单元的3个尾端相联结，该3个二极管共阳极，并与驱动3相电机的逆变器的负电源的负极联结在一起。

具体实施方式四：参见图4说明本实施方式，本实施方式所述的多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，该m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相全桥逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个开关电路单元的m个开关单元的m个集电极均与每个绕组单元的m个尾端相联结，每个箝位电路单元中m个二极管的阳极均与每个绕组单元的m个尾端相联结，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起；另外m个二极管的阴极均与每个绕组单元的m个尾端相联结，该m个二极管共阳极，同时阳极与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元的m个开关单元的另外m个集电极接在逆变器的另外m条输出母线上。

图4是本实施方式在m＝3，n＝2时的结构示意图，该结构中多相电机为3相电机，且该3相电机有2个绕组单元和逆变器，逆变器为3相全桥逆变器，其中每个绕组单元的3个首端接在逆变器的3条输出母线上，它包括2个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由3个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由6个二极管构成，

每个开关电路单元的3个开关单元的3个集电极均与每个绕组单元的3个尾端相联结，每个箝位电路单元中3个二极管的阳极均与每个绕组单元的3个尾端相联结，该3个二极管共阴极，并与驱动3相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起；另外3个二极管的阴极均与每个绕组单元的3个尾端相联结，该3个二极管共阳极，同时阳极与驱动3相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元的3个开关单元的另外3个集电极接在逆变器的另外3条输出母线上。

具体实施方式五：参见图5说明本实施方式，本实施方式所述的多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相桥式逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个开关电路单元的m个开关单元的m个集电极均与每个绕组单元的m个尾端相联结，每个箝位电路单元中m个二极管的阳极分别与开关电路单元m个开关单元开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起；另外m个二极管的阴极分别与开关电路单元m个开关单元开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元m个开关单元开关管的发射极联结在一起。

图5是本实施方式在m＝3，n＝2时的结构示意图，该结构中多相电机为3相电机，且3相电机有2个绕组单元和逆变器，逆变器为3相桥式逆变器，其中每个绕组单元的3个首端接在逆变器的3条输出母线上，它包括2个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由3个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由6个二极管构成，

每个开关电路单元的3个开关单元的3个集电极均与每个绕组单元的3个尾端相联结，每个箝位电路单元中3个二极管的阳极分别与开关电路单元3个开关单元开关管的集电极联结在一起，该3个二极管共阴极，并与驱动3相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起；另外3个二极管的阴极分别与开关电路单元3个开关单元开关管的集电极联结在一起，该3个二极管共阳极，并与驱动3相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元3个开关单元开关管的发射极联结在一起。

具体实施方式六：参见图6说明本实施方式，本实施方式所述的多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相桥式逆变器，其中每个绕组单元的对应相首尾依次串联，串联后的绕组的m个首端接在逆变器的m个输出端上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个箝位电路单元中的m个二极管的阳极分别与每个开关电路单元的m个开关单元开关管的开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的正电源的正极联结在一起；另外m个二极管的阴极分别与每个开关电路单元的m个开关单元的开关管的发射极联结在一起，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的负电源的负极联结在一起，每个开关电路单元m个开关单元开关管的发射极联结在一起。

图6是本实施方式在m＝3，n＝2时的结构示意图，该结构中多相电机为3相电机，且3相电机有2个绕组单元和逆变器，逆变器为3相桥式逆变器，其中每个绕组单元的对应相首尾依次串联，串联后的绕组的3个首端接在逆变器的3个输出端上，它包括2个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由3个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由6个二极管构成，

每个箝位电路单元中的3个二极管的阳极分别与每个开关电路单元的3个开关单元开关管的开关管的集电极联结在一起，该3个二极管共阴极，并与驱动3相电机的逆变器的正电源的正极联结在一起；另外3个二极管的阴极分别与每个开关电路单元的3个开关单元的开关管的发射极联结在一起，该3个二极管共阳极，并与驱动3相电机的逆变器的负电源的负极联结在一起，每个开关电路单元3个开关单元开关管的发射极联结在一起。

具体实施方式七：参见图7说明本实施方式，本实施方式所述的多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为由正、负双电源供电的m相半桥式逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个箝位电路单元中m个二极管的阳极分别与开关电路单元的与绕组相连的m个开关单元开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起，另外m个二极管的阴极分别与和绕组相连的开关电路单元的m个开关单元开关管的发射极联结在一起，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元的m个开关单元的另外m个集电极联结在一起后与正、负双电源的地线相连。

