CN217486417U - 绕组连接结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及绕组连接结构，包括电源、控制单元以及连接在所述电源近端和远端的第一绕组，所述绕组连接结构还包括至少一条支路，通过所述控制单元控制所述支路与所述第一绕组串联或控制所述支路与所述第一绕组并联。本实用新型通过在第一绕组外设置若干条支路，每条支路中设置一第二绕组和第一开关、第二开关，通过控制单元改变第一动触点和第二动触点的连接位置从而使第一绕组和第二绕组间串联或并联，在电流不变的前提下串联时绕组匝数较并联时增加，从而达到起动时增大转矩的效果，且起动转矩大小可控，这种绕组连接结构避免了使用大功率器件导致的成本增加和电机功率损耗增加的问题，降低了成本损失。

Description

绕组连接结构

技术领域

本实用新型涉及电机电路技术领域，尤其涉及一种绕组连接结构。

背景技术

随着我国传统工业的升级换代以及新兴工业的兴起,对交流伺服电机及其驱动器的需求越来越大.伺服电动机一般具有如下特性:宽的调速范围，大的转矩输出，良好的位置控制能力，在全速度范围内的平稳运行能力，较好的加减速能力，能够频繁的启动、制动以及正反转等，有良好的动态响应性能等。永磁同步电动机的性能特别适应高性能伺服驱动的要求,随着高性能永磁材料的发展和价格的不断下降,永磁电动机的性价比也越来越高,已经成为伺服系统的主流之选。

工业伺服用的永磁电机同步电动机在设计时需要考虑负载加速以及减速的工况，其加速与减速的电流和转矩皆是额定工况的3倍。为了满足过载转矩的需求，功率器件的额定电流也随之增大，导致电流模块的余量比较大，造成功率器件成本高、电机功率损耗增加的问题。

另外，公告号为CN2432720Y，名称为“带有智能控制设备的抽油机专用高启动转矩节能电机”的中国实用新型专利，具体采用将电动机的绕组每相分为 2或3或4组，每段的抽头与智能控制设备相连，根据所测附在情况自动换组。虽然这种方式能够提供高启动转矩，但是在不同的状态参加工作的线圈不同，绕组的利用率低。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本实用新型的目的是提供一种绕组连接结构，以解决现有技术中的一个或多个问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

绕组连接结构，包括电源、控制单元以及连接在所述电源近端和远端的第一绕组，所述绕组连接结构还包括至少一条支路，通过所述控制单元控制所述支路与所述第一绕组串联或控制所述支路与所述第一绕组并联。

进一步的，所述支路为一条时，支路的一部分与所述电源近端连接，所述支路的另一部分与所述第一绕组远端以及所述电源远端连接，所述支路与所述第一绕组并联连接；所述支路的一部分与所述第一绕组远端连接，所述支路的另一部分与所述电源远端连接，所述支路与所述第一绕组串联连接。

进一步的，所述支路为两条时，第一支路的一部分与所述电源近端连接，所述第一支路的另一部分与第二支路的一部分连接，所述第二支路的另一部分与所述电源近端连接，所述第一支路、所述第二支路与第一绕组间并联连接；所述第一支路的一部分与所述第一绕组远端连接，所述第一支路的另一部分与所述第二支路的一部分连接，所述第二支路的另一部分与所述电源远端连接，所述第一支路、所述第二支路与所述第一绕组间串联连接。

进一步的，所述支路包括第二绕组、第一开关、第二开关以及支线，所述第一开关与所述第二绕组的远端连接，所述第二开关与所述第二绕组的近端连接，所述支线设置于所述第一开关与所述第二开关之间。

进一步的，所述第一开关具有第一定触点和第一动触点，所述第一定触点与所述第一绕组远端连接，所述第二开关具有第二定触点和第二动触点，所述第二定触点与所述第二绕组近端连接；

所述第一绕组与所述第二绕组并联连接时，所述第一动触点与所述电源远端连接，所述第二动触点与所述电源近端连接；

所述第一绕组与所述第二绕组串联连接时，所述第一动触点与所述支线的一端连接，所述第二动触点与所述支线的另一端连接。

进一步的，所述电源为相电源。

进一步的，所述第一开关、第二开关为单刀双掷开关。当然，在本实施例一所述绕组连接结构中，所述第一开关、第二开关也可以是翘板开关或按钮开关等，其只要能够满足切换第一开关、第二开关一端的连接位置即可，对此本实用新型不作进一步限制。

