CN108258948A - 一种永磁电机绕组匝数动态配置电路及控制方法 - Google Patents

一种永磁电机绕组匝数动态配置电路及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁电机绕组匝数动态配置电路及控制方法，电路包括：逆变器、主绕组、绕组匝数配置模块以及控制器；绕组匝数配置模块包括由多个双向晶闸管构成的连接控制电路和由三相线圈构成的匝数配置绕组；控制器用于监测电机转速和工作模式，并根据监测结果，通过控制连接控制电路中双向晶闸管的导通和关断实现对电机绕组匝数的动态配置；控制方法包括：监测电机转速，若电机转速高于高速阈值，则使得匝数配置绕组不参与工作；若电机转速低于低速阈值，则使得匝数配置绕组的三相线圈依次对应地与主绕组的三相线圈串联。本发明使得电机绕组匝数切换迅速、转矩波动小、对系统冲击小、响应速度高，同时可以实现低速大转矩，并提高电机效率。

Description

一种永磁电机绕组匝数动态配置电路及控制方法
技术领域
本发明属于电力电子领域，更具体地，涉及一种永磁电机绕组匝数动态配置电路及控制方法。
背景技术
永磁同步电机依靠永磁励磁，省去了转子上的励磁绕组结构以及励磁损耗，因此永磁同步电机功率密度大，功率因数高，在车用驱动电机上得到了广泛的运用。由于新能源汽车行驶路况复杂，车速波动大，这要求车用驱动电机拥有很宽的调速范围以及在很宽的工况下均拥有较高的效率。然而由于采用永磁励磁，励磁磁势难以调节，导致电机在高速情况下空载反电势高，极大地影响了控制与可靠性。
为了解决这个问题，现在车用驱动电机在高转速区域普遍采用恒功率弱磁控制策略。该控制方法在高转速区域通过增大d轴反向电流的方法，增大去磁磁场，从而保证电机端电压保持不变，扩大电机高速运行区间。
然而恒功率弱磁策略增大了定子电流中无功电流的比例，从而降低了电机的功率因数与效率，也导致电机在高转速区域转矩波动大。同时，恒功率弱磁策略中电机空载反电势在高转速区域本身远大于控制器的母线电压，只有可靠存在d轴反向电流的情况下电机系统才能正常工作，容错性能差，永磁体退磁风险高。
为了解决这个问题，多种变绕组连接方式的设想被提出，包括星‐角转换、三相-双三相转换、变并联支路数等等方式。然而目前这些方法在实现电路上均采用接触器实现对电机绕组的配置。这种方法虽然能够实现动态配置电机绕组的目的，但是会使绕组电流断流，导致电机转矩突降、转速波动，对电机以及新能源汽车冲击大，驾乘人员驾乘体验不佳。同时，接触器体积大，响应速度慢，接触器在断开绕组连接时会产生拉弧现象，噪声响，电磁干扰大，不适合于新能源汽车领域的应用。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种永磁电机绕组匝数动态配置电路及控制方法，其目的在于通过使用双向晶闸管搭建可靠的绕组动态配置电路，实现在绕组动态配置过程中电流的可靠续流，同时减小电机绕组动态配置电路的体积。
为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种永磁电机绕组匝数动态配置电路，包括：逆变器、主绕组、绕组匝数配置模块以及控制器；
绕组匝数配置模块包括：连接控制电路和匝数配置绕组；连接控制电路用于接收控制器施加的驱动控制信号，并控制匝数配置绕组与电机绕组的关系；连接控制电路包括多个双向晶闸管，并且具有三个输入端和三个输出端，连接控制电路的三个输入端分别作为绕组匝数配置模块的三个输入端；匝数配置绕组包括三相线圈，匝数配置绕组的三相线圈的一端分别连接至连接控制电路的三个输出端，匝数配置绕组的三相线圈的另一端连接至一点；
主绕组的三相线圈的两端分别连接至逆变器的三相桥臂和绕组匝数配置模块的三个输入端；控制器用于监测电机转速及电机工作模式，并根据监测结果对绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，使得匝数配置绕组的三相线圈不参与工作，或者依次对应地与主绕组的三相线圈串联，以实现对电机绕组匝数的动态配置；匝数配置绕组的三相线圈不参与工作，由主绕组作为电机绕组时，电机工作在少匝数模式；匝数配置绕组的三相线圈依次对应地与主绕组的三相线圈串联，由串联后的绕组作为电机绕组时，电机工作在多匝数模式。
