CN112072819A - 一种多转矩电机及控制、启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多转矩电机及控制、启动方法，其特征在于，包括定子三相绕组A、B和C相绕组按120°相差以△连接；A相绕组包括串联于连接点A0的绕组A1和A2，B相绕组包括串联于连接点B0的绕组B1和B2，C相绕组包括串联于连接点C0的绕组C1和C2；在△三个顶点接通三相交流电源，当连接点A0、B0、C0相互断开时，A、B和C相绕组形成串联后的△接法驱动转子在第一转矩区以第一转矩旋转；当点A0、B0、C0相互连接时，A1、B1、C1绕组和A2、B2、C2绕组变为两个Y接法驱动转子在第二转矩区以第二转矩旋转；其中，第二转矩大于第一转矩，还可以通过调控设置在连接点的开关导通占空比使电机成为多转矩电机。
Description
技术领域
本发明属于电机及其控制技术领域，尤其涉及一种多转矩电机及控制、启动方法。
背景技术
交流电机时应用非常广泛的动力电机及控制电机，但现有交流电机转矩单一、转矩调整较为困难，采用变频器可以调整电机转矩，但这样一方面增加了控制电路成本，另一方面在技术上现有变频器控制电机时，变频器在电机低速阶段转矩调整范围很受限，使其转矩不足，且变频器需要承受较大电流负荷，换言之，采用变频器来控制交流电机低速转矩时，无法发挥该电机的潜在动力性能。
发明内容
发明人经过创造性劳动，发明了基于单体交流电机的三相绕组中间连接点的多转矩电机及控制、启动方法，以较为简单的结构实现至少两种转矩的多转矩控制方法与技术结构，在一定程度上解决了背景技术中阐述的技术问题。
本发明的技术方案是：
依据本发明第一方面，提供了一种多转矩电机，包括电机壳体、转子、定子磁芯和定子绕组，所述定子绕组绕置于定子磁芯上，其特殊之处在于：
所述定子绕组包括三相绕组，所述三相绕组为A相、B相和C相绕组，所述A相、B相和C相绕组按120°电角度相差分布于所述定子磁芯上；
所述A相、B相和C相绕组的结构被配置为：所述A相绕组包括A1和A2绕组，所述B相绕组包括B1和B2绕组，所述C相绕组包括C1和C2绕组；
所述A相、B相和C相绕组中每一相内的绕组连接关系被配置为：
所述A1和A2绕组串联连接，且所述A1和A2绕组的连接点为A0，
所述B1和B2绕组串联连接，且所述B1和B2绕组的连接点为B0，
所述C1和C2绕组串联连接，且所述A1和A2绕组的连接点为C0；
所述A相、B相和C相绕组的相间连接关系被配置为：
所述A相绕组与所述B相和C相绕组按照三角形接法连接，所述三角形的三个顶点分别为X、Y、Z，
当所述连接点A0、B0、C0相互不连接时，所述三相绕组为三角形接法，即所述A1和A2绕组串联构成的A相绕组、所述B1和B2绕组串联构成的B相绕组、所述C1和C2绕组串联构成的C相绕组三者以三个顶点X、Y、Z交互连接为三角形接法，在所述三个顶点X、Y、Z接通三相交流电源时，所述A相、B相和C相绕组形成串联后的三角形接法并产生旋转磁场驱动所述转子在第一转矩区以第一转矩旋转，
当所述连接点A0、B0、C0相互连接时，所述A1、B1、C1绕组形成以三个顶点X、Y、Z交互连接、以A0-B0-C0连接点为中性点的星形接法，所述A2、B2、C2绕组形成以三个顶点X、Y、Z交互连接、以A0-B0-C0连接点为中性点的星形接法，在所述三个顶点X、Y、Z接通三相交流电源时，所述A1、B1、C1绕组和所述A2、B2、C2绕组形成两个星形接法并产生旋转磁场驱动所述转子在第二转矩区以第二转矩旋转，
所述第二转矩大于所述第一转矩，使所述A1、B1、C1绕组和所述A2、B2、C2绕组构成的电机为多转矩电机。
进一步的，本发明还提供了一种多转矩电机，其特殊之处在于：所述多转矩电机为两极电机，
所述A相绕组所包括的A1绕组和A2绕组在所述多转矩电机定子圆周上相对布置，即A1绕组为一个磁极、所述A2绕组为另一个磁极，所述A1绕组和A2绕组首尾连接点为A0；
所述B相绕组所包括的B1绕组和B2绕组在所述多转矩电机定子圆周上相对布置，即B1绕组为一个磁极、所述B2绕组为另一个磁极，所述B1绕组和B2绕组首尾连接点为B0；
所述C相绕组所包括的C1绕组和C2绕组在所述多转矩电机定子圆周上相对布置，即C1绕组为一个磁极、所述C2绕组为另一个磁极，所述C1绕组和C2绕组首尾连接点为C0。
进一步的，本发明还提供了一种多转矩电机，其特殊之处在于：所述多转矩电机为四极电机，
所述A1绕组包括A11绕组和A12绕组，所述A2绕组包括A21绕组和A22绕组，所述A11绕组、A12绕组、A21绕组和A22绕组在所述多转矩电机定子圆周上两两相对布置，所述A11绕组、A12绕组和所述A21绕组、A22绕组在所述多转矩电机定子圆周上形成四个磁极；
