專利名稱：一種基于新能源供電的開關(guān)磁阻電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于新能源供電的開關(guān)磁阻電動機(jī)。
背景技術(shù)：
電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，根據(jù)電動機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)，開關(guān)磁阻電動機(jī)(SRM)即為一種采用直流供電的新型電動機(jī)。開關(guān)磁阻電動機(jī)系雙凸極可變磁阻電動機(jī)，其定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，定子凸極上繞有繞組。SRM可以設(shè)計成多種不同相數(shù)結(jié)構(gòu)，且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配。圖I所示了四相8/6結(jié)構(gòu)SRM及其功率變換器連接示意圖，圖中只畫出A相繞組及其供電電路。SRM的運行遵循“磁阻最小原理”，即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，使轉(zhuǎn)子鐵心在移動到磁阻最小位置時，轉(zhuǎn)子的主軸線與磁場的軸線重合。如圖I所示，當(dāng)標(biāo)有1-1’的轉(zhuǎn)子極對的中心線和A-A’相定子極對的中心線重合時，轉(zhuǎn)子極對1-1’處于磁阻最小位置， 此時A相繞組電感是最大的。當(dāng)給B-B’相通電時，轉(zhuǎn)子極對2-2’根據(jù)“磁阻最小原理”就會產(chǎn)生逆時針方向的轉(zhuǎn)矩，依次給A-B-C-D相繞組通電，SRM就可以實現(xiàn)逆時針方向轉(zhuǎn)動； 同理，如果依次給A-D-C-B相繞組通電，那么SRM就可以實現(xiàn)順時針方向轉(zhuǎn)動。由此可見， SRM的轉(zhuǎn)向取決于相繞組通電的順序，而與相繞組的電流方向無關(guān)。目前，利用新能源供電的電動機(jī)系統(tǒng)包括新能源電池、蓄電池和電動機(jī)，這三者之間的功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用越來越頻繁，因此實現(xiàn)功率的轉(zhuǎn)換便需要相應(yīng)的功率變換器，然而目前對于這三者之間的功率轉(zhuǎn)換需要多個功率變換器，例如新能源電池-電動機(jī)的功率變換器，新能源電池-蓄電池的功率變換器以及蓄電池-電動機(jī)的功率變換器。一種現(xiàn)有以光伏電池作為輸入電源的帶蓄電池可調(diào)度式電動機(jī)如圖2所示，光伏電池或蓄電池通過三相逆變器給電動機(jī)供電，光伏電池再通過一個直流變換器給蓄電池充電。在上述系統(tǒng)中需要一個光伏電池給蓄電池充電的直流變換器，同時還需要一個三相逆變器，整個系統(tǒng)需要兩套功率變換器以及數(shù)量眾多的開關(guān)管，成本比較高，開關(guān)損耗比較大，總的轉(zhuǎn)換效率也不是很高，三相逆變器中存在同一個支路中上下兩個開關(guān)管直通的故障問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種基于新能源供電的開關(guān)磁阻電動機(jī)，只需通過一套功率變換器即能實現(xiàn)新能源電池、能量存儲器和電機(jī)三者之間的能量轉(zhuǎn)換。一種基于新能源供電的開關(guān)磁阻電動機(jī)，包括一新能源電池、一能量存儲器、一逆阻二極管、一主續(xù)流二極管、兩個開關(guān)和η個繞制于定子凸極上的繞組，η為開關(guān)磁阻電動機(jī)的相數(shù)；其中所述的新能源電池的正極與逆阻二極管的陽極相連，逆阻二極管的陰極與第一開關(guān)的一端和第二開關(guān)的一端相連；所述的繞組的一端與第一開關(guān)的另一端和主續(xù)流二極管的陰極相連，繞組的另一端連接有開關(guān)管和子續(xù)流二極管；所述的子續(xù)流二極管的陽極與開關(guān)管的漏極和繞組的另一端相連，子續(xù)流二極管的陰極與第二開關(guān)的另一端和能量存儲器的正極相連，開關(guān)管的源極與主續(xù)流二極管的陽極、能量存儲器的負(fù)極和新能源電池的負(fù)極相連，開關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的開關(guān)信號。新能源電池是一種直接把可再生能源(如核能、太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿?轉(zhuǎn)化成電能的裝置，優(yōu)選地，所述的新能源電池為光伏電池；相對于其他新能源電池，其不受環(huán)境限制，使用方便。優(yōu)選地，所述的開關(guān)采用開關(guān)管；可以通過控制器實現(xiàn)智能控制。優(yōu)選地，所述的逆阻二極管的陰極連接有電容，所述的電容的另一端與新能源電池的負(fù)極相連；能夠?qū)崿F(xiàn)新能源電池輸出功率的解耦，可以讓后級電路減少對新能源電池工作點的影響。