CN110492641B - 一种车用多档位调速的永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

一种车用多档位调速的永磁同步电机属于电机领域；现有电机绕组的利用率降低的技术问题；包括主回路和调磁回路；主回路包括三相绕组，每相绕组结构相同，每相绕组均包括8个开关、一个主绕组两个副绕组；每相绕组的主绕组依次通过当前绕组的第一开关、第一副绕组、第二开关、第二副绕组和第三开关连接到电机中性点N，每相绕组的第四开关一端连接第一开关与第一副绕组之间，每相绕组的第五开关一端连接第二开关与第二副绕组之间，第四开关和第五开关的另一端均与调磁系统连接，每相绕组的第一副绕组和/或第二副绕组能够通过开关控制从主回路中切除，调磁回路包括从主回路切除副绕组和调磁系统；有效的增加了增加了绕组的利用率。

Description

一种车用多档位调速的永磁同步电机

技术领域

本发明属于电机领域，尤其涉及一种车用多档位调速的永磁同步电机。

背景技术

我国稀土资源丰富，稀土的储量占全球储量的80％，稀土矿石和稀土永磁的产量都位居世界前列。我国无论是在对稀土永磁材料的研究上还是在稀土资源的推广上都处于世界领先地位，所以稀土永磁材料对我国具有极其重要的利用价值。将稀土永磁材料利用在永磁电机上可以很好的发挥稀土永磁材料的优点。永磁电机和普通电机相比，结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗小，效率高；应用十分广泛，几乎遍及航空航天、国防、工业、农业生产和日常生活的各个领域。在电动汽车电机、飞机起动发电机等对电机调速范围较宽的应用场合，要求电机运行在基频以下时通过变频器对电机进行变频调速，当电机变频器的输出电压达到最大值电机运行在额定转速，当电机运行在基频以上时要想继续提高电机转速就需要减小电机的气隙磁通对电机进行弱磁调速，虽然电机的调速范围变宽但是弱磁电流随着转速的增大而增加，大部分定子电流用来弱磁，故电机的输出转矩降低、输出的有功减少、温升增大。除此之外，电机的调速范围受到变频器的限制，要想增大电机调速范围就要增大变频器的容量，电机及其控制系统的成本增加。以上因素导致电机运行在基频以上时，电机的性能降低，因此提升电机在基频以上运行的性能有重要意义。

现有技术中一种基于变绕组匝数的调速永磁同步电机，其电机每相绕组包括多个依次串联的多个串联绕组单元，每个绕组单元包括一个绕组和两个绕组控制结构，通过绕组控制结构控制调速永磁同步电机工作时绕组是否通入电流。其电机进行调速时，采用断路方式旁路绕组减少工作时接入调速永磁同步电机中绕组匝数减小电机反电动势，增加额定点的个数。然而其电机在基频以上调速，电机绕组的控制结构把绕组旁路断路后，被断路后的绕组不起任何作用，电机绕组的利用率降低。

发明内容

本发明克服了上述现有技术的不足，提供一种车用多档位调速的永磁同步电机，通过开关控制每相绕组中的第一副绕组和第二副绕组是否从主回路切除连接到调磁回路当中通入调磁电流，增加了绕组的利用率，有效的解决了电机绕组的利用率降低的技术问题。

本发明的技术方案：

一种车用多档位调速的永磁同步电机，包括主回路和调磁回路；所述主回路包括A相绕组、B相绕组和C相绕组，所述每相绕组结构相同，所述每相绕组均包括8个开关、一个主绕组两个副绕组；所述每相绕组的主绕组依次通过当前绕组的第一开关、第一副绕组、第二开关、第二副绕组和第三开关连接到电机中性点N，所述每相绕组的第四开关一端连接在第一开关与第一副绕组之间，另一端与调磁系统连接，所述每相绕组的第五开关一端连接在第二开关与第二副绕组之间，另一端与调磁系统连接，所述每相绕组的第六开关一端连接在第二副绕组与第三开关之间，另一端与调磁系统连接，所述每相绕组的第七开关一端连接在主绕组与第一开关之间，另一端与电机中性点N连接，所述每相绕组的第八开关一端连接在第一副绕组与第二开关之间，另一端与电机中性点N连接；所述每相绕组的第一副绕组和/或第二副绕组能够通过开关控制从主回路中切除，所述调磁回路包括从主回路切除副绕组和调磁系统。

