CN102810923B - 具有电子可扩缩可重构绕组的电驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有电子可扩缩可重构绕组的电驱动装置。具体地，提供了一种用于电机的定子相电路，其包括相绕组电路，所述相绕组电路包括多个串联联接的子绕组电路，各子绕组电路包括并联联接在相应的第一可控开关两端的相应子绕组。

Description

具有电子可扩缩可重构绕组的电驱动装置

技术领域

本公开涉及多相永磁电机。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本公开有关的信息，并且可以不构成现有技术。

混合动力车辆***通常使用一个或多个永磁电机（例如，电驱动装置）作为提供推进源以补充发动机的、传动***的一部分。产生规定转矩曲线的这些电机的制造、维修和运行的精确度，对于车辆的稳定高效运行是重要的。

由于存在运行电压限值，因而电机在高速运转下其转矩能力会受到限制。在给定的电机运行速度下，随着电机的运行速度增加，转矩曲线开始下降。

例如，已知利用电机的定子和转子之间的磁通弱化（flux weakening）来扩展运行速度范围。还已知的是，在缠绕至定子的线圈之间进行切换以使能一种双模式、串联和并联连接。

理想的是，涵盖在电驱动装置的多个运行速度范围之间的模式切换从而在运行速度增加时优化转矩曲线的转矩输出。同样，理想的是，根据期望的速度范围或模式的数量以及所使用的相绕组电路的数量应用扩缩性方法。

发明内容

一种用于电机的定子相电路，其包括相绕组电路，所述相绕组电路包括多个串联联接的子绕组电路，各子绕组电路包括并联联接在相应的第一可控开关两端的相应的子绕组。

本发明还涉及以下技术方案。

方案1. 一种用于电机的定子相电路，包括：

相绕组电路，所述相绕组电路包括多个串联联接的子绕组电路，各子绕组电路包括并联联接于相应的第一可控开关两端的相应的子绕组。

方案2. 如方案1所述的定子相电路，还包括：

与每个相应的子绕组串联联接的相应的第二可控开关，其中，相应的第一可控开关并联联接在对应的串联联接的子绕组和第二可控开关两端。

方案3. 如方案2所述的定子相电路，其中，所述第一可控开关和所述第二可控开关是能够在断开状态和闭合状态下操作的双向开关，并且其中，各子绕组电路的相应的第一可控开关和第二可控开关从不同时处于断开状态和闭合状态。

方案4. 如方案1所述的定子相电路，其中，所述相绕组电路包括串联联接的两个子绕组电路，所述相绕组电路基于所述两个子绕组电路的相应子绕组的相应组合来提供三个有效绕组匝数比。

方案5. 如方案4所述的定子相电路，其中，基于所述两个子绕组电路的相应子绕组的相应组合具有三个有效绕组匝数比的所述相绕组电路包括：所述三个有效绕组匝数比中的每个有效绕组匝数比让所述两个子绕组电路中的至少一个子绕组电路在电路中。

方案6. 如方案1所述的定子相电路，其中，所述相绕组电路包括串联联接的三个子绕组电路，所述相绕组电路基于所述三个子绕组电路的相应子绕组的相应组合来提供七个有效绕组匝数比。

方案7. 如方案6所述的定子相电路，其中，基于所述三个子绕组电路的相应子绕组的相应组合具有七个有效绕组匝数比的所述相绕组电路包括：所述七个有效绕组匝数比中的每个有效绕组匝数比让所述三个子绕组电路中的至少一个子绕组电路在电路中。

方案8. 一种用于电机的多相绕组电路，包括：

多个相绕组电路，各相应的相绕组电路包括多个串联联接的子绕组电路，各相应的子绕组电路包括与子绕组串联联接的第一可控开关以及并联联接于对应的串联联接的第一可控开关和子绕组两端的第二可控开关，其中，所述第一可控开关和所述第二可控开关是能够在断开状态和闭合状态下操作的双向开关，并且其中，各子绕组电路的相应的第一可控开关和第二可控开关从不同时处于断开状态和闭合状态。

方案9. 如方案8所述的多相绕组电路，其中，所述电机包括感应电机、永磁电机和绕线转子同步电机中的一种电机。

方案10. 如方案8所述的多相绕组电路，其中，各相应的相绕组电路的各子绕组包括不同于所述相应的相绕组电路中各个其它子绕组的相应的绕组匝数比。

方案11. 如方案10所述的多相绕组电路，其中，所述相应的绕组匝数比能够选择性地组合，从而产生针对各个相绕组电路的线性渐增的有效绕组匝数比。

方案12. 对电机进行操作的方法，所述电机包括了具有多个串联联接的子绕组电路的相绕组电路，各相应的子绕组电路包括与子绕组串联联接的第一可控开关、以及并联联接于对应的串联联接的第一可控开关和子绕组两端的第二可控开关，所述方法包括：

为包括所述子绕组中的至少一个子绕组的串联组合的所述相绕组电路选择有效绕组匝数比；以及

对所述相绕组电路的各开关加以控制，从而提供所述有效匝数比。

方案13. 如方案12所述的方法，其中，选择所述有效绕组匝数比包括：

监测电动机速度；以及

基于所述电动机速度来选择所述有效绕组匝数比。

方案14. 如方案12所述的方法，其中，控制所述相绕组电路的各开关包括：

当经过所述相绕组电路的同相电流大致为零时，切换所述相绕组电路的各开关。

附图说明

现在将参照附图通过示例来描述一个或多个实施例。

图1示意性地示出了关于根据本公开的示例性的带内转子的径向磁通电机的剖视图。

图2以图形方式示出了根据本公开的、随电机运行速度变化而变化的转矩曲线。

图3示意性地示出了根据本公开的、包括多个串联联接的子绕组电路210、220的电机的相绕组电路200。

图4以图形方式示出了根据本公开的、基于采用图3的相绕组电路200的、在整个电机运行速度范围内的提升的转矩能力曲线（increased torque capability profile）310。

