CN110391707B - 一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法及其应用 - Google Patents

一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110391707B
CN110391707B CN201910666350.4A CN201910666350A CN110391707B CN 110391707 B CN110391707 B CN 110391707B CN 201910666350 A CN201910666350 A CN 201910666350A CN 110391707 B CN110391707 B CN 110391707B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
motor
coil group
grid
charging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910666350.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110391707A (zh
Inventor
蒋栋
高加楼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201910666350.4A priority Critical patent/CN110391707B/zh
Publication of CN110391707A publication Critical patent/CN110391707A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110391707B publication Critical patent/CN110391707B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • H02J7/022—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H02K3/16—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots for auxiliary purposes, e.g. damping or commutating
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

本发明涉及一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法及其应用，包括：根据电机槽极比以及电机的极对数或周期数的特点，对定子线圈进行分类并引出接头，得到新的电机绕组拓扑；利用电机驱动器已具有的电力电子硬件及该电机绕组拓扑，构成三相并网的快充型电动充电器，通过位于电机外的各极性端的连接方式的切换，实现三相并网集成充电器的状态在充电和驱动工作之间平滑切换，可使得电机在并网时不会产生转矩且绕组等效电感为励磁电感。基于上述连接方式的切换，实现三相并网集成充电器充电。本发明保证了集成系统在驱动模式与充电模式之间的平滑切换，保证电机在并网时的零转矩运行，同时，电机绕组等效电感为励磁电感而非漏电感。

Description

一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法及其应用
技术领域
本发明属于集成充电器领域，更具体地，涉及一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法及其应用。
背景技术
随着电机及电力电子技术的发展，混合动力汽车、纯电动汽车等新能源交通工具开始逐渐进入市场并有望取代长期以来使用的燃油汽车。新能源汽车的优势在于提高了能源利用效率，减少了碳排放，但其推广也面临着一系列挑战，如电池使用寿命及可提供里程数、充电器拓扑及控制等。现有的车用充电器方案包括车外充电桩、车载充电器，充电桩可提供较大的充电功率但占地面积大、充电灵活性低，车载充电器由于需要除电机驱动控制器后的额外一套电气装置作支撑，所以能够实现的功率相对较小且物理空间将受到限制。
针对车载充电器容量受限的问题，有学者提出了集成充电器的概念，其复用电机驱动器作双向电能变换器，并复用牵引电机绕组作并网滤波电感，从而在并网充电时构成充电器以降低对硬件的需要并保持充电容量，在牵引时通过继电器切换，恢复至常规的电机驱动器连接方式。这样对硬件系统的集成化设计能够降低系统整体的占地空间，并保持着充电容量及灵活性，对电动汽车的发展有着重要的推动作用。