进一步地，连接控制电路中每个双向晶闸管的控制端分别连接一个缓冲电路，并且每个双向晶闸管的两个功率端分别并联一个吸收电路；缓冲电路用于在双向晶闸管导通时缓冲控制器施加的驱动控制信号，以保证不会出现过大的开通瞬态电压；吸收电路用于在双向晶闸管关断时吸收由感性负载带来的关断电压，以保证不会出现过大的关断瞬态电压变化率。
结合本发明的第一方面，在本发明的第一实施例中，连接控制电路包括四个双向晶闸管TR1、TR2、TR3和TR4；双向晶闸管TR1的一个功率端连接至双向晶闸管TR2的一个功率端，双向晶闸管TR1的另一个功率端、双向晶闸管TR2的另一个功率端以及双向晶闸管TR1与双向晶闸管TR2的连接端分别作为连接控制电路的三个输入端；双向晶闸管TR1的另一个功率端、双向晶闸管TR2的另一个功率端以及双向晶闸管TR1与双向晶闸管TR2的连接端，三端中的两端分别连接至双向晶闸管TR3的一个功率端和双向晶闸管TR4的一个功率端，三端中剩余的一端、双向晶闸管TR3的另一个功率端以及双向晶闸管TR4的另一个功率端分别作为连接控制电路的三个输出端。
进一步地，匝数配置绕组的三相线圈的匝数相同。
结合本发明的第一方面所提供的永磁电机绕组匝数动态配置电路，本发明还提供了一种控制方法，包括如下步骤：
(11)监测电机转速v和工作模式，若电机转速v大于高速阈值vH，则转入步骤(12)；若电机转速v小于低速阈值vL，则转入步骤(14)；若电机转速v小于或者等于高速阈值vH并且大于或者等于低速阈值vL，则转入步骤(16)；
(12)若电机工作在多匝数模式，则转入步骤(13)；否则，转入步骤(16)；
(13)对绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，通过控制连接控制电路中的双向晶闸管的导通和关断，使得匝数配置绕组的三相线圈不参与工作，由主绕组作为电机绕组，以实现电机的工作模式从多匝数模式到少匝数模式的切换；转入步骤(16)；
(14)若电机工作在少匝数模式，则转入步骤(15)；否则，转入步骤(16)；
(15)对绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，通过控制连接控制电路中的双向晶闸管的导通和关断，使得绕组匝数配置模块的匝数配置绕组的三相线圈依次对应地与主绕组的三相线圈串联，由串联后的绕组作为电机绕组，以实现电机的工作模式从少匝数模式到多匝数模式的切换；转入步骤(16)；
(16)转入步骤(11)。
进一步地，高速阈值vH的计算公式为vH＝v0+Δv，低速阈值vL的计算公式为vL＝v0–Δv；其中，v0为少匝数模式下电机绕组的恒转矩区域与多匝数模式下电机绕组的恒功率弱磁区域的交点处的电机转速，Δv为根据实际的控制要求预先设定的调速偏差；调速偏差Δv越大，电机反复切换工作模式的可能性越小，电机工作越稳定，但同时对电路中电子器件的耐压要求越高，切换时转矩波动越大；相反地，调速偏差Δv越小，对电路中电子器件的耐压要求越低，切换时转矩波动越小，但电机反复切换工作模式的可能性较大。
按照本发明的第二方面，本发明提供了一种永磁电机绕组匝数动态配置电路，包括：逆变器、主绕组、依次串联的N个绕组匝数配置模块以及控制器；其中，N的取值为大于或者等于2的正整数；
绕组匝数配置模块包括：连接控制电路和匝数配置绕组；连接控制电路用于接收控制器施加的驱动控制信号，并控制匝数配置绕组与电机绕组的关系；连接控制电路包括多个双向晶闸管，并且具有三个输入端和三个输出端，连接控制电路的三个输入端作为绕组匝数配置模块的三个输入端；匝数配置绕组包括三相线圈，匝数配置绕组的三相线圈的一端分别连接至连接控制电路的三个输出端，匝数配置绕组的三相线圈的另一端分别作为绕组匝数配置模块的三个输出端；
N个绕组匝数配置模块依次为第一绕组匝数配置模块至第N绕组匝数配置模块；主绕组的三相线圈的两端分别连接至逆变器的三相桥臂和第一绕组匝数配置模块的三个输入端；第i绕组匝数配置模块的三个输入端分别连接至第(i-1)绕组匝数配置模块的三个输出端；第N绕组匝数配置模块的三个输出端连接至一点；其中，i的取值为大于1并且小于或者等于N的正整数；
