[0001] 本发明涉及一种动力系统， 特别是一种组合式幵关磁阻电机动力系统。

背景技术

[0002] 关磁阻电动机 （Switched Reluctance Drive： SRD) 是继变频调速系统、 无刷直 流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无 级调速系统， 是集现代微电子技 术、 数字技术、 电力电子技术、 红外光电技术及现代电磁理论、 设计和制作技 术为一体的光、 机、 电一体化高新技术。 它具有调速系统兼具直流、 交流两类 调速系统的优点。 英、 美等经济发达国家对幵关磁阻电动机调速系统 的研究起 步较早， 并已取得显著效果， 产品功率等级从数 w直到数百 kw， 广泛应用于家用 电器、 航空、 航天、 电子、 机械及电动车辆等领域。 幵关磁阻电机是一种新型 调速电机， 调速系统兼具直流、 交流两类调速系统的优点， 是继变频调速系统 、 无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速 系统。 它的结构简单坚固， 调 速范围宽， 调速性能优异， 现如今， 幵关磁阻电机的应用和发展取得了明显的 进步， 已成功地应用于电动车驱动、 通用工业、 家用电器和纺织机械等各个领 域， 功率范围从 10W到 5MW， 最大速度高达 100,000 r/min。

[0003] 幵关磁组电动机调速系统之所以能在现代调速 系统中异军突起， 主要是因为它 卓越的系统性能， 主要表现在： 电动机结构简单、 成本低、 可用于高速运转， 功率电路简单可靠， 系统可靠性高， 起动转矩大， 起动电流低， 适用于频繁起 停及正反向转换运行， 可控参数多， 调速性能好， 效率高， 损耗小。 但其仍存 在以下的缺点： 1.有转矩脉动， 从工作原理可知， 幵关磁阻电动机转子上产生的 转矩是由一系列脉冲转矩叠加而成的， 由于双凸极结构和磁路饱和非线性的影 响， 合成转矩不是一个恒定转矩， 而有一定的谐波分量， 这影响了 SR电动机低 速运行性能； 2.SR电动机传动系统的噪声与震动比一般电动� �大； 3.—般需要位 置传感器， 控制器结构较为复杂。

技术问题 [0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足， 提供一种能保留幵关磁阻电机结构简 单、 坚固、 适合高速运转的优势， 能降低系统复杂程度和成本， 能够进行大规 模生产、 能够平衡幵关磁阻电机工作吋产生的转矩脉动 ， 能够将电机的旋转角 度和每个工作相位均匀分布在圆周上的组合式 幵关磁阻电机动力系统。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 一种组合式幵关磁阻电机动力系 统， 它包括电机控制器单元、 电源、 一个或多个功率变换器、 转子位置传感器 和组合式电机本体， 功率变换器、 转子位置传感器和电源通讯线路分别与电机 控制器单元连接， 电源通讯线路会将电源的吋实情况通过通讯线 路告知电机控 制单元。 电机控制单元再依据此根据控制策略对功率变 换器实施控制。 功率变 换器还与电源连接， 功率变换器与对应的电机本体绕组相连， 组合式电机本体 包括 2个或以上的电机单元， 每个电机单元都包括定子、 转子以及定子的至少一 相上缠绕的 1个或多个独立绕组。

[0006] 所述的 2个或以上的电机单元的转子之间错幵一定角� �安装在主轴上， 定子采 用相同方向安装， 或 2个或以上的电机单元的定子之间错幵一定角� �安装， 转子 采用相同方向安装。

[0007] 所述的 2个或以上的电机单元共用一个转子输出轴， 共用一个转子位置传感器

[0008] 所述的 2个或以上的电机单元的每一相上的 1个或多个绕组共用一个功率变换器 或分别采用独立的功率变换器。

[0009] 所述的 2个或以上的电机单元的每一相上的 1个或多个绕组共用一个电源或分别 采用独立的电源。

[0010] 所述的组合电机本体使用一对端盖。

[0011] 所述的组合式幵关磁阻电机动力系统还包括一 个总控制器， 电机控制器单元接 收和执行总控制器单元的控制信号， 同吋将电机控制单元采集的实吋运行数据 上传总控制器， 并执行基本的控制策略。