针对集成充电器的设计，现有的技术方案可分为如下几种：一、由于上面问题均是因集成电机绕组所致，所以提出了仅集成电机驱动用逆变器而舍弃集成电机绕组的方案，如CN107465243A，该方案虽然避免了电机相关的问题，但还需要另外的电网输入滤波器，装置集成度降低；二、通过连接方式上的改变，使得电机三相定子绕组的励磁相互抵消，从而仅利用电机漏电感作滤波电感，如CN105490364中所提出的方法，该方法同样能实现并网时转矩为零的目标，但是绕组能够提供的滤波能力有限，除非采用特殊的逆变器调制方案，否则很难满足对并网电流谐波的要求；三、利用电动汽车开关磁阻电机的驱动器和电机两相绕组构成单相并网的集成充电器，如CN108988730A所提出的方案，该方案可实现较高的电能变换效率和功率密度，但是在充电时，电机内部会产生脉振形式的转矩，从而带来振动噪声。
综上所述，集成充电器在技术实现上还存在着以下亟待解决的问题：一是如何保证在充电时，电机内部不会产生刺耳的振动噪声，也即减小电磁转矩甚至是零转矩；二是在保证电磁转矩为零的前提下，如何保证电机绕组能够提供足够大的滤波电感。
发明内容
本发明提供一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法及其应用，用以解决现有集成充电器在并网充电时无法同时保证零电磁转矩和较大滤波电感的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法，包括：
S1、将电机中所有定子线圈在圆周截面空间内按照等极数量对称分割，得到第一线圈组和第二线圈组，若有多余线圈组，则将其作为第三线圈组；
S2、对每组线圈组中的各线圈进行三相连接，构成第一三相线圈组、第二三相线圈组和第三三相线圈组；
S3、将第一三相线圈组和第二三相线圈组中第一相之间正负极性端连接，且该相其它极性端以及第二相和第三相的各极性端分别接出至电机外，若有第三三相线圈组，则第二三相线圈组的接出至电机外的各相极性端还分别与第三三相线圈组的各相极性端对应电连接，且第三三相线圈组的其它极性端接出至电机外。
本发明的有益效果是：本发明首先将定子线圈按照极性归类，并根据极数量相等的原则，在圆周截面空间内将所有定子线圈对称分割为两部分(第一线圈组和第二线圈组)，对每一部分独立进行三相绕组构建，之后对三相中的一相进行组间串联，其余绕组接头均设置于电机外部。另外两相的接头均设置在电机外部，方便根据实际电机状态需要，灵活连接，且由于每部分的极数量相当，可保证在将绕组连接为充电模式时，该两相之间的转矩可互相抵消，实现零转矩充电且滤波电感为励磁电感而非漏电感。
上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述S1之前，所述方法还包括：
S0、将电机定子槽内的导体按照短矩或整矩的方式构成多个定子线圈。
本发明的进一步有益效果是：定子线圈可为短矩或整矩，应用范围广，实用性强。
进一步，所述S1包括：
若电机为具有2m个极对数的整数槽三相电机或具有2m个周期数的分数槽三相电机，则将电机中所有定子线圈在圆周截面空间内按照等极数量对称分割，得到第一线圈组和第二线圈组；
若电机为具有2m+1个极对数的整数槽三相电机或具有2m+1个周期数的分数槽三相电机，则将其中一单元极或一单元周期下的定子线圈作为第三线圈组，剩余定子线圈在圆周截面空间内按照等极数量对称分割，得到第一线圈组和第二线圈组，其中，m为正整数。
本发明的进一步有益效果是：当电机为具有偶数个极对数的整数槽三相电机或具有偶数个周期数的分数槽三相电机时，定子线圈可以完全对称等数量分割，而当电机为具有奇数个极对数的整数槽三相电机或具有奇数个周期数的分数槽三相电机时，会有一单元极或一单元周期的定子线圈余出，将该余出的定子线圈作为另一个线圈组，充分考虑了电机线圈的各种情况，实用性强。其中，极对数和周期数都要大于2，以保证能够分割出两部分线圈。
进一步，所述S2包括：
根据每组线圈组中各线圈在空间中的电角度信息，构成该线圈组的A、B、C三相线圈组。
本发明的进一步有益效果是：按照传统的三相线圈绕组的构建方法构建即可，方法简单且可兼容现有技术。
本发明还提供一种三相并网集成充电器电机绕组结构，采用如上所述的任一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法构建得到。
