CN113258851A - 一种匝数可控的电机控制器、电机及电机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机匝数控制技术领域，具体涉及一种匝数可控的电机控制器、电机及电机控制方法。匝数可控的电机控制器包括：控制模块、性能检测模块及至少两个匝数切换模块，性能检测模块用于对电机的性能变化参数进行检测；控制模块用于接收性能检测模块发送的检测数据，并对检测数据进行分析处理，并根据检测数据处理结果产生控制指令，进而控制匝数切换模块对电机内绕组的匝数进行切换，当负载过大或过小时，电机主动切换匝数，保证电机可以在功率相匹配的位置工作。电机控制器可以根据不同的场景及应用场所，改变电机的匝数，适应不同的环境，可以增加电机的电流及力矩输出，提高电机的性能，增加电机的稳定性和寿命，减少了电机的损耗。

Description

一种匝数可控的电机控制器、电机及电机控制方法

技术领域

本发明涉及电机匝数控制技术领域，具体涉及一种匝数可控的电机控制器、电机及电机控制方法。

背景技术

电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置，或者将一种形式的电能转换成另一种形式的电能。电机的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。电机越来越多的应用在各种场合，同时对电机的体积，及电机的功能要求越来越苛刻，既希望可以充分发挥电机的性能，加大负载能力，又希望能实现电机的匝数随意增减。

然而现有的同步电机中都是以应用为初衷，根据技术指标计算出电机的功率，力矩，转速，导线的长度及线径，不能够在使用过程中改变电机的最大输出扭矩。同时现有的电机绕线切换技术，不能很好的实现绕组匝数的变化，导致电机切换时，电机的性能变化大，降低了电机的稳定性，减少了电机的寿命。同时对于电机的切换电路及安装的位置也没有做一个合理的处理，导致电路受到影响，致使电机的切换失败或者降低电机的性能，甚至出现电机烧毁的现象。

因此针对这一现状，迫切需要设计和生产一种匝数可控的电机控制器及电机，以解决现有技术中电机绕线切换技术不能很好的实现绕组匝数的变化，导致电机切换时，电机的性能变化大，电机的稳定性降低，电机的寿命较短的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种匝数可控的电机控制器，可以根据不同的场景及应用场所，稳定的切换电机的匝数，增加了电机的稳定性和寿命，适应不同的环境，可以增加电机的电流及力矩输出，提高电机的性能。

本发明的目的之二在于提供一种电机，该电机内设置有以上所述的匝数可控的电机控制器，可以根据不同的场景及应用场所，稳定的切换电机的匝数，增加了电机的稳定性，适应不同的环境，可以增加电机的电流及力矩输出，提高电机的性能。

本发明的目的之三在于提供一种电机控制方法，该电机控制方法应用于以上所述的电机。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种匝数可控的电机控制器，电机内每个定子上绕有线圈，由绕有线圈的若干个定子组成一个绕组；