图5示意性地示出了根据本公开的、包括多个串联联接的子绕组电路410、420、430的电机的相绕组电路400。

图6以图形方式示出了根据本公开的、基于采用图4的相电路400的、在整个电机运行速度范围内的提升的转矩能力曲线510。

图7示出了根据本公开的、用于在整个运行范围内对多相电机的单个相进行操作的流程图。

图8示出了根据本公开的、在各运行速度范围或模式之间进行转换期间相应的子绕组电路的第二可控开关13、12的位置的示例性模拟数据。

图9分别示出了根据本公开的、三相电机中的同相电流800以及该三相电机的单个相的第一和第二子绕组电路电流810、820的示例性模拟数据。

图10和图11以图形方式示出了根据本公开的、三相电机中的同相电流的示例性模拟数据、以及在该电机三个相的每个相中在各运行速度范围或模式之间发生转换的点。

具体实施方式

现在参照附图，其中各附图仅以说明某些示例性实施例为目的而并非以限制其为目的，图1示意性地示出了根据本公开的带内转子的径向磁通电机56的剖视图。图1中的电机56仅是示例性的，并且描述它的目的是提供对以下所述示例性多相绕组电路的更好理解。所述电机可以是多相永磁电机、感应电机或者绕线转子同步电机。带内转子的径向磁通电机可以适用于不同的电机子拓扑结构（sub-topologies）。例如，在径向电机这类电机中，本文中公开的方法可以应用于外定子电机、内定子电机或者双定子电机。

电机56包括轴202，轴202用于提供对电机56的输入以及接收来自电机56的输出。转子204联接到轴202并且包括转子芯206，转子芯206上安装有永磁体208。利用气隙212将定子207与转子204隔开，定子207包括定子芯214，相绕组电路216位于其上。当转子204相对于位于定子207上的绕组216而旋转时，在绕组216中感应出电压。该电压是各种电机设计参数的函数，所述参数包括：定子207的绕组216的匝数；转子204的磁场强度；和电机56的磁通路径的磁导率。感应电压的大小是转子204角速度的结果，并且是绕组216的匝数、定子207的材料的磁导率、和磁体208的强度的函数。

本公开并不局限于包括了安装在转子芯206上的永磁体208的转子芯206和带有定位于定子芯215上的相绕组电路216的定子芯215，而是可以包括：包含了被安装在定子芯215上的永磁体208的定子芯215和带有定位于转子芯206上的相绕组电路216的转子芯206。因此，该永磁电机包括至少一个定子以及至少一个与该定子共轴且可相对于该定子旋转来安装的转子；所述转子或定子中的一个具有多个周向安装在该转子或定子上的永磁体或者具有相绕组电路，并且所述转子或定子中的另一个具有相绕组电路。

图2以图形方式绘出了根据本公开的、随电机运行速度变化而变化的转矩曲线100。纵坐标轴1表示电机的转矩输出。横坐标轴0表示电机的运行速度范围。在电机的特定的运行速度范围处，转矩曲线100开始下降。理想的是，在电机的整个运行范围内提高电机的转矩输出能力。

所设想的实施例包括为电机使用多相绕组电路。例如，多相绕组电路可以包括三相、五相或者任何期望数量的相。为简洁起见，本公开将提及电机包括三相。无论电机所采用相的数量如何，本文中所述的多相电机的单个相的相绕组电路将是相同的。各相绕组电路包括多个串联联接的子绕组电路，各子绕组电路包括：与第一可控开关（例如，串联开关）串联联接的相应的子绕组、以及并联联接在对应的串联联接的子绕组和第一可控开关两端的相应的第二可控开关（例如，并联开关）。第一和第二可控开关是可在断开位置与闭合位置之间操作的双向开关，其中第一和第二可控开关从不同时处于断开和闭合位置。

可替代地，本文中公开的方法可以适用于包括相应子绕组的各子绕组电路，所述子绕组在无需串联开关的情况下并联联接在相应的第一可控开关（例如，并联开关）的两端。然而，当仅仅使用并联开关时，在电机的各运行速度范围之间进行转换期间，对从电路中（in-circuit）转换到电路外（out-of-circuit）的多个串联联接的子绕组电路中的环流进行管理可能是令人厌烦（tedious）的，这是由于在转换期间感应出的大电压所引起的转矩扰动的缘故。本文中所描述的实施例将提及各子绕组电路包括第一和第二可控开关两者。

在本公开的一个示例性实施例中，图3示意性地示出了电机的相绕组电路200。如前所述，相绕组电路200可以是定子相电路的多个相绕组电路中的一个，并且可以应用于电机的任意数量的相。在该非限制性实施例中，示出了具有Y构造的三个相绕组电路200、201、202。本文中将对相绕组电路200加以描述，其中关于相绕组电路200的所有方法和构造同样适用于相绕组电路201、202。

相绕组电路200包括多个串联联接的子绕组电路210、220。子绕组电路210、220包括与相应的第一可控开关212、222串联联接的相应的子绕组211、221，以及并联联接在对应的串联联接的子绕组211、221和第一可控开关212、222两端的相应的第二可控开关213、223。开关212、213、222、223是可在断开位置与闭合位置之间操作的双向开关，第一可控开关212、222和第二可控开关213、223从不同时处于断开位置和闭合位置。