进一步地，所述每相主绕组的匝数占每相绕组匝数总数的80％，所述第一副绕组和第二副绕组的匝数分别占每相绕组匝数总数的10％。

进一步地，所述每相绕组的第一开关、第二开关、第三开关闭合，第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关断开，电机处于基频以下的低速档，所述每相绕组的主绕组、第一副绕组、第二副绕组串联接入主回路。

进一步地，所述每相绕组的第一开关、第三开关、第五开关、第六开关、第八开关闭合，第二开关、第四开关、第七开关断开，电机处于基频以上的中速档，所述每相绕组的主绕组、第一副绕组串联接入主回路，第二副绕组从主回路切除连接入调磁回路。

进一步地，所述每相绕组的第二开关、第三开关、第四开关、第六开关、第七开关闭合，第一开关、第五开关、第八开关断开，电机处于基频以上的高速档，所述每相绕组的主绕组接入主回路，第一副绕组、第二副绕组从主回路切除连接入调磁回路。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种车用多档位调速的永磁同步电机，通过开关控制每相绕组中的第一副绕组和第二副绕组是否从主回路切除连接到调磁回路当中通入调磁电流，增加了绕组的利用率，有效的解决了现有技术中被断路后的绕组不起任何作用，电机绕组的利用率降低的技术问题。

2、通过开关控制电机第一副绕组、第二副绕组是否从主回路切除连接在调磁回路中，增加电机额定点的个数实现低速、中速、高速多档位调速，当电机运行在基频以下的低速档时，所述主绕组、第一副绕组、第二副绕组均在主回路为电机输出力矩，电机运行在基频以上的中速档时，所述主绕组、第一副绕组连接在主回路而第二副绕组连接入调磁回路，电机运行在基频以上的高速档时，所述第一副绕组、第二副绕组通入调磁电流调节电机磁通此时主回路不需要调磁电流，电机的调速范围不受主回路变频器的限制，电机的调速范围大幅增大，当电机在调速的时候电机的主回路不用进行弱磁电流的控制，只需要在调磁回路中通入调磁电流对电机的磁通进行调节，有效的解决了现有电机调速范围手匝数限制的技术问题；

3、由于主绕组的匝数占电机绕组每相串联匝数的80％且始终处于电机主回路中，电机在高转速时能够输出有较大力矩；当所述第一副绕组、第二副绕组的匝数分别从主回路中切除时只减少了电机绕组每相串联匝数的10％，电机在进行档位调速时引起的转矩脉动小，有效的解决了现有技术中由于在高速时减少过多的匝数，从而引起电机转矩脉动大，输出转矩小的技术问题。

附图说明

图1是本发明结构图；

图2是电机工作在基频以下低速档时绕组连接电路图；

图3是电机工作在基频以上中速档时绕组连接电路图；

图4是电机工作在基频以上高速档时绕组连接电路图；

图5是本发明永磁同步电机的机械特性图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明。

一种车用多档位调速的永磁同步电机，如图1所示，包括主回路和调磁回路；所述主回路包括A相绕组、B相绕组和C相绕组，所述每相绕组结构相同，所述每相绕组均包括8个开关、一个主绕组两个副绕组；所述A相绕组包括A相电源、A相主绕组A1、A相副绕组A2、A相副绕组A3、A相开关S1、A相开关S2、A相开关S3、A相开关S4、A相开关S5、A相开关S6、A相开关S7和A相开关S8；所述B相绕组包括B相电源、B相主绕组B1、B相副绕组B2、B相副绕组B3、B相开关S1、B相开关S2、B相开关S3、B相开关S4、B相开关S5、B相开关S6、B相开关S7和B相开关S8；所述C相绕组包括C相电源、C相主绕组C1、C相副绕组C2、C相副绕组C3、C相开关S1、C相开关S2、C相开关S3、C相开关S4、C相开关S5、C相开关S6、C相开关S7和C相开关S8；所述A相电源的一端分别连接B相电源的一端和C相电源的一端；