图7是本实施方式在m＝3，n＝2时的结构示意图，该结构中多相电机为3相电机，3相电机有2个绕组单元和逆变器，逆变器为由正、负双电源供电的3相半桥式逆变器，其中每个绕组单元的3个首端接在逆变器的3条输出母线上，它包括2个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由3个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由6个二极管构成，

每个箝位电路单元中3个二极管的阳极分别与开关电路单元的与绕组相连的3个开关单元开关管的集电极联结在一起，该3个二极管共阴极，并与驱动3相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起，另外3个二极管的阴极分别与和绕组相连的开关电路单元的3个开关单元开关管的发射极联结在一起，该3个二极管共阳极，并与驱动3相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元的3个开关单元的另外3个集电极联结在一起后与正、负双电源的地线相连。

具体实施方式八：参见图8说明本实施方式，本实施方式所述的多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相全桥逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由2m个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个箝位电路单元中m个二极管的阳极分别与开关电路单元的与绕组相连的m个开关单元的开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起，另外m个二极管的阴极分别与和绕组相连的开关电路单元的m个开关单元开关管的发射极联结在一起，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元的m个开关单元的另外m个集电极接在逆变器的另外m条输出母线上。

图8是本实施方式在m＝3，n＝2时的结构示意图，该结构中多相电机为3相电机，3相电机有2个绕组单元和逆变器，逆变器为3相全桥逆变器，其中每个绕组单元的3个首端接在逆变器的3条输出母线上，它包括2个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由6个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由6个二极管构成，

每个箝位电路单元中3个二极管的阳极分别与开关电路单元的与绕组相连的3个开关单元的开关管的集电极联结在一起，该3个二极管共阴极，并与驱动3相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起，另外3个二极管的阴极分别与和绕组相连的开关电路单元的3个开关单元开关管的发射极联结在一起，该3个二极管共阳极，并与驱动3相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元的3个开关单元的另外3个集电极接在逆变器的另外3条输出母线上。

具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八所述的多相电机绕组切换电路的进一步限定，在共阴极二极管的阴极与共阳极二极管的阳极之间接有电容。

具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八所述的多相电机绕组切换电路的进一步限定，所述箝位电路单元的二极管均采用反向恢复时间短的二极管。

具体实施方式十一：本实施方式是对具体实施方式一所述的多相电机绕组切换电路的进一步限定，所述多相既电机可以为旋转电机、直线电机或平面电机；既可以为感应电机，也可以为同步电机或磁阻电机。

具体实施方式十二：本实施方式是对具体实施方式一所述的多相电机绕组切换电路的进一步限定，所述开关管为半导体功率器件，如IGBT、MOSFET或GTR。

结合图2说明本发明的工作原理：

三相交流电机工作在低速状态时，一个切换电路单元的开关电路单元中各开关S1、S2、S3关断，另一个切换电路单元的开关电路单元中各开关S4、S5、S6导通，电机绕组U1U2与U3U4、V1V2与V3V4、W1W2与W3W4串联，且串联后的绕组联结型式为星型联结。这时，由于绕组的串联匝数多，电机可以输出大转矩；当电机工作在高速状态时，一个切换电路单元的开关电路单元中各开关S1、S2、S3导通，另一个切换电路单元的开关电路单元中各开关S4、S5、S6关断，电机绕组U1U2、V1V2、W1W2为星型联结，而绕组U3U4、V3V4、W3W4被端开，不通电。这时，由于绕组的串联匝数少、反电势低，电机可以工作于高速区域。而且，在保持逆变器输出电流不变的条件下，可以实现从低速到高速的恒功率运行。

在绕组切换过程中，关断相绕组的漏感以及线路分布电感中存储的能量通过箝位电路的二极管回馈到电源中，从而提高了的能量利用效率。

Claims (10)

1.多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，该m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相桥式逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，其特征在于，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由m+1个二极管构成，

每个绕组单元的每个尾端相对应的与n个绕组切换电路单元的一个开关电路单元的开关管的集电极相连，每个开关电路单元的m个开关单元的开关管的发射极连接在一起后，相对应的与一个箝位电路单元的一个二极管的阴极相连，该二极管的阳极与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个箝位电路单元的另外m个二极管的阳极相对应的与一个开关电路单元m个开关单元的开关管的集电极联结在一起，且该m个二极管共阴极，并同时与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起。

