一種開放式繞組變結(jié)構(gòu)電機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種開放式繞組變結(jié)構(gòu)電機(jī)系統(tǒng)，屬于電機(jī)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著高功率密度磁鐵和功率器件的發(fā)展，電機(jī)系統(tǒng)尤其是開放式繞組電機(jī)(永磁 獨(dú)立繞組電機(jī))應(yīng)用場合不斷擴(kuò)大，比如現(xiàn)在發(fā)展出來的全電汽車、全電坦克、全電艦船等， 電機(jī)系統(tǒng)作為上述系統(tǒng)的關(guān)鍵動力機(jī)構(gòu)和推進(jìn)動力源，其工況需求往往比較復(fù)雜而且經(jīng)常 多變，比如經(jīng)常會遇到高速、低速、輕載、超載、正常和故障等工況。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，為了使得電機(jī)系統(tǒng)滿足不同的驅(qū)動工況要求，通常采用多臺電機(jī)通 過力或者速度綜合器進(jìn)行耦合，比如高速電機(jī)+低速電機(jī)通過離合器，根據(jù)不同的工況需 求，切換相應(yīng)的電機(jī)進(jìn)行工作。該結(jié)構(gòu)雖然能夠提高不同的工況需求，但是由于兩臺電機(jī)不 是同時(shí)工作，而且離合器為了滿足多種工況，其體積和重量都非常大，從而造成系統(tǒng)功率密 度非常低，而且由于離合器的存在，使得系統(tǒng)效率較低，另外也會產(chǎn)生較大的機(jī)械震動和噪 聲。
[0004] 電機(jī)系統(tǒng)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的核心關(guān)鍵子系統(tǒng)，其性能和可靠性決定并影響 著機(jī)電能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的性能和任務(wù)完成能力。如何從根本上解決上述矛盾，讓電機(jī)系統(tǒng)既 能夠滿足多工況需求又能夠具有較高的可靠性，是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種充分利用可變結(jié)構(gòu)驅(qū)動器和高 功率密度的多相開放式繞組電機(jī)的結(jié)構(gòu)可變、高功率密度、高可靠性優(yōu)點(diǎn)的變結(jié)構(gòu)電機(jī)系 統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0007] 提供一種開放式繞組變結(jié)構(gòu)電機(jī)系統(tǒng)，包括主控制器（10)、可變結(jié)構(gòu)驅(qū)動器(20)、 電流采集模塊和開放式繞組電機(jī)(30);
[0008] 所述電流采集模塊采集開放式繞組電機(jī)(30)每個(gè)繞組輸出的電流并傳輸給主控 制器(10);
[0009] 開放式繞組電機(jī)(30)具有N組繞組，每組包括第一繞組(NW1)、第二繞組(NW2)，其 中N之2;
[0010] 所述可變結(jié)構(gòu)驅(qū)動器（20)包括功率管驅(qū)動器（22)、開關(guān)驅(qū)動器（23)、功率管組 (24)和電源開關(guān)組(25);
[0011] 電源開關(guān)組（25)包括直流功率電源(61)和4XN個(gè)功率開關(guān)(51);直流功率電源 (61)具有正輸出端子（1_￥幻和負(fù)輸出端子(1_?6冊）；4\~個(gè)功率開關(guān)(51)包括_且第一開 關(guān)管（NTl)、第二開關(guān)管（NT2)、第三開關(guān)管（NT3)和第四開關(guān)管（NT4)，所述第一開關(guān)管 (NTl)和第三開關(guān)管(NT3)的漏極連接直流功率電源(61)的正輸出端子(i_Vs)，所述第二開 關(guān)管(NT2)和第四開關(guān)管(NT4)的源極連接直流功率電源(61)的負(fù)輸出端子(i_PGND);