所述B1绕组包括B11绕组和B12绕组，所述B2绕组包括B21绕组和B22绕组，所述B11绕组、B12绕组、B21绕组和B22绕组在所述多转矩电机定子圆周上两两相对布置，所述B11绕组、B12绕组、B21绕组和B22绕组在所述多转矩电机定子圆周上形成四个磁极；
所述C1绕组包括C11绕组和C12绕组，所述C2绕组包括C21绕组和C22绕组，所述C11绕组、C12绕组、C21绕组和C22绕组在所述多转矩电机定子圆周上两两相对布置，所述C11绕组、C12绕组、C21绕组和C22绕组在所述多转矩电机定子圆周上形成四个磁极。
进一步的，本发明还提供了一种多转矩电机，其特殊之处在于：所述多转矩电机为六极电机，
所述A1绕组包括A11绕组、A12绕组和A13绕组，所述A2绕组包括A21绕组、A22绕组和A23绕组，所述A11绕组、A12绕组、A13绕组和所述A21绕组、A22绕组、A23绕组在所述多转矩电机定子圆周上两两相对布置，所述A11绕组、A12绕组、A13绕组、A21绕组、A22绕组和A23绕组在所述多转矩电机定子圆周上形成六个磁极；
所述B1绕组包括B11绕组、B12绕组和B13绕组，所述B2绕组包括B21绕组、B22绕组和B23绕组，所述B11绕组、B12绕组、B13绕组和所述B21绕组、B22绕组、B23绕组在所述多转矩电机定子圆周上两两相对布置，所述B11绕组、B12绕组、B13绕组、B21绕组、B22绕组和B23绕组在所述多转矩电机定子圆周上形成六个磁极；
所述C1绕组包括C11绕组、C12绕组和C13绕组，所述C2绕组包括C21绕组、C22绕组和C23绕组，所述C11绕组、C12绕组、C13绕组和所述C21绕组、C22绕组、C23绕组在所述多转矩电机定子圆周上两两相对布置，所述C11绕组、C12绕组、C13绕组、C21绕组、C22绕组和C23绕组在所述多转矩电机定子圆周上形成六个磁极。
进一步的，本发明还提供了一种多转矩电机，其特殊之处在于：所述多转矩电机为八极电机，
所述A1绕组包括A11绕组、A12绕组、A13绕组和A14绕组，所述A2绕组包括A21绕组、A22绕组、A23绕组和A24绕组，所述A11绕组、A12绕组、A13绕组、A14绕组和所述A21绕组、A22绕组、A23绕组、A24绕组在所述多转矩电机定子圆周上两两相对布置，所述A11绕组、A12绕组、A13绕组、A14绕组、A21绕组、A22绕组、A23绕组和A24绕组在所述多转矩电机定子圆周上形成六个磁极；
所述B1绕组包括B11绕组、B12绕组、B13绕组和B14绕组，所述B2绕组包括B21绕组、B22绕组、B23绕组和B24绕组，所述B11绕组、B12绕组、B13绕组、B14绕组和所述B21绕组、B22绕组、B23绕组、B24绕组在所述多转矩电机定子圆周上两两相对布置，所述B11绕组、B12绕组、B13绕组、B14绕组、B21绕组、B22绕组、B23绕组和B24绕组在所述多转矩电机定子圆周上形成六个磁极；
所述C1绕组包括C11绕组、C12绕组、C13绕组和C14绕组，所述C2绕组包括C21绕组、C22绕组、C23绕组和C24绕组，所述C11绕组、C12绕组、C13绕组、C14绕组和所述C21绕组、C22绕组、C23绕组、C24绕组在所述多转矩电机定子圆周上两两相对布置，所述C11绕组、C12绕组、C13绕组、C14绕组、C21绕组、C22绕组、C23绕组和C24绕组在所述多转矩电机定子圆周上形成六个磁极。
依据本发明的第二方面，提供了一种多转矩电机的控制方法，应用于本发明第一方面所述的电机中，其特殊之处在于包括，
①设置一转矩开关K，所述转矩开关具有三个端子且所述三个端子分别与所述A0、B0、C0连接；当所述转矩开关K断开时，所述A0、B0、C0互不连接，所述A1和A2绕组串联连接、所述B1和B2绕组串联连接、所述C1和C2绕组串联连接，所述A相绕组与所述B相和C相绕组按照第一接法即三角形接法连接，使所述多转矩电机工作于所述第一转矩区；当所述转矩开关K接通时，所述A0、B0、C0相互连接，所述A1、B1、C1绕组和所述A2、B2、C2绕组按照第二接法即两个星形接法使所述多转矩电机工作于所述第二转矩区；
②通过控制所述转矩开关K的接通与断开的比例，即通过控制所述转矩开关K的导通占空比，使所述多转矩电机在所述第一接法和所述第二接法之间转换、进而使所述多转矩电机的输出转矩在所述第一转矩区和所述第二转矩区范围中受控变化，实现多转矩输出。
进一步的，还提供了一种多转矩电机的控制方法，其特殊之处在于，所述转矩开关K为电子开关。
依据本发明的第三方面，提供了一种多转矩电机的启动方法，应用于本发明第一方面所述的电机中，其特殊之处在于包括，
①设置一转矩开关K，所述转矩开关具有三个端子且所述三个端子分别与所述A0、B0、C0连接；当所述转矩开关K断开时，所述A0、B0、C0互不连接，所述A1和A2绕组串联连接、所述B1和B2绕组串联连接、所述C1和C2绕组串联连接，所述A相绕组与所述B相和C相绕组按照第一接法即三角形接法连接，使所述多转矩电机工作于所述第一转矩区；当所述转矩开关K接通时，所述A0、B0、C0相互连接，所述A1、B1、C1绕组和所述A2、B2、C2绕组按照第二接法即两个星形接法使所述多转矩电机工作于所述第二转矩区；
