CN202798567U - 一种单电源六相电机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的公布了一种单电源六相电机驱动系统，包括具有第一组三相绕组（1）和第二组三相绕组（2）的六相交流电机（3）、电源（4）、逻辑算法电路（5）、驱动电路（6）、交直流转换模块（7）、控制模块（8），电源（4）耦合至交直流转换模块（7），交直流转换模块（7）耦合至六相交流电机（3）的第一组三相绕组（1）以及第二组三相绕组（2）的出线端，逻辑算法电路（5）耦合至驱动电路（6），驱动电路（6）耦合至交直流转换模块（7），控制模块（8）耦合至逻辑算法电路（5）。针对传统三相电机系统的缺点，设计出一种当定子绕组出线缺相的情况下，可继续工作，并可回收六相交流电机（3）能量至电源（4）的电机驱动系统。

Description

一种单电源六相电机驱动系统

技术领域

本实用新型涉及电机及其控制技术领域，特别涉及一种单电源供电的六相电机驱动系统。

背景技术

随着电机功率需求的不断增大，对于要求变频调速的电机应用场合来说，三相电机系统一般通过低压大电流或高压低电流两种方案来实现。对于低压大电流方案来说，受到功率器件最大允许电流的限制，功率器件的选型和成本都不好控制；对于高压低电流方案来说，要求电机具有更高的绝缘等级，增加了电机的成本和材料选型的难度。在系统缺相的等故障模式下，三相电机绕组电流急剧上升，振动噪声增大，影响系统的运行性能和寿命，可靠性较差。目前，在混合动力汽车和纯电动汽车汽车不断发展的同时，对节能效果有了更高的要求。因此，对于混合动力汽车和纯电动汽车等对电机驱动系统可靠性及实用性要求较高的场合，电机驱动系统需要进行升级和改善。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可在电机出现缺相等故障的情况下可以继续工作，且可实现能量回收的单电源六相电机驱动系统。

本实用新型是采取以下技术方案实现的：一种单电源六相电机驱动系统，包括：具有第一组三相绕组和第二组三相绕组的六相交流电机、电源、逻辑算法电路、驱动电路、交直流转换模块、控制模块，第一组三相绕组和第二组三相绕组为定子绕组，第一组三相绕组和第二组三相绕组之间存在公共的电气节点；电源耦合至交直流转换模块，交直流转换模块耦合至六相交流电机的第一组三相绕组以及第二组三相绕组的出线端，逻辑算法电路耦合至驱动电路，驱动电路耦合至交直流转换模块，控制模块耦合至逻辑算法电路。

驱动电路对输入其的信号进行功率放大；交直流转换模块对电源所输入的直流电流进行直流变交流的转换，对六相交流电机回流的交流电流进行交流变直流的转换。电源为直流电源，电源与第一组三相绕组和第二组三相绕组形成供能匹配。所述电源的工作方式包括向六相交流电机电机进行供电，或接收六相交流电机所回流的电能从而进行充电。

第一组三相绕组，包括第一分绕组、第二分绕组、第三分绕组；第二组三相绕组，包括第四分绕组、第五分绕组、第六分绕组；第一组三相绕组和第二组三相绕组之间存在公共节点。

六相交流电机的两组三相绕组在未出现缺相的故障时，第一组三相绕组的第一分绕组和第二分绕组之间的电角度相差120度、第二分绕组和第三分绕组之间的电角度相差120度、第三分绕组和第一分绕组之间的电角度相差120度；第二组三相绕组的第四分绕组和第五分绕组之间的电角度相差120度、第五分绕组和分第六绕组之间的电角度相差120度、第六分绕组和第四分绕组之间的电角度相差120度；第一组三相绕组和第二组三相绕组之间的电角度相差30度或0度，即第一分绕组和第四分绕组之间的电角度、第而二分绕组和第五分绕组之间的电角度、第三分绕组和第六分绕组之间的电角度均相差30度或0度。