控制器用于监测电机转速和电机工作模式，并根据监测结果分别对N个绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，使得前k个绕组匝数配置模块的匝数配置绕组的三相线圈依次对应地与主绕组的三相线圈串联，并且剩余的绕组匝数配置模块的匝数配置绕组均不参与工作，以实现对电机绕组匝数的多级动态分配；其中，k的取值为大于或者等于0并且小于或者等于N的正整数；
对于第m绕组匝数配置模块，只有前m-1个绕组匝数配置模的匝数配置绕组块均参与工作时，第m绕组匝数配置模块的匝数配置绕组才能参与工作；其中，m的取值为大于或者等于1并且小于或者等于N的正整数。
进一步地，连接控制电路中每个双向晶闸管的控制端分别连接一个缓冲电路，并且每个双向晶闸管的两个功率端分别并联一个吸收电路；缓冲电路用于在双向晶闸管导通时缓冲控制器施加的驱动控制信号，以保证不会出现过大的开通瞬态电压；吸收电路用于在双向晶闸管关断时吸收由感性负载带来的关断电压，以保证不会出现过大的关断瞬态电压变化率。
结合本发明第二方面所提供的永磁电机绕组匝数动态配置电路，本发明还提供了一种控制方法，包括如下步骤：
(21)设定2N个电机转速阈值，从小到大依次为v1至v2N；
(22)监测电机转速v和工作模式，若电机转速v大于电机转速阈值v2N，则转入步骤(23)；若电机转速v小于电机转速v1，则转入步骤(24)；若电机转速v大于电机转速阈值v2x并且小于电机转速阈值v2x+1，则转入步骤(25)；若电机转速v大于或者等于电机转速阈值v2y-1并且小于或者等于电机转速阈值v2y，则转入步骤(26)；其中，x的取值为大于或者等于1并且小于或者等于(N-1)的正整数，y的取值为大于或者等于1并且小于或者等于N的正整数；
(23)分别对N个绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，通过控制每个绕组匝数配置模块的连接控制电路中双向晶闸管的导通和关断，使得第一绕组匝数配置模块至第N绕组匝数配置模块的匝数配置绕组均不参与工作，由主绕组作为电机绕组；转入步骤(26)；
(24)分别对N个绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，通过控制每个绕组匝数配置模块的连接控制电路中双向晶闸管的导通和关断，使得第一绕组匝数配置模块至第N绕组匝数配置模块的匝数配置绕组的三相线圈依次对应地与主绕组的三相线圈串联，由串联后的绕组作为电机绕组；转入步骤(26)；
(25)分别对N个绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，通过控制每个绕组匝数配置模块的连接控制电路中双向晶闸管的导通和关断，使得第一绕组匝数配置模块至第x绕组匝数配置模块的匝数配置绕组的三相线圈依次对应的与主绕组的三相线圈串联，并且第(x+1)绕组匝数配置模块至第N绕组匝数配置模块的匝数配置绕组均不参与工作，由串联后的绕组作为电机绕组；转入步骤(26)；
(26)转入步骤(22)。
进一步地，步骤(21)中，根据电机的实际性能和控制要求设定电机转速阈值v1至v2N。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)电机绕组匝数因为动态配置而发生切换时，由于连接控制电路中的双向晶闸管可以实现可靠续流，在半个电周期内就能实现绕组匝数的动态配置，使得电机绕组匝数切换迅速、转矩波动小，并且对系统冲击小；同时，使用双向晶闸管能够有效减小配置电路的体积，提高响应速度，减小噪声，降低电磁干扰，并避免断开绕组连接时产生拉弧现象；
(2)当电机转速较低时，经过本发明所提供的配置电路的动态配置，电机绕组匝数会增加，从而能够充分利用逆变器容量，提高电机线负荷，实现低速大转矩；
(3)当电机转速较高时，经过本发明所提供的配置电路的动态配置，电机绕组匝数会减少，从而能够减小电机端电压，减小弱电流，提高电机功率因数，同时充分利用逆变器容量，降低转矩波动，提高电机高转速下的输出功率与功率因数，提高电机效率。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的永磁同步电机绕组匝数动态配置电路结构；