②通过控制所述转矩开关K，在所述多转矩电机启动时断开所述转矩开关K，使所述多转矩电机在所述第一接法、进而使所述多转矩电机工作于所述第一转矩区实现低转矩启动，当达到预订工作转速时接通所述转矩开关K，使所述多转矩电机在所述第二接法、进而使所述多转矩电机工作于所述第二转矩区实现高转矩输出运行。
进一步的，还提供了一种多转矩电机的控制方法，其特殊之处在于所述转矩开关K为电子开关。
本发明的有益效果是：本发明的技术方案通过提出一种多转矩电机及控制、启动方法，以简单结构实现特殊功能，技术手段包括定子三相绕组A、B和C相绕组按120°相差以△连接；A相绕组包括串联于连接点A0的绕组A1和A2，B相绕组包括串联于连接点B0的绕组B1和B2，C相绕组包括串联于连接点C0的绕组C1和C2；在△三个顶点接通三相交流电源，当连接点A0、B0、C0相互断开时，A、B和C相绕组形成串联后的△接法驱动转子在第一转矩区以第一转矩旋转；当点A0、B0、C0相互连接时，A1、B1、C1绕组和A2、B2、C2绕组变为两个Y接法驱动转子在第二转矩区以第二转矩旋转；其中，第二转矩大于第一转矩，还可以通过调控设置在连接点的开关导通占空比使电机成为多转矩电机。本发明技术方案应用于非常广泛的动力电机及控制电机，降低了控制电路成本，在技术上脱离变频器可以以简单控制方式实现转矩转换、在结合现有变频器控制电机时，扩大了转矩控制范围；克服了电机低速阶段转矩调整范围很受限及转矩不足问题。还可以克服现有星角转换开关触点过多、易于烧蚀、成本高、可靠性差等问题，并且易于实现无级调整转矩。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的一种带有控制开关K的两极多转矩电机绕组连接关系示意图，
图2是图1所示的一种带有控制开关K的两极多转矩电机绕组连接关系示意图另一种画法，
图3是本发明实施方式提供的一种四极多转矩电机绕组连接关系示意图，
图4是图3所示的一种四极多转矩电机绕组与控制开关K的连接关系示意图，
图5是本发明实施方式提供的一种两极多转矩电机绕组中A相绕组布线及连接关系示意图，
图6是本发明实施方式提供的一种两极多转矩电机绕组中A相、B相、C相绕组布线及连接关系示意图，
图7是本发明实施方式提供的一种四极多转矩电机绕组中A相绕组布线及连接关系示意图，
图8是本发明实施方式提供的一种四极多转矩电机绕组中A相、B相、C相同心绕组布线及连接关系示意图，
图9是本发明实施方式提供的一种四极多转矩电机绕组中A相、B相、C相链式绕组布线及连接关系示意图，
图10是本发明实施方式提供的一种六极多转矩电机绕组中A相绕组布线及连接关系示意图，
图11是本发明实施方式提供的一种六极多转矩电机绕组中A相、B相、C相绕组布线及连接关系示意图，
图12是本发明实施方式提供的一种八极多转矩电机绕组中A相绕组布线及连接关系示意图，
图13是本发明实施方式提供的一种八极多转矩电机绕组中A相、B相、C相绕组布线及连接关系示意图。
具体实施方式
本发明的技术方案通过提出一种多转矩电机及控制、启动方法，以简单结构实现特殊功能，技术手段包括定子三相绕组A、B和C相绕组按120°相差以△连接；A相绕组包括串联于连接点A0的绕组A1和A2，B相绕组包括串联于连接点B0的绕组B1和B2，C相绕组包括串联于连接点C0的绕组C1和C2；在△三个顶点接通三相交流电源，当连接点A0、B0、C0相互断开时，A、B和C相绕组形成串联后的△接法驱动转子在第一转矩区以第一转矩旋转；当点A0、B0、C0相互连接时，A1、B1、C1绕组和A2、B2、C2绕组变为两个Y接法驱动转子在第二转矩区以第二转矩旋转；其中，第二转矩大于第一转矩，还可以通过调控设置在连接点的开关导通占空比使电机成为多转矩电机。详见如下实施例的阐述。
第一方面，本发明实施方式提供了一种多转矩电机。
实施例1
这种多转矩电机，包括电机壳体、转子、定子磁芯和定子绕组，定子绕组绕置于定子磁芯上。其转子与常规交流电机转子一致，不予赘述，附图中亦未予展示。下述内容是针对性的将本发明技术方案中的创新部分较为充分的展示出来，通过较为详细的描述使阅读者易于理解本发明的技术思路和构成特点。
如图1和图2所示，图2和图1实质相同，仅是画法不同而已。电机的定子包括的三相绕组为A相、B相和C相绕组，A相、B相和C相绕组按120°电角度相差分布于定子磁芯上；其三相绕组A相、B相和C相可以为同心式绕组、也可以为链式绕组，附图中标记为如A1、A2、B1、B2、C1、C2中的每部分仅仅代表一个磁极的绕组，A相绕组包括的A1和A2为该相的两个磁极，两个磁极分布于定子磁芯圆周上正对布置。