子绕组电路210与子绕组电路220以串联方式联接，其中相绕组电路200具有基于两个子绕组211和/或221的绕组匝数比的相应组合的三个期望的绕组匝数比（即，三个有效匝数比），其中每个子绕组211、221对应于两个子绕组电路210、220中相应的一个。子绕组的各相应绕组匝数比不同于其它绕组匝数比。例如，子绕组211的绕组匝数比不同于子绕组221的绕组匝数比。所述三个期望绕组匝数比中的每个包括两个子绕组电路210、220中的至少一个在电路中。换句话说，基于子绕组电路210、220中的至少一个在电路中的变化，子绕组211、221中的每一个的相应的绕组匝数比可选择性地组合，从而产生相绕组电路200的期望绕组匝数比（即，有效绕组匝数比）。此外，示例性相绕组电路200的三个期望绕组匝数比（即，三个有效匝数比）中的各绕组匝数比对应于电机的相应的运行速度范围。因此，包括两个子绕组电路210、220的相绕组电路200可在电机的三个运行速度范围之间配置。因此，在电机的各运行速度范围之间进行转换期间，基于在期望绕组匝数比之间的转换而进行子绕组电路210、220中的至少一个在电路中的变化之间的转换。当经过相绕组电路200的同相电流（in-phase current）大致为零时，选择性地进行子绕组电路210、220中的至少一个在电路中的变化之间的转换。如前所述，当相应的第一可控开关（即，串联开关）处于闭合状态并且相应的第二可控开关（即，并联开关）处于断开状态时，各子绕组电路处于电路中。同样，当相应的第一可控开关处于断开状态且相应的第二可控开关处于闭合状态时，各子绕组电路不处于电路中（即，在电路外）。因此，当子绕组电路处于电路中时，相应的子绕组能够被通电并且将其相应的绕组匝数比贡献给期望绕组匝数比（即，有效绕组匝数比）。

相绕组电路200还包括与变换器（inverter）相关联的相应的半桥205，以便于功率流流向电机和从电机中流出。具体地，半桥205可以串联联接到子绕组电路220。相绕组电路201、202中的每一个均包括与变换器相关联的相应的半桥，以便于功率流流向电机和从电机中流出。

图4以图形方式示出了根据本公开的、基于采用图3的相绕组电路200的、在电机的整个运行速度范围内的提升的转矩能力曲线310。纵坐标轴1表示转矩。横坐标轴0表示电机的整个运行速度范围。虚线300表示了没有采用两个串联联接的子绕组210、220的实施例的情况下的转矩曲线，其中，当两个子绕组电路210、220中的至少一个子绕组电路在电路中时所述子绕组电路210、220基于两个子绕组211、221的相应匝数比的组合可选择性地在三个期望绕组匝数比（即，有效绕组匝数比）之间操作。因此，当相应的子绕组电路在电路中时，子绕组对期望绕组匝数比做出贡献。竖直虚线10表示第一速度范围限值。虚线12表示第二速度范围限值。区域301涵盖了与运行模式1相对应的、小于第一速度范围限值的低速范围。区域302涵盖了与运行模式2相对应的、分别在第一速度范围限值10和第二速度范围限值12之间的中速范围。区域303涵盖了与运行模式3相对应的、至少第二速度范围限值12的高速范围。

表1以串联联接的子绕组电路210、220的检索表的形式来提供，子绕组电路210、220具有基于两个子绕组211、221的绕组匝数比的相应组合的三个期望绕组匝数比，其中每个子绕组对应于两个子绕组电路210、220中相应的一个。三个期望绕组匝数比中的每个让两个子绕组电路210、220中的至少一个在电路中。三个期望绕组匝数比中的每个对应于三个运行速度范围或模式中的相应一个。下面将阐述由数字标注的方框以及与期望绕组匝数比有关的可控开关的对应位置、以及相应的运行模式：

表1

模式	213	212	223	222	在电路中
						1	断开	闭合	断开	闭合	220、210
2	闭合	断开	断开	闭合	220
						3	断开	闭合	闭合	断开	210

图5示意性地示出了根据本公开的电机的相绕组电路400，相绕组电路400包括多个串联联接的子绕组电路410、420、430。相绕组电路400是具有Y构造的三个相绕组电路400、401、402中的一个。本文将对相绕组电路400加以描述，然而关于相绕组电路400的所有方法和构造同样适用于相绕组电路401、402。

除了相绕组电路400包括三个串联联接的子绕组电路410、420、430以外，相绕组电路400基本上类似于图3中所示的相绕组电路200。子绕组电路410、420、430包括：与相应的第一可控开关412、422、432串联联接的相应的子绕组411、421、431，并联联接在对应的串联联接的子绕组411、421、431和第一可控开关412、422、432两端的相应的第二可控开关413、423、433。如图3中所示的示例性实施例中所描述地，可控开关是可在断开位置与闭合位置之间操作的双向开关，第一可控开关412、422、432和第二可控开关413、423、433从不同时处于断开位置和闭合位置。

子绕组电路410、420、430是串联联接的，其中相绕组电路400具有基于三个子绕组411和/或421和/或431的绕组匝数比的相应组合的七个期望绕组匝数比（即，七个有效匝数比），其中各子绕组411、421、431对应于三个子绕组电路410、420、430中相应的一个。每个相应的绕组匝数比不同于其它绕组匝数比。七个期望绕组匝数比中的每个包括三个子绕组电路410、420、430中的至少一个子绕组电路在电路中。换句话说，基于子绕组电路中的至少一个在电路中的变化，子绕组411、421、431中每一个的相应的绕组匝数比可选择性地组合从而产生相绕组电路400的期望绕组匝数比。此外，示例性相绕组电路400的七个期望绕组匝数比（即，七个有效匝数比）中的各绕组匝数比对应于相应的电机运行速度范围。因此，包括三个子绕组电路430、420、410的相电路400可在电机的七个运行速度范围之间配置。因此，在电机的各运行速度范围之间进行转换期间，可以基于在期望绕组匝数比之间的转换而在子绕组电路430、420、410中的至少一个在电路中的变化之间进行转换。当经过相绕组电路的同相电流大致为零时，选择性地进行在子绕组电路430、420、410中的至少一个在电路中的变化之间的转换。如前所述，当子绕组电路在电路中时，相应的子绕组能够被通电并且将其相应的绕组匝数比贡献给期望绕组匝数比（即，有效绕组匝数比）。