电机控制器包括：控制模块、性能检测模块及至少两个匝数切换模块，性能检测模块及所有的匝数切换模块均与控制模块相连；

所述性能检测模块，用于对电机的性能变化参数进行检测；

所述控制模块，用于接收性能检测模块发送的检测数据，并对检测数据进行分析处理，并根据检测数据处理结果产生控制指令，进而控制匝数切换模块的开关；

所述匝数切换模块的数量与绕组的数量相等，每个匝数切换模块与其中一个绕组连接，匝数切换模块通过控制模块发送的控制指令控制电机内绕组的匝数进行切换。

作为优选，所述电机内共设置了三个绕组，分别为A绕组、B绕组、C绕组。

一种电机，所述电机内设置有以上所述的匝数可控的电机控制器。

作为优选，所述电机包括外壳、至少两个磁钢和至少两个定子，所述磁钢围绕外壳内圆周壁均匀设置，所述定子均匀分布在外壳内部；

所述定子内设置有控制器安装仓，所述电机控制器安装在控制器安装仓内。

作为优选，所述定子的外壁上设置有绕线传仓孔，绕线传仓孔用于每个线圈与电机控制器的接线进行连接。

作为优选，所述控制器安装仓和线圈中间还设置有一层隔离屏蔽层。

作为优选，所述控制器安装仓内设置有若干个安装仓隔离板，所述安装仓隔离板将控制器安装仓分成若干个独立的子安装仓。

作为优选，所述控制器安装仓内子安装仓的数量与绕组的数量对应。

作为优选，所述控制模块及性能检测模块单独安装在一个子安装仓内，每个绕组的下面均安装有一个匝数切换模块。

一种电机控制方法，该电机控制方法应用于以上任一项所述的电机，所述电机控制方法包括以下步骤：

S1、性能检测模块实时检测所述电机的性能状态，并将检测数据传输给送给控制模块；

S2、控制模块对接收到的各种数据进行处理；

S3、判断电机在当前的匝数下是否正常工作，如果是，则执行步骤S4；否则，执行步骤S301；

S301、控制模块对匝数切换模块进行控制，选择比之前匝数多或者少的方案进行输出，之后再返回执行步骤S3；

S4、对比当前电机的输出功率是否满足电机的负载需要，如果满足，则执行S5，否则，则执行S6；

S5、按照当前的匝数继续输出；

S6、控制模块对匝数切换模块进行控制，选择比之前匝数多或者少的方案进行输出，之后再返回执行步骤S4。

本发明的有益效果是：

由于本发明提供的一种匝数可控的电机控制器包括：控制模块、性能检测模块及至少两个匝数切换模块，性能检测模块用于对电机的性能变化参数进行检测；控制模块用于接收性能检测模块发送的检测数据，并对检测数据进行分析处理，并根据检测数据处理结果产生控制指令，进而控制匝数切换模块对电机内绕组的匝数进行切换，当负载过大或过小时，电机主动切换匝数，保证电机可以在功率相匹配的位置工作。电机控制器可以根据不同的场景及应用场所，改变电机的匝数，适应不同的环境，可以增加电机的电流及力矩输出，提高电机的性能，增加电机的稳定性和寿命，减少了电机的损耗。

附图说明

图1是本实施例提供的电机控制器的结构图；

图2是本实施例提供的电机控制器的电路图；

图3是本实施例提供的电机的结构示意图；

图4是本实施例提供的定子的结构示意图；

图5是本实施例提供的电机控制方法流程图。

图中：

1、磁钢；2、定子；3、外壳；4、控制模块；5、性能检测模块；6、匝数切换模块；

21、控制器安装仓；22、隔离层；23、安装仓隔离板；24、绕线传仓孔。

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，以下结合附图和具体实施例，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。

电机控制器实施例

如图1所示，本方案提供的一种匝数可控的电机控制器主要包括控制模块4、性能检测模块5及至少两个匝数切换模块6，性能检测模块5及所有的匝数切换模块6均与控制模块4相连。电机内的每个定子2上绕有线圈，由绕有线圈的若干个定子2组成一个绕组。

性能检测模块5，主要用于对电机的性能变化参数进行检测，检测电机的实时性能。使电机有可靠的依据，提高了电机的改变匝数的准确度。

控制模块4，接收性能检测模块5发送的检测数据，对检测数据进行分析处理，并根据检测数据处理结果产生控制指令，控制匝数切换模块6的开关，进而对电机内绕组的匝数进行切换。即可以根据不同的场景及应用场所，改变电机的匝数，提高了电机的功率变化的效率，减少了电机的损坏，适应不同的环境，可以增加电机的电流及力矩输出，提高电机的性能。本方案采用高性能控制模块，增加了控制算法，可以控制电机的匝数变化，提高了电机的智能化，灵巧性。

所述匝数切换模块6的数量与绕组的数量相等，每个匝数切换模块6与其中一个绕组连接，匝数切换模块6通过控制模块4发送的控制指令控制电机内绕组的匝数进行切换。保证电机能够按照需求提供相应的匝数，增加电机的稳定性。

电机内每个定子2上绕有线圈，由绕有线圈的若干个定子2组成一个绕组。于本实施例中，作为优选方案，电机内共设置了三个绕组，分别为A绕组、B绕组、C绕组。但电机内设置的绕组的数量并不局限于此。

如图2所示，匝数切换模块6以A绕组为例，包含A绕组匝数变化的切换开关，每组线圈都有1—n个开关(n根据实际需要进行设计)进行串并联，主要是是对电机A绕组中的各个线圈进行切换，当负载过大或过小时，电机主动切换线圈绕组，保证电机可以在功率相匹配的位置工作，提高了电机的性能，保证了电机的可靠性，减少了电机的损耗。