图2为本发明第一实施例对电机绕组匝数进行动态配置的控制方法流程图；
图3为本发明第一实施例中电机在多匝数模式下的绕组配置；
图4为本发明第一实施例中电机在少匝数模式下的绕组配置；
图5为本发明第一实施例中电机从多匝数模式切换为少匝数模式的示意图；
图6为本发明第二实施例提供的包括两个绕组匝数配置模块的永磁同步电机绕组匝数动态配置电路结构；
图7为本发明第二实施例对电机绕组匝数进行动态配置的控制方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示的永磁同步电机绕组匝数动态配置电路结构，包括：逆变器、主绕组、绕组匝数配置模块以及控制器；
绕组匝数配置模块包括：连接控制电路和匝数配置绕组；连接控制电路用于接收控制器施加的驱动控制信号，并控制匝数配置绕组与电机绕组的关系；连接控制电路包括四个双向晶闸管TR1、TR2、TR3和TR4；双向晶闸管TR1的一个功率端连接至双向晶闸管TR2的一个功率端；双向晶闸管TR1的另一个功率端、双向晶闸管TR1与双向晶闸管TR2的连接端以及双向晶闸管TR2的另一个功率端分别作为连接控制电路的第一输入端、第二输入端以及第三输入端；连接控制电路的第一输入端、第二输入端、第三输入端分别作为绕组匝数配置模块的第一输入端、第二输入端以及第三输入端；双向晶闸管TR1的另一个功率端连接至双向晶闸管TR3的一个功率端，双向晶闸管TR2的另一个功率端连接至双向晶闸管TR4的一个功率端；双向晶闸管TR3的另一个功率端、双向晶闸管TR1与双向晶闸管TR2的连接端以及双向晶闸管TR4的另一个功率端分别作为连接控制电路的第一输出端、第二输出端以及第三输出端；匝数配置绕组包括：a相线圈A2、b相线圈B2以及c相线圈C2，线圈A2、线圈B2以及线圈C2的匝数相同；线圈A2的一端连接至连接控制电路的第一输出端，线圈B2的一端连接至连接控制电路的第二输出端，线圈C2的一端连接至连接控制电路的第三输出端；线圈A2的另一端、线圈B2的另一端以及线圈C2的另一端连接至一点；
主绕组的三相线圈中a相线圈A1的一端、b相线圈B1的一端以及c相线圈C1的一端分别连接至逆变器的a相桥臂、b相桥臂和c相桥臂；线圈A1的另一端、线圈B1的另一端以及线圈C1的另一端分别连接至绕组匝数配置模块的第一输入端、第二输入端以及第三输入端；
控制器用于监测电机转速和电机工作模式，并根据监测结果对绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，使得匝数配置绕组的三相线圈不参与工作，或者依次对应地与主绕组的三相线圈，以实现对电机绕组匝数的动态配置；匝数配置绕组的三相线圈不参与工作，由主绕组作为电机绕组时，电机工作在少匝数模式；匝数配置绕组的三相线圈依次对应地与主绕组的三相线圈串联，由串联后的绕组作为电机绕组时，电机工作在多匝数模式。
连接控制电路中的四个双向晶闸管的控制端分别连接一个缓冲电路，并且四个双向晶闸管的两个功率端分别并联一个吸收电路；缓冲电路用于在双向晶闸管导通时缓冲控制器施加的驱动控制信号，以保证不会出现过大的开通瞬态电压；吸收电路用于在双向晶闸管关断时吸收由感性负载带来的关断电压，以保证不会出现过大的关断瞬态电压变化率。
图2所示为图1所示的永磁电机绕组匝数动态配置电路对电机绕组匝数进行动态配置的控制方法，包括如下步骤：
(11)监测电机转速v和工作模式，若电机转速v大于高速阈值vH，则转入步骤(12)；若电机转速v小于低速阈值vL，则转入步骤(14)；若电机转速v小于或者等于高速阈值vH并且大于或者等于低速阈值vL，则转入步骤(16)；
(12)若电机工作在多匝数模式，则转入步骤(13)；否则，转入步骤(16)；
(13)对绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，使得双向晶闸管TR1和双向晶闸管TR2导通，同时双向晶闸管TR3和双向晶闸管TR4关断，从而匝数配置绕组的三相线圈不参与工作，由主绕组作为电机绕组，以实现电机的工作模式从多匝数模式到少匝数模式的切换；转入步骤(16)；