相绕组电路400还包括与变换器相关联的相应的半桥405，以便于功率流流向电机和从电机中流出。具体地，半桥可以串联联接到子绕组电路430。相绕组电路401、402中的每一个均包括与变换器相关联的相应的半桥，以便于功率流流向电机和从电机中流出。

图6以图形方式示出了根据本公开的、基于采用图4的相电路400的、在电机的整个运行速度范围内的提升的转矩能力曲线510。纵坐标轴1表示转矩。横坐标轴0表示电驱动装置的运行速度范围。虚线500表示了不采用三个串联联接的子绕组电路410、420、430的实施例的情况下的转矩曲线，其中，当三个子绕组电路410、420、431中的至少一个在电路中时子绕组电路410、420、430基于三个子绕组411、421、431的相应的匝数比的组合可选择性地在七个期望绕组匝数比（即，有效绕组匝数比）之间操作。因此，当相应的子绕组电路在电路中时，该子绕组对期望绕组匝数比做出贡献。竖直虚线21表示第一速度范围限值。竖直虚线22表示第二速度范围限值。竖直虚线23表示第三速度范围限值。竖直虚线24表示第四速度范围限值。竖直虚线25表示第五速度范围限值。竖直虚线26表示第六速度范围限值。竖直虚线27表示第七速度范围限值。

区域507涵盖了与运行模式1相对应的、小于第一速度范围限值的速度范围。区域506涵盖了与运行模式2相对应的、在第一和第二速度范围限值之间的速度范围。区域505涵盖了与运行模式3相对应的、在第二和第三速度范围限值之间的速度范围。区域504涵盖了与运行模式4相对应的、在第三和第四速度范围限值之间的速度范围。区域503涵盖了与运行模式5相对应的、在第四和第五速度范围限值之间的速度范围。区域502涵盖了与运行模式6相对应的、在第五和第六速度范围限值之间的速度范围。区域501涵盖了与运行模式7相对应的、在第五和第六速度范围限值之间的速度范围。

表2以串联联接的子绕组电路410、420、430的检索表的形式来提供，子绕组电路410、420、430具有基于子绕组411、421、431的相应的匝数比的组合的七个期望绕组匝数比，其中所述七个期望绕组匝数比中的每个让三个子绕组电路410、420、430中的至少一个在电路中。七个期望绕组匝数比（即，有效绕组匝数比）中的每个对应于七个运行速度范围或模式中相应的一个。将用数字标注的方框以及与期望绕组匝数比有关的可控开关的相应位置、和相应的运行模式展示如下：

表2

模式

413

412

423

422

433

432

在电路中

1

断开

闭合

断开

闭合

断开

闭合

410、420、430

2

闭合

断开

断开

闭合

断开

闭合

420、430

3

断开

闭合

闭合

断开

断开

闭合

410、430

4

闭合

断开

闭合

断开

断开

闭合

430

5

断开

闭合

断开

闭合

闭合

断开

410、420

6

闭合

断开

断开

闭合

闭合

断开

420

7

断开

闭合

闭合

断开

闭合

断开

410

图3和图5中所示的采用两个和三个串联联接的子绕组电路的实施例并非限制性的，并且仅作为例子来例示电机的多相绕组电路；其中各相绕组电路包括多个串联联接的子绕组电路；各子绕组电路包括：与相应的第一可控开关串联联接的相应的子绕组、以及并联联接在对应的串联联接的子绕组和第一可控开关两端的相应的第二可控开关。因此，所设想的示例性实施例包括：利用可扩缩（scalable）参数来确定与相电路的有效绕组匝数比的期望数量相对应的半桥和双向开关（即，第一和第二双向开关）以及每个相绕组电路的子绕组电路的数量；其中各有效绕组匝数比对应于相应的电机运行速度范围。下面列出的方程式1和2分别表示用于确定电机的运行速度范围或模式的期望数量以及双向开关的数量的可扩缩参数。因此，如果子绕组电路（swc）的数量是已知的则可以得出运行速度范围或模式的数量，或者如果运行速度范围或模式的数量是已知的则可以得出子绕组电路的数量，如以下的方程式1：

模式= 2^（swc）－1                   [1]

如果每相中的子绕组电路（swc）的数量是已知的，则可以得出每个相绕组电路中的可控开关（例如，第一和第二可控开关）的数量，如以下方的程式2：

开关 = 2·swc                         [2]。

所设想的实施例包括与变换器相关联的每个相绕组电路的一个半桥。在一个非限制性示例中，三相绕组电路包括三个半桥。

表3以用于三相电机中的单个相绕组电路的可扩缩参数的检索表的形式来提供，然而可以确定用于任何多相电机的可扩缩参数。子绕组电路的数量并不局限于下面表3中所列出的那些数量。应理解的是，对应于电机速度的期望绕组匝数比（例如，有效绕组匝数比）包括基于子绕组电路数量的期望绕组匝数比的数量。如图所示，可扩缩参数包括子绕组电路的数量、电机的运行模式或速度范围的数量、半桥的数量、和可控开关（例如，第一和第二可控开关）的数量；展示如下：

表3

子绕组电路	运行模式	半桥	可控开关
				2	3	1	4
3	7	1	6
				4	15	1	8

所设想的实施例包括在电机的整个运行范围内操作电机的相电路的方法。在一个非限制性示例中，所述相电路是用于具有以Y构造布置的三相绕组电路的永磁电机的定子相电路。各相绕组电路包括多个串联联接的子绕组电路；各子绕组电路包括与相应的第一可控开关串联联接的相应的子绕组、以及并联联接于对应的串联联接的子绕组和第一可控开关两端的相应的第二可控开关；各子绕组具有相应的绕组匝数比。所述方法包括：监测电机的运行速度并且将监测的电机运行速度与多个速度范围进行比较，其中各速度范围对应于各个相绕组电路的相应的有效绕组匝数比（即，期望绕组匝数比）。基于所述比较来选择各个相绕组电路的有效绕组匝数比。应理解的是，与相应的有效绕组匝数比相对应的各速度范围包括与所选择子绕组的绕组匝数比的相应的组合相对应的各相应的有效绕组匝数比，其中当第一可控开关（即，串联开关）闭合且第二可控开关（即，并联开关）断开时，所选择的子绕组对应于在电路中的相应的子绕组电路。在一个非限制性示例中，根据方程式1和方程式2，当使用两个子绕组电路时与相应的有效绕组匝数比相对应的速度范围的数量为三，当使用三个子绕组电路时该数量为七，当使用四个子绕组电路时该数量为十五。