本发明的有益效果是：本发明的三相并网集成充电器电机绕组结构在空间上划分为两部分线圈(第一线圈组和第二线圈组)，对每一部分具有独立的三相绕组，三相中的一相组间串联，其余绕组接头均在电机外部，另外两相的接头也均在电机外部，方便根据实际电机状态需要，灵活连接，且由于每部分的极数量相当，可保证在将绕组连接为充电模式时，该两相之间的转矩互相抵消，实现零转矩充电且滤波电感为励磁电感而非漏电感。
本发明还提供一种如上所述的三相并网集成充电器电机绕组结构的应用，用于通过位于电机外的各极性端的连接方式的切换，使得三相并网集成充电器的状态在充电和驱动工作之间切换。
本发明的有益效果是：利用电动汽车三相电机驱动系统本身已具备的三相逆变器及电机本体，通过简单的绕组切换及连接，使得在并网充电工况下，不会产生转矩且绕组等效电感为励磁电感，并网电流的纹波能够达到标准要求。
进一步，所述连接方式包括：
当采用三相电网充电时，第一三相线圈组和第二三相线圈组的位于电机外的第二相和第三相的正负极性端之间相交叉电连接，第一三相线圈组的位于电机外的三相剩余极性端连接逆变器，第二三相线圈组的位于电机外的三相剩余极性端连接电网，构成充电连接方式；
当采用电机驱动时，第一三相线圈组和第二三相线圈组的位于电机外的第二相之间正负极性端连接和第三相之间正负极性端连接，若无第三三相线圈组，第二三相线圈组的位于电机外的三相极性端与电网断开且短接，若有第三三相线圈组，则第二三相线圈组的位于电机外的三相极性端与电网断开且将第三三相线圈组的位于电机外的三相极性端短接，构成驱动连接方式。
本发明的进一步有益效果是：本发明引入三相并网集成充电器电机绕组结构，利用电机驱动器已具有的电力电子硬件及电机绕组本身，构成三相并网的快充型电动充电器，在提升电能变换系统的功率密度的同时，保证系统驱动模式与充电模式之间的平滑切换，且在并网时，电机内部不会产生电磁转矩，省去了堵转装置，进一步提升了系统的可靠性。
本发明还提供一种基于如上所述的一种三相并网集成充电器电机绕组结构的三相并网集成充电器充电方法，包括：
控制三相并网集成充电器电机绕组结构的连接方式为如上所述的驱动连接方式，使得三相并网集成充电器处于驱动工作状态；
切断逆变器开关信号，当三相电流衰减至零时，三相并网集成充电器电机绕组结构的连接方式切换为如上所述的充电连接方式；
基于电网电压和逆变器输出三相电流，通过预设控制算法，驱动逆变器开关管，实现对并网电流和充放电功率的控制，完成充电。
本发明的有益效果是：本发明基于上述三相并网集成充电器电机绕组结构，利用电机驱动器已具有的电力电子硬件及电机绕组本身，构成三相并网的快充型电动充电器，在提升电能变换系统的功率密度的同时，保证系统驱动模式与充电模式之间的平滑切换，且在并网时，电机内部不会产生电磁转矩，省去了堵转装置，进一步提升了系统的可靠性。
本发明还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述任一种三相并网集成充电器充电方法。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法的流程框图；
图2为本发明实施例提供的具有偶数次单元的电机绕组电端口示意图；
图3为本发明实施例提供的具有奇数次单元的电机绕组电端口示意图；
图4为本发明实施例提供的具有偶数次单元的电机绕组反相序接线图；
图5为本发明实施例提供的具有奇数次单元的电机绕组反相序接线图；
图6为本发明实施例提供的三相并网集成充电器结构示意图；
图7为本发明实施例提供的绕组切换装置结构示意图。
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。
实施例一
一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法100，如图1所示，包括：
步骤110、将电机中所有定子线圈在圆周截面空间内按照等极数量对称分割，得到第一线圈组和第二线圈组，若有多余线圈组，则将其作为第三线圈组；
步骤120、对每组线圈组中的各线圈进行三相连接，构成第一三相线圈组、第二三相线圈组和第三三相线圈组；
步骤130、将第一三相线圈组和第二三相线圈组中第一相之间正负极性端连接，且该相其它极性端以及第二相和第三相的各极性端分别接出至电机外，若有第三三相线圈组，则第二三相线圈组的接出至电机外的各相极性端还分别与第三三相线圈组的各相极性端对应电连接，且第三三相线圈组的其它极性端接出至电机外。
本实施例首先将定子线圈按照极性归类，并根据极数量相等的原则，在圆周截面空间内将所有定子线圈对称分割为两部分(第一线圈组和第二线圈组)，对每一部分独立进行三相绕组构建，之后对三相中的一相进行组间串联，其余绕组接头均设置于电机外部，另外两相的接头均设置在电机外部，方便根据实际电机状态需要，灵活连接，且由于每部分的极数量相当，可保证在将绕组连接为充电模式时，该两相之间的转矩可互相抵消，实现零转矩充电且滤波电感为励磁电感而非漏电感。