本发明技术方案的特点在于，包括A相、B相和C相绕组的结构被配置为：A相绕组包括A1和A2绕组，B相绕组包括B1和B2绕组，C相绕组包括C1和C2绕组；其中的A1、A2、B1、B2、C1、C2中的每部分可以是一把线圈、也可以是几把线圈串联或并联或串并联混合而成的绕组，A相、B相和C相绕组中每一相内的绕组连接关系被配置为：
A1和A2绕组串联连接，且A1和A2绕组的连接点为A0，
B1和B2绕组串联连接，且B1和B2绕组的连接点为B0，
C1和C2绕组串联连接，且A1和A2绕组的连接点为C0。
A相、B相和C相绕组的相间连接关系被配置为：
A相绕组与B相和C相绕组按照三角形接法连接，三角形的三个顶点分别为X、Y、Z，
当连接点A0、B0、C0相互不连接时，三相绕组为三角形接法，即A1和A2绕组串联构成的A相绕组、B1和B2绕组串联构成的B相绕组、C1和C2绕组串联构成的C相绕组三者以三个顶点X、Y、Z交互连接为三角形接法，在三个顶点X、Y、Z接通三相交流电源时，A相、B相和C相绕组形成串联后的三角形接法，按照对称规律，绕组A1和A2线径及匝数相同、直流阻抗参数一致，绕组B1和B2线径及匝数相同、直流阻抗参数一致，绕组C1和C2线径及匝数相同、直流阻抗参数一致，三相交流电源电压有效值为U时，绕组A1、A2、B1、B2、C1、C2中每一个绕组所获得的电压U1＝U/2，如A1所获得的电压UA1＝U(xy)/2，其中U(xy)为A相相电压，三相绕组A相、B相和C相绕组中每一相所获得的电压为U，如A相绕组(A1+A2)所获得的电压UA＝U(xy)＝U，因此该电机三相绕组在电压值为U的三相交流电激励下产生旋转磁场，驱动转子在第一转矩区以第一转矩旋转。该第一转矩是一个范围，并非指单一数值，因为在电机不同转速、不同负荷状态时其输出转矩不同，但都是在电压值为U的三相交流电激励下使转子产生旋转转矩，称之为“第一转矩”是为了便于与后叙的另外电压值激励下的磁场进行比对性阐述。
当连接点A0、B0、C0相互连接时，如，将图1中K接通，此时控制开关K内部的连接点K1和K2均接通，这样，三相绕组中的A1、B1、C1绕组形成以三个顶点X、Y、Z交互连接、以A0-B0-C0连接点为中性点的星形接法，A2、B2、C2绕组形成以三个顶点X、Y、Z交互连接、以A0-B0-C0连接点为中性点的星形接法，在三个顶点X、Y、Z接通三相交流电源时，绕组A1、A2、B1、B2、C1、C2中每一个绕组所获得的电压
如A1所获得的电压
其中U(xy)为A相相电压，三相绕组A相、B相和C相绕组中每一相所获得的电压为
如A相绕组(A1+A2)所获得的电压
因此该电机三相绕组在电压值为
的三相交流电激励下产生旋转磁场，驱动转子在第二转矩区以第二转矩旋转。该第二转矩同样是指一个范围。
显然，第二转矩区时的电压
＞第一转矩区的电压U，因此第二转矩大于第一转矩，使A1、B1、C1绕组和A2、B2、C2绕组构成的电机为转矩可变的多转矩电机，这仅仅是由于接入了控制开关K就得以实现了，特别是，该电机的绕组并未因增加了此功能而变得复杂，还是可以按照常规绕制规律进行设计、打把、嵌线，只需留出每一相绕组磁极从中间接头即可，即如前所述的每一相极间连接点A0、B0、C0。实际上，几乎未增加成本就得到了两种电压工作的可以双转矩运行的电机运行结构方式。
易于理解的是，可以将本实施例的技术方案抽象为：电机的A相、B相、C相绕组包括的不仅仅局限于A1和A2绕组，也可以是包括较多的多极电机的绕组，如包括4极、6极、8级乃至更多极数的电机绕组，这在后叙的实施例中将得以展开描述，以明晰本发明技术方案的核心思想及其技术创新力带来的优秀效果，以及展望广阔的应用空间。
实施例2
根据上述技术思路，还提供了一种多转矩电机，多转矩电机为两极电机，如图5和图6例举了某24槽定子磁芯上的A相绕组布线展开图、三相布线展开图。
A相绕组所包括的A1绕组和A2绕组在多转矩电机定子圆周上相对布置，即A1绕组为一个磁极、A2绕组为另一个磁极，A1绕组和A2绕组首尾连接点为A0；A相绕组起线首端在1槽。
B相绕组所包括的B1绕组和B2绕组在多转矩电机定子圆周上相对布置，即B1绕组为一个磁极、B2绕组为另一个磁极，B1绕组和B2绕组首尾连接点为B0；B相绕组起线首端在9槽，两极电机24槽每槽电角度＝360°÷24＝15°，所以B相比A相相差电角度＝15×(9-1)＝120°。
C相绕组所包括的C1绕组和C2绕组在多转矩电机定子圆周上相对布置，即C1绕组为一个磁极、C2绕组为另一个磁极，C1绕组和C2绕组首尾连接点为C0；C相绕组起线首端在17槽，所以C相比B相相差电角度＝15×(17-9)＝120°。
A、B、C三相绕组按照△接法。当连接点A0、B0、C0相互不连接时，三相绕组为三角形接法，三相交流电源电压有效值为380V时，其中A1或A2或B1或B2或C1或C2上所获得的电压如UA1＝190V，A相、B相和C相绕组中每一相所获得的电压为2U/2＝380V，该电机三相绕组在380V的三相交流电激励下产生旋转磁场，驱动转子在第一转矩区以第一转矩旋转。
