CN210053259U - 一种六相开关磁阻电机驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于开关磁阻电机技术领域，涉及一种六相开关磁阻电机驱动系统，包括电机本体、位置编码器、驱动电路和控制电路；所述位置编码器与所述电机本体同轴联接；所述电机本体与驱动电路连接；所述驱动电路与所述控制电路相连接。由以上部件配置成：所述接收外部操作信号的控制电路，通过控制驱动电路的导通方式与导通时间以实现控制绕组的通电状态，进而控制六相开关磁阻电机的转速和转向。本实用新型的六相开关磁阻电机系统，提出了六相开关磁阻电机的定转子极数配合规律；六相导通比三相导通可增加相间重叠导通时间，通过多相同时导通时产生的转矩叠加作用，可明显减小电机转矩脉动；同时具有电机引线少，驱动电路成本低的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及六相开关磁阻电机，特别是一种六相开关磁阻电机驱动系统，属于开关磁阻电机技术领域。
背景技术
随着电力电子技术、计算机技术的发展，开关磁阻电机系统在工业领域的应用受到前所未有的重视。开关磁阻电机系统主要由开关磁阻电机和开关磁阻电机控制器组成。开关磁阻电机包括电机本体，常见的电机本体有4/2极二相、6/2极三相、6/4极三相、12/8极三相、 8/6极四相等。由于不同相数不同极数的电机系统有不同的控制策略和不同的性能表现，开关磁阻电机的相数越小则系统结构越简单，但是其电机转矩脉动与噪声较大，这在某些特殊场合很难满足性能要求。
鉴于以上原因，需要发明一种新型的六相开关磁阻电机系统
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种六相开关磁阻电机驱动系统，该驱动系统通过改进线圈绕组方式，驱动电路驱动六相导通可增加相间重叠导通时间，通过多相同时导通时产生的转矩叠加作用，可明显减小电机转矩脉动，同时电机引线数少，主电路开关器件数少，成本低，系统经济性好。
为实现以上技术目的，本实用新型的技术方案是：一种六相开关磁阻电机驱动系统，其特征在于，包括
六相电机本体，在所述六相电机本体的定子上绕制有六相线圈绕组；
位置编码器，所述位置编码器与六相电机本体同轴连接；
驱动电路，所述驱动电路与六相线圈绕组连接；
控制电路，所述控制电路与位置编码器信号连接，同时接收外部操作信号，与驱动电路连接，并输出控制信号。
进一步地，所述六相开关磁阻电机的定子和转子均为双凸极电机，六相开关磁阻电机的定转子极数配合关系为：
定子极数Ns=2mK1
转子极数Nr=2 K1*（K2m±1）
其中m代表相数，六相电机m=6；K1和K2都取正整数（1，2，3，……）；
由以上定转子极数配合关系可知，六相开关磁阻电机可能的定转子极数配合为：12/14，12/10，12/26，12/22，24/28，24/20，24/52，24/44，……。
进一步地，当K1=1时，定子极数为12，所述六相电机本体的每个定子极上有一个线圈，每相距六个极的线圈相互接成一相绕组，通电时形成的磁极为反极性，共有六相绕组，组成六相线圈绕组。
进一步地，所述六相线圈绕组的每相绕组有一个首端和一个尾端，六相绕组的六个首端相连形成1个上引线端Tcom；六相绕组的六个尾端分别引出，形成6个下引线端TA~TF；所述六相电机本体共有7个引线端。
进一步地，所述驱动电路与供电电源连接；
所述供电电源为交流供电时，所述驱动电路包括整流电路和逆变电路；
所述供电电源为直流供电时，所述驱动电路包括逆变电路。
进一步地，所述逆变电路包括六相桥臂电路，每一相桥臂电路均包含1个功率开关元件和1个续流二极管。
进一步地，所述驱动电路的直流母线正极性端接六相线圈绕组的上引线端Tcom；每一相绕组的下引线端串联1个功率开关元件后接到直流母线负极性端；同时每一相绕组的下引线端通过1个续流二极管连接到DC/DC变换器的输入端，所述DC/DC变换器的输出端接直流母线正极性端。