其它实施例包括与相应的有效绕组匝数比相对应的各速度范围，以便包括将所选择子绕组的绕组匝数比加以组合从而当电机的运行速度增加时产生用于各相绕组电路的有效绕组匝数比的线性渐增。将所选择子绕组的绕组匝数比加以组合包括：当选择了相应的子绕组时，同时地选择性地闭合第一可控开关（即，串联开关）和选择性地断开第二可控开关（即，并联开关）。在一个非限制性示例中，电机从静止状态起动并且加速到最高加速速度会要求电机以线性渐增的方式经过多个速度范围进行转换，其中各速度范围对应于相应的有效绕组匝数比，当相应的子绕组电路在电路中时各有效绕组匝数比具有所选择子绕组的相应组合。

参照图7，其绘出了根据本公开的在整个运行范围内操作多相电机的单个相的流程图。可替代地，该流程图同样适用于任何单相或多相电机。在一个示例性实施例中，流程图600绘出了图2以及与其相关的表1的相绕组电路200在电机整个运行范围内的运行，包括在与相应的有效绕组匝数比相对应的三个运行速度范围或模式中的各范围或模式之间的转换。流程图600同样适用于相绕组电路201、202中的每一个。可进一步理解的是，类似的流程图可以应用于图5的相绕组电路400、401、402，相绕组电路400、401、402具有与相应的运行速度范围或模式相对应的七个有效绕组匝数比（例如，期望绕组匝数比）。

将会理解的是，流程图600绘出了在多个速度范围或模式之间转换的单个相（例如，相绕组电路200）的运行，其中各速度范围或模式对应于相应的有效绕组匝数比（例如，期望绕组匝数比）。在此非限制性示例中，所述多个速度范围或模式等于三个速度范围或模式。在此非限制性示例中，所述多个速度范围或模式等于三个。另外，各有效绕组匝数比对应于所选择子绕组211和/或221的绕组匝数比的相应组合，所选择的子绕组211和/或221对应于当第一可控开关（即，串联开关）212和/或 222闭合且第二可控开关（即，并联开关）213和/或223断开时在电路中的相应的子绕组电路210和/或220。此外，图7中的流程图绘出了将所选择子绕组的绕组匝数比加以组合，从而产生有效绕组匝数比的线性渐增。

以检索表的形式提供表4，其中将用数字标注的方框和相应的功能展示如下：

表4

604	将监测的电机运行速度与第一速度范围限值进行比较。如果结果为由“1”所表示的“是”，则监测的运行速度小于第一速度范围限值并且进入判定框606。如果结果为由“0”所表示的“否”，则监测的运行速度至少为第一速度范围限值并且进入判定框622。
		606	判断所选择的有效绕组匝数比是否对应于模式2或模式3中的一种。如果结果为由“1”所表示的“是”，则流程图进入方框608。如果结果为由“0”所表示的“否”，则流程图进入方框620。
608	在进入方框610之前，监测相绕组电路（例如，200）中的同相电流，直到该同相电流大致为零。
		610	从与模式2或模式3中的一种模式相对应的所选择有效绕组匝数比相应的所选择子绕组的绕组匝数比的组合向与模式1相对应的有效绕组匝数比相应的所选择子绕组的组合转换，并让开关213、212、223和222分别设定在断开、闭合、断开和闭合位置。进入方框620。
620	基于与模式1相对应的有效绕组匝数比来操作相绕组电路。返回到方框604。
		622	将监测的电机运行速度与第二速度范围限值进行比较。如果结果为由“1”所表示的“是”，则监测的运行速度小于第二速度范围限值并且进入判定框624。如果结果为由“0”所表示的“否”，则监测的运行速度至少为第二速度范围限值并且进入判定框632。
624	判断所选择的有效绕组匝数比是否对应于模式1或3中的一种模式。如果结果为由“1”所表示的“是”，则流程图进入方框626。如果结果为由“0”所表示的“否”，则流程图进入方框630。

  

626	在进入方框628之前，监测相绕组电路（例如，200）中的同相电流，直到该同相电流大致为零。
		628	从与模式1或模式3中的一种模式相对应的所选择有效绕组匝数比相应的所选择子绕组的绕组匝数比的组合向与模式2相对应的有效绕组匝数比相应的所选择子绕组的组合转换，并让开关213、212、223和222分别设定在闭合、断开、断开和闭合位置。进入方框630。
630	基于与模式2相对应的有效绕组匝数比来操作相绕组电路。返回到方框604。
		632	判断所选择的有效绕组匝数比是否对应于模式1或模式2中的一种。如果结果为由“1”所表示的“是”，则流程图进入方框634。如果结果为由“0”所表示的“否”，则流程图进入方框638。
634	在进入方框636之前，监测相绕组电路（例如，200）中的同相电流，直到该同相电流大致为零。

  

636	从与模式1或2中的一种模式相对应的所选择有效绕组匝数比相应的所选择子绕组的绕组匝数比的组合向模式3相对应的有效绕组匝数比相应的所选择子绕组的组合转换，并让开关213、212、223和222分别设定在断开、闭合、闭合和断开位置。进入方框638。
		638	基于与模式3相对应的有效绕组匝数比来操作相绕组电路。返回到方框604。