(14)若电机工作在少匝数模式，则转入步骤(15)；否则，转入步骤(16)；
(15)对绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，使得双向晶闸管TR1和双向晶闸管TR2关断，同时双向晶闸管TR3和双向晶闸管TR4导通，从而线圈A2与线圈A1串联、线圈B2与线圈B1串联、线圈C2与线圈C1串联，由串联后的绕组作为电机绕组，以实现电机的工作模式从少匝数模式到多匝数模式的切换；转入步骤(16)；
(16)转入步骤(11)。
当电机转速过低时，如图3所示，经过动态配置，双向晶闸管TR1和双向晶闸管TR2关断，同时双向晶闸管TR3和双向晶闸管TR4导通，线圈A2与线圈A1串联，线圈B2与线圈B1串联，线圈C2与线圈C1串联，由串联后的绕组作为电机绕组；由于此时电机转速较低，主绕组与匝数配置绕组的反电势较小，串联后线电压依然小于直流母线电压，因而可以充分利用逆变器容量，提高电机线负荷，提高低速转矩。
当电机转速过高时，如图4所示，经过动态配置，双向晶闸管TR1和双向晶闸管TR2导通，同时双向晶闸管TR3和双向晶闸管TR4关断，匝数配置绕组不参与工作，由主绕组作为电机绕组；由于此时只为主绕组供电，可以降低电机端电压，减小去磁电流，提高电机性能。
当电机转速过高时，经过动态配置，电机会从多匝数模式切换为少匝数模式；如图5所示，控制器对绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，使得双向晶闸管TR1和双向晶闸管TR2导通，同时双向晶闸管TR3和双向晶闸管TR4关断，此时，双向晶闸管TR3和双向晶闸管TR4中由于还有电流流过，暂时无法关断，因而可以起续流作用；双向晶闸管TR3和双向晶闸管TR4中电流过零时，双向晶闸管TR3和双向晶闸管TR4自动关断，完成切换过程；切换过程不超过半个电周期，使得电机绕组匝数切换迅速、转矩波动小，并且对系统冲击小。
如图6所示的永磁电机绕组匝数动态配置电路，包括：逆变器、主绕组、第一绕组匝数配置模块、第二绕组匝数配置模块以及控制器；
每一个绕组匝数配置绕组包括：连接控制电路和匝数配置绕组；连接控制电路用于接收控制器施加的驱动控制信号，并控制匝数配置绕组与电机绕组的关系；连接控制电路包括第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管和第四双向晶闸管；第一双向晶闸管的一个功率端连接至第二双向晶闸管的一个功率端；第一双向晶闸管的另一个功率端、第一双向晶闸管与第二双向晶闸管的连接端以及第二双向晶闸管的另一个功率端分别作为连接控制电路的第一输入端、第二输入端以及第三输入端；连接控制电路的第一输入端、第二输入端、第三输入端分别作为绕组匝数配置模块的第一输入端、第二输入端以及第三输入端；第一双向晶闸管的另一个功率端连接至第三双向晶闸管的一个功率端，第二双向晶闸管的另一个功率端连接至第四双向晶闸管的一个功率端；第三双向晶闸管的另一个功率端、第一双向晶闸管与第二双向晶闸管的连接端以及第四双向晶闸管的另一个功率端分别作为连接控制电路的第一输出端、第二输出端以及第三输出端；匝数配置绕组包括a相线圈、b相线圈以及c相线圈；a相线圈的一端、b相线圈的一端以及c相线圈的一端分别连接至连接控制电路的第一输出端、第二输出端以及第三输出端；a相线圈的另一端、b相线圈的另一端以及c相线圈的另一端分别作为绕组匝数配置模块的第一输出端、第二输出端以及第三输出端；
第一绕组匝数配置模块的连接控制电路中，第一双向晶闸管为双向晶闸管TR1，第二双向晶闸管为双向晶闸管TR2，第三双向晶闸管为双向晶闸管TR3，第四双向晶闸管为双向晶闸管TR4；第一绕组匝数配置模块的匝数配置绕组中，a相线圈为线圈A2，b相线圈为线圈B2，c相线圈为线圈C2；第二绕组匝数配置模块的连接控制电路中，第一双向晶闸管为双向晶闸管TR5，第二双向晶闸管为双向晶闸管TR6，第三双向晶闸管为双向晶闸管TR7，第四双向晶闸管为双向晶闸管TR8；第二绕组匝数配置模块的匝数配置绕组中，a相线圈为线圈A3，b相线圈为线圈B3，c相线圈为线圈C3；