能量存儲器是一種用于存儲電能的裝置(如蓄電池、超級電容等)，優(yōu)選地，所述的能量存儲器為蓄電池；其具有較高的能量存儲密度，且價格便宜，具有普適性。本發(fā)明的工作原理為 當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)閉合，第二開關(guān)關(guān)斷時，新能源電池輸出的電能通過開關(guān)管順序?qū)ńo電機(jī)輸送能量，電機(jī)繞組中的剩余能量可以通過續(xù)流二極管給能量存儲器充電；當(dāng)新能源電池輸出的能量較弱不能帶動電機(jī)時，利用電機(jī)中的繞組作為電感構(gòu)成升壓電路使其給能量存儲器充電；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)關(guān)斷，第二開關(guān)閉合時，能量存儲器單獨給電機(jī)供電。本發(fā)明通過一套功率變換器可以實現(xiàn)新能源電池、能量存儲器和電機(jī)之間的能量轉(zhuǎn)換；新能源電池在給電機(jī)供電的同時亦能給能量存儲器充電，在新能源電池輸出能量較弱的情況下利用電機(jī)的自身繞組可以實現(xiàn)其給能量存儲器充電，實現(xiàn)能量的充分利用；同時本發(fā)明功率變換器中開關(guān)器件少，能夠提高系統(tǒng)整體的能量轉(zhuǎn)換效率，且開關(guān)器件之間無傳統(tǒng)逆變器上下直通的危險隱患。


圖I為開關(guān)磁阻電動機(jī)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有以光伏電池供電帶蓄電池可調(diào)度式電動機(jī)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明開關(guān)磁阻電動機(jī)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4(a)為光伏電池向電機(jī)輸送能量的電路原理示意圖。圖4(b)為電機(jī)繞組向蓄電池釋放能量的電路原理示意圖。圖4(c)為電機(jī)繞組自然續(xù)流電路原理示意圖。圖4(d)為蓄電池向電機(jī)輸送能量的電路原理示意圖。
具體實施例方式為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案及其相關(guān)原理進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖3所不，一種基于新能源供電的開關(guān)磁阻電動機(jī),包括一光伏電池、一蓄電池、一逆阻二極管、一主續(xù)流二極管、一電容、兩個開關(guān)、三個開關(guān)管、三個子續(xù)流二極管和三個繞制于定子凸極上的繞組；其中光伏電池的正極與逆阻二極管D的陽極相連，逆阻二極管D的陰極與第一開關(guān)的J1 一端、第二開關(guān)J2的一端和電容C的一端相連；繞組La的一端與第一開關(guān)J1的另一端和主續(xù)流二極管Dtl的陰極相連；繞組La的另一端與子續(xù)流二極管D1的陽極和開關(guān)管S1的漏極相連，子續(xù)流二極管D1的陰極與第二開關(guān)J2的另一端和蓄電池E的正極相連，開關(guān)管S1的源極與主續(xù)流二極管Dtl的陽極、蓄電池E的負(fù)極、電容C的另一端和光伏電池的負(fù)極相連，開關(guān)管S1的柵極接收外部設(shè)備提供的開關(guān)信號。繞組Lb的一端與第一開關(guān)J1的另一端和主續(xù)流二極管Dtl的陰極相連；繞組Lb的另一端與子續(xù)流二極管D2的陽極和開關(guān)管S2的漏極相連，子續(xù)流二極管D2的陰極與第二開關(guān)J2的另一端和蓄電池E的正極相連，開關(guān)管S2的源極與主續(xù)流二極管Dtl的陽極、蓄電池E的負(fù)極、電容C的另一端和光伏電池的負(fù)極相連，開關(guān)管S2的柵極接收外部設(shè)備提供的開關(guān)信號。繞組L。的一端與第一開關(guān)J1的另一端和主續(xù)流二極管Dtl的陰極相連；繞組L。的另一端與子續(xù)流二極管D3的陽極和開關(guān)管S3的漏極相連，子續(xù)流二極管D3的陰極與第二開關(guān)J2的另一端和蓄電池E的正極相連，開關(guān)管S3的源極與主續(xù)流二極管Dtl的陽極、蓄電池E的負(fù)極、電容C的另一端和光伏電池的負(fù)極相連，開關(guān)管S3的柵極接收外部設(shè)備提供的開關(guān)信號。本實施方式中，第一開關(guān)J1和第一開關(guān)J2均米用開關(guān)管；蓄電池E的額定電壓大于光伏電池的輸出電壓。本實施方式的工作模式分為三種光伏電池同時向電機(jī)和蓄電池輸送能量、蓄電池單獨向電機(jī)輸送能量、光伏電池單獨向蓄電池輸送能量。光伏電池同時向電機(jī)和蓄電池輸送能量時，J1反復(fù)開關(guān)動作，J2斷開，然后通過控制SpS2和S3的導(dǎo)通角度來實現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，同時通過DpDpD2和D3將La、Lb、L。中的能量釋放給蓄電池E。