2.多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，该m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相桥式逆变器，其中每个绕组单元的对应相首尾依次串联，串联后的绕组的m个首端接在逆变器的m个输出端上，其特征在于，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由m+1个二极管构成，

每个绕组单元的每个尾端相对应的与n个绕组切换电路单元的一个开关电路单元的开关管的集电极相连，每个开关电路单元的m个开关单元的开关管的发射极连接在一起后，相对应的与一个箝位电路单元的一个二极管的阴极相连，该二极管的阳极与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个箝位电路单元的另外m个二极管的阳极相对应的与开关电路单元m个开关单元的开关管的集电极联结在一起，且该m个二极管共阴极，并同时与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起。

3.多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，该m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为由正、负双电源供电的m相半桥式逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，其特征在于，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个开关电路单元的m个开关单元的m个集电极分别与每个绕组单元的m个尾端相联结，每个开关电路单元的m个开关单元的另外m个集电极联结在一起后与正、负双电源的地线相连，每个箝位电路单元的m个二极管的阳极分别与每个绕组单元的m个尾端相联结，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的正电源的正极联结在一起；另外m个二极管的阴极分别与每个绕组单元的m个尾端相联结，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的负电源的负极联结在一起。

4.多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，该m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相全桥逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，其特征在于，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个开关电路单元的m个开关单元的m个集电极均与每个绕组单元的m个尾端相联结，每个箝位电路单元中m个二极管的阳极均与每个绕组单元的m个尾端相联结，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起；另外m个二极管的阴极均与每个绕组单元的m个尾端相联结，该m个二极管共阳极，同时阳极与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元的m个开关单元的另外m个集电极接在逆变器的另外m条输出母线上。

5.多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相桥式逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，其特征在于，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个开关电路单元的m个开关单元的m个集电极均与每个绕组单元的m个尾端相联结，每个箝位电路单元中m个二极管的阳极分别与开关电路单元m个开关单元开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起；另外m个二极管的阴极分别与开关电路单元m个开关单元开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元m个开关单元开关管的发射极联结在一起。

6.多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相桥式逆变器，其中每个绕组单元的对应相首尾依次串联，串联后的绕组的m个首端接在逆变器的m个输出端上，其特征在于，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由1个开关管构成，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个箝位电路单元中的m个二极管的阳极分别与每个开关电路单元的m个开关单元开关管的开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的正电源的正极联结在一起；另外m个二极管的阴极分别与每个开关电路单元的m个开关单元的开关管的发射极联结在一起，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的负电源的负极联结在一起，每个开关电路单元m个开关单元开关管的发射极联结在一起。

7.多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为由正、负双电源供电的m相半桥式逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，其特征在于，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由m个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个箝位电路单元中m个二极管的阳极分别与开关电路单元的与绕组相连的m个开关单元开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起，另外m个二极管的阴极分别与和绕组相连的开关电路单元的m个开关单元开关管的发射极联结在一起，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元的m个开关单元的另外m个集电极联结在一起后与正、负双电源的地线相连。

8.多相电机绕组切换电路，所述多相电机为m相电机，且m≥3，m相电机有n个绕组单元和逆变器，逆变器为m相全桥逆变器，其中每个绕组单元的m个首端接在逆变器的m条输出母线上，其特征在于，它包括n个绕组切换电路单元，每个绕组切换电路单元包括开关电路单元以及箝位电路单元；每个开关电路单元由2m个开关单元构成，每个开关单元由2个开关管构成，2个开关管的发射极联结在一起，每个箝位电路单元由2m个二极管构成，

每个箝位电路单元中m个二极管的阳极分别与开关电路单元的与绕组相连的m个开关单元的开关管的集电极联结在一起，该m个二极管共阴极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线的正极联结在一起，另外m个二极管的阴极分别与和绕组相连的开关电路单元的m个开关单元开关管的发射极联结在一起，该m个二极管共阳极，并与驱动m相电机的逆变器的电源直流母线负极联结在一起，每个开关电路单元的m个开关单元的另外m个集电极接在逆变器的另外m条输出母线上。

9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一种多相电机绕组切换电路，其特征在于在共阴极二极管的阴极与共阳极二极管的阳极之间接有电容。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一种多相电机绕组切换电路，其特征在于，箝位电路单元的二极管均采用反向恢复时间短的二极管。

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