六相交流电机的两组三相绕组同时出现缺相故障时，控制模块配置驱动系统实现对第一组三相绕组和第二组三相绕组之间的电角度差、第一组三相绕组的各分绕组之间的电角度差以及第二组三相绕组的各分绕组之间的电角度差进行从新配置以使六相交流电机继续工作。

六相交流电机的两组三相绕组中的其中一组三相绕组出现故障时，控制模块配置驱动系统实现对第一组三相绕组和第二组三相绕组之间的电角度差、第一组三相绕组的各分绕组之间的电角度差以及第二组三相绕组的各分绕组之间的电角度差进行从新配置以使六相交流电机继续工作，或控制模块配置驱动系统使另一组未出现故障的三相绕组在电源供电下实现交流六相电机继续工作。

本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下几个方面：

电机的相数增多，使得影响电机性能的空间谐波次数增大，且幅值下降，转矩波动下降，降低了电机的机械振动和噪声，提高了系统的可靠性。

当其中一套绕组系统发生故障时，可从新配置两套绕组之间的电角度差以及各套绕组的分绕组间的电角度差，或由未发生故障的那套绕组继续工作，以保证电动机正常运行；当两套绕组同时出现缺相故障时，可从新配置两套绕组之间的电角度差以及各套绕组的分绕组间的电角度差，使电机的剩余各相电流平衡，维持电机气隙磁通为圆形，保证电机的稳定运行，并能减小缺相情况下的转矩波动，提高了驱动系统的可靠性。

当驱动系统处于刹车或滑行的状态时，通过控制器配置驱动系统使电机的剩余能量通过交直流转换模块转换为直流电流，并对电源进行充电实现能量回收，提高了驱动系统的能量利用效率。

附图说明

图1是本实用新型的单电源六相电机驱动系统的结构示意图；

图2是本实用新型的六相交流电机的两组三相绕组间电角度相差30度和0度时的示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述，以下关于本实用新型的实施方式的描述只是示例性，并不是为了限制本实用新型的所要保护的主题，对于本实用新型所描述的实施例还存在的其他在权利要求保护范围内的变化，都属于本实用新型所需要保护的主题。

对于本实用新型中所提到得“耦合”，根据电气、电子、机械领域的定义，是指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输信号或能量的现象，概括的说耦合就是指两个或两个以上的实体相互依赖于对方的一个量度。在本实用新型中可以理解为数字信号、电压、电流等能量流的传输方式，根据各模块之间的不同情况下作用关系本实用新型的中的“耦合”可以进一步理解为直接连接或间接连接。所以虽然本实用新型的实施例中公布了一种各个组件的示例性布局和结构，但该实用新型的保护主题内还包含在保护主题的范围内具有不同的耦合方式下的其他布局和结构

如附图1至附图2，其中，1是第一组三相绕组，2是第二组三相绕组，3是六相交流电机，4是电源，5是逻辑算法电路，6是驱动电路，7是交直流转换模块，8是控制模块，1a是第一分绕组，1b是第二分绕组，1c是第三分绕组，2a是第四分绕组，2b是第五分绕组，2c是第六分绕组。

如附图1所示，电源4连接至交直流转换模块7，交直流转换模块7的与第一组三相绕组1和第二组三相绕组2的出线端分别连接，电源4为六相交流电机3的第一组三相绕组1和第二组三相绕组2的供电来源，电源4为电池或为电容。控制模块8连接至逻辑算法电路5，逻辑算法电路5连接至驱动电路6，驱动电路6连接至交直流转换模块7。

控制模块8接收来自电源4电压信息、电流信息、电荷状态信息，以及六相交流电机3的状态信息、车速信息、驾驶员的指令信息等信息。并根据接收到的信息向逻辑算法电路5输出指令，逻辑算法电路5对指令进行接收后将处理和运算的结果传递至下一级的驱动电路6，驱动电路6将接收到的信号进行功率放大之后传递至交直流转换模块7。