优选的，步骤110之前，方法100还包括：
将电机定子槽内的导体按照短矩或整矩的方式构成多个定子线圈。
定子线圈可为短矩或整矩，应用范围广，实用性强。
优选的，步骤110包括：
若电机为具有2m个极对数的整数槽三相电机或具有2m个周期数的分数槽三相电机，则将电机中所有定子线圈在圆周截面空间内按照等极数量对称分割，得到第一线圈组和第二线圈组；
若电机为具有2m+1个极对数的整数槽三相电机或具有2m+1个周期数的分数槽三相电机，则将其中一单元极或一单元周期下的定子线圈作为第三线圈组，剩余定子线圈在圆周截面空间内按照等极数量对称分割，得到第一线圈组和第二线圈组，其中，m为正整数。
当电机为具有偶数个极对数的整数槽三相电机或具有偶数个周期数的分数槽三相电机时，定子线圈可以完全对称等数量分割，而当电机为具有奇数个极对数的整数槽三相电机或具有奇数个周期数的分数槽三相电机时，会有一单元极或一单元周期的定子线圈余出，将该余出的定子线圈作为另一个线圈组，充分考虑了电机线圈的各种情况，实用性强。其中，极对数和周期数都要大于2，以保证能够分割出两部分线圈。
优选的，步骤120包括：
根据每组线圈组中各线圈在空间中的电角度信息，构成该线圈组的A、B、C三相线圈组。
按照传统的三相线圈绕组的构建方法构建即可，方法简单且可兼容现有技术。
为了更好的理解本实施例，现举示例，例如，若三相电机为整数槽电机，则极对数需大于或等于2，若为分数槽电机，则要求周期数大于或等于2。绕组结构的构建方法如下：
(1)对于极对数为2m的整数槽三相电机或周期数为2m的分数槽三相电机，其中，m为正整数，按如下步骤构成绕组拓扑及电端口(如图2所示)：
①将电机定子槽内的导体按照传统短矩或整矩的方式构成线圈；
②将电机定子线圈在圆周截面空间内对称分割为两部分，并将这两部分子空间内的线圈分别赋以空间编号1、2；
③具有相同空间编号的线圈，根据其在空间中的电角度信息，按照传统绕组分相及连接方法构成A、B、C三相线圈组，空间编号1和2中的线圈分别分相后，电机中将包括编号为A1、B1、C1、A2、B2、C2的六个线圈组，其中数字代表步骤②中的空间编号，字母A、B、C代表空间相位；
④将A1线圈组的负极性端连接至A2线圈组的正极性端，再将A1线圈组的正极性端及A2线圈组的负极性端接出至电机壳体外以构成两个电端口，编号为E1、E2；
⑤将B1线圈组的正极性端及B1线圈组的负极性端接出至电机壳体外构成两个电端口，编号为E3、E4；
⑥将B2线圈组的正极性端及B2线圈组的负极性端接出至电机壳体外构成两个电端口，编号为E5、E6；
⑦将C1线圈组的正极性端及C1线圈组的负极性端接出至电机壳体外构成两个电端口，编号为E7、E8；
⑧将C2线圈组的正极性端及C2线圈组的负极性端接出至电机壳体外构成两个电端口，编号为E9、E10。
(2)对于极对数为2m+1的整数槽三相电机或周期数为2m+1的分数槽三相电机，按如下步骤构成绕组拓扑及电端口(如图3所示)：
①将电机定子槽内的导体按照传统短矩或整矩的方式构成线圈；
②将某一单元极下或某一单元周期下(随机选择一个极或一个周期)的线圈编号为0，剩余的线圈按空间分布对称分割为两个部分，分别编号为1、2；
③具有相同空间编号的线圈，根据其在空间中的电角度信息，按照传统绕组分相及连接方法构成A、B、C三相线圈组，空间编号0、1和2中的线圈分别分相后，电机中将包括编号为A0、B0、C0、A1、B1、C1、A2、B2、C2的九个线圈组，其中数字代表步骤②中的空间编号，字母A、B、C代表空间相位；
④将A0线圈组的正极性端及A2线圈组的负极性端相连并接出至电机壳体外构成电端口，编号为E2；将A1线圈组的负极性端连接至A2线圈组的正极性端，再将A1线圈组的正极性端及A0线圈组的负极性端接出至电机壳体外构成两个电端口，编号为E1、E3；
⑤将B0线圈组的正极性端及B2线圈组的负极性端相连并接出至电机壳体外构成电端口，编号为E7；将B1线圈组的正极性端及B1线圈组的负极性端接出至电机壳体外构成两个电端口，编号为E4、E5；将B2线圈组的正极性端及B0线圈组的负极性端接出至电机壳体外构成两个电端口，编号为E6、E8；
⑥将C0线圈组的正极性端及C2线圈组的负极性端相连并接出至电机端盖或壳体外构成电端口，编号为E12；将C1线圈组的正极性端及C1线圈组的负极性端接出至电机壳体外构成两个电端口，编号为E9、E10；将C2线圈组的正极性端及C0线圈组的负极性端接出至电机壳体外构成两个电端口，编号为E11、E13。