所述A相电源的另一端通过依次串联A相主绕组A1、A相开关S1、A相副绕组A2、A相开关S2、A相副绕组A3和A相开关S3连接到电机中性点N，所述A相开关S4一端连接在A相开关S1和A相副绕组A2之间，另一端连接调磁系统，A相开关S5一端连接在A相开关S2和A相副绕组A3之间，另一端连接调磁系统，A相开关S6一端连接在A相副绕组A3和A相开关S3之间，另一端连接调磁系统，A相开关S7一端连接在A相主绕组A1和A相开关S1之间，另一端连接电机中性点N，A相开关S8一端连接在A相副绕组A2和A相开关S2之间，另一端连接电机中性点N；

所述B相电源的另一端通过依次串联B相主绕组B1、B相开关S1、B相副绕组B2、B相开关S2、B相副绕组B3和B相开关S3连接到电机中性点N，所述B相开关S4一端连接在B相开关S1和B相副绕组B2之间，另一端连接调磁系统，B相开关S5一端连接在B相开关S2和B相副绕组B3之间，另一端连接调磁系统，B相开关S6一端连接在B相副绕组B3和B相开关S3之间，另一端连接调磁系统，B相开关S7一端连接在B相主绕组B1和B相开关S1之间，另一端连接电机中性点N，B相开关S8一端连接在B相副绕组B2和B相开关S2之间，另一端连接电机中性点N；

所述C相电源的另一端通过依次串联C相主绕组C1、C相开关S1、C相副绕组C2、C相开关S2、C相副绕组C3和C相开关S3连接到电机中性点N，所述C相开关S4一端连接在C相开关S1和C相副绕组C2之间，另一端连接调磁系统，C相开关S5一端连接在C相开关S2和C相副绕组C3之间，另一端连接调磁系统，C相开关S6一端连接在C相副绕组C3和C相开关S3之间，另一端连接调磁系统，C相开关S7一端连接在C相主绕组C1和C相开关S1之间，另一端连接电机中性点N，C相开关S8一端连接在C相副绕组C2和C相开关S2之间，另一端连接电机中性点N；

所述A相副绕组A2、A相副绕组A3、B相副绕组B2、B相副绕组B3、C相副绕组C2和/或C相副绕组C3分别能够通过开关控制从主回路中切除，所述调磁回路包括从主回路切除的副绕组和调磁系统。

具体地，所述A相主绕组A1、B相主绕组B1和C相主绕组C1的匝数相同，所述A相副绕组A2、A相副绕组A3、B相副绕组B2、B相副绕组B3、C相副绕组C2和C相副绕组C3的匝数相同，所述A相主绕组A1的匝数占A相绕组匝数总数的80％，所述B相主绕组B1的匝数占B相绕组匝数总数的80％，所述C相主绕组C1的匝数占C相绕组匝数总数的80％，所述A相副绕组A2和A相副绕组A3的匝数分别占A相绕组匝数总数的10％，所述B相副绕组B2和B相副绕组B3的匝数分别占B相绕组匝数总数的10％，所述C相副绕组C2和C相副绕组C3的匝数分别占C相绕组匝数总数的10％，即所述每相主绕组的匝数占每相绕组匝数总数的80％，所述每相的第一副绕组和第二副绕组的匝数分别占每相绕组匝数总数的10％。

具体地，所述主回路为电机输出力矩，由于每相的主绕组匝数占电机每相绕组匝数总数的80％并始终处于主回路中为电机输出力矩，能够保证电机在高速时依然能够输出较大转矩。

具体地，由于第一副绕组、第二副绕组的匝数分别占电机每相绕组匝数总数的10％并均能够通过开关控制连接在主回路中为电机输出力矩或者从主回路中切除连接入调磁回路通入调磁电流对电机的磁通进行调节，进而对电机进行调速；所述每相第一副绕组和第二副绕组从主回路切除连接入调磁回路时，电机绕组每相串联匝数减少了20％使得电机在换档位调速过程的转矩脉动小。

