CN217183207U - 一种四分段绕组电机切换*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种四分段绕组电机切换***，包括电机控制器、定子绕组、切换电路和吸收电路；所述电机控制器通过三相线与定子绕组连接，所述定子绕组的每相包括四个部分，分别为第一绕组部、第二绕组部、第三绕组部和第四绕组部，每个绕组部通过切换电路相连接，所述吸收电路分别与每一路切换电路连接；本实用新型中电机存在四段绕组，通过四段绕组的切换，可实现四档变速箱的效果，比两档变速性能提升。本实用新型中切换级数多，切换过程中冲击小，连贯性更好，同时对***内的各项器件伤害更小，可以有效的延长装置的使用寿命。

Description

一种四分段绕组电机切换***

技术领域

本实用新型涉及涉及三相电机技术领域，尤其是一种四分段绕组电机切换***。

背景技术

对电动汽车来说，在不同工况下，对驱动电机***的性能要求是不同的。

当汽车从零速/低速开始加速时，或者处于斜坡上起动等情况下，这时候车速或电机转速都比较低，但需要大转矩以克服摩擦力或者车自身重力的分量。电机转矩与磁通密度成正比，因此需要高磁通密度。

在高速巡航时，***通常对转矩要求不高，但为了使汽车驱动电机更高效率运作，希望降低磁通密度。在高速区域中，铁损占比高，而铁损基本与磁通密度的平方成正比。因此，磁通密度越低，铁损越低。另外，如果电机为永磁电机，由永磁体的磁通量产生的反电动势(电压)还会随着转速增加而增加。而车上电池电压水平有限，当该反电动势达到逆变器能够施加给电机的电压以上时，电机中电流就无法再通过，转速即不能再上升。因此，为了提高最高速度，也降低磁通密度以抑制反电动势——对此，通常使用弱磁控制技术来产生与永磁体磁通量相反方向的磁通，从而减小反电动势，提高转速。但是，为了产生相反方向的磁通量，必须使电流流过定子绕组，这同样会增加损耗，还会增加永磁体退磁的风险。因此弱磁的范围也不宜过宽。

也就是说，在低速区域和高速区域要求的转矩大小、磁通量密度是不同的。

现有技术中，专利CN 201310041277.4提出了一种在高、低速时切换绕组的技术。定子的线圈分为两部分，低速旋转时电流在全部圈线内通过，而高速旋转时则在部分线圈内通过。但其技术中使用全控器件IGBT，成本较高且可能在主动关断过程中产生过电压，损伤绕组绝缘和IGBT管；其切换电路中的RC 缓冲电路一方面增加了***的复杂性，另一方面电容往往体积较大，且电容本身也比较脆弱，在过压冲击下有故障风险。

专利CN 201510508099.0及CN 2016100899171.1也提出了通过绕组切换实现高低速控制的切换装置及方法，但都需要提供单独的直流电源或独立的逆变主电路，增加了***设计的复杂性及控制复杂性，不利于将切换装置集成在电机内部。

目前主流电机驱动厂家为解决高速及低速大转矩的需求，多推出双电机的方案，即大小额定功率的电机搭配使用，通过联动轴将两个电机连接在一起，分别在不同的情况下控制使用不同的电机，该方法采用两个电机，且机械结构复杂，成本较高。

目前针对分段绕组电机及切换电路的专利主要围绕两分段电机开展，尚未有针对两分段及以上绕组电机的切换研究专利。

实用新型内容

本实用新型目的在于：针对上述问题，提供一种四分段绕组电机切换***，解决了现有技术中存在的各类的问题。

本实用新型是通过下述方案来实现的：

一种四分段绕组电机切换***，包括电机控制器、定子绕组、切换电路和吸收电路；所述电机控制器通过三相线与定子绕组连接，所述定子绕组的每相包括四个部分，分别为第一绕组部、第二绕组部、第三绕组部和第四绕组部，每个绕组部通过切换电路相连接，所述吸收电路分别与每一路切换电路连接。