实施例二
一种三相并网集成充电器电机绕组结构，采用如上实施例一所述的任一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法构建得到。
本实施例的三相并网集成充电器电机绕组结构在空间上划分为两部分线圈(第一线圈组和第二线圈组)，对每一部分具有独立的三相绕组，三相中的一相组间串联，其余绕组接头均在电机外部，另外两相的接头也均在电机外部，方便根据实际电机状态需要，灵活连接，且由于每部分的极数量相当，可保证在将绕组连接为充电模式时，该两相之间的转矩互相抵消，实现零转矩充电且滤波电感为励磁电感而非漏电感。
实施例三
一种如上实施例二所述的三相并网集成充电器电机绕组结构的应用，用于通过位于电机外的各极性端的连接方式的切换，使得三相并网集成充电器的状态在充电和驱动工作之间切换。
利用电动汽车三相电机驱动系统本身已具备的三相逆变器及电机本体，通过简单的绕组切换及连接，使得在并网充电工况下，不会产生转矩且绕组等效电感为励磁电感，并网电流的纹波能够达到标准要求。
优选的，所述连接方式包括：
当采用三相电网充电时，第一三相线圈组和第二三相线圈组的位于电机外的第二相和第三相的极性端之间相交叉电连接，第一三相线圈组的位于电机外的三相剩余极性端连接逆变器，第二三相线圈组的位于电机外的三相剩余极性端连接电网，构成充电连接方式；
当采用电机驱动时，第一三相线圈组和第二三相线圈组的位于电机外的第二相之间正负极性端连接和第三相之间正负极性端连接，若无第三三相线圈组，第二三相线圈组的位于电机外的三相极性端与电网断开且短接，若有第三三相线圈组，则第二三相线圈组的位于电机外的三相极性端与电网断开且将第三三相线圈组的位于电机外的三相极性端短接，构成驱动连接方式。
基于实施例一的示例，若电机为极对数为2m的整数槽三相电机或周期数为2m的分数槽三相电机，则如图4所示，E4端口与E9端口相连，E8与E5端口相连，E2、E6、E10端口分别接至三相电网的三个电端口，E1、E3、E7三个电端口则连接至逆变器的三相电端口；若电机为极对数为2m+1的整数槽三相电机或周期数为2m+1的分数槽三相电机，则如图5所示，E5端口与E11端口相连，E10与E6端口相连，E2、E7、E12端口分别接至三相电网的三个电端口，且E3、E8、E13在充电模式下不进行任何连接，即开路，E1、E4、E9三个电端口则连接至逆变器的三相电端口。
这里可引入一个绕组切换装置，如图6所示，用于对上述连接进行控制，具体切换装置的结构如图7所示，包括：数字控制芯片、相序切换单元、工作模式切换单元。
数字控制芯片的输入端用于接收来自总控制器的模式切换信号，其输出端用于产生开关组件各开关的控制信号；相序切换单元第一输入端用于接收来自数字控制芯片的开关控制信号，第二输入端用于连接电机绕组电端口，该单元中根据电机极对数或者周期数的特征，包括：
(1)对于极对数为2m的整数槽三相电机或周期数为2m的分数槽三相电机，单元内具有4个开关，且分别编号为①、②、③、④。①号开关连接电机的E4和E5电端口，②号开关连接电机的E4和E9电端口，③号开关连接电机的E8和E5电端口，④号开关连接电机的E8和E9电端口。
(2)对于极对数为2m+1的整数槽三相电机或周期数为2m+1的分数槽三相电机，单元内具有4个开关，且分别编号为①、②、③、④。①号开关连接电机的E5和E6电端口，②号开关连接电机的E5和E11电端口，③号开关连接电机的E10和E6电端口，④号开关连接电机的E10和E11电端口。
工作模式切换单元第一输入端用于接收来自数字控制芯片的开关控制信号，第二输入端用于连接电机绕组电端口，第三输入端用于连接三相电网端口(GA、GB和GC)，该单元中根据电机极对数或者周期数的特征，包括：
(1)对于极对数为2m的整数槽三相电机或周期数为2m的分数槽三相电机，单元内具有6个开关，分别编号为①、②、③、④、⑤、⑥。①号开关连接电机的E2和电网GA电端口，②号开关连接电机的E6和电网GB电端口，③号开关连接电机的E10和电网GC电端口，④、⑤、⑥号开关的各自一端分别接电机E2、E6、E10电端口，另一端则相互短接。
(2)对于极对数为2m+1的整数槽三相电机或周期数为2m+1的分数槽三相电机，单元内具有6个开关，分别编号为①、②、③、④、⑤、⑥。①号开关连接电机的E2和电网GA电端口，②号开关连接电机的E7和电网GB电端口，③号开关连接电机的E12和电网GC电端口，④、⑤、⑥号开关的各自一端分别接电机E3、E8、E13电端口，另一端则相互短接。