参照方框602，开始电机的运行。电机从静止状态的起动总是始于方框604。所选择的子绕组211和211的绕组匝数比的相应组合具有与模式1（例如，图4中的301）相对应的相应的有效绕组匝数比。所选择的子绕组211和221包括分别设定在断开、闭合、断开、闭合位置的可控开关213、212、223、222。因此，应理解的是，电机正在低速范围内运行。

参照判定框604，将监测的电机运行速度与第一速度范围限值进行比较。在电机的持续运行期间，除了在电机从静止状态起动的情况（即，方框602）下，流程图总是周期地在判定框604中开始分析。在图4中由竖直虚线10表示第一速度范围限值。如果结果为由“1”所表示的“是”，则监测的电机运行速度小于第一速度范围限值并且进入判定框606。因此，电机正在与模式1相对应的速度范围内运行。如果结果为由“0”所表示的“否”，则监测的电机运行速度至少为第一速度范围限值，并且进入判定框622。因此，电机正在与模式2或模式3中的一种模式相对应的速度范围内运行。因此，可以随后基于判定框622中的比较来将相绕组电路的有效绕组匝数比选择成与模式2或模式3（即，分别为中速范围和高速范围）中的一种模式相对应，下面将更详细地描述。

参照判定框606，判断所选择的有效绕组匝数比是否对应于模式2或模式3中的一种模式。如果结果为由“1”表示的“是”，则流程图进入方框608，因为必须发生从与模式2或模式3中的一种模式相对应的所选择有效绕组匝数比向与模式1相对应的有效绕组匝数比的转换，这是因为所监测的电机运行速度不在与模式2或模式3中的一种模式相对应的所选择有效绕组匝数比的对应的速度范围内，而是在与模式1相对应的速度范围内。如果结果为由“0”所表示的“否”，则流程图进入方框620，因为判断出所选择的有效绕组匝数比已对应于模式1。因此，当监测的电机运行速度仍然保持在与模式1相对应的速度范围内时，维持与模式1相对应的所选择的有效绕组匝数比。

参照方框608，监测相绕组电路中的同相电流。当监测的同相电流大致为零时，流程图进入方框610。

参照方框610，进行从与模式2或模式3中的一种模式相对应的所选择有效绕组匝数比相应的所选择子绕组的绕组匝数比的组合向与模式1相对应的有效绕组匝数比相应的所选择子绕组的组合的转换，这是因为监测的电机运行速度范围不在与所选择有效绕组匝数比（例如，模式2或模式3中的一种模式）相对应的速度范围内。所选择的子绕组211和221（即，子绕组电路210、220在电路中）包括分别设定在断开、闭合、断开、闭合位置的可控开关213、212、223、222。因此，当子绕组电路210和220在电路中时，子绕组211和221的绕组匝数比贡献给与模式1相对应的相绕组电路200的有效绕组匝数比。在该转换或者维持所选择的有效绕组匝数比之后，如果判定框606的结果为由“0”表示的“否”，则由半桥205和相关联的变换器向电机提供动力，其中流程图返回到判定框604。另外，将此配置还示于表1。

参照判定框622，将监测的电机运行速度与第二速度范围限值进行比较。在图4中由竖直虚线12表示第二速度范围限值。如果结果为由“1”所表示的“是”，则监测的电机运行速度小于第二速度范围限值并且进入判定框624。应理解的是，监测的电机运行速度也至少为第一速度范围限值，如判定框604所表示地。因此，电机正在与模式2相对应的速度范围内运行。如果结果为由“0”表示的“否”，则监测的电机运行速度至少为第二速度范围限值并且进入判定框632。因此，电机正在与模式3相对应的速度范围内运行。因此，可以随后基于判定框604和622中的比较将相绕组电路的有效绕组匝数比选择为对应于模式3（高速范围），下面将更详细描述。

参照判定框624，判断所选择有效绕组匝数比是否对应于模式1或模式3中的一种模式。如果结果为由“1”所表示的“是”，则流程图进入方框626，因为必须发生从与模式1或模式3中的一种模式相对应的所选择有效绕组匝数比向与模式2相对应的有效绕组匝数比的转换，这是因为监测的电机运行速度不在与模式1或模式3中的一种模式相对应的所选择有效绕组匝数的对应的速度范围内，而是在与模式2相对应的速度范围内。如果结果为由“0”所表示的“否”，则流程图进入方框630，因为判断出所选择有效绕组匝数比已对应于模式2。因此，当监测的电机运行速度仍然保持在与模式2相对应的速度范围内时，维持与模式2相对应的所选择的有效绕组匝数比。

参照方框626，监测相绕组电路中的同相电流。当监测的同相电流大致为零时，流程图进入方框628。

参照方框628，进行从与模式1或模式3中的一种模式相对应的所选择有效绕组匝数比相应的所选择子绕组的绕组匝数比的组合向与模式2相对应的有效绕组匝数比相应的所选择子绕组的组合的转换，这是因为监测的电机运行速度不在与所选择有效绕组匝数比（例如，模式1或模式3）相对应的速度范围内。所选择的子绕组221（即，子绕组电路220在电路中）包括分别设定在闭合、断开、断开和闭合位置的可控开关213、212、223、222。进入方框630。因此，当子绕组电路220在电路中时，子绕组221的绕组匝数比贡献给与模式2相对应的相绕组电路200的有效绕组匝数比。在该转换或者维持所选择的有效绕组匝数比之后，如果判定框624 的结果是由“0”所表示的“否”，则利用半桥205和相关联的变换器给电机提供动力，其中流程图返回到判定框604。另外，还将此配置示于表1。