当连接点A0、B0、C0相互连接时，三相绕组中的A1、B1、C1绕组形成以三个顶点X、Y、Z交互连接、以A0-B0-C0连接点为中性点的星形接法，A2、B2、C2绕组形成以三个顶点X、Y、Z交互连接、以A0-B0-C0连接点为中性点的星形接法，在三个顶点X、Y、Z接通如380V三相交流电源时，三相绕组A相、B相和C相绕组中每一相所获得的电压为
如A相绕组(A1+A2)所获得的电压UA＝UA1+UA2＝220V+220V＝440V，因此该电机三相绕组在电压值为440V的三相交流电激励下产生旋转磁场，驱动转子在第二转矩区以第二转矩旋转。
实施例3
根据上述技术思路，还提供了一种多转矩电机为四极电机，如图3和图4所示，图7和图8还示出了单相及三相绕组布槽展开图，图9还示出了三相链式绕组布槽展开图。
A1绕组包括A11绕组和A12绕组，A2绕组包括A21绕组和A22绕组，A11绕组、A12绕组、A21绕组和A22绕组在多转矩电机定子圆周上两两相对布置，A11绕组、A12绕组和A21绕组、A22绕组在多转矩电机定子圆周上形成四个磁极。
B1绕组包括B11绕组和B12绕组，B2绕组包括B21绕组和B22绕组，B11绕组、B12绕组、B21绕组和B22绕组在多转矩电机定子圆周上两两相对布置，B11绕组、B12绕组、B21绕组和B22绕组在多转矩电机定子圆周上形成四个磁极。
C1绕组包括C11绕组和C12绕组，C2绕组包括C21绕组和C22绕组，C11绕组、C12绕组、C21绕组和C22绕组在多转矩电机定子圆周上两两相对布置，C11绕组、C12绕组、C21绕组和C22绕组在多转矩电机定子圆周上形成四个磁极。
A、B、C三相绕组按照△接法。当连接点A0、B0、C0相互不连接时，三相绕组为三角形接法，三相交流电源电压有效值为380V时，其中A1或A2或B1或B2或C1或C2上所获得的电压如UA1＝190V，A相、B相和C相绕组中每一相所获得的电压为2U/2＝380V，该电机三相绕组在380V的三相交流电激励下产生旋转磁场，驱动转子在第一转矩区以第一转矩旋转。
当连接点A0、B0、C0相互连接时，三相绕组中的A1、B1、C1绕组形成以三个顶点X、Y、Z交互连接、以A0-B0-C0连接点为中性点的星形接法，A2、B2、C2绕组形成以三个顶点X、Y、Z交互连接、以A0-B0-C0连接点为中性点的星形接法，在三个顶点X、Y、Z接通如380V三相交流电源时，三相绕组A相、B相和C相绕组中每一相所获得的电压为
如A相绕组(A1+A2)所获得的电压UA＝UA1+UA2＝220V+220V＝440V，因此该电机三相绕组在电压值为440V的三相交流电激励下产生旋转磁场，驱动转子在第二转矩区以第二转矩旋转。
实施例4
根据上述技术思路，还提供了一种多转矩电机，多转矩电机为六极电机，如图10和图11所示，它们示出了单相及三相绕组布槽展开图。
A1绕组包括A11绕组、A12绕组和A13绕组，A2绕组包括A21绕组、A22绕组和A23绕组，A11绕组、A12绕组、A13绕组和A21绕组、A22绕组、A23绕组在多转矩电机定子圆周上两两相对布置，A11绕组、A12绕组、A13绕组、A21绕组、A22绕组和A23绕组在多转矩电机定子圆周上形成六个磁极；
B1绕组包括B11绕组、B12绕组和B13绕组，B2绕组包括B21绕组、B22绕组和B23绕组，B11绕组、B12绕组、B13绕组和B21绕组、B22绕组、B23绕组在多转矩电机定子圆周上两两相对布置，B11绕组、B12绕组、B13绕组、B21绕组、B22绕组和B23绕组在多转矩电机定子圆周上形成六个磁极；
C1绕组包括C11绕组、C12绕组和C13绕组，C2绕组包括C21绕组、C22绕组和C23绕组，C11绕组、C12绕组、C13绕组和C21绕组、C22绕组、C23绕组在多转矩电机定子圆周上两两相对布置，C11绕组、C12绕组、C13绕组、C21绕组、C22绕组和C23绕组在多转矩电机定子圆周上形成六个磁极。
A、B、C三相绕组按照△接法。当连接点A0、B0、C0相互不连接时，三相绕组为三角形接法，三相交流电源电压有效值为380V时，其中A1或A2或B1或B2或C1或C2上所获得的电压如UA1＝190V，A相、B相和C相绕组中每一相所获得的电压为2U/2＝380V，该电机三相绕组在380V的三相交流电激励下产生旋转磁场，驱动转子在第一转矩区以第一转矩旋转。
当连接点A0、B0、C0相互连接时，三相绕组中的A1、B1、C1绕组形成以三个顶点X、Y、Z交互连接、以A0-B0-C0连接点为中性点的星形接法，A2、B2、C2绕组形成以三个顶点X、Y、Z交互连接、以A0-B0-C0连接点为中性点的星形接法，在三个顶点X、Y、Z接通如380V三相交流电源时，三相绕组A相、B相和C相绕组中每一相所获得的电压为