若绕组连接切换装置中的数字控制芯片输入端信号代表驱动模式，则数字控制芯片输出开关控制信号，使得：相序切换单元中的开关①、④导通且②、③断开，而工作模式切换开关组件中的开关④、⑤、⑥导通且①、②、③断开。若绕组连接切换装置中的数字控制芯片输入端信号代表充电模式，则数字控制芯片输出开关控制信号，使得：相序切换单元中的开关②、③导通且①、④断开，而工作模式切换开关组件中的开关①、②、③导通且④、⑤、⑥断开。
引入三相并网集成充电器电机绕组结构，利用电机驱动器已具有的电力电子硬件及电机绕组本身，构成三相并网的快充型电动充电器，在提升电能变换系统的功率密度的同时，保证系统驱动模式与充电模式之间的平滑切换，且在并网时，电机内部不会产生电磁转矩，省去了堵转装置，进一步提升了系统的可靠性。
实施例四
一种基于如上实施例二所述的一种三相并网集成充电器电机绕组结构的三相并网集成充电器充电方法，包括：
控制三相并网集成充电器电机绕组结构的连接方式为如上所述的驱动连接方式，使得三相并网集成充电器处于驱动工作状态；
切断逆变器开关信号，当三相电流衰减至零时，三相并网集成充电器电机绕组结构的连接方式切换为如上所述的充电连接方式；
基于电网电压和逆变器输出三相电流，通过预设控制算法，驱动逆变器开关管，实现对并网电流和充放电功率的控制，完成充电。
例如，将电机E1、E3、E7端口(极对数为2m的整数槽三相电机或周期数为2m的分数槽三相电机)或E1、E4、E9电端口(极对数为2m+1的整数槽三相电机或周期数为2m+1的分数槽三相电机)连接至逆变器输出的三个电端口，并通过总控制器给绕组切换装置输入驱动模式信号，使得绕组连接方式为电机驱动形式，然后再通过常用的电机定位程序，使得电机转子直轴轴线定位于定子A相绕组轴线上；电机定位好之后，将逆变器开关信号封锁，待三相电流衰减至零后，总控制器给绕组切换装置输入充电模式信号，使得绕组连接方式为充电形式，并接入三相电网端口，此时逆变器开关信号依然处于封锁状态；总控制器采集电网电压、逆变器输出三相电流等信息，通过预设的控制算法来驱动逆变器开关管，完成对并网电流及充放电功率的控制。
基于上述三相并网集成充电器电机绕组结构，利用电机驱动器已具有的电力电子硬件及电机绕组本身，构成三相并网的快充型电动充电器，在提升电能变换系统的功率密度的同时，保证系统驱动模式与充电模式之间的平滑切换，且在并网时，电机内部不会产生电磁转矩，省去了堵转装置，进一步提升了系统的可靠性。
本发明提供一种三相并网集成充电器电机绕组结构、反相序连接方式与充电方法，集成充电器复用电机驱动的逆变器作双向变流器，并且复用电机绕组作为并网滤波电感，具体的，根据电机槽极比，以及电机的极对数或周期数的特点，对定子线圈进行空间上的分类或编号，再根据其分类好的空间属性进行线圈连接，最后得到对应的电机绕组，并引出绕组接头；对上述引出的绕组接头进行连接，完成电机驱动模式与充电模式之间的接线切换；基于切换的连接方式，实现集成充电器的充电和驱动工作状态的切换。保证系统驱动模式与充电模式之间的平滑切换，以及电机在并网时的零转矩运行。
实施例五
一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述任一种三相并网集成充电器充电方法。
相关技术方案同实施例一～实施例四，在此不再赘述。
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 (8)

1.一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法，其特征在于，包括：
S1、将电机中所有定子线圈在圆周截面空间内按照等极数量对称分割，得到第一线圈组和第二线圈组，若有多余线圈组，则将其作为第三线圈组；
S2、对每组线圈组中的各线圈进行三相连接，构成第一三相线圈组、第二三相线圈组和第三三相线圈组；
S3、将第一三相线圈组和第二三相线圈组中第一相之间正负极性端连接，且该相其它极性端以及第二相和第三相的各极性端分别接出至电机外，若有第三三相线圈组，则第二三相线圈组的接出至电机外的各相极性端还分别与第三三相线圈组的各相极性端对应电连接，且第三三相线圈组的其它极性端接出至电机外；
其中，所述S1包括：
若电机为具有2m个极对数的整数槽三相电机或具有2m个周期数的分数槽三相电机，则将电机中所有定子线圈在圆周截面空间内按照等极数量对称分割，得到第一线圈组和第二线圈组；
若电机为具有2m+1个极对数的整数槽三相电机或具有2m+1个周期数的分数槽三相电机，则将其中一单元极或一单元周期下的定子线圈作为第三线圈组，剩余定子线圈在圆周截面空间内按照等极数量对称分割，得到第一线圈组和第二线圈组，其中，m为正整数。