进一步的，所述控制单元包括传感器以及与所述传感器连接的状态开关。

进一步的，所述传感器为霍尔元件、旋转变压器、编码器、离心开关中的任意一种。

进一步的，所述状态开关为继电器、三极管、MOS管、IGBT中的任意一种。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果如下：

(一)本实用新型通过在第一绕组外设置若干条支路，每条支路中设置一第二绕组、第一开关、第二开关、支线，通过控制单元改变第一动触点和第二动触点的连接位置从而使第一绕组和所有的第二绕组间串联或并联，在电流不变的前提下串联时绕组匝数较并联时增加，从而达到起动时增大转矩的效果。

(二)进一步的，起动转矩大小可控，本实用新型避免了使用大功率器件导致的成本增加和电机功率损耗增加的问题，降低了成本损失。

(三)进一步的，本实用新型不论是在额定运行状态或在起动状态，全部绕组都参加工作，具有绕组利用率高的优点，同时不仅节约了电机内绕组空间，还降低了成本，提高了电机安全性。

附图说明

图1示出了本实用新型实施例一提供的绕组连接结构在并联状态下的结构示意图。

图2示出了本实用新型实施例一提供的绕组连接结构在串联状态下的结构示意图。

图3示出了本实用新型实施例二提供的绕组连接结构在并联状态下的结构示意图。

图4示出了本实用新型实施例二提供的绕组连接结构在串联状态下的结构示意图。

图5示出了本实用新型实施例二提供的绕组连接结构中串联状态下连接方式a的局部结构示意图。

图6示出了本实用新型实施例二提供的绕组连接结构在串联状态下连接方式b的局部结构示意图。

图7示出了本实用新型实施例三提供的绕组连接结构在并联状态下的结构示意图。

图8示出了本实用新型实施例三提供的绕组连接结构在串联状态下的结构示意图。

附图中标记：

1、电源；20、第一绕组；21、第二绕组；301、第一开关；3011、第一定触点；3012、第一动触点；302、第二开关；3021、第二定触点；3022、第二动触点；4、控制单元；401、传感器；402、状态开关；5、支线。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本实用新型提出的装置作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施方式的目的。为了使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

在本实用新型的描述中，限定术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

为了更加清楚地描述上述绕组连接结构，本发明限定术语“近端”和“远端”，具体而言，“近端”表示并联时与电源1火线连接一端为近端，“远端”表示并联时与电源1零线/中性线/中性点连接一端为远端，以图1为例，图1中绕组的左侧为近端，电源1左端为近端，图1中绕组的右侧为远端，电源1的右端为远端。

实施例一

绕组连接结构，包括电源1、控制单元4以及连接在所述电源1近端和远端的第一绕组20，所述绕组连接结构还包括至少一条支路，通过所述控制单元 4控制所述支路与所述第一绕组20串联或控制所述支路与所述第一绕组20并联。

请参考图1和图2，下面描述所述支路的具体结构如下：

进一步的，所述支路包括第二绕组21、第一开关301、第二开关302以及支线5，所述第一开关301与所述第二绕组21远端连接，所述第二开关302与所述第二绕组21近端连接，所述支线5设置于所述第一开关301与所述第二开关302之间。

所述控制单元4控制所述第一开关301和所述第二开关302使所述第二绕组21与所述电源1近端和远端连接或通过所述支线5与所述第一绕组20连接。

进一步的，所述第一开关301具有第一定触点3011和第一动触点3012，所述第一定触点3011与所述第一绕组20远端连接，所述第二开关302具有第二定触点3021和第二动触点3022，所述第二定触点3021与所述第二绕组21 近端连接；

所述第一绕组20与所述第二绕组21并联连接时，所述第一动触点3012 与所述电源1远端连接，所述第二动触点3022与所述电源1近端连接；

所述第一绕组20与所述第二绕组21串联连接时，所述第一动触点3012 与所述支线5的一端连接，所述第二动触点3022与所述支线5的另一端连接。

优选的，在本实用新型所述的绕组连接结构中，所述第一开关301、第二开关302优选为单刀双掷开关，便于进行双向控制。

进一步的，所述控制单元4包括传感器401以及与所述传感器401连接的状态开关402，所述传感器401用于检测电机运行速度，所述状态开关402用于辨识传感器401传来的电信号判断是否达到状态切换速度，并控制改变所述第一开关301的第一动触点3012和第二开关302的第二动触点3022的位置。