如A相绕组(A1+A2)所获得的电压UA＝UA1+UA2＝220V+220V＝440V，因此该电机三相绕组在电压值为440V的三相交流电激励下产生旋转磁场，驱动转子在第二转矩区以第二转矩旋转。
实施例5
根据上述技术思路，还提供了一种多转矩电机，多转矩电机为八极电机，如图12和图13所示，它们示出了单相及三相绕组布槽展开图。
A1绕组包括A11绕组、A12绕组、A13绕组和A14绕组，A2绕组包括A21绕组、A22绕组、A23绕组和A24绕组，A11绕组、A12绕组、A13绕组、A14绕组和A21绕组、A22绕组、A23绕组、A24绕组在多转矩电机定子圆周上两两相对布置，A11绕组、A12绕组、A13绕组、A14绕组、A21绕组、A22绕组、A23绕组和A24绕组在多转矩电机定子圆周上形成六个磁极；
B1绕组包括B11绕组、B12绕组、B13绕组和B14绕组，B2绕组包括B21绕组、B22绕组、B23绕组和B24绕组，B11绕组、B12绕组、B13绕组、B14绕组和B21绕组、B22绕组、B23绕组、B24绕组在多转矩电机定子圆周上两两相对布置，B11绕组、B12绕组、B13绕组、B14绕组、B21绕组、B22绕组、B23绕组和B24绕组在多转矩电机定子圆周上形成六个磁极；
C1绕组包括C11绕组、C12绕组、C13绕组和C14绕组，C2绕组包括C21绕组、C22绕组、C23绕组和C24绕组，C11绕组、C12绕组、C13绕组、C14绕组和C21绕组、C22绕组、C23绕组、C24绕组在多转矩电机定子圆周上两两相对布置，C11绕组、C12绕组、C13绕组、C14绕组、C21绕组、C22绕组、C23绕组和C24绕组在多转矩电机定子圆周上形成六个磁极。
A、B、C三相绕组按照△接法。当连接点A0、B0、C0相互不连接时，三相绕组为三角形接法，三相交流电源电压有效值为380V时，其中A1或A2或B1或B2或C1或C2上所获得的电压如UA1＝190V，A相、B相和C相绕组中每一相所获得的电压为2U/2＝380V，该电机三相绕组在380V的三相交流电激励下产生旋转磁场，驱动转子在第一转矩区以第一转矩旋转。
当连接点A0、B0、C0相互连接时，三相绕组中的A1、B1、C1绕组形成以三个顶点X、Y、Z交互连接、以A0-B0-C0连接点为中性点的星形接法，A2、B2、C2绕组形成以三个顶点X、Y、Z交互连接、以A0-B0-C0连接点为中性点的星形接法，在三个顶点X、Y、Z接通如380V三相交流电源时，三相绕组A相、B相和C相绕组中每一相所获得的电压为
如A相绕组(A1+A2)所获得的电压UA＝UA1+UA2＝220V+220V＝440V，因此该电机三相绕组在电压值为440V的三相交流电激励下产生旋转磁场，驱动转子在第二转矩区以第二转矩旋转。
第二方面，提供了一种多转矩电机的控制方法。
实施例6
该多转矩电机的控制方法应用于第一方面的电机中，参阅图1和图2，方法包括，
①设置一转矩开关K，转矩开关具有三个端子且三个端子分别与A0、B0、C0连接；当转矩开关K断开时，A0、B0、C0互不连接，A1和A2绕组串联连接、B1和B2绕组串联连接、C1和C2绕组串联连接，A相绕组与B相和C相绕组按照第一接法即三角形接法连接，使多转矩电机工作于第一转矩区；当转矩开关K接通时，A0、B0、C0相互连接，A1、B1、C1绕组和A2、B2、C2绕组按照第二接法即两个星形接法使多转矩电机工作于第二转矩区；
②通过控制转矩开关K的接通与断开的比例，即通过控制转矩开关K的导通占空比，如导通占空比降低时，三相绕组在趋近于U电源电压下工作，如导通占空比升高时，三相绕组在趋近于
的电源电压下工作，使多转矩电机在第一接法和第二接法之间转换、进而使多转矩电机的输出转矩在第一转矩区和第二转矩区范围中受控变化，实现多转矩输出。
众所周知，在电机电子控制电路中，可以将控制开关设置为诸如可控硅、IGBT等电子开关，如将转矩开关K优选设置为电子开关，以便更加可靠的实现无触点控制以及通断百分率即导通角或占空比控制。
第三方面，提供了一种多转矩电机的启动方法。
实施例7
该方法应用于第一方面的电机中，参阅图1和图2，方法包括，
①设置一转矩开关K，转矩开关包括三个端子KA0、KB0和KC0，且这三个端子分别与A0、B0、C0连接；当转矩开关K断开时，内部的K1和K2均断开，A0、B0、C0互不连接，A1和A2绕组串联连接、B1和B2绕组串联连接、C1和C2绕组串联连接，A相绕组与B相和C相绕组按照第一接法即三角形接法连接，使多转矩电机在启动期间工作于供电电压较低的第一转矩区、以减小启动电流，防止电机升温过快、减少对电网的冲击干扰；当启动成功达到一定转速后，将转矩开关K接通，此时内部的K1和K2均均接通使点A0、B0、C0相互连接，A1、B1、C1绕组和A2、B2、C2绕组按照第二接法即两个星形接法使多转矩电机工作于供电电压较高的高电压供电的高转矩的第二转矩区；这种转换方式比现有技术的星角转换简单的多。