具体地，所述每相绕组的第一开关、第二开关、第三开关闭合，第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关断开，所述每相绕组的主绕组、第一副绕组、第二副绕组串联接入主回路，而调磁回路无绕组接入，如图2所示，使电机处于基频以下的低速档，电机工作在基频以下低速档时其机械特性对应图5绕组连接方式1，在图5中电机对应的调速范围是第Ⅰ阶段电机使用变频调速。

具体地，所述每相绕组的第一开关、第三开关、第五开关、第六开关、第八开关闭合，第二开关、第四开关、第七开关断开，所述每相绕组的主绕组、第一副绕组串联接入主回路，第二副绕组从主回路切除连接入调磁回路，如图3所示，使电机处于基频以上的中速档，电机工作在基频以上中速档时其机械特性对应图5绕组连接方式2，电机每相串联绕组匝数减少10％电机反电动势降低、电机转速范围增大，在图5中电机对应的调速范围是第Ⅱ阶段，第二副绕组接入调磁回路并在其中通入调磁电流进一步增大电机的调速范围，在图5中电机对应的调速范围是第Ⅲ阶段电机使用弱磁调速。

具体地，所述每相绕组的第二开关、第三开关、第四开关、第六开关、第七开关闭合，第一开关、第五开关、第八开关断开，所述每相绕组的主绕组接入主回路，第一副绕组、第二副绕组从主回路切除连接入调磁回路，如图4所示，使电机处于基频以上的高速档，电机工作在基频以上高速档时其机械特性对应图5绕组连接方式3，电机每相串联绕组匝数减少20％，电机相对运行在中速档时反电动势降低、电机转速范围增大，在图5中电机对应的调速范围是第Ⅳ阶段，第一副绕组、第二副绕组串联接入调磁回路并在其中通入调磁电流又进一步增大电机的调速范围，在图5中电机对应的调速范围是第Ⅴ阶段电机使用弱磁调速。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、润饰等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种车用多档位调速的永磁同步电机，其特征在于，包括主回路和调磁回路；所述主回路包括A相绕组、B相绕组和C相绕组，每相绕组结构相同，每相绕组均包括8个开关、一个主绕组两个副绕组；所述每相绕组的主绕组依次通过当前绕组的第一开关、第一副绕组、第二开关、第二副绕组和第三开关连接到电机中性点N，所述每相绕组的第四开关一端连接在第一开关与第一副绕组之间，另一端与调磁系统连接，所述每相绕组的第五开关一端连接在第二开关与第二副绕组之间，另一端与调磁系统连接，所述每相绕组的第六开关一端连接在第二副绕组与第三开关之间，另一端与调磁系统连接，所述每相绕组的第七开关一端连接在主绕组与第一开关之间，另一端与电机中性点N连接，所述每相绕组的第八开关一端连接在第一副绕组与第二开关之间，另一端与电机中性点N连接；所述每相绕组的第一副绕组和/或第二副绕组能够通过开关控制从主回路中切除，所述调磁回路包括从主回路切除副绕组和调磁系统。

2.根据权利要求1所述一种车用多档位调速的永磁同步电机，其特征在于，每相主绕组的匝数占每相绕组匝数总数的80％，每相的第一副绕组和第二副绕组的匝数分别占每相绕组匝数总数的10％。

3.根据权利要求1所述一种车用多档位调速的永磁同步电机，其特征在于，所述每相绕组的第一开关、第二开关、第三开关闭合，第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关断开，电机处于基频以下的低速档，所述每相绕组的主绕组、第一副绕组、第二副绕组串联接入主回路。

4.根据权利要求1所述一种车用多档位调速的永磁同步电机，其特征在于，所述每相绕组的第一开关、第三开关、第五开关、第六开关、第八开关闭合，第二开关、第四开关、第七开关断开，电机处于基频以上的中速档，所述每相绕组的主绕组、第一副绕组串联接入主回路，第二副绕组从主回路切除连接入调磁回路。

5.根据权利要求1所述一种车用多档位调速的永磁同步电机，其特征在于，所述每相绕组的第二开关、第三开关、第四开关、第六开关、第七开关闭合，第一开关、第五开关、第八开关断开，电机处于基频以上的高速档，所述每相绕组的主绕组接入主回路，第一副绕组、第二副绕组从主回路切除连接入调磁回路。

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