2.根据权利要求1所述的一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法，其特征在于，所述S1之前，所述方法还包括：
S0、将电机定子槽内的导体按照短距或整距的方式构成多个定子线圈。
3.根据权利要求1所述的一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法，其特征在于，所述S2包括：
根据每组线圈组中各线圈在空间中的电角度信息，构成该线圈组的A、B、C三相线圈组。
4.一种三相并网集成充电器电机绕组结构，其特征在于，采用如权利要求1至3任一项所述的一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法构建得到。
5.一种如权利要求4所述的一种三相并网集成充电器电机绕组结构的应用，其特征在于，用于通过位于电机外的各极性端的连接方式的切换，使得三相并网集成充电器的状态在充电和驱动工作之间切换。
6.根据权利要求5所述的一种应用，其特征在于，所述连接方式包括：
当采用三相电网充电时，第一三相线圈组和第二三相线圈组的位于电机外的第二相和第三相的正负极性端之间相交叉电连接，第一三相线圈组的位于电机外的三相剩余极性端连接逆变器，第二三相线圈组的位于电机外的三相剩余极性端连接电网，构成充电连接方式；
当采用电机驱动时，第一三相线圈组和第二三相线圈组的位于电机外的第二相之间正负极性端连接和第三相之间正负极性端连接，若无第三三相线圈组，第二三相线圈组的位于电机外的三相极性端与电网断开且短接，若有第三三相线圈组，则第二三相线圈组的位于电机外的三相极性端与电网断开且将第三三相线圈组的位于电机外的三相极性端短接，构成驱动连接方式。
7.一种基于如权利要求4所述的一种三相并网集成充电器电机绕组结构的三相并网集成充电器充电方法，其特征在于，包括：
控制三相并网集成充电器电机绕组结构的连接方式为：第一三相线圈组和第二三相线圈组的位于电机外的第二相之间正负极性端连接和第三相之间正负极性端连接，若无第三三相线圈组，第二三相线圈组的位于电机外的三相极性端与电网断开且短接，若有第三三相线圈组，则第二三相线圈组的位于电机外的三相极性端与电网断开且将第三三相线圈组的位于电机外的三相极性端短接，构成驱动连接方式，使得三相并网集成充电器处于驱动工作状态；
切断逆变器开关信号，当三相电流衰减至零时，三相并网集成充电器电机绕组结构的连接方式切换为：第一三相线圈组和第二三相线圈组的位于电机外的第二相和第三相的正负极性端之间相交叉电连接，第一三相线圈组的位于电机外的三相剩余极性端连接逆变器，第二三相线圈组的位于电机外的三相剩余极性端连接电网，构成充电连接方式；
基于电网电压和逆变器输出三相电流，通过预设控制算法，驱动逆变器开关管，实现对并网电流和充放电功率的控制，完成充电。
8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行上述如权利要求7所述的三相并网集成充电器充电方法。
CN201910666350.4A 2019-07-23 2019-07-23 一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法及其应用 Active CN110391707B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910666350.4A CN110391707B (zh) 2019-07-23 2019-07-23 一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910666350.4A CN110391707B (zh) 2019-07-23 2019-07-23 一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110391707A CN110391707A (zh) 2019-10-29
CN110391707B true CN110391707B (zh) 2020-07-10

Family

ID=68287140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910666350.4A Active CN110391707B (zh) 2019-07-23 2019-07-23 一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110391707B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112787390B (zh) * 2021-01-27 2022-04-22 华南理工大学 电动汽车驱动与充电一体化电路及其转矩消除控制方法