②通过控制转矩开关K，在多转矩电机启动时断开转矩开关K，使多转矩电机在第一接法、进而使多转矩电机工作于第一转矩区实现低转矩启动，当达到预订工作转速时接通转矩开关K，使多转矩电机在第二接法、进而使多转矩电机工作于第二转矩区实现高转矩输出运行。
如前所述一样，可以将控制开关设置为诸如可控硅、IGBT等电子开关，如将所述转矩开关K优选设置为电子开关，以便更加可靠的实现无触点控制以及通断百分率即导通角或占空比控制。
本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，不是对本发明的限制，在不脱离本发明技术方案所揭示的发明思路前提下，对本发明实施例进行组合或通过等同代换及非创造性劳动所得到的其他实施例均落入本发明保护范围，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。
Claims (9)
1.一种多转矩电机，包括电机壳体、转子、定子磁芯和定子绕组，所述定子绕组绕置于定子磁芯上，其特征在于：
所述定子绕组包括三相绕组，所述三相绕组为A相、B相和C相绕组，所述A相、B相和C相绕组按120°电角度相差分布于所述定子磁芯上；
所述A相、B相和C相绕组的结构被配置为：
所述A相绕组包括A1和A2绕组，
所述B相绕组包括B1和B2绕组，
所述C相绕组包括C1和C2绕组；
所述A相、B相和C相绕组中每一相内的绕组连接关系被配置为：
所述A1和A2绕组串联连接，且所述A1和A2绕组的连接点为A0，
所述B1和B2绕组串联连接，且所述B1和B2绕组的连接点为B0，
所述C1和C2绕组串联连接，且所述A1和A2绕组的连接点为C0；
所述A相、B相和C相绕组的相间连接关系被配置为：
所述A相绕组与所述B相和C相绕组按照三角形接法连接，所述三角形的三个顶点分别为X、Y、Z，
当所述连接点A0、B0、C0相互不连接时，所述三相绕组为三角形接法，即所述A1和A2绕组串联构成的A相绕组、所述B1和B2绕组串联构成的B相绕组、所述C1和C2绕组串联构成的C相绕组三者以三个顶点X、Y、Z交互连接为三角形接法，在所述三个顶点X、Y、Z接通三相交流电源时，所述A相、B相和C相绕组形成串联后的三角形接法并产生旋转磁场驱动所述转子在第一转矩区以第一转矩旋转，
当所述连接点A0、B0、C0相互连接时，所述A1、B1、C1绕组形成以三个顶点X、Y、Z交互连接、以A0-B0-C0连接点为中性点的星形接法，所述A2、B2、C2绕组形成以三个顶点X、Y、Z交互连接、以A0-B0-C0连接点为中性点的星形接法，在所述三个顶点X、Y、Z接通三相交流电源时，所述A1、B1、C1绕组和所述A2、B2、C2绕组形成两个星形接法并产生旋转磁场驱动所述转子在第二转矩区以第二转矩旋转，
所述第二转矩大于所述第一转矩，使所述A1、B1、C1绕组和所述A2、B2、C2绕组构成的电机为多转矩电机。
2.根据权利要求1所述的多转矩电机，其特征在于：所述多转矩电机为两极电机，
所述A相绕组所包括的A1绕组和A2绕组在所述多转矩电机的定子圆周上相对布置，即A1绕组为一个磁极、所述A2绕组为另一个磁极，所述A1绕组和A2绕组首尾连接点为A0；
所述B相绕组所包括的B1绕组和B2绕组在所述多转矩电机的定子圆周上相对布置，即B1绕组为一个磁极、所述B2绕组为另一个磁极，所述B1绕组和B2绕组首尾连接点为B0；
所述C相绕组所包括的C1绕组和C2绕组在所述多转矩电机的定子圆周上相对布置，即C1绕组为一个磁极、所述C2绕组为另一个磁极，所述C1绕组和C2绕组首尾连接点为C0。
3.根据权利要求1所述的多转矩电机，其特征在于：所述多转矩电机为四极电机，
所述A1绕组包括A11绕组和A12绕组，所述A2绕组包括A21绕组和A22绕组，所述A11绕组、A12绕组、A21绕组和A22绕组在所述多转矩电机的定子圆周上两两相对布置，所述A11绕组、A12绕组和所述A21绕组、A22绕组在所述多转矩电机的定子圆周上形成四个磁极；
所述B1绕组包括B11绕组和B12绕组，所述B2绕组包括B21绕组和B22绕组，所述B11绕组、B12绕组、B21绕组和B22绕组在所述多转矩电机的定子圆周上两两相对布置，所述B11绕组、B12绕组、B21绕组和B22绕组在所述多转矩电机的定子圆周上形成四个磁极；
所述C1绕组包括C11绕组和C12绕组，所述C2绕组包括C21绕组和C22绕组，所述C11绕组、C12绕组、C21绕组和C22绕组在所述多转矩电机的定子圆周上两两相对布置，所述C11绕组、C12绕组、C21绕组和C22绕组在所述多转矩电机的定子圆周上形成四个磁极。
4.根据权利要求1所述的多转矩电机，其特征在于：所述多转矩电机为六极电机，