参照判定框632，判定框622已判断监测的电机运行速度至少为第二速度范围限值，由“0”表示。判定框632判断所选择的有效绕组匝数比是否对应于模式1或模式2中的一种模式。如果结果为由“1”表示的“是”，则流程图进入方框634，因为必须发生从与模式1或模式2中的一种模式相对应的所选择有效绕组匝数比向与模式3相对应的有效绕组匝数比的转换，这是因为监测的电机运行速度不在与模式1或模式2中的一种模式相对应的所选择有效绕组匝数比的对应的速度范围内，而是在与模式3相对应的速度范围内。如果结果为由“0”表示的“否”，则流程图进入方框638，因为判断出所选择的有效绕组匝数比已对应于模式3。因此，当监测的电机运行速度仍然保持在与模式3相对应的速度范围内时，维持与模式3相对应的所选择的有效绕组匝数比。

参照方框634，监测相绕组电路中的同相电流。当监测的同相电流大致为零时，流程图进入方框636。

参照方框636，进行从与模式1或模式2中的一种模式相对应的所选择有效绕组匝数比相应的所选择子绕组的绕组匝数比的组合向与模式3相对应的有效绕组匝数比相应的所选择子绕组的组合的转换，这是因为所监测的电机运行速度不在与所选择有效绕组匝数比（例如，模式1或模式2中的一种模式）相对应的速度范围内。所选择的子绕组211（即，子绕组电路 210在电路中）包括分别设定在断开、闭合、闭合和断开位置的可控开关213、212、223、222。进入方框638。因此，当子绕组电路210在电路中时，子绕组211的绕组匝数比贡献给与模式3相对应的相绕组电路200的有效绕组匝数比。在该转换或者维持所选择的有效绕组匝数比之后，如果判定框632的结果为由“0”表示的“否”，则由半桥205和相关联的变换器给电机提供动力，其中流程图返回到判定框604。另外，还将此配置示于表1。

应理解的是，图7中所示的流程图600对应于图3中所示的相绕组电路200，相绕组电路200包括能够实现三个有效绕组匝数比（即，期望绕组匝数比）的两个子绕组电路210、220。同样地，此流程图可应用于相绕组电路201、202，其中当经过每个相绕组电路的同相电流大致为零时，在各相绕组电路200、201、202中进行所有转换（切换）。同样，此流程图600可以应用于任何多相电机。类似地，图7中所示流程图600可以适于操作图5中所示的相绕组电路，所述相绕组电路包括能够实现七个有效绕组匝数比（即，期望绕组匝数比）的三个子绕组电路410、420、430。此外，图7中绘出的流程图600可以适于操作相绕组电路，从而应用方程式1基于子绕组电路的数量而获得任意数量的期望的或有效的绕组匝数比。

参照图8，示例性模拟数据绘出了根据一个示例性实施例的在各运行速度范围或模式之间进行转换期间相应子绕组电路的第二可控开关（即，并联开关）13、12的位置。在一个非限制性示例中，第二可控开关13、12分别对应于图3中所示相绕组电路200的第二可控开关213、223。如前所述，子绕组电路也可以包括第一可控开关，用于协助管理在电机的各运行速度范围之间转换期间从电路中转换到电路外的多个串联联接的子绕组电路中的环流。由于由转换期间感应出的大电压所造成的转矩扰动，仅使用第二可控开关（即，并联开关）对于管理环流可能是令人厌烦的。因此，如果在相应的子绕组电路中使用串联开关（即，第一可控开关），那么串联开关将总是处于与相应的第二可控开关13或12的位置不同的位置。当相应子绕组电路内的第二可控开关切换到断开位置或闭合位置中的一种位置时，相应子绕组电路内的第一可控开关同时地切换到断开或闭合位置中的另一位置。

各第二可控开关12、13的纵坐标轴表示位置（即，断开位置或闭合位置）。“0”对应于断开位置。“1”对应于闭合位置。由1表示的横坐标轴对应于时间（以秒为单位）。竖直虚线29左侧的区域表示了第一速度范围或模式。在一个非限制性示例中，第一速度范围或模式对应于图4中的涵盖低速范围的区域301。竖直虚线29与竖直虚线31之间的区域表示了第二速度范围或模式。在一个非限制性示例中，第二速度范围或模式对应于图4中涵盖中速范围的区域302。竖直虚线31与竖直虚线33之间的区域表示了第三速度范围或模式。在一个非限制性示例中，第三速度范围或模式对应于图4中涵盖高速范围的区域303。竖直虚线33与竖直虚线35之间的区域表示了第二速度范围或模式。竖直虚线35右侧的区域表示第一速度范围或模式。换句话说，各竖直虚线29、31、33和35表示了到不同的速度范围或模式的转换，其中如有需要，则在可控开关13、12中的至少一个中进行切换。应理解的是，所述切换将两个子绕组电路中的至少一个子绕组电路置于电路中，从而产生与电机的运行速度范围或模式相对应的相绕组电路的期望绕组匝数比。此外，当相绕组电路中的同相电流大致为零时，发生在各竖直虚线29、31、33和35处的转换，因此当各相应的相绕组电路中的同相电流大致为零时，在多相电机的其它相绕组电路中以相同的方式进行转换。

参照图9，图中给出了分别绘出了三相电机中的同相电流800、以及多相电机的单个相绕组电路的第一和第二子绕组电路电流810、820的示例性模拟数据。在一个非限制性示例中，电机三相电流800对应于图3中所示的各相绕组电路200、201、202中的电流。在一个非限制性示例中，第一和第二子绕组电路电流810、820分别对应于图3中所示相绕组电路200的子绕组电路210、220中的电流。竖直虚线37左侧的区域表示第一速度范围或模式。在一个非限制性示例中，第一速度范围或模式对应于图4中涵盖低速度范围的区域301。竖直虚线37和竖直虚线39之间的区域表示第二速度范围或模式。在一个非限制性示例中，第二速度范围或模式对应于图4涵盖中速范围的区域302。竖直虚线39和竖直虚线41之间的区域表示第三速度范围或模式。在一个非限制性示例中，第三速度范围或模式对应于图4中涵盖高速范围的区域303。竖直虚线41和竖直虚线43之间的区域表示了第二速度范围或模式。竖直虚线43右侧的区域表示第一速度范围或模式。