当然，在本实用新型的其他实施例中，所述传感器401可以采用霍尔元件、旋转变压器、编码器、离心开关等，其只要能够满足检测电机运行速度即可；所述状态开关402可以采用继电器、三极管、MOS管、IGBT等，其只要能够满足辨识传感器401传来的电信号判断电机转速是否达到状态切换预设的速度，并控制改变所述第一开关301的第一动触点3012、第二开关302的第二动触点 3022即可，对此本实用新型不作进一步限制。

在本实用新型的实施例一种，所述IGBT为绝缘栅双极型晶体管，是由BJT 管(双极型三极管)和MOS管(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点，属于现有技术。

进一步的，下面描述本实用新型实施例一绕组连接结构提高转矩的原理如下：

根据电机学理论：

P＝E·I，T＝9.55*P/n，

其中P为电磁功率，E为绕组中产生的感应电动势，I为绕组中的电流，T 为电机转矩，n为电机转速，由上述公式可得：

T＝9.55*E*I/n。

由此可得，在转速n一定时，如果想通过相同的电流I提供更高的转矩T，就需要产生更高的绕组感应电动势E。

根据E＝4.44*f*N*Kw*ф，

其中f为供电频率，N为绕组匝数，Kw为绕组系数，ф为磁通量幅值，f 为驱动器的供电频率，在转速n一定的前提下，频率f不变；Kw为绕组系数取决于绕组形式及分布方式，在本发明中只改变了其串并联关系，对于绕组系数没有影响；ф为气隙磁通量幅值，由转子永磁体提供，也为不变量。因此只有通过提高匝数N获得更高的感应电动势E和转矩T。

在本实用新型实施例一所述绕组连接结构中，通过将起动时的绕组的连接方式改为串联，实现起动时绕组匝数N2为运行时绕组匝数N1的2倍，在绕组中通入相同电流的情况下，起动力矩T2为额定力矩T1的2倍。

下面描述本实用新型实施例一的具体工作过程如下：

在转速传感器401中预先设置转速n0，当传感器401检测到电机运行速度＜n0时输出低电平，当传感器401检测到电机运行速度≥n0时输出高电平，状态开关402通过接收来自传感器401的高低电平辨识此刻电机运行速度是否达到状态切换速度，当接收低电平时，状态开关402切换至起动状态，控制第一开关301的第一动触点3012与支线5的一端连接，控制第二开关302的第二动触点3022与支线5的另一端连接，第一绕组20与第二绕组21间连接方式变为串联；当接收高电平时，状态开关402切换至额定运行状态，控制第一开关301 的第一动触点3012与电源1近端连接，控制第二开关302的第二动触点3022 与电源1远端连接，第一绕组20与第二绕组21间连接方式变为并联。

实施例二

请参考图3和图4，实施例二与实施例一的大部分结构相同，不同的是所述支路为两条，该两条支路在实施例二中以第一支路和第二支路进行描述，第一支路、第二支路与实施例一中的支路结构均相同。其中上方的第一支路的一部分与所述电源1近端连接，所述第一支路的另一部分与位于第一支路下方的第二支路的一部分连接，所述第二支路的另一部分与所述电源1近端连接，所述第一支路、所述第二支路与第一绕组20间并联连接；所述第一支路的一部分与所述第一绕组20远端连接，所述第一支路的另一部分与所述第二支路的一部分连接，所述第二支路的另一部分与所述电源1远端连接，所述第一支路、所述第二支路与所述第一绕组20间串联连接。

具体而言，在本实施例2所述绕组连接结构中包括以下两种连接方式：

请参考图5，第一连接方式是指位于最上端的第一支路与第一绕组20的连接方式，在所述第一绕组20与第一支路间，所述第一开关301的第一定触点 3011与第一绕组20远端连接，所述第二开关302的第二定触点3021与所述第二绕组21近端连接。当所述第一绕组20与第一支路并联，所述第一开关301 的第一动触点3012与所述电源1远端连接，所述第二开关302的第二动触点 3022与所述电源1近端连接；当第一绕组20与第一支路串联，第一动触点3012 通过所述支线5与第二绕组21近端连接，第二动触点3022通过所述支线5与第一绕组20远端连接。