本实用新型具有以下优点：
1）如图3所示，为传统三相开关磁阻电机的转矩合成效果图，三相线圈绕组相间重叠导通时间较短，且只能同时导通两相，同时导通相间转矩的叠加部分较少，因此，三相电机转矩脉动较大；如图4所示，为本实用新型六相开关磁阻电机的转矩合成效果图，本实用新型的六相线圈绕组导通可增加相间重叠导通时间，且能够同时导通三相，同时导通相间转矩的叠加部分更多，由于相间转矩的叠加作用，可明显减小电机转矩脉动，且转矩脉动的波动较小；
2）与常规六相开关磁阻电机系统相比，常规六相开关磁阻电机系统六相线圈绕组的引线数量、驱动电路的功率开关元件数、驱动电路的二极管数量均为12，本实用新型的六相线圈绕组的引线数量少（7个），驱动电路的功率开关元件数量少（7个），驱动电路的二极管数量少（7个），因此，驱动电路成本低；
3）本实用新型所公开的六相开关磁阻电机系统调速范围宽，既可工作在低速恒转矩区，也可工作在高速恒功率区。
附图说明
图1是本实用新型六相开关磁阻电机控制系统的结构框图。
图2是本实用新型实施例中12/14极六相开关磁阻电机俯视结构示意图（图中仅画出一相线圈绕组）。
图3是现有三相开关磁阻电机各相转矩合成示意图。
图4是本实用新型六相开关磁阻电机各相转矩合成示意图。
图5是本实用新型实施例中12/14极六相开关磁阻电机驱动电路的电路原理图。
附图标记说明：1-六相电机本体、2-位置编码器、3-驱动电路、4-控制电路、5-外部操作信号、6-供电电源、7-定子、8-转子、9-六相线圈绕组、10-DC/DC变换器。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例一：
如图1和图2所示，以12/14极六相开关磁阻电机为例，本实施例中提出的一种六相开关磁阻电机驱动系统，六相电机本体1，在所述六相电机本体1的定子7上绕制有六相线圈绕组9；
位置编码器2，所述位置编码器2与六相电机本体1同轴连接；
驱动电路3，所述驱动电路3与六相线圈绕组9连接；
控制电路4，所述控制电路4与位置编码器2信号连接，同时接收外部操作信号5，与驱动电路3连接，并输出控制信号。
所述六相电机本体1的定子7和转子8均为双凸极电机，定子7凸极的个数为12，转子8凸极的个数为14；所述六相电机本体1的12个定子极上均有一个线圈，每距六个极的线圈相互连接为一相绕组，共有六相绕组，每相绕组通电形成的磁极为反极性。
所述驱动电路3与供电电源6连接，所述供电电源6为交流电或直流电；所述供电电源6为交流电时，所述驱动电路3包括整流电路和逆变电路，所述整流电路用于将交流电转换为直流电；所述供电电源6为直流电时，所述驱动电路3仅包括逆变电路；
本实施例中供电电源6为直流电，所述驱动电路3包括逆变电路，所述逆变电路包括六相桥臂电路，且每一相桥臂电路包括一个功率开关元件和一个续流二极管；
如图5所示，所述六相驱动电路的直流母线正极性端VS+接六相线圈绕组9的上引线端(Tcom)；每一相线圈绕组的下引线端(TA~TF)分别串联1个功率开关元件后接到直流母线负极性端VS-；同时每一相线圈绕组的下引线端通过1个续流二极管连接到DC/DC变换器10的输入端，DC/DC变换器10的输出端接直流母线正极性端VS+；
具体为：六相线圈绕组9分别为A、B、C、D、E、F，六相线圈绕组9的上引线端相连为一个引出端Tcom，上引线端Tcom接直流母线正极性端VS+，下引线端分别为TA、TB、TC、TD、TE、TF端，且分别与功率开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的集电极连接，功率开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的发射极均接直流母线负极性端VS-，同时下引线端TA、TB、TC、TD、TE、TF端分别接续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6的正极，续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6的负极接DC/DC变换器10的输入端，DC/DC变换器10的输出端接直流母线正极性端VS+；