基于上述一种四分段绕组电机切换***，所述切换电路包括二极管半桥线路、可控开关半桥线路、第一线路和第二线路；所述二极管半桥线路设置为2 条，可控开关半桥线路设置为一条；两条二极管半桥线路和可控开关半桥线路分别与第一线路和第二线路并联设置。

基于上述一种四分段绕组电机切换***，所述二极管半桥线路包括2个二极管，两个二极管串联设置，且两个二极管的方向相同；所述可控开关半桥线路包括2个可控开关，两个可控开关串联设置。

基于上述一种四分段绕组电机切换***，所述第一线路和第二线路上分别设置有导向二极管，第一线路上的导向二极管和第二线路上的导向二极管方向相同。

基于上述一种四分段绕组电机切换***，所述第一绕组部、第二绕组部、第三绕组部、第四绕组部分别通过切换电路连接在一起，四段绕组连接的切换电路结构相同。

基于上述一种四分段绕组电机切换***，所述吸收电路包括吸收电阻和吸收电容，所述吸收电容和吸收电阻串联设置，吸收电路整体与各个绕组部的切换电路连接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中电机存在四段绕组，通过四段绕组的切换，可实现四档变速箱的效果，比两档变速性能提升。

2、本实用新型中切换级数多，切换过程中冲击小，连贯性更好，同时对***内的各项器件伤害更小，可以有效的延长装置的使用寿命。

3、本实用新型中多段绕组切换共用缓冲电路，降低成本及体积。

4、本实用新型中根据***需要的调速范围计算绕组的匝比，可以使每种工作模式下的弱磁程度尽量浅，使弱磁控制更容易。

附图说明

图1是本实用新型电机绕组切换装置示意图；

图2是本实用新型中四分段绕组电机机械特性曲线；

图3是本实用新型中切换转速回差设置示意图；

附图说明：1、电机控制器；2、定子绕组；3、切换电路；4、吸收电路； 21、第一绕组部；22、第二绕组部；23、第三绕组部；24、第四绕组部；31、二极管半桥线路；32、可控开关半桥线路；33、第一线路；34、第二线路； 35、导向二极管；41、吸收电阻；42、吸收电容。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”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设备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。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。

实施例1

如图1～3所示，一种四分段绕组电机切换***，包括电机控制器1、定子绕组2、切换电路3和吸收电路4；所述电机控制器1通过三相线与定子绕组2 连接，所述定子绕组2的每相包括四个部分，分别为第一绕组部21、第二绕组部22、第三绕组部23和第四绕组部24，每个绕组部通过切换电路3相连接，所述吸收电路4分别与每一路切换电路3连接；

所述切换电路3包括二极管半桥线路31、可控开关半桥线路32、第一线路33和第二线路34；所述二极管半桥线路31设置为2条，可控开关半桥线路 32设置为一条；两条二极管半桥线路31和可控开关半桥线路32分别与第一线路33和第二线路34并联设置；

所述二极管半桥线路31包括2个二极管，两个二极管串联设置，且两个二极管的方向相同；

所述可控开关半桥线路32包括2个可控开关，两个可控开关串联设置；

所述第一线路33和第二线路34上分别设置有导向二极管35，第一线路33上的导向二极管35和第二线路34上的导向二极管35方向相同，通过第一线路33和第二线路34上的导向二极管35可以保证电流的单向性，在出现异常情况时，防止电流对其他部件造成破坏。

第一绕组部21、第二绕组部22、第三绕组部23和第四绕组部24的中性点均不直接相连，而分别通过切换电路3连接在一起，四段绕组连接的半导体切换电路3结构相同；

所述第一绕组部21的匝数为W1，第一绕组部21三相绕组分别记作A1、 B1和C1；第一绕组部21的C1相和B1相分别与二极管半桥线路31连接，且 C1相和B1相分别与其所连接二极管半桥线路31的接线点，位于二极管半桥线路31中2个二极管的连接处；

