一種永磁電機(jī)繞組切換電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及永磁電機(jī)電子電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種永磁電機(jī)繞組切換電 路。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁電機(jī)相比現(xiàn)有其他的電機(jī)種類具有最高的效率和功率密度（轉(zhuǎn)矩密度），故 永磁電機(jī)系統(tǒng)已成為我國電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的戰(zhàn)略發(fā)展方向。然而，由于永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁 場恒定不可調(diào)，受變頻器電壓限制，永磁電機(jī)的恒功率調(diào)速范圍窄，很難適應(yīng)電動(dòng)汽車高速 恒功率運(yùn)行的要求。
[0003] 現(xiàn)有的電動(dòng)汽車永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般采用弱磁和電壓抬升的方法實(shí)現(xiàn)電機(jī)的 恒功率運(yùn)行。但是，弱磁使得永磁體失磁的風(fēng)險(xiǎn)大大增加，電機(jī)的恒功率范圍受到限制；電 壓抬升的方法采用Boost變換器將變頻器直流母線電壓抬高，從而適應(yīng)隨電機(jī)轉(zhuǎn)速升高的 反電勢，但該種方法大大增加了系統(tǒng)的成本，降低了系統(tǒng)的效率。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 針對上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種永磁電機(jī)繞組切換電路，將 該電路應(yīng)用于電動(dòng)汽車的永磁電機(jī)系統(tǒng)中，將永磁電機(jī)每相繞組的多個(gè)支路繞組單元進(jìn)行 組合連接，實(shí)現(xiàn)了永磁電機(jī)寬范圍的調(diào)速要求，滿足電動(dòng)汽車不同運(yùn)行工況的需要。
[0005] 為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用W下技術(shù)方案：
[0006] 一種永磁電機(jī)繞組切換電路，所述永磁電機(jī)每相繞組包括N個(gè)繞組單元，N為大于 等于2的正整數(shù)，所述永磁電機(jī)繞組切換電路包括；永磁電機(jī)每相繞組的N個(gè)繞組單元之間 設(shè)置的N-1組切換電路，每組切換電路包括S個(gè)開關(guān)電路，其中，第N-1組切換電路中，第一 開關(guān)電路設(shè)置于第一繞組單元首端與第N繞組單元首端之間，第二開關(guān)電路設(shè)置于第N-1 繞組單元尾端與第N繞組單元首端之間，第=開關(guān)電路設(shè)置于第一繞組單元尾端與第N繞 組單元尾端之間。
[0007] 特別地，所述開關(guān)電路由二個(gè)Mosfet開關(guān)反向串聯(lián)組成。
[000引特別地，所述Mosfet開關(guān)器件采用GaNMosfet開關(guān)。
[0009] 特別地，所述Mosfet開關(guān)器件采用SiCMosfet開關(guān)。
[0010] 本實(shí)用新型提出的永磁電機(jī)繞組切換電路應(yīng)用于電動(dòng)汽車的永磁電機(jī)系統(tǒng)中，通 過在永磁電機(jī)每相繞組的繞組單元之間設(shè)置開關(guān)電路，將永磁電機(jī)每相繞組的多個(gè)支路繞 組單元進(jìn)行組合連接，相當(dāng)于為電動(dòng)汽車增加了一套有級的變速裝置，在不增加永磁電機(jī) 大小和重量的情況下，提高了永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍，大大拓寬了電動(dòng)汽車的高速范圍。同 時(shí)，電機(jī)的永磁體不會(huì)有因?yàn)槿醮哦a(chǎn)生的失磁風(fēng)險(xiǎn)。并且，本電路具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、 性能好的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本實(shí)用新型永磁電機(jī)繞組切換電路應(yīng)用于每相繞組具有N個(gè)繞組單元的電 動(dòng)汽車永磁電機(jī)的A相的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0012] 圖2為永磁電機(jī)兩個(gè)繞組單元由串聯(lián)改為并聯(lián)時(shí)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性曲線；
[0013] 圖3為GaN、SiCmosfet和Simosfet器件的性能對比圖；
[0014] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的永磁電機(jī)的展開示意圖；
[0015] 圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖；
[0016] 圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的永磁電機(jī)繞組切換電路應(yīng)用于永磁電機(jī)A相的 電路原理框圖；
[0017] 圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的永磁電機(jī)繞組切換電路應(yīng)用于永磁電機(jī)A相 時(shí)，A相繞組的二個(gè)繞組單元串聯(lián)時(shí)的電流流向圖；
[001引圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的永磁電機(jī)繞組切換電路應(yīng)用于永磁電機(jī)A相 時(shí)，A相繞組的二個(gè)繞組單元并聯(lián)時(shí)的電流流向圖；
[0019] 圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的永磁電機(jī)繞組切換電路應(yīng)用于永磁電機(jī)時(shí)，每 相繞組的二個(gè)繞組單元串聯(lián)時(shí)的電流流向圖；
[0020] 圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的永磁電機(jī)繞組切換電路應(yīng)用于永磁電機(jī)時(shí)， 每相繞組的二個(gè)繞組單元并聯(lián)時(shí)的電流流向圖；