所述DC/DC变换器10包括电感Ld、开关管Qd、二极管Dd，所述开关管Qd的集电极为DC/DC变换器10的输入端，所述开关管Qd的发射极与电感Ld的一端连接，电感Ld的另一端为DC/DC变换器10的输出端，同时接电容C的正极板，所述电容C的负极接直流母线负极性端VS-，所述开关管Qd的发射极接二极管Dd的负极，所述二极管Dd的正极接直流母线负极性端VS-，同时通过电容Cd接开关管Qd的集电极。
本实用新型的工作原理为，控制电路4接收外部操作信号5，外部操作信号5用于向控制电路4发出六相电机本体1启动、停止、转向、转速或转矩等指令，所述位置编码器2采集所述六相电机本体1的转动信号（如角度位置、转速和转向），并将采集数据发送给控制电路4，控制电路4通过采集位置编码器2的信号，结合接收的外部操作信号进行运算，根据运算结果对所述六相电机本体1进行控制；
具体控制方法为，控制电路4将运算后的指令发送给驱动电路3，通过控制驱动电路3的导通方式与导通时间，以实现控制六相线圈绕组9的通电状态，进而控制六相电机本体1的转速和转向。其中，驱动电路3的供电是通过供电电源6提供的。
以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (1)
1.一种六相开关磁阻电机驱动系统，其特征在于，包括
六相电机本体（1），在所述六相电机本体（1）的定子（7）上绕制有六相线圈绕组（9）；
位置编码器（2），所述位置编码器（2）与六相电机本体（1）同轴连接；
驱动电路（3），所述驱动电路（3）与六相线圈绕组（9）连接；
控制电路（4），所述控制电路（4）与位置编码器（2）信号连接，同时接收外部操作信号（5），与驱动电路（3）连接，并输出控制信号；所述六相开关磁阻电机的定子（7）和转子（8）均为双凸极电机，六相开关磁阻电机的定转子极数配合关系为：定子极数Ns=2mK1；转子极数Nr=2 K1*（K2m±1）；
其中m代表相数，六相电机m=6；K1和K2都取正整数（1，2，3，……）；
由以上定转子极数配合关系可知，六相开关磁阻电机可能的定转子极数配合为：12/14，12/10，12/26，12/22，24/28，24/20，24/52，24/44，……；
当K1=1时，定子极数为12，所述六相电机本体（1）的每个定子极上有一个线圈，每相距六个极的线圈相互接成一相绕组，通电时形成的磁极为反极性，共有六相绕组，组成六相线圈绕组（9）；
所述六相线圈绕组（9）的每相绕组有一个首端和一个尾端，六相绕组的六个首端相连形成1个上引线端Tcom；六相绕组的六个尾端分别引出，形成6个下引线端TA~TF；所述六相电机本体（1）共有7个引线端；
所述驱动电路（3）与供电电源（6）连接；
所述供电电源（6）为交流供电时，所述驱动电路（3）包括整流电路和逆变电路；
所述供电电源（6）为直流供电时，所述驱动电路（3）包括逆变电路；
所述逆变电路包括六相桥臂电路，每一相桥臂电路均包含1个功率开关元件和1个续流二极管；
所述驱动电路（3）的直流母线正极性端接六相线圈绕组（9）的上引线端Tcom；每一相绕组的下引线端串联1个功率开关元件后接到直流母线负极性端；同时每一相绕组的下引线端通过1个续流二极管连接到DC/DC变换器（10）的输入端，所述DC/DC变换器（10）的输出端接直流母线正极性端。
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