交直流转换模块7可将电源4所输入的直流电转换为交流电，也可将由六相交流电机3回流的交流电转换为直流电，交直流转换模块7对通过其的能量流的进行交流-直流或直流-交流变换，并实现电源4与六相交流电机3之间能量流的控制，完成对六相交流电机3和电源4的工作方式的切换。六相交流电机3的第一组三相绕组1和第二组三相绕组2均为定子绕组；第一组三相绕组1和第二组三相绕组2之间存在一个公共节点，该公共节点为电气连接点。

当汽车处于减速或刹车的状态且电源4没有对六相交流电机3进行供电时，控制模块8配置驱动系统的工作模式为电源4回收六相交流电机3产生的电能至电源4。具体为控制模块8发出指令至逻辑算法电路5再至驱动电路6最后至交直流转换电路7，完成驱动系统工作方式的配置，外部动力带动六相交流电机3的转子旋转（如刹车、滑行等行驶状态），两组三相绕组感产生感应电动势，经交直流转换模块7整流后形成直流电流从而对电源4进行充电。上述描述为驱动系统在开启充电的回路情况下的工作方案，驱动系统在实际的行驶过程中，控制模块8会通过采集六相交流电机3状态信息、电源4的电压及荷电状态等状态信息、驾驶员操作信息和路况、速度信息等确定当前是否进行电能回收，从而进一步对驱动系统进行配置，在当电源4已充满电或存在其他不适宜对电源4进行充电的情况下，驱动系统将不开启充电回路，或在充电过程中断开充电回路。若六相交流电机3为交流异步电机，则在开启充电回路时，需向电源4所匹配的电机绕组提供励磁；若六相交流电机3为永磁电机，则在开启充电回路时，不需向电源4所匹配的电机绕组提供励磁。

如附图2所示，第一组三相绕组1包括第一分绕组1a、第二分绕组1b、第三分绕组1c；第二组三相绕组2包括第四分绕组2a、第五分绕组2b、第六分绕组2c；第一组三相绕组1和第二组三相绕组2之间存在公共电气节点。

图2中图a为六相交流电机3未出现缺相的故障下两组三相绕组间电角度相差30度的示意图，图b为六相交流电机3未出现缺相的故障下两组三相绕组间电角度相差0度的示意图。第一组三相绕组1各分绕组间的电角度相差120度，第二组三相绕组2各分绕组间的电角度相差120度，为使附图表示简洁，第一组三相绕组以及第二组三相套组的各分绕组间电角度差未全部标识。

当六相交流电机3的两组三相绕组同时出现缺相故障时，控制模块8可配置逻辑算法电路5，逻辑算法电路5配置驱动电路6，驱动电路6再配置交直流转换模块7，实现对第一组三相绕组1和第二组三相绕组2之间的电角度差、第一组三相绕组1的各分绕组之间的电角度差以及第二组三相绕组2的各分绕组之间的电角度差进行从新配置以使六相交流电机3继续工作。

当六相交流电机3的两组三相绕组中的其中一组三相绕组出现故障时，控制模块8可配置逻辑算法电路5，逻辑算法电路5配置驱动电路6，驱动电路6再配置交直流转换模块7实现对第一组三相绕组1和第二组三相绕组2之间的电角度差、第一组三相绕组1的各分绕组之间的电角度差以及第二组三相绕组2的各分绕组之间的电角度差进行从新配置以使六相交流电机3继续工作，或通过控制模块8配置逻辑算法电路5，逻辑算法电路5配置驱动电路6，驱动电路6再配置交直流转换模块7使另一组未出现故障的三相绕组在电源4的供电下实现六相交流电机3继续工作。

对于为本实用新型的示范性实施例，应当理解为是本实用新型的权利要求书的保护范围内其中的某一种示范性示例，具有对本领域技术人员实现相应的技术方案的指导性作用，而非对本实用新型的限定。

Claims (9)

1.一种单电源六相电机驱动系统，包括：具有第一组三相绕组（1）和第二组三相绕组（2）的六相交流电机（3）、电源（4）、逻辑算法电路（5）、驱动电路（6）、交直流转换模块（7）、控制模块（8），第一组三相绕组（1）和第二组三相绕组（2）为定子绕组，第一组三相绕组（1）和第二组三相绕组（2）之间存在公共的电气节点，其特征在于：所述电源（4）耦合至交直流转换模块（7），交直流转换模块（7）耦合至六相交流电机（3）的第一组三相绕组（1）以及第二组三相绕组（2）的出线端，逻辑算法电路（5）耦合至驱动电路（6），驱动电路（6）耦合至交直流转换模块（7），控制模块（8）耦合至逻辑算法电路（5）。

2.根据权利要求1所述的一种单电源六相电机驱动系统，其特征在于：所述驱动电路（6）对输入其的信号进行功率放大。

3.根据权利要求1所述的单电源六相电机驱动系统，其特征在于：所述交直流转换模块（7）对电源（4）所输入的直流电流进行直流变交流的转换，对六相交流电机（3）所回流的交流电流进行交流变直流的转换。

4.根据权利要求1所述的单电源六相电机驱动系统，其特征在于：所述电源（4）为直流电源，电源（4）与第一组三相绕组（1）和第二组三相绕组（2）形成供能匹配。

5.根据权利要求1所述的单电源六相电机驱动系统，其特征在于：所述电源（4）向六相交流电机（3）进行供电，或接收六相交流电机（3）所回流的电能从而进行充电。

6.根据权利要求1所述的单电源六相电机驱动系统，其特征在于：所述第一组三相绕组（1），包括第一分绕组（1a）、第二分绕组（1b）、第三分绕组（1c）；第二组三相绕组（2），包括第四分绕组（2a）、第五分绕组（2b）、第六分绕组（2c）；第一组三相绕组（1）和第二组三相绕组（2）之间存在公共节点。

7.根据权利要求1或权利要求6所述的单电源六相电机驱动系统，其特征在于：所述六相交流电机（3）的两组三相绕组在未出现缺相的故障时，第一组三相绕组（1）的第一分绕组（1a）和第二分绕组（1b）之间的电角度相差120度、第二分绕组（1b）和第三分绕组（1c）之间的电角度相差120度、第三分绕组（1c）和第一分绕组（1a）之间的电角度相差120度；第二组三相绕组（2）的第四分绕组（2a）和第五分绕组（2b）之间的电角度相差120度、第五分绕组（2b）和分第六绕组（2c）之间的电角度相差120度、第六分绕组（2c）和第四分绕组（2a）之间的电角度相差120度；第一组三相绕组（1）和第二组三相绕组（2）之间的电角度相差30度或0度，即第一分绕组（1a）和第四分绕组（2a）之间的电角度、第二分绕组（1b）和第五分绕组（2b）之间的电角度、第三分绕组（1c）和第六分绕组（2c）之间的电角度均相差30度或0度。

8.根据权利要求1或权利要求6或权利要求7所述的单电源六相电机驱动系统，其特征在于：所述六相交流电机（3）的两组三相绕组同时出现缺相故障时，控制模块（8）配置驱动系统实现对第一组三相绕组（1）和第二组三相绕组（2）之间的电角度差、第一组三相绕组（1）的各分绕组之间的电角度差以及第二组三相绕组（2）的各分绕组之间的电角度差进行从新配置以使六相交流电机（3）继续工作。

9.根据权利要求1或权利要求6或权利要求7所述的单电源六相电机驱动系统，其特征在于：所述六相交流电机（3）的两组三相绕组中的其中一组三相绕组出现故障时，控制模块（8）配置驱动系统实现对第一组三相绕组（1）和第二组三相绕组（2）之间的电角度差、第一组三相绕组（1）的各分绕组之间的电角度差以及第二组三相绕组（2）的各分绕组之间的电角度差进行从新配置以使六相交流电机（3）继续工作，或控制模块（8）配置驱动系统使另一组未出现故障的三相绕组在电源（4）供电下实现六相交流电机（3）继续工作。

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