第一绕组部21的A1相与可控开关半桥线路32连接，且A1相与可控开关半桥线路32的连接点，位于可控开关半桥线路32连接中两个可控开关半的连接处；

第一绕组连接切换电路3的第一线路33和第二线路34分别与与吸收电路 4连接；

所述第二绕组部22的匝数为W2，第二绕组部22三相绕组分别记作A2、 B2和C2；第二绕组部22的C2相和B2相分别与二极管半桥线路31连接，且 C2相和B2相分别与其所连接二极管半桥线路31的接线点，位于二极管半桥线路31中2个二极管的连接处；

第二绕组部22的A2相与可控开关半桥线路32连接，且A2相与可控开关半桥线路32的连接点，位于可控开关半桥线路32连接中两个可控开关半的连接处；

第二绕组连接切换电路3的第一线路33和第二线路34分别与与吸收电路 4连接；

所述第三绕组部23的匝数为W3，第三绕组部23三相绕组分别记作A3、 B3和C3；第三绕组部23的C3相和B3相分别与二极管半桥线路31连接，且C3相和B3相分别与其所连接二极管半桥线路31的接线点，位于二极管半桥线路31中2个二极管的连接处；

第三绕组部23的A3相与可控开关半桥线路32连接，且A3相与可控开关半桥线路32的连接点，位于可控开关半桥线路32连接中两个可控开关半的连接处；

第三绕组连接切换电路3的第一线路33和第二线路34分别与与吸收电路 4连接；

所述第四绕组部24的匝数为W4，第四绕组部24三相绕组分别记作A4、 B4和C4；第四绕组部24的C4相和B4相分别与二极管半桥线路31连接，且 C4相和B4相分别与其所连接二极管半桥线路31的接线点，位于二极管半桥线路31中2个二极管的连接处；

第四绕组部24的A4相与可控开关半桥线路32连接，且A4相与可控开关半桥线路32的连接点，位于可控开关半桥线路32连接中两个可控开关半的连接处；

第四绕组连接切换电路3的第一线路33和第二线路34分别与与吸收电路 4连接；

所述吸收电路4包括吸收电阻41和吸收电容42，所述吸收电容42和吸收电阻41串联设置，吸收电路4整体与各个绕组的切换电路3连接；吸收电容 42用于在半导体开关关断时吸收其关断尖峰及绕组残余能量，避免造成损坏。

四个绕组的切换电路3与吸收电路4一起组成整体绕组切换装置，其中的可控开关半导体器件为IGBT或MOSFET，或新型宽禁带器件如SiC、GaN器件等。

实施例2

基于上述实施例1，本方案提供一种四分段绕组电机切换***的切换方法，其具体切换方法具体如下，

电机运行转速由最低速度向最高速度切换时：

当电机运行于低速区间时，电机控制器1在给主逆变电路发PWM工作信号的同时，发出开通信号给第四绕组部24后端连接的体切换电路3，从而将 A4、B4、C4绕组的下部端点短接；此时，所有的绕组部都参加工作，每相匝数为W1+W2+W3+W4，产生大转矩，最大转矩可达T1；

随着电机运行转速升高至n2，电机控制器1给第四绕组部24后端切换电路3关断信号，给第三绕组部23与第四绕组部24之间切换电路3开通信号，此时前三段绕组参与工作，最后第四绕组部24被断开，每相匝数为 W1+W2+W3，最大转矩降低为T2，最高转速提高；

随着电机运行转速进一步提高至n3，电机控制器1关断第三绕组部23与第四绕组部24之间切换电路3，打开第二绕组部22与第三绕组部23之间切换电路3，此时两段绕组参与工作，后两段绕组被断开，每相匝数为W1+W2，最大转矩进一步降低为T3，最高转速进一步提高；