CN115871485A (zh) * 2022-12-15 2023-03-31 小米汽车科技有限公司 车辆的充电控制方法、装置、车辆和存储介质

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100448138C (zh) * 2002-12-06 2008-12-31 王振民 混联交流感应电动机
CN102723833B (zh) * 2012-06-21 2015-04-22 山东电力集团公司电力科学研究院 一种具有不平衡电压补偿作用的三相感应电动机
CN105337465B (zh) * 2014-08-16 2018-01-05 安捷励电控技术南京有限公司 三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组
CN109474011B (zh) * 2018-11-26 2020-09-08 华中科技大学 一种三相并网集成充电器的电流控制方法及控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110391707A (zh) 2019-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102882459B (zh) 电动汽车用单电源开绕组永磁同步电机驱动系统
CN101357595B (zh) 使用双端逆变器系统的串联耦合的双马达驱动
CN101434205B (zh) 具有隔离的中性拓扑的双端逆变器系统
CN101454174B (zh) 动力输出装置以及具备该动力输出装置的车辆
JP5558176B2 (ja) 電動機駆動装置およびそれを搭載する車両
CN105743175A (zh) 一种新型集成充电机功能的电动车驱动系统
Cao et al. Review of electrical motor drives for electric vehicle applications
CN107364367B (zh) 一种基于多励磁源电机的集成式电机驱动与车载充电系统
CN105790628A (zh) 一种基于功能集成式变换器的开关磁阻电机系统
KR102398884B1 (ko) 권선형 동기 전동기를 이용한 충전 시스템
CN113400959B (zh) 计及二次功率脉动抑制的电动汽车用电驱重构型充电系统
CN110391707B (zh) 一种三相并网集成充电器电机绕组构建方法及其应用
CN103770656A (zh) 一种集成驱动/充电装置
Patil et al. A detailed motor selection for electric vehicle traction system
CN104967268A (zh) 一种分布式多驱动单元的开关磁阻电机
CN102780427B (zh) 一种六相电机驱动系统
CN202798567U (zh) 一种单电源六相电机驱动系统
CN202940761U (zh) 一种六相电机驱动系统
Dannier Overview of main electric subsystems of zero-emission vehicles
Jiang et al. An integrated charger with central-tapped winding switched reluctance motor drive
Hussain et al. Sensor-less control of a BLDC motor for the conversion of a conventional petrol vehicle into a solar-electric powered vehicle
KR20230023908A (ko) 구동모터의 구동시스템
Xia et al. An integrated modular converter for switched reluctance motor drives in range-extended electric vehicles
CN204741385U (zh) 一种分布式多驱动单元的开关磁阻电机
KR102524048B1 (ko) 속도변경 및 그에 따른 효율구간 변경이 가능한 전동기

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant