CN203840254U - 三相交流电机的绕组切换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种三相交流电机的绕组切换装置，包括：逆变器；交流电机，交流电机的各相绕组均包括串联的第一线圈和第二线圈，其中，第一线圈的一端与逆变器相连，第一线圈和第二线圈之间设有第一接线端子，第二线圈的另一端设有第二接线端子，第一接线端子和第二接线端子均设置在交流电机的内部；绕组切换器，绕组切换器包括两个二极管电桥DB1和DB2，开关SW1和SW2，由开关SW1引出端子与第一接线端子相连，由开关SW2引出端子与第二接线端子相连，绕组切换器设置在交流电机的内部。根据本实用新型的三相交流电机的绕组切换装置具有结构简单、占用空间小的优点。

Description

三相交流电机的绕组切换装置

技术领域

本实用新型涉及三相交流电机控制技术领域，尤其涉及一种三相交流电机的绕组切换装置。

背景技术

已有的一种三相交流电机绕组切换装置的三相交流电动机绕组由多个绕组组成，并把多个绕组相互连接的连接端子和各相绕组的两端子设置在电机外部。绕组切换单元可切换连接端子，其组成是多个三相整流单元，使各相绕组的一端与可变频电源相连，另一端和连接端子按各相与各个三相整流单元的交流侧输入端子连接，以半导体开关，设置成开闭三相整流单元的直流输出侧的两端。

但是，这种把多个绕组相互连接的连接端子和各相绕组的两端子设置在电机外部，使得绕组伸出电机外端，降低电机整体的绝缘和密封性能，并且增加绕组伸出端长度，不仅增加了绕组损耗和成本，还增加了因绕组伸出端较长而容易断裂的风险。同时，绕组和绕组连接端子设置在电机外部，占用额外空间，且需要设计保护装置，降低电机产品的可靠性。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种三相交流电机的绕组切换装置，该三相交流电机的绕组切换装置具有结构简单、占用空间小的优点。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供了一种三相交流电机的绕组切换装置，包括：逆变器；交流电机，所述交流电机的各相绕组均包括串联的第一线圈和第二线圈，其中，所述第一线圈的一端与所述逆变器相连，所述第一线圈和所述第二线圈之间设有第一接线端子，所述第二线圈的另一端设有第二接线端子，所述第一接线端子和所述第二接线端子均设置在所述交流电机的内部；设置在所述交流电机的内部的绕组切换器，所述绕组切换器包括两个二极管电桥DB1和DB2、分别与所述DB1和DB2并联的开关SW1和SW2，所述DB1包括并联的三对二极管，每对二极管串联且中间节点对应地与一相绕组中的一个第一接线端子相连，所述DB2包括并联的三对二极管，每对二极管串联且中间节点对应地与一相绕组中的一个第二接线端子相连。

根据本实用新型的三相交流电机的绕组切换装置，绕组切换器、各相绕组及各相绕组的第一接线端子和所述第二接线端子均设置在所述交流电机的内部，使绕组切换器各部分连接更紧凑、节约空间，节省材料，减少损耗，提高效率，以及减少电机多匝绕组设计在电机外端产生的风险，例如：绕组线圈绝缘不良，容易断裂等。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1是根据本实用新型一个实施例的三相交流电机的绕组切换装置的结构图；

图2是根据本实用新型一个实施例的三相交流电机的绕组切换装置的内部示意图；

图3是根据本实用一个实施例的三相交流电机的绕组切换装置的水道设计结构的主视图；

图4是根据本使用新型一个实施例的三相交流电机的绕组切换装置的水道设计结构的侧视图；以及

图5是图3所述的三相交流电机的绕组切换装置的水道设计结构的沿A-A方向的截面图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本实用新型的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本实用新型的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本实用新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本实用新型实施例的三相交流电机的绕组切换装置。

图1是根据本实用新型一个实施例的三相交流电机的绕组切换装置的结构示意图。如图1所示，根据本实用新型一个实施例的三相交流电机的绕组切换装置，包括：逆变器110、交流电机120和绕组切换器130。

其中，

交流电机120的各相绕组均包括第一线圈121和第二线圈122，其中，第一线圈121的一端与逆变器110相连，第一线圈121和第二线圈122之间设有第一接线端子TU2、TV2和TW2，第二线圈122的另一端设有第二接线端子TU3、TV3和TW3、第一接线端子TU2、TV2和TW2和第二接线端子TU3、TV3和TW3均设置在交流电机120的内部，即：各相绕组的一端TU1、TV1和TW1与逆变器110相连。

绕组切换器130设置在交流电机120的内部，绕组切换器130包括两个二极管电桥DB1和DB2，分别与DB1和DB2并联的开关SW1和SW2，DB1包括并联的三对二极管，每对二极管串联且中间节点（如图1所示的TU4、TV4和TW4）对应地与一相绕组中的一个第一接线端子（如图1所示的TU2、TV2和TW2）相连，DB2包括并联的三对二极管，每对二极管串联且中间节点（如图1所示的TU5、TV5和TW5）对应地与一相绕组中的一个第二接线端子（如图1所示的TU3、TV3和TW3）相连。

具体地说，交流电机120在高速运行时（低压），开关SW1导通，SW2断开，交流电机120处于单绕组状态；交流电机120在低速运行时（高压），开关SW2导通，SW1断开，交流电机120处于双绕组状态。

逆变器110，即三相交流电动机控制器逆变电路部分，分别由6个IGBT晶体管Q1至Q6构成。交流电机120的各相绕组由2个线圈组成，其中少匝数线圈（即第一线圈121）连接的中间端子由TU2、TV2、TW2（即第一线圈121和第二线圈122之间设有第一接线端子TU2、TV2和TW2）引出，多匝数线圈（即第一线圈121和第二线圈122）连接的中间端子由TU3、TV3、TW3（即第二接线端子TU3、TV3和TW3）引出。绕组切换器130分别由两个二极管电桥DB1和DB2，并联开关SW1和SW2（如晶体管开关），以及分别并联电阻R和电容C组成，且分别由开关SW1和SW2引出TU4、TV4、TW4和TU5、TV5、TW5，与交流电机120中间端子引出线TU2、TV2、TW2和TU3、TV3、TW3相连。

本实用新型实施例的三相交流电机的绕组切换装置的工作原理为：

接通开关SW1且断开开关SW2时，交流电机120的第一线圈121连接的中间端子TU2、TV2和TW2通过DB1形成短路，对交流电机120的少匝数绕组部分（即TU1至TU2，TV1至TV2，TW1至TW2）构成的星形电路施加电压，而交流电机120的多匝数绕组部分（TU2至TU3，TV2至TV3，TW2至TW3）因电磁耦合感应电压，然后因绕组切换部分TU5、TV5、TW5与TU3、TV3、TW3连接的切换开关电路中，并联的电阻R阻值很大，相当于开路电阻，流过D3、D4、R的电流小到可忽略不计，故整个多匝数绕组部分（即TU2至TU3，TV2至TV3，TW2至TW3）没有电流通过，开关SW2所在切换电路不起作用，此种情形可保持交流电机120只运行在绕组少匝数状态。

若接通开关SW2并断开开关SW1，交流电机120的第二线圈122连接的中间端子TU3、TV3和TW3通过DB2形成短路，对交流电机120整个绕组（即TU1至TU3，TV1至TV3，TW1至TW3）构成的星形电路施加电压，然后因绕组切换部分TU4、TV4、TW4与TU2、TV2、TW2连接的切换开关电路中，并联的电阻R阻值很大，相当于开路电阻，流过D1、D2、R的电流可忽略不计，开关SW1所在切换电路不起作用，此种情形保持交流电机120运行在绕组多匝数状态。因此，选择合适的转速转折点，在交流电机120低速运行时，接通开关SW2并关断开关SW1，交流电机120处于多匝数状态产生大扭矩，且效率较高；在交流电机120高速运行时，接通开关SW1并关断开关SW2，交流电机120处于少匝数状态，反电动势低，高速时功率和效率较高。

以上描述了本实用新型实施例的三相交流电机的绕组切换装置的工作原理，以及逆变器110、交流电机120和绕组切换器130的相互关系和连接方式。以下对本实用新型实施例的三相交流电机的绕组切换装置的各相绕组以及绕组切换器130在交流电机120内部的构成分布以及连接方式。即绕组切换器130设置在交流电机120的内部。

具体地说，如图1和图2所示，第一线圈和所述第二线圈为采用两次嵌线的双层绕组。第一线圈为采用顺时针嵌线的线圈，所述第二线圈为采用逆时针嵌线的线圈。第一线圈包括第一路星点线和第二路星点线，所述第二线圈包括第一路引出线和第二路引出线。

进一步地地，第一路星点线和第二路星点线的引出线分别与第一路引出线和第二路引出线相连，第一路引出线和第二路引出线与开关SW2相连，第一路星点线和第二路星点线与开关SW1相连。各相绕组的第一线圈和第二线圈通过导电体相连。

换言之，如图2所示，是某电机定子冲片和绕组分布图。图2中一共示出了有9个接线端子的交流电机120，9个接线端子分为3组三相线出线端，其中上部分三相线引出线S1与控制器三相电源连接（即通过逆变器110与控制器三相电源相连），中间部分三相线引出线与开关SW1相连，下部分三相线引出线与开关SW2相连。电机定子槽绕组为双层绕组组成，并分成两次嵌线，第一次是高速第一路和第二路（即第一路星点线和第二路星点线）按照三平面下线方法顺时针嵌线，第二次是低速第一路和第二路（第一路引出线和第二路引出线）按照三平面下线方法逆时针嵌线，三相线中的每一相线分别使用导电体（例如铜排），把高速第一路和第二路星点引出线分别与低速第一路和第二路引出线相连，然后以低速第一路和第二路三相星点引出线作为低速端的星点与开关SW2相连。在第一次高速第一路和第二路顺时针嵌线时，其星点引出线除了使用铜排与低速逆时针嵌线时的引出线相连外，此星点引出线还作为高速端的星点引出线与开关SW1相连。其中，B相高速第1路星点线11、C相高速第1路星点线12、A相高速第1路星点线13、B相低速第2路引出线14、C相低速第2路引出线15、A相低速第2路引出线16、B相高速第2路星点线17、C相高速第2路星点线18、A相高速第2路星点线19、B相低速第1路引出线20、A相低速第1路引出线21和C相低速第1路引出线22。

结合图3-5所示，与开关SW2相连的低速端的星点和与开关SW1相连的高速端的星点引出线之间通过铜排33相连。其中，高速少匝绕组引出线与在交流电机120内部控制器板上的开关SW1连接；而低速多匝绕组引出线与交流电机120内部控制器板上的开关SW2连接。

如图3、图4和图5所示，在本实用新型的一个实施例中，交流电机120具有进水管31、出水管32和分别与进水管31和出水管32相连的水道。

进一步地，水道包括用于冷却绕组切换器的第一水道34和用于冷却各相绕组的第二水道35，第一水道34的第一端与进水管31相连，第一水道34的第二端与第二水道35的第一端相连，第二水道35的第二端与出水管32相连。

再次结合图3-5，第一水道34的壁与绕组切换器紧贴，第二水道35为环形且环绕在各相绕组的外侧。

因连接端子和电机绕组切换部分均设置在电机内部，其散热方式当与电机同时进行。如图3-5所示，当冷却水从进水管进入交流电机120时，通过水道设计，让其首先流过连接开关的控制器电路板下方，对其进行冷却。然后，通过水道设计让流过电路板的冷却水流向电机机壳水道，并按照传统的电机水道流向对电机整体散热，最后经出水管流出。

根据本实用新型实施例的三相交流电机的绕组切换装置，绕组切换器、各相绕组及各相绕组的第一接线端子和所述第二接线端子均设置在所述交流电机的内部，使绕组切换器各部分连接更紧凑、节约空间，节省材料，减少损耗，提高效率，以及减少电机多匝绕组设计在电机外端产生的风险，例如：绕组线圈绝缘不良，容易断裂等。并且，绕组切换器和第一接线端子和所述第二接线端子因在交流电机内部，对水道进行结构改进，达到了在交流电机内部同时对绕组切换部分和电机整体散热的要求，并且散热结构设计紧凑、全面，很大程度提高了双绕组电机的可靠性和安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种三相交流电机的绕组切换装置，其特征在于，包括： 

逆变器； 

交流电机，所述交流电机的各相绕组均包括串联的第一线圈和第二线圈，其中，所述第一线圈的一端与所述逆变器相连，所述第一线圈和所述第二线圈之间设有第一接线端子，所述第二线圈的另一端设有第二接线端子，所述第一接线端子和所述第二接线端子均设置在所述交流电机的内部； 

设置在所述交流电机的内部的绕组切换器，所述绕组切换器包括两个二极管电桥DB1和DB2、分别与所述DB1和DB2并联的开关SW1和SW2，所述DB1包括并联的三对二极管，每对二极管串联且中间节点对应地与一相绕组中的一个第一接线端子相连，所述DB2包括并联的三对二极管，每对二极管串联且中间节点对应地与一相绕组中的一个第二接线端子相连。 

2.根据权利要求1所述的三相交流电机的绕组切换装置，其特征在于，所述各相绕组为采用两次嵌线的双层绕组。 

3.根据权利要求2所述的三相交流电机的绕组切换装置，其特征在于，所述第一线圈为采用顺时针嵌线的线圈，所述第二线圈为采用逆时针嵌线的线圈。 

4.根据权利要求3所述的三相交流电机的绕组切换装置，其特征在于，所述第一线圈包括第一路星点线和第二路星点线，所述第二线圈包括第一路引出线和第二路引出线。 

5.根据权利要求4所述的三相交流电机的绕组切换装置，其特征在于， 

所述第一路星点线和第二路星点线的引出线分别与所述第一路引出线和第二路引出线相连，第一路引出线和第二路引出线与所述SW2相连，所述第一路星点线和第二路星点线与所述SW1相连。 

6.根据权利要求1所述的三相交流电机的绕组切换装置，其特征在于，所述各相绕组的第一线圈和第二线圈通过导电体相连。 

7.根据权利要求1-6任一项所述的三相交流电机的绕组切换装置，其特征在于，所述交流电机具有进水管、出水管和分别与所述进水管和出水管相连的水道。 

8.根据权利要求7所述的三相交流电机的绕组切换装置，其特征在于，所述水道包括用于冷却所述绕组切换器的第一水道和用于冷却所述各相绕组的第二水道，所述第一水道的第一端与所述进水管相连，所述第一水道的第二端与所述第二水道的第一 端相连，所述第二水道的第二端与所述出水管相连。 

9.根据权利要求8所述的三相交流电机的绕组切换装置，其特征在于，所述第一水道的壁与所述绕组切换器紧贴，所述第二水道为环形且环绕在所述各相绕组的外侧。