以La為例當(dāng)JjPS1導(dǎo)通時如圖4(a)所示，光伏電池給La充電，在電機(jī)工作時La將部分能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；若光伏不足，電機(jī)不工作時，光伏電池輸出的能量全部存儲在La上；當(dāng)J1和S1關(guān)斷時如圖4(b)所示，La中存儲的能量通過由LyDpEdtl構(gòu)成的回路釋放給蓄電池E。當(dāng)J1關(guān)斷，S1導(dǎo)通，La中的電流通過LyS1和Dtl構(gòu)成自然續(xù)流回路如圖4(c)所示；當(dāng)J1導(dǎo)通，S1關(guān)斷時由于蓄電池E的額定電壓高于光伏電池的輸出電壓， La中無電流流動。當(dāng)光伏電池沒有能量輸出時，蓄電池單獨向電機(jī)輸送能量時，J1反復(fù)開關(guān)動作，J2 閉合，然后通過控制SpS2和S3的導(dǎo)通角度來實現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。以La為例當(dāng)J1和S1開通時如圖4 (d)所示，蓄電池E給La提供能量，La將其部分能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；當(dāng)J1和S1關(guān)斷時，工作狀態(tài)如圖4(b)所示，La中的剩余能量回饋給蓄電池E。當(dāng)J1關(guān)斷，S1導(dǎo)通，La中的電流通過La、S1和Dci構(gòu)成自然續(xù)流回路如圖4(c)所示。光伏陣列單獨向蓄電池輸送能量時，J1閉合，J2斷開，此時，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置，使電機(jī)三相繞組中的任一相繞組作為儲能電感，利用S1和Dp S2和D2以及S3和D3中的任一對以構(gòu)成boost (升壓)電路，來對蓄電池E充電。以La為例當(dāng)S1導(dǎo)通時，D1關(guān)斷，光伏電池
5將能量儲存在La中；當(dāng)S1關(guān)斷吋，D1導(dǎo)通，光伏電池和La中的能量向蓄電池E釋放。其它兩相繞組的作為儲能電感時工作過程，與La相同。
權(quán)利要求
1.一種基于新能源供電的開關(guān)磁阻電動機(jī)，其特征在于，包括一新能源電池、一能量存儲器、一逆阻ニ極管、ー主續(xù)流ニ極管、兩個開關(guān)和n個繞制于定子凸極上的繞組，n為開關(guān)磁阻電動機(jī)的相數(shù)；其中所述的新能源電池的正極與逆阻ニ極管的陽極相連，逆阻ニ 極管的陰極與第一開關(guān)的一端和第二開關(guān)的一端相連；所述的繞組的一端與第一開關(guān)的另一端和主續(xù)流ニ極管的陰極相連，繞組的另一端連接有開關(guān)管和子續(xù)流ニ極管；所述的子續(xù)流ニ極管的陽極與開關(guān)管的漏極和繞組的另一端相連，子續(xù)流ニ極管的陰極與第二開關(guān)的另一端和能量存儲器的正極相連，開關(guān)管的源極與主續(xù)流ニ極管的陽極、 能量存儲器的負(fù)極和新能源電池的負(fù)極相連，開關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的開關(guān)信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于新能源供電的開關(guān)磁阻電動機(jī)，其特征在于所述的新能源電池為光伏電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于新能源供電的開關(guān)磁阻電動機(jī)，其特征在于所述的開關(guān)采用開關(guān)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于新能源供電的開關(guān)磁阻電動機(jī)，其特征在于所述的逆阻ニ極管的陰極連接有電容，所述的電容的另一端與新能源電池的負(fù)極相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于新能源供電的開關(guān)磁阻電動機(jī)，其特征在于所述的能量存儲器為蓄電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于新能源供電的開關(guān)磁阻電動機(jī)，包括一新能源電池、一能量存儲器、一逆阻二極管、一主續(xù)流二極管、兩個開關(guān)和n個繞制于定子凸極上的繞組；繞組的一端與第一開關(guān)的另一端和主續(xù)流二極管的陰極相連，繞組的另一端連接有開關(guān)管和子續(xù)流二極管。本發(fā)明通過一套功率變換器可以實現(xiàn)新能源電池、能量存儲器和電機(jī)之間的能量轉(zhuǎn)換；新能源電池在給電機(jī)供電的同時亦能給能量存儲器充電，在新能源電池輸出能量較弱的情況下利用電機(jī)的自身繞組可以實現(xiàn)其給能量存儲器充電，實現(xiàn)能量的充分利用；同時本發(fā)明功率變換器中開關(guān)器件少，能夠提高系統(tǒng)整體的能量轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H02P6/08GK102611269SQ20121009417
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者何湘寧, 徐惠, 李武華, 胡義華, 鄧焰, 陶勇 申請人:浙江大學(xué)