图10和图11根据本公开示出了这样的示例性模拟数据，其绘出了根据本公开的三相电机中的同相电流以及在电机的运行速度范围或模式之间进行转换的点，其中各相绕组电路使用两个子绕组电路。图10绘出了从中速范围向高速范围的转换。在一个非限制性示例中，从中速范围向高速范围的转换对应于在图4中所示的竖直虚线12处进行的在区域302和303之间的转换。从中速范围向高速范围的转换要求相应的子绕组电路（例如，子绕组电路210）的第二可控开关（例如，第二可控开关213）从闭合位置切换到断开位置，并且相应的子绕组电路（例如，子绕组电路220）的第二可控开关（例如，第二可控开关223）从断开位置切换到闭合位置。当经过各个相绕组电路的同相电流分别在点900、901、902处大致为零时，在所述三个相绕组电路的各个相绕组电路中进行此转换。应理解的是，如果相应的子绕组电路使用第一可控开关，则第一可控开关从不处于与相应的第二可控开关的位置相同的位置。

图11绘出了从高速范围向中速范围的转换。在一个非限制性示例中，从高速度范围向中速范围的转换对应于在图4中所示竖直虚线12处进行的在区域303和302之间的转换。从高速范围向中速范围的转换要求相应子绕组电路（例如，子绕组电路210）的第二可控开关（例如，第二可控开关213）从断开位置切换到闭合位置，并且相应子绕组电路（例如，子绕组电路220）的第二可控开关（例如，第二可控开关223）从闭合位置切换到断开位置。当经过各相绕组电路的同相电流分别在点1000、1001、1002处大致为零时，在所述三个相绕组电路的各个相绕组电路中进行此转换。应理解的是，如果相应的子绕组电路使用第一可控开关，则第一可控开关从不处于与相应的第二可控开关的位置相同的位置。

本公开已描述了某些优选实施例及其修改。其他人在阅读并理解本说明书之后可做出其它修改和变更。因此，要理解的是，本公开不局限于作为用于实施本公开所设想的最佳方式公开的具体实施例，而是本公开将包括落在所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (13)

1.一种用于电机的定子相电路，包括：

相绕组电路，所述相绕组电路包括多个串联联接的子绕组电路，各子绕组电路包括并联联接于相应的第一可控开关两端的相应的子绕组，和与每个相应的子绕组串联联接的相应的第二可控开关，其中，相应的第一可控开关并联联接在对应的串联联接的子绕组和第二可控开关两端。

2.如权利要求1所述的定子相电路，其中，所述第一可控开关和所述第二可控开关是能够在断开状态和闭合状态下操作的双向开关，并且其中，各子绕组电路的相应的第一可控开关和第二可控开关从不同时处于断开状态和闭合状态。

3.如权利要求1所述的定子相电路，其中，所述相绕组电路包括串联联接的两个子绕组电路，所述相绕组电路基于所述两个子绕组电路的相应子绕组的相应组合来提供三个有效绕组匝数。

4.如权利要求3所述的定子相电路，其中，基于所述两个子绕组电路的相应子绕组的相应组合具有三个有效绕组匝数的所述相绕组电路包括：所述三个有效绕组匝数中的每个有效绕组匝数让所述两个子绕组电路中的至少一个子绕组电路在电路中。

5.如权利要求1所述的定子相电路，其中，所述相绕组电路包括串联联接的三个子绕组电路，所述相绕组电路基于所述三个子绕组电路的相应子绕组的相应组合来提供七个有效绕组匝数。

6.如权利要求5所述的定子相电路，其中，基于所述三个子绕组电路的相应子绕组的相应组合具有七个有效绕组匝数的所述相绕组电路包括：所述七个有效绕组匝数中的每个有效绕组匝数让所述三个子绕组电路中的至少一个子绕组电路在电路中。

7.一种用于电机的多相绕组电路，包括：

多个相绕组电路，各相应的相绕组电路包括多个串联联接的子绕组电路，各相应的子绕组电路包括与子绕组串联联接的第一可控开关以及并联联接于对应的串联联接的第一可控开关和子绕组两端的第二可控开关，其中，所述第一可控开关和所述第二可控开关是能够在断开状态和闭合状态下操作的双向开关，并且其中，各子绕组电路的相应的第一可控开关和第二可控开关从不同时处于断开状态和闭合状态。

8.如权利要求7所述的多相绕组电路，其中，所述电机包括感应电机、永磁电机和绕线转子同步电机中的一种电机。

9.如权利要求7所述的多相绕组电路，其中，各相应的相绕组电路的各子绕组包括不同于所述相应的相绕组电路中各个其它子绕组的相应的绕组匝数。

10.如权利要求9所述的多相绕组电路，其中，所述相应的绕组匝数能够选择性地组合，从而产生针对各个相绕组电路的线性渐增的有效绕组匝数。

11.对电机进行操作的方法，所述电机包括了具有多个串联联接的子绕组电路的相绕组电路，各相应的子绕组电路包括与子绕组串联联接的第一可控开关、以及并联联接于对应的串联联接的第一可控开关和子绕组两端的第二可控开关，所述方法包括：

为包括所述子绕组中的至少一个子绕组的串联组合的所述相绕组电路选择有效绕组匝数；以及

对所述相绕组电路的各开关加以控制，从而提供所述有效绕组匝数。

12.如权利要求11所述的方法，其中，选择所述有效绕组匝数包括：

监测电动机速度；以及

基于所述电动机速度来选择所述有效绕组匝数。

13.如权利要求11所述的方法，其中，控制所述相绕组电路的各开关包括：

当经过所述相绕组电路的同相电流为零时，切换所述相绕组电路的各开关。