[0012] 功率管組(24)包括N個(gè)變換單元，每個(gè)變換單元包括第一H橋臂（（2N-1)Ql，（ 2N-1) Q4)、第二H橋臂（2NQ1，2NQ4)、第三H橋臂（（2N-1) Q3，（ 2N-1) Q2)和第四H橋臂（2NQ3，2NQ2)， 每個(gè)H橋臂(45)包括第一功率管和第二功率管，第一功率管的源極連接第二功率管的漏極， 作為繞組接入端;第一 H橋臂和第二H橋臂的第一功率管的漏極連接第一開關(guān)管(NT1)的源 極，第二功率管的源極連接第二開關(guān)管(NT2)的漏極，第i個(gè)第一 H橋臂的繞組接入端連接第 i個(gè)第一繞組的一端，第i個(gè)第二H橋臂的繞組接入端連接第i個(gè)第二繞組的一端;第三H橋臂 和第四H橋臂的第一功率管的漏極連接第三開關(guān)管(NTl)的源極，第二功率管的源極連接第 四開關(guān)管(NT2)的漏極，第i個(gè)第三H橋臂的繞組接入端連接第i個(gè)第一繞組的另一端，第i個(gè) 第四H橋臂的繞組接入端連接第i個(gè)第二繞組的另一端，其中I < i SN;
[0013] 所述功率管驅(qū)動器(22)，根據(jù)主控制器發(fā)送的控制命令驅(qū)動功率管組(24)中的第 一功率管和第二功率管；
[0014] 開關(guān)驅(qū)動器(23)根據(jù)主控制器發(fā)送的控制命令驅(qū)動電源開關(guān)組(25)中的4N個(gè)功 率開關(guān)(51);
[0015] 所述主控制器接收每個(gè)繞組輸出的電流，執(zhí)行故障診斷算法，判斷是否發(fā)生故障， 當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，診斷出故障位置和故障類型，并通過改變可變結(jié)構(gòu)驅(qū)動器(20)的驅(qū)動拓?fù)?結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)故障恢復(fù);接收上位機(jī)發(fā)送的控制命令，并將控制命令轉(zhuǎn)發(fā)給功率管驅(qū)動器(22) 和開關(guān)驅(qū)動器(23)。
[0016] 優(yōu)選的，所述可變結(jié)構(gòu)驅(qū)動器(20)根據(jù)控制指令能夠?qū)Ⅱ?qū)動拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變?yōu)榈谝焕@ 組、第二繞組串聯(lián)成一相繞組，具體控制方法為：第三H橋臂和第四H橋臂的第一功率管開 啟，第二功率管斷開，或者第三H橋臂和第四H橋臂的第一功率管斷開，第二功率管開啟；斷 開第三開關(guān)管和第四開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)繞組右端串聯(lián);或者，第一 H橋臂和第二H橋臂的第一 功率管開啟，第二功率管斷開，或者第一H橋臂和第二H橋臂的第一功率管斷開，第二功率管 開啟；斷開第一開關(guān)管和第二開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)繞組左端串聯(lián)。
[0017]優(yōu)選的，通過改變驅(qū)動拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)故障恢復(fù)的具體方法為：當(dāng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為驅(qū)動 第一繞組、第二繞組串聯(lián)成一相繞組時(shí)，關(guān)閉故障所在繞組對應(yīng)的第一至第四開關(guān)管以及 第一至第四H橋臂;改變其他組繞組的輸出電流的幅值和相位，保證總輸出功率不變。
[0018] 優(yōu)選的，所述主控制器接收上位機(jī)發(fā)送的控制命令還包括電機(jī)系統(tǒng)工作模式，分 為輕載模式或重載模式；
[0019] 當(dāng)控制命令為輕載模式時(shí)，控制1組至K組繞組對應(yīng)的第一至第四開關(guān)管以及第一 至第四H橋臂工作，其他組繞組對應(yīng)的第一至第四開關(guān)管以及第一至第四H橋臂關(guān)斷，KK <(N/2)；