第二绕组匝数配置模块的第一输入端、第二输入端以及第三输入端分别连接至第一绕组匝数配置模块的第一输出端、第二输出端以及第三输出端；第二绕组匝数配置模块的三个输出端连接至一点；
主绕组的a相线圈A1的一端、b相线圈B1的一端以及c相线圈C1的一端分别连接至逆变器的a相桥臂、b相桥臂和c相桥臂；线圈A1的另一端、线圈B1的另一端以及线圈C1的另一端分别连接至第一绕组匝数配置模块的第一输入端、第二输入端以及第三输入端；
控制器用于监测电机转速和工作模式，并根据监测结果分别对第一绕组匝数配置模块和第二绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，使得第一绕组匝数配置模块的匝数配置绕组和第二绕组匝数配置模块的匝数配置绕组不参与工作，或者其中的三相线圈对应地与主绕组的三相线圈串联，实现对电机绕组匝数的多级动态配置；只有当第一绕组匝数配置模块的匝数配置绕组参与工作时，第二绕组匝数配置模块的匝数配置绕组才能参与工作。
图7所示为图6所示的永磁电机绕组匝数动态配置电路对电机绕组匝数进行动态配置的控制方法，包括如下步骤：
(21)根据电机的实际性能和控制要求，设定4个电机转速阈值，从小到大依次为v1至v4；
(22)监测电机转速v和工作模式，若电机转速v大于电机转速阈值v4，则转入步骤(23)；若电机转速v小于电机转速阈值v1，则转入步骤(24)；若电机转速v大于电机转速v2并且小于电机转速v3，则转入步骤(25)；若电机转速v大于或者等于电机转速阈值v1并且小于或者等于电机转速阈值v2，或者电机转速v大于或者等于电机转速阈值v3并且小于或者等于电机转速阈值v4，则转入步骤(26)；
处于中速阈值vm1—vm2之间，则转入步骤(24)；若电机转速v处于其他转速范围，则转入步骤(25)；
(23)分别对第一绕组匝数配置模块和第二绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，使得双向晶闸管TR1和双向晶闸管TR2导通，同时双向晶闸管TR3、双向晶闸管TR4、双向晶闸管TR5、双向晶闸管TR6、双向晶闸管TR7以及双向晶闸管TR8关断，从而第一绕组匝数配置模块和第二绕组匝数配置模块的匝数配置绕组均不参与工作，由主绕组作为电机绕组；转入步骤(26)；
(24)对绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，使得双向晶闸管TR3、双向晶闸管TR4、双向晶闸管TR7及双向晶闸管TR8导通，同时双向晶闸管TR1、双向晶闸管TR2、双向晶闸管TR5及双向晶闸管TR6关断，从而第一绕组匝数配置模块和第二绕组匝数配置模块的匝数配置绕组的三相线圈依次对应地与主绕组的三相线圈串联，由串联后的绕组作为电机绕组；转入步骤(26)；
(25)对绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，使得双向晶闸管TR3、双向晶闸管TR4、双向晶闸管TR5及双向晶闸管TR6导通，同时双向晶闸管TR1、双向晶闸管TR2、双向晶闸管TR7及双向晶闸管TR8关断，从而第一绕组匝数配置模块的匝数配置绕组的三相线圈依次对应地与主绕组的三相线圈串联，并且第二绕组匝数配置模块的匝数配置绕组不参与工作，由串联后的绕组作为电机绕组；转入步骤(26)；
(26)转入步骤(22)。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种永磁电机绕组匝数动态配置电路，其特征在于，包括：逆变器、主绕组、绕组匝数配置模块以及控制器；
所述绕组匝数配置模块包括：连接控制电路和匝数配置绕组；所述连接控制电路用于接收所述控制器施加的驱动控制信号，并控制所述匝数配置绕组与电机绕组的关系；所述连接控制电路包括多个双向晶闸管，并且具有三个输入端和三个输出端，所述连接控制电路的三个输入端作为所述绕组匝数配置模块的三个输入端；所述匝数配置绕组包括三相线圈，所述匝数配置绕组的三相线圈的一端分别连接至所述连接控制电路的三个输出端，所述匝数配置绕组的三相线圈的另一端连接至一点；