[0021] 圖11為本實(shí)用新型采用Mosfet開關(guān)的永磁電機(jī)繞組切換電路應(yīng)用于每相繞組具 有N個(gè)繞組單元的電動(dòng)汽車永磁電機(jī)的A相的電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明?？蒞理解的是，此處所描述 的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本實(shí)用新型，而非對本實(shí)用新型的限定。另外還需要說明的是， 為了便于描述，附圖中僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容，除非另有定義，本 文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本實(shí)用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的 含義相同。本文中在本實(shí)用新型的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目 的，不是旨在于限制本實(shí)用新型。本文所使用的術(shù)語"及/或"包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列 項(xiàng)目的任意的和所有的組合。
[0023] 如圖1所示，圖1是本實(shí)用新型永磁電機(jī)繞組切換電路應(yīng)用于每相繞組具有N個(gè) 繞組單元的電動(dòng)汽車永磁電機(jī)的A相的電路結(jié)構(gòu)圖。該電動(dòng)汽車永磁電機(jī)A相繞組包括N 個(gè)繞組單元;A1、A2、……Aw，N為大于等于2的正整數(shù)，本實(shí)用新型永磁電機(jī)繞組切換電路 具體包括；N-1組切換電路，每組切換電路包括S個(gè)開關(guān)電路。將第N-1組切換電路設(shè)置于 電動(dòng)汽車永磁電機(jī)A相繞組第N-1繞組單元和第N繞組單元之間。其中，第一繞組切換電 路中，第一開關(guān)電路設(shè)置于第一繞組單元A1首端與第二繞組單元A2首端之間，第二開關(guān)電 路設(shè)置于第一繞組單元A1尾端與第二繞組單元A2首端之間，第S開關(guān)電路設(shè)置于第一繞 組單元A1尾端與第二繞組單元A2尾端之間；第二繞組切換電路中，第一開關(guān)電路設(shè)置于第 一繞組單元A1首端與第S繞組單元A3首端之間，第二開關(guān)電路設(shè)置于第二繞組單元A2尾 端與第S繞組單元A3首端之間，第S開關(guān)電路設(shè)置于第一繞組單元A1尾端與第S繞組單 元A3尾端之間，W此類推，第N-1組切換電路中，第一開關(guān)電路設(shè)置于第一繞組單元首端與 第N繞組單元首端之間，第二開關(guān)電路設(shè)置于第N-1繞組單元尾端與第N繞組單元首端之 間，第=開關(guān)電路設(shè)置于第一繞組單元尾端與第N繞組單元尾端之間。
[0024] 同理，圖1所示的永磁電機(jī)繞組切換電路可W應(yīng)用于每相繞組具有N個(gè)繞組單元 的電動(dòng)汽車永磁電機(jī)的每一相電路中。
[0025] 本實(shí)用新型所述的永磁電機(jī)繞組切換電路工作原理為；通過開關(guān)電路將永磁電機(jī) 每相繞組的N個(gè)繞組單元進(jìn)行組合連接，在電動(dòng)汽車低速運(yùn)行時(shí)，切換電路第二開關(guān)電路 導(dǎo)通，第一、立開關(guān)電路關(guān)閉，N個(gè)繞組單元串行連接，此時(shí)，永磁電機(jī)的相電流等于每個(gè)繞 組單元的電流，永磁電機(jī)的相電壓等于所有繞組單元的電壓之和。由于低速時(shí)永磁電機(jī)的 反電勢低，每個(gè)繞組單元的電流可WW控制器最大電流運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)低速大扭矩運(yùn)行；電 動(dòng)汽車高速運(yùn)行時(shí)，可W根據(jù)不同的速度范圍，利用第一、S開關(guān)電路導(dǎo)通，第二開關(guān)電路 關(guān)閉，組合切換N個(gè)繞組單元并聯(lián)運(yùn)行，此時(shí)永磁電機(jī)的反電勢將會(huì)成倍地減小，永磁電機(jī) 的運(yùn)行因此不會(huì)受控制器電壓的限制，實(shí)現(xiàn)了寬范圍的調(diào)速要求。雖然受控制器最大電流 限制，每個(gè)繞組單元的電流也成倍減小，此時(shí)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩跟著減小，但由于電動(dòng)汽車高 速運(yùn)行時(shí)加速度小，需求的扭矩也小，因此永磁電機(jī)仍能滿足要求。如圖2所示，圖2為永 磁電機(jī)兩個(gè)繞組單元由串聯(lián)改為并聯(lián)時(shí)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性曲線，圖中實(shí)線輪廓線為并聯(lián)時(shí)電 機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩曲線，串聯(lián)時(shí)的特性曲線是從0至n2區(qū)間實(shí)線段和至n3的虛線段，轉(zhuǎn)速n4 是轉(zhuǎn)速n3的兩倍。從圖中可W看出，該例永磁電機(jī)兩個(gè)繞組單元由串聯(lián)改為并聯(lián)時(shí)，轉(zhuǎn)速 范圍提高了一倍。同理，將永磁電機(jī)N個(gè)繞組單元由串聯(lián)改為并聯(lián)式，可W實(shí)現(xiàn)N倍的轉(zhuǎn)速 范圍。
[0026] 上述開關(guān)電路可W采用一對Mosfet開關(guān)反向串聯(lián)組成。如圖11所示，圖11是本 實(shí)用新型采用Mosfet開關(guān)的永磁電機(jī)繞組切換電路應(yīng)用于每相繞組具有N個(gè)繞組單元的 電動(dòng)汽車永磁電機(jī)的A相的電路結(jié)構(gòu)圖。其中，第一繞組切換電路中，第一對Mosfet開關(guān) 器件S11、S12反向串聯(lián)設(shè)置于第一繞組單元A1首端與第二繞組單元A2首端之間，第二對 Mosfet開關(guān)器件S13、S14反向串聯(lián)設(shè)置于第一繞組單元A1尾端與第二繞組單元A2首端 之間，第S對Mosfet開關(guān)器件S15、S16設(shè)置于第一繞組單元A1尾端與第二繞組單元A