[0020] 當(dāng)控制命令為重載模式時(shí)，控制K組繞組對應(yīng)的第一至第四開關(guān)管以及第一至第 四H橋臂工作，其他組繞組對應(yīng)的第一至第四開關(guān)管以及第一至第四H橋臂關(guān)斷，（N/2KK5 N0
[0021 ]優(yōu)選的，通過改變驅(qū)動拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)故障恢復(fù)的具體方法為：
[0022]電機(jī)系統(tǒng)工作模式為輕載模式或電機(jī)系統(tǒng)工作模式為重載模式且沒有開啟全部 繞組時(shí)，關(guān)閉故障所在繞組的第一至第四開關(guān)管以及第一至第四H橋臂，并開啟另一組非工 作狀態(tài)的繞組的第一至第四開關(guān)管以及第一至第四H橋臂；
[0023]電機(jī)系統(tǒng)工作模式為重載模式且開啟全部繞組時(shí)，關(guān)閉故障所在繞組的第一至第 四開關(guān)管以及第一至第四H橋臂，提高其他組繞組的輸出電流，保證總輸出功率不變。
[0024] 優(yōu)選的，所述主控制器接收上位機(jī)發(fā)送的控制命令還包括電機(jī)系統(tǒng)工作模式，分 為輕載模式或重載模式；
[0025] 當(dāng)控制命令為輕載模式時(shí)，控制K個(gè)第一繞組(NWl)對應(yīng)的第一至第四開關(guān)管以及 第一和第三H橋臂工作，控制K個(gè)第二繞組(NWl)對應(yīng)的第一至第四開關(guān)管以及第二和第四H 橋臂工作，其他繞組對應(yīng)的第一至第四開關(guān)管以及H橋臂關(guān)斷，其中ISKS (N/2);
[0026] 當(dāng)控制命令為重載模式時(shí)，控制K個(gè)第一繞組(NWl)對應(yīng)的第一至第四開關(guān)管以及 第一和第三H橋臂工作，控制K個(gè)第二繞組(NWl)對應(yīng)的第一至第四開關(guān)管以及第二和第四H 橋臂工作，其他繞組對應(yīng)的第一至第四開關(guān)管以及H橋臂關(guān)斷，其中(N/2KK5N。
[0027] 優(yōu)選的，當(dāng)控制命令為輕載模式時(shí)工作的所有H橋輸出功率為額定功率以下；當(dāng)控 制命令為重載模式時(shí)工作的所有H橋輸出功率為額定功率2-3倍以上。
[0028] 優(yōu)選的，通過改變驅(qū)動拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)故障恢復(fù)的具體方法為：
[0029] 電機(jī)系統(tǒng)工作模式為輕載模式或者電機(jī)系統(tǒng)工作模式為重載模式時(shí)且K〈N時(shí)，如 果故障繞組為第一繞組(NWl)，則關(guān)閉故障所在繞組的第一和第三H橋臂，并開啟另一非工 作狀態(tài)的第一繞組的第一和第三H橋臂，以及對應(yīng)的第一至第四開關(guān)管;如果故障繞組為第 二繞組(NW2)，則關(guān)閉故障所在繞組的第二和第四H橋臂，并開啟另一非工作狀態(tài)的第二繞 組的第二和第四H橋臂，以及對應(yīng)的第一至第四開關(guān)管；
[0030] 電機(jī)系統(tǒng)工作模式為重載模式且K = N時(shí)，則關(guān)閉故障所在繞組的第一至第四開關(guān) 管以及第一至第四H橋臂，提高其他組繞組的輸出電流，保證總輸出功率不變。
[0031 ]優(yōu)選的，所述可變結(jié)構(gòu)驅(qū)動器(20)還包括過流保護(hù)模塊和可編程邏輯控制器，可 編程邏輯控制器接收主控制器發(fā)送的控制命令并發(fā)送給H橋臂(45)和電源開關(guān)組(25);所 述電流采集模塊采集開放式繞組電機(jī)(30)每相繞組輸出的電流還傳輸給可變結(jié)構(gòu)驅(qū)動器 (20)的過流保護(hù)模塊，當(dāng)某相某個(gè)繞組輸出的電流超過設(shè)定電流閾值時(shí)，過流保護(hù)模塊將 該繞組的過流信號輸出給可編程邏輯控制器，關(guān)閉故障所在支路的繞組連接第一至第四H 橋臂，并關(guān)閉故障所在支路的繞組連接功率開關(guān)(51)