所述主绕组的三相线圈的两端分别连接至所述逆变器的三相桥臂和所述绕组匝数配置模块的三个输入端；所述控制器用于监测电机转速及电机工作模式，并根据监测结果对所述绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，使得所述匝数配置绕组的三相线圈不参与工作，或者依次对应地与所述主绕组的三相线圈串联，以实现对电机绕组匝数的动态配置；所述匝数配置绕组的三相线圈不参与工作，由所述主绕组作为电机绕组时，电机工作在少匝数模式；所述匝数配置绕组的三相线圈依次对应地与所述主绕组的三相线圈串联，由串联后的绕组作为电机绕组时，电机工作在多匝数模式。
2.如权利要求1所述的永磁电机绕组匝数动态配置电路，其特征在于，所述连接控制电路中每个双向晶闸管的控制端分别连接一个缓冲电路，并且每个双向晶闸管的两个功率端分别并联一个吸收电路；所述缓冲电路用于在双向晶闸管导通时缓冲所述控制器施加的驱动控制信号，以保证不会出现过大的开通瞬态电压；所述吸收电路用于在双向晶闸管关断时吸收由感性负载带来的关断电压，以保证不会出现过大的关断瞬态电压变化率。
3.如权利要求1或2所述的永磁电机绕组匝数动态配置电路，其特征在于，所述连接控制电路包括四个双向晶闸管TR1、TR2、TR3和TR4；所述双向晶闸管TR1的一个功率端连接至所述双向晶闸管TR2的一个功率端，所述双向晶闸管TR1的另一个功率端、所述双向晶闸管TR2的另一个功率端以及所述双向晶闸管TR1与所述双向晶闸管TR2的连接端分别作为所述连接控制电路的三个输入端；所述双向晶闸管TR1的另一个功率端、所述双向晶闸管TR2的另一个功率端以及所述双向晶闸管TR1与所述双向晶闸管TR2的连接端，三端中的两端分别连接至所述双向晶闸管TR3的一个功率端和所述双向晶闸管TR4的一个功率端，三端中剩余的一端、所述双向晶闸管TR3的另一个功率端以及所述双向晶闸管TR4的另一个功率端分别作为所述连接控制电路的三个输出端。
4.如权利要求1或2所述的永磁电机绕组匝数动态配置电路，其特征在于，所述匝数配置绕组的三相线圈的匝数相同。
5.一种基于权利要求1所述永磁电机绕组匝数动态配置电路的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(11)监测电机转速v和工作模式，若电机转速v大于高速阈值vH，则转入步骤(12)；若电机转速v小于低速阈值vL，则转入步骤(14)；若电机转速v小于或者等于高速阈值vH并且大于或者等于低速阈值vL，则转入步骤(16)；
(12)若电机工作在多匝数模式，则转入步骤(13)；否则，转入步骤(16)；
(13)对所述绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，通过控制所述连接控制电路中的双向晶闸管的导通和关断，使得所述匝数配置绕组的三相线圈不参与工作，由主绕组作为电机绕组，以实现电机的工作模式从多匝数模式到少匝数模式的切换；转入步骤(16)；
(14)若电机工作在少匝数模式，则转入步骤(15)；否则，转入步骤(16)；
(15)对所述绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，通过控制所述连接控制电路中的双向晶闸管的导通和关断，使得所述绕组匝数配置模块的匝数配置绕组的三相线圈依次对应地与所述主绕组的三相线圈串联，由串联后的绕组作为电机绕组，以实现电机的工作模式从少匝数模式到多匝数模式的切换；转入步骤(16)；
(16)转入步骤(11)。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述高速阈值vH的计算公式为vH＝v0+Δv，所述低速阈值vL的计算公式为vL＝v0–Δv；其中，v0为少匝数模式下电机绕组的恒转矩区域与多匝数模式下电机绕组的恒功率弱磁区域的交点处的电机转速，Δv为预先设定的调速偏差。
7.一种永磁电机绕组匝数动态配置电路，其特征在于，包括：逆变器、主绕组、依次串联的N个绕组匝数配置模块以及控制器；其中，N的取值为大于或者等于2的正整数；