所述匝数切换模块6，每相都包含Q1—Qn个功率MOS，以及Q11—Q1n个功率MOS，以及1—n个绕组。其中n根据实际情况进行选择，对于A相中，电感A的右侧与MOS管Q1的源极相连，同时与MOS管Q11的漏极相连，MOS管Q1的源极与电容C1的一端相连，C1的另一端与电阻R1的一端相连，R1的另一端与二极管的阴极相连，二极管D1的阳极与C1的一端相连，MOS管Q1的漏极与二极管D1的阴极相连，MOS管Q11的漏极与二极管D2的阴极相连，MOS管Q11的源极与二极管D2的阳极相连同时与N相连，MOS管Q11的门极与控制模块相连。电感A1的左侧与MOS管Q1的漏极相连，电感A1的右侧与MOS管Qn的源极相连，同时与MOS管Q12的漏极相连，MOS管Qn的源极与电容Cn的一端相连，Cn的另一端与电阻Rn的一端相连，Rn的另一端与二极管的阴极相连，二极管Dn的阳极与Cn的一端相连，MOS管Qn的漏极与二极管Dn的阴极相连，MOS管Q12的漏极与二极管D3的阴极相连，MOS管Q12的源极与二极管D3的阳极相连同时与N相连，MOS管Q12的门极G12与控制模块相连。电感An的左侧与MOS管Qn的漏极相连，电感An的右侧与MOS管Q1n的漏极相连，MOS管Q1n的源极与二极管Dn的阳极相连同时与N相连，MOS管Q1n的门极G1n与控制模块4相连。本方案主要作用是可以根据不同的需要，不同的功率，通过控制功率MOS管的开通和关闭，改变电机匝数。此结构提高了电机的利用率，提高了电机的可用性能，增加了可靠性能。

于本实施例中，所述匝数切换模块6开关的开通和闭合的状态与MOS的状态是一致的。

所述绕组可以设计成同等长度的线圈，也可以设计成不等长度的线圈，有利于电机输出功率的选择。

所述匝数切换模块6根据性能检测模块5的检测结果，调节电机的匝数变化，主要是根据电机当前运行的性能，如电流，负载，稳定性等，根据不同的匝数对应不同的力矩值，改变MOS的开通和关闭状态，改变电机的性能。

改变MOS管的开通和关闭状态需要A、B、C三个绕组同时一致的进行。即加入A绕组，需要加绕组匝数为3匝，那么B、C绕组也要加绕组3匝，保证电机绕组的一致性。

本方案中进行匝数切换主要是保证，当Q1导通时，Q11需要断开，同时Q12需要闭合，A、B、C三个绕组动作一致，以此类推，直到选择合适的匝数，或者达到电机匝数增加的最大值或者最小值。

电机实施例

本方案还提供了一种电机，该电机内设置有以上所述的匝数可控的电机控制器。如图3所示，实施例提供的电机包括外壳3、至少两个磁钢1和至少两个定子2，所述磁钢1围绕外壳3内圆周壁均匀设置，所述定子2均匀分布在外壳3内部。每个定子2上绕有线圈，由绕有线圈的若干个定子2组成一个绕组。

作为优选方案，如图4所示，所述定子2包括控制器安装仓2-1、隔离层2-2、安装仓隔离板2-3及绕线传仓孔2-4。

所述定子2改变了之前的结构，变成了带有容纳腔的中空结构，即定子2内设置有所述控制器安装仓2-1，定子2的控制器安装仓2-1主要用于安装电机控制器。控制器安装仓2-1的大小由电机控制器的体积决定。此设置改变了电机的结构，把电机控制器安装在定子2的控制器安装仓2-1内，减小了电机的体积，降低了外部环境对电机控制器的干扰，提高了电机的整体性能。

于本实施例中，作为优选方案，所述定子2的外壁上设置有所述绕线传仓孔2-4，绕线传仓孔2-4主要是用于每个线圈与电机控制器的接线进行连接。

于本实施例中，作为优选方案，在控制器安装仓2-1和线圈中间还设置有一层所述隔离屏蔽层2-2，隔离屏蔽层2-2进一步保障电机控制器免受电磁干扰，保障了电机的稳定性，和匝数控制的可靠性。所述隔离屏蔽层2-2既可以覆盖在定子2的外壁上，又可以覆盖在定子2的内壁上。

于本实施例中，作为优选方案，在控制器安装仓2-1内设置有若干个所述安装仓隔离板2-3，所述安装仓隔离板2-3将控制器安装仓2-1分成若干个独立的空间，即子安装仓。电机控制器的各个匝数切换模块可以分别安装在不同的独立空间内，保障每个匝数切换模块都有自己的安装仓，确保各个匝数切换模块之间互不干扰，实现了电机控制器的物理隔离，提高了电机的稳定性能，增加了切换的平滑度。控制器安装仓2-1内子安装仓的数量可以根据绕组的数量确定。