所述A1绕组包括A11绕组、A12绕组和A13绕组，所述A2绕组包括A21绕组、A22绕组和A23绕组，所述A11绕组、A12绕组、A13绕组和所述A21绕组、A22绕组、A23绕组在所述多转矩电机的定子圆周上两两相对布置，所述A11绕组、A12绕组、A13绕组、A21绕组、A22绕组和A23绕组在所述多转矩电机的定子圆周上形成六个磁极；
所述B1绕组包括B11绕组、B12绕组和B13绕组，所述B2绕组包括B21绕组、B22绕组和B23绕组，所述B11绕组、B12绕组、B13绕组和所述B21绕组、B22绕组、B23绕组在所述多转矩电机的定子圆周上两两相对布置，所述B11绕组、B12绕组、B13绕组、B21绕组、B22绕组和B23绕组在所述多转矩电机的定子圆周上形成六个磁极；
所述C1绕组包括C11绕组、C12绕组和C13绕组，所述C2绕组包括C21绕组、C22绕组和C23绕组，所述C11绕组、C12绕组、C13绕组和所述C21绕组、C22绕组、C23绕组在所述多转矩电机的定子圆周上两两相对布置，所述C11绕组、C12绕组、C13绕组、C21绕组、C22绕组和C23绕组在所述多转矩电机的定子圆周上形成六个磁极。
5.根据权利要求1所述的多转矩电机，其特征在于：所述多转矩电机为八极电机，
所述A1绕组包括A11绕组、A12绕组、A13绕组和A14绕组，所述A2绕组包括A21绕组、A22绕组、A23绕组和A24绕组，所述A11绕组、A12绕组、A13绕组、A14绕组和所述A21绕组、A22绕组、A23绕组、A24绕组在所述多转矩电机的定子圆周上两两相对布置，所述A11绕组、A12绕组、A13绕组、A14绕组、A21绕组、A22绕组、A23绕组和A24绕组在所述多转矩电机的定子圆周上形成六个磁极；
所述B1绕组包括B11绕组、B12绕组、B13绕组和B14绕组，所述B2绕组包括B21绕组、B22绕组、B23绕组和B24绕组，所述B11绕组、B12绕组、B13绕组、B14绕组和所述B21绕组、B22绕组、B23绕组、B24绕组在所述多转矩电机的定子圆周上两两相对布置，所述B11绕组、B12绕组、B13绕组、B14绕组、B21绕组、B22绕组、B23绕组和B24绕组在所述多转矩电机的定子圆周上形成六个磁极；
所述C1绕组包括C11绕组、C12绕组、C13绕组和C14绕组，所述C2绕组包括C21绕组、C22绕组、C23绕组和C24绕组，所述C11绕组、C12绕组、C13绕组、C14绕组和所述C21绕组、C22绕组、C23绕组、C24绕组在所述多转矩电机的定子圆周上两两相对布置，所述C11绕组、C12绕组、C13绕组、C14绕组、C21绕组、C22绕组、C23绕组和C24绕组在所述多转矩电机的定子圆周上形成六个磁极。
6.一种多转矩电机的控制方法，应用于权利要求1所述的电机中，其特征在于包括，
①设置一转矩开关K，所述转矩开关具有三个端子且所述三个端子分别与所述A0、B0、C0连接；当所述转矩开关K断开时，所述A0、B0、C0互不连接，所述A1和A2绕组串联连接、所述B1和B2绕组串联连接、所述C1和C2绕组串联连接，所述A相绕组与所述B相和C相绕组按照第一接法即三角形接法连接，使所述多转矩电机工作于所述第一转矩区；当所述转矩开关K接通时，所述A0、B0、C0相互连接，所述A1、B1、C1绕组和所述A2、B2、C2绕组按照第二接法即两个星形接法使所述多转矩电机工作于所述第二转矩区；
②通过控制所述转矩开关K的接通与断开的比例，即通过控制所述转矩开关K的导通占空比，使所述多转矩电机在所述第一接法和所述第二接法之间转换、进而使所述多转矩电机的输出转矩在所述第一转矩区和所述第二转矩区范围中受控变化，实现多转矩输出。
7.根据权利要求6所述的多转矩电机的控制方法，其特征在于所述转矩开关K为电子开关。
8.一种多转矩电机的启动方法，应用于权利要求1所述的电机中，其特征在于，包括：
①设置一转矩开关K，所述转矩开关具有三个端子且所述三个端子分别与所述A0、B0、C0连接；当所述转矩开关K断开时，所述A0、B0、C0互不连接，所述A1和A2绕组串联连接、所述B1和B2绕组串联连接、所述C1和C2绕组串联连接，所述A相绕组与所述B相和C相绕组按照第一接法即三角形接法连接，使所述多转矩电机工作于所述第一转矩区；当所述转矩开关K接通时，所述A0、B0、C0相互连接，所述A1、B1、C1绕组和所述A2、B2、C2绕组按照第二接法即两个星形接法使所述多转矩电机工作于所述第二转矩区；
②通过控制所述转矩开关K，在所述多转矩电机启动时断开所述转矩开关K，使所述多转矩电机在所述第一接法、进而使所述多转矩电机工作于所述第一转矩区实现低转矩启动，当达到预订工作转速时接通所述转矩开关K，使所述多转矩电机在所述第二接法、进而使所述多转矩电机工作于所述第二转矩区实现高转矩输出运行。
9.根据权利要求8所述的多转矩电机的启动方法，其特征在于，所述转矩开关K为电子开关。
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