所述绕组匝数配置模块包括：连接控制电路和匝数配置绕组；所述连接控制电路用于接收所述控制器施加的驱动控制信号，并控制所述匝数配置绕组与电机绕组的关系；所述连接控制电路包括多个双向晶闸管，并且具有三个输入端和三个输出端，所述连接控制电路的三个输入端作为所述绕组匝数配置模块的三个输入端；所述匝数配置绕组包括三相线圈，所述匝数配置绕组的三相线圈的一端分别连接至所述连接控制电路的三个输出端，所述匝数配置绕组的三相线圈的另一端分别作为所述绕组匝数配置模块的三个输出端；
所述N个绕组匝数配置模块依次为第一绕组匝数配置模块至第N绕组匝数配置模块；所述主绕组的三相线圈的两端分别连接至所述逆变器的三相桥臂和第一绕组匝数配置模块的三个输入端；第i绕组匝数配置模块的三个输入端分别连接至第(i-1)绕组匝数配置模块的三个输出端；第N绕组匝数配置模块的三个输出端连接至一点；其中，i的取值为大于1并且小于或者等于N的正整数；
所述控制器用于监测电机转速和电机工作模式，并根据监测结果分别对所述N个绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，使得前k个绕组匝数配置模块的匝数配置绕组的三相线圈依次对应地与所述主绕组的三相线圈串联，并且剩余的绕组匝数配置模块的匝数配置绕组不参与工作，以实现对电机绕组匝数的多级动态分配；其中，k的取值为大于或者等于0并且小于或者等于N的正整数；
对于第m绕组匝数配置模块，只有前m-1个绕组匝数配置模的匝数配置绕组块均参与工作时，第m绕组匝数配置模块的匝数配置绕组才能参与工作；其中，m的取值为大于或者等于1并且小于或者等于N的正整数。
8.如权利要求7所述的永磁电机绕组匝数动态配置电路，其特征在于，所述连接控制电路中每个双向晶闸管的控制端分别连接一个缓冲电路，并且每个双向晶闸管的两个功率端分别并联一个吸收电路；所述缓冲电路用于在双向晶闸管导通时缓冲所述控制器施加的驱动控制信号，以保证不会出现过大的开通瞬态电压；所述吸收电路用于在双向晶闸管关断时吸收由感性负载带来的关断电压，以保证不会出现过大的关断瞬态电压变化率。
9.一种基于权利要求7所述永磁电机绕组匝数动态配置电路的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(21)设定2N个电机转速阈值，从小到大依次为v1至v2N；
(22)监测电机转速v和工作模式，若电机转速v大于电机转速阈值v2N，则转入步骤(23)；若电机转速v小于电机转速阈值v1，则转入步骤(24)；若电机转速v大于电机转速阈值v2x并且小于电机转速阈值v2x+1，则转入步骤(25)；若电机转速v大于或者等于电机转速阈值v2y-1并且小于或者等于电机转速阈值v2y，则转入步骤(26)；其中，x的取值为大于或者等于1并且小于或者等于(N-1)的正整数，y的取值为大于或者等于1并且小于或者等于N的正整数；
(23)分别对所述N个绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，通过控制每个绕组匝数配置模块的连接控制电路中双向晶闸管的导通和关断，使得第一绕组匝数配置模块至第N绕组匝数配置模块的匝数配置绕组均不参与工作，由主绕组作为电机绕组；转入步骤(26)；
(24)分别对所述N个绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，通过控制每个绕组匝数配置模块的连接控制电路中双向晶闸管的导通和关断，使得第一绕组匝数配置模块至第N绕组匝数配置模块的匝数配置绕组的三相线圈依次对应地与所述主绕组的三相线圈串联，由串联后的绕组作为电机绕组；转入步骤(26)；
(25)分别对所述N个绕组匝数配置模块施加驱动控制信号，通过控制每个绕组匝数配置模块的连接控制电路中双向晶闸管的导通和关断，使得第一绕组匝数配置模块至第x绕组匝数配置模块的匝数配置绕组的三相线圈依次对应的与所述主绕组的三相线圈串联，并且第(x+1)绕组匝数配置模块至第N绕组匝数配置模块的匝数配置绕组均不参与工作，由串联后的绕组作为电机绕组；转入步骤(26)；
(26)转入步骤(22)。
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