请参考图6，第二连接方式是指相邻两条支路间的连接方式，在第一支路与第二支路间，第一支路中第一开关301的第一定触点3011与第一支路中所述第二绕组21远端连接，第一支路中所述第二开关302的第二定触点3021与第二支路中所述第二绕组21近端连接。当第一支路与第二支路并联，第一支路中第一开关301的第一动触点3012与所述电源1远端连接，第二支路中所述第二开关302的第二动触点3022与所述电源1近端连接。当第一支路与第二支路串联，第一支路中所述第一开关301的第一动触点3012通过所述支线5与第二支路中所述第二绕组21近端连接，第二支路中所述第二开关302的第二动触点 3022通过所述支线5与第一支路中所述第二绕组21远端连接。

所述控制单元4通过控制第一支路和第二支路中所述第一动触点3012和第二动触点3022使第一绕组20和多个第二绕组21间同为串联或并联。具体而言，在本实施例二所述的绕组连接结构中，当控制单元4控制第一支路和第二支路中所述第一动触点3012与所述电源1远端连接、所述第二动触点3022均与所述电源1近端连接，则所述第一绕组20与所有的所述第二绕组21之间为并联连接；当控制单元4控制所述第一动触点3012、所述第二动触点3022均与所述支线5连接，则所述第一绕组20与所有第二绕组21之间为串联连接。

当然，在本实用新型的其他实施例中，所述支路可以是任意条数，其只要能够满足控制单元4能够控制第一绕组20与所有支路中第二绕组21之间同时串联或并联即可，对此本实用新型不作进一步限制。

实施例三

请参考图7和图8，实施例三与实施例一的大部分结构相同，不同的是所述电源1为相电源1。优选的，在本实用新型实施例三所述的绕组连接结构中，所述电源1为三相电源1中的一相，U相电源1、V相电源1、W相电源1之间星形连接。

当然，在本实用新型的其他实施例中，所述电源1可以是多相电源1中的任意一相，其只要能够满足为第一绕组20与第二绕组21提供稳定的电流即可，对此本实用新型不作进一步限制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.绕组连接结构，包括电源、控制单元以及连接在所述电源近端和远端的第一绕组，其特征在于：所述绕组连接结构还包括至少一条支路，通过所述控制单元控制所述支路与所述第一绕组串联或控制所述支路与所述第一绕组并联。

2.如权利要求1所述的绕组连接结构，其特征在于：所述支路为一条时，当所述支路与所述第一绕组并联时，所述支路的一部分与所述电源近端连接，所述支路的另一部分与所述第一绕组远端以及所述电源远端连接；当所述支路与所述第一绕组串联时，所述支路的一部分与所述第一绕组远端连接，所述支路的另一部分与所述电源远端连接。

3.如权利要求1所述的绕组连接结构，其特征在于：所述支路为两条时，当所述两条支路与第一绕组并联时，一条支路的一部分与所述电源近端连接，所述一条支路的另一部分与另一条支路的一部分连接，所述另一条支路的另一部分与所述电源近端连接；当所述两条支路与第一绕组串联时，所述一条支路的一部分与所述第一绕组远端连接，所述一条支路的另一部分与所述另一条支路的一部分连接，所述另一条支路的另一部分与所述电源远端连接。

4.如权利要求2～3任意一项所述的绕组连接结构，其特征在于：所述支路包括第二绕组、第一开关、第二开关以及支线，所述第一开关与所述第二绕组的远端连接，所述第二开关与所述第二绕组的近端连接，所述支线设置于所述第一开关与所述第二开关之间。

5.如权利要求4所述的绕组连接结构，其特征在于：所述第一开关具有第一定触点和第一动触点，所述第一定触点与所述第一绕组远端连接，所述第二开关具有第二定触点和第二动触点，所述第二定触点与所述第二绕组近端连接；

所述第一绕组与所述第二绕组并联连接时，所述第一动触点与所述电源远端连接，所述第二动触点与所述电源近端连接；

所述第一绕组与所述第二绕组串联连接时，所述第一动触点与所述支线的一端连接，所述第二动触点与所述支线的另一端连接。

6.如权利要求1所述的绕组连接结构，其特征在于：所述电源为相电源。

7.如权利要求5所述的绕组连接结构，其特征在于：所述第一开关、第二开关为单刀双掷开关、翘板开关、按钮开关中的任意一种。

8.如权利要求1所述的绕组连接结构，其特征在于：所述控制单元包括传感器以及与所述传感器连接的状态开关。

9.如权利要求8所述的绕组连接结构，其特征在于：所述传感器为霍尔元件、旋转变压器、编码器、离心开关中的任意一种。

10.如权利要求8所述的绕组连接结构，其特征在于：所述状态开关为继电器、三极管、MOS管、IGBT中的任意一种。

Images