于本实施例中，作为优选方案，所述控制模块4及性能检测模块5单独安装在一个子安装仓内，匝数切换模块6根据匝数的切换，对应的安装在每个对应绕组的下面。即每个绕组的下面均安装有一个匝数切换模块6。

电机控制方法实施例

本发明还提供了一种电机控制方法，该电机控制方法应用于以上所述的电机，如图5所示，该电机控制方法包括以下步骤：

S1、性能检测模块实时检测所述电机的性能变化参数，并将检测数据传输给送给控制模块。

S2、控制模块对接收到的各种数据进行处理。

S3、判断电机在当前的匝数下是否正常工作，如果是，则执行步骤S4；否则，执行步骤S301。

S301、控制模块对匝数切换模块进行控制，选择比之前匝数多或者少的方案进行输出，之后再返回执行步骤S3。

S4、对比当前电机的输出功率是否满足电机的负载需要，如果满足，则执行S5，否则，则执行S6。

S5、按照当前的匝数继续输出。

S6、控制模块对匝数切换模块进行控制，选择比之前匝数多或者少的方案进行输出，之后再返回执行步骤S4。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种匝数可控的电机控制器，其特征在于，电机内每个定子(2)上绕有线圈，由绕有线圈的若干个定子(2)组成一个绕组；

电机控制器包括：控制模块(4)、性能检测模块(5)及至少两个匝数切换模块(6)，性能检测模块(5)及所有的匝数切换模块(6)均与控制模块(4)相连；

所述性能检测模块(5)，用于对电机的性能变化参数进行检测；

所述控制模块(4)，用于接收性能检测模块(5)发送的检测数据，并对检测数据进行分析处理，并根据检测数据处理结果产生控制指令，进而控制匝数切换模块(6)的开关；

所述匝数切换模块(6)的数量与绕组的数量相等，每个匝数切换模块(6)与其中一个绕组连接，匝数切换模块(6)通过控制模块(4)发送的控制指令控制电机内绕组的匝数进行切换。

2.如权利要求1所述的匝数可控的电机控制器，其特征在于，所述电机内共设置了三个绕组，分别为A绕组、B绕组、C绕组。

3.一种电机，其特征在于，所述电机内设置有如权利要求1所述的匝数可控的电机控制器。

4.如权利要求3所述的电机，其特征在于，所述电机包括外壳(3)、至少两个磁钢(1)和至少两个定子(2)，所述磁钢(1)围绕外壳(3)内圆周壁均匀设置，所述定子(2)均匀分布在外壳(3)内部；

所述定子(2)内设置有控制器安装仓(2-1)，所述电机控制器安装在控制器安装仓(2-1)内。

5.如权利要求4所述的电机，其特征在于，所述定子(2)的外壁上设置有绕线传仓孔(2-4)，绕线传仓孔(2-4)用于每个线圈与电机控制器的接线进行连接。

6.如权利要求5所述的电机，其特征在于，所述控制器安装仓(2-1)和线圈中间还设置有一层隔离屏蔽层(2-2)。

7.如权利要求5所述的电机，其特征在于，所述控制器安装仓(2-1)内设置有若干个安装仓隔离板(2-3)，所述安装仓隔离板(2-3)将控制器安装仓(2-1)分成若干个独立的子安装仓。

8.如权利要求7所述的电机，其特征在于，所述控制器安装仓(2-1)内子安装仓的数量与绕组的数量对应。

9.如权利要求8所述的电机，其特征在于，所述控制模块(4)及性能检测模块(5)单独安装在一个子安装仓内，每个绕组的下面均安装有一个匝数切换模块(6)。

10.一种电机控制方法，其特征在于，该电机控制方法应用于权利要求2至9任一项所述的电机，所述电机控制方法包括以下步骤：

S1、性能检测模块实时检测所述电机的性能状态，并将检测数据传输给送给控制模块；

S2、控制模块对接收到的各种数据进行处理；

S3、判断电机在当前的匝数下是否正常工作，如果是，则执行步骤S4；否则，执行步骤S301；

S301、控制模块对匝数切换模块进行控制，选择比之前匝数多或者少的方案进行输出，之后再返回执行步骤S3；

S4、对比当前电机的输出功率是否满足电机的负载需要，如果满足，则执行S5，否则，则执行S6；

S5、按照当前的匝数继续输出；

S6、控制模块对匝数切换模块进行控制，选择比之前匝数多或者少的方案进行输出，之后再返回执行步骤S4。

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