在电机运行的最高速区间n4以上，电机控制器1关断第二绕组部22与第三绕组部23之间切换电路3，打开第一绕组部21与第二绕组部22之间切换电路3，此时只有一段绕组参与工作，后三段绕组被断开，每相匝数为W1，电机可出的最大转矩降到最低为T4，最高转速提到最高。

在电机运行转速由最高速向下降低时，绕组切换过程相反。

即电机运行转速由最高速度向最低速度切换时：

在电机运行的最高速区间n4以上，电机控制器1关断第二绕组部22与第三绕组部23之间切换电路3，打开第一绕组部21与第二绕组部22之间切换电路3，此时只有一段绕组参与工作，后三段绕组被断开，每相匝数为W1，电机可出的最大转矩降到最低为T4，此时转速为最高转速；

随着电机运行转速进一步减低至n3，电机控制器1关断第三绕组部23与第四绕组部24之间切换电路3，打开第二绕组部22与第三绕组部23之间切换电路3，此时两段绕组参与工作，后两段绕组被断开，每相匝数为W1+W2，最大转矩进一步降低为T3，最高转速进一步减低；

随着电机运行转速降低至n2，电机控制器1给第四绕组部24后端切换电路3关断信号，给第三绕组部23与第四绕组部24之间切换电路3开通信号，此时前三段绕组参与工作，最后第四绕组部24被断开，每相匝数为 W1+W2+W3，最大转矩降低为T2，最高转速进一步减低；

当电机运行于低速区间时，电机控制器1在给主逆变电路发PWM工作信号的同时，发出开通信号给第四绕组部24后端连接的体切换电路3，从而将 A4、B4、C4绕组的下部端点短接；此时，所有的绕组部都参加工作，每相匝数为W1+W2+W3+W4，产生大转矩，最大转矩可达T1；

在切换过程中，为防止频繁切换，n2、n3、n4转速点均可设置一定的切换转速过渡段△n，在转速超过(n2或n3或n4)+△n时向上切换，在转速低于 (n2或n3或n4)－△n时向下切换。

即通过设置一个缓冲端，可以减少切换的次数，通常△n为当前转速值的 5％；

通过本方案，所述体切换电路3通过电机控制器1控制开通及关断，一组切换电路3只需要一个开通或关断电平信号，控制简单。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种四分段绕组电机切换***，其特征在于：包括电机控制器、定子绕组、切换电路和吸收电路；所述电机控制器通过三相线与定子绕组连接，所述定子绕组的每相包括四个部分，分别为第一绕组部、第二绕组部、第三绕组部和第四绕组部，每个绕组部通过切换电路相连接，所述吸收电路分别与每一路切换电路连接。

2.如权利要求1所述的一种四分段绕组电机切换***，其特征在于：所述切换电路包括二极管半桥线路、可控开关半桥线路、第一线路和第二线路；所述二极管半桥线路设置为2条，可控开关半桥线路设置为一条；两条二极管半桥线路和可控开关半桥线路分别与第一线路和第二线路并联设置。

3.如权利要求2所述的一种四分段绕组电机切换***，其特征在于：所述二极管半桥线路包括2个二极管，两个二极管串联设置，且两个二极管的方向相同；所述可控开关半桥线路包括2个可控开关，两个可控开关串联设置。

4.如权利要求3所述的一种四分段绕组电机切换***，其特征在于：所述第一线路和第二线路上分别设置有导向二极管，第一线路上的导向二极管和第二线路上的导向二极管方向相同。

5.如权利要求4所述的一种四分段绕组电机切换***，其特征在于：所述第一绕组部、第二绕组部、第三绕组部、第四绕组部分别通过切换电路连接在一起，四段绕组连接的切换电路结构相同。

6.如权利要求5所述的一种四分段绕组电机切换***，其特征在于：所述吸收电路包括吸收电阻和吸收电容，所述吸收电容和吸收电阻串联设置，吸收电路整体与各个绕组部的切换电路连接。

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