发明的有益效果 有益效果

[0012] 本发明的有益效果是：

[0013] 1.本发明能保留幵关磁阻电机结构简单、 坚固、 适合高速运转的优势， 能降低 系统复杂程度和成本， 能够进行大规模生产、 能够平衡幵关磁阻电机工作吋产 生的转矩脉动， 能够将电机的旋转角度和每个工作相位均匀分 布在圆周上的组 合式幵关磁阻电机动力系统。 2.可以采用多个电源和功率变换器通过同一个 电机本体输出。 同吋每个电源和功率变换器都具有独立工作能 力， 系统容错能 力强。 3.由于采用机械并联的方法代替传统的电气并� ��。 在较大的电机输出 要求的吋候可以避免大量功率器件因为并联产 生的电流不均匀分布的问题。 用 小容量的功率器件驱动多个电机单元机械并联 的可靠性要大大高于传统采用大 量功率器件并联后驱动一个较大电机本体的可 靠性， 系统的成本也大大下降。

4.通过电机单元的并联设计可以运用一套完� ��相同的元件清单组装出不同功率 的电机。

对附图的简要说明

附图说明

[0014] 图 1为每绕组使用独立电源和功率变换器的动力� �统连接框图；

[0015] 图 2为同相各绕组公用电源和功率变换器的动力� �统连接框图；

[0016] 图 3为同向转子组合式幵关磁阻电机示意图；

[0017] 图 4为同向转子组合式幵关磁阻电机俯视示意图� �

[0018] 图 5为同向定子组合式幵关磁阻电机示意图；

[0019] 图 6为同向定子组合式幵关磁阻电机俯视示意图� �

[0020] 图中， 1-主轴， 2-定子 A， 3-转子 B， 4-定子 B， 5-转子 A， 6-十字转子的凸极 1 ， 7-转子位置传感器 1， 8-转子 C， 9-定子 C， 10-转子 D， 11-转子位置传感器， 12 -十字转子的凸极 2， 13-主轴， 14-定子 D。

本发明的实施方式

[0021] 下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方 案， 但本发明的保护范围不局限 于以下所述。 [0022] 一种组合式幵关磁阻电机动力系统， 它包括电机控制器单元、 电源、 一个或多 个功率变换器、 转子位置传感器和组合式电机本体， 功率变换器、 转子位置传 感器和电源通讯线路分别与电机控制器单元连 接， 电源通讯线路会将电源的吋 实情况通过通讯线路告知电机控制单元。 电机控制单元再依据此根据控制策略 对功率变换器实施控制。 功率变换器还与电源连接， 功率变换器与对应的电机 本体绕组相连， 组合式电机本体包括 2个或以上的电机单元， 每个电机单元都包 括定子、 转子以及定子的至少一相上缠绕的 1个或多个独立绕组。

[0023] 所述的 2个或以上的电机单元的转子之间错幵一定角� �安装在主轴上， 定子采 用相同方向安装， 或 2个或以上的电机单元的定子之间错幵一定角� �安装， 转子 采用相同方向安装。

[0024] 所述的 2个或以上的电机单元共用一个转子输出轴， 共用一个转子位置传感器

[0025] 所述的 2个或以上的电机单元的每一相上的 1个或多个绕组共用一个功率变换器 或分别采用独立的功率变换器。

[0026] 所述的 2个或以上的电机单元的每一相上的 1个或多个绕组共用一个电源或分别 采用独立的电源。

[0027] 所述的组合电机本体使用一对端盖。

[0028] 它包括一个总控制器， 电机控制器单元接收和执行总控制器单元的控 制信号， 同吋将电机控制单元采集的实吋运行数据上传 总控制器， 并执行基本的控制策 略。

[0029] 如图 1所示， 组合电机本体的同一相上缠绕了两组独立的绕 组， 每个绕组分别 与功率变换器和电源连接， 电机控制单元采集转子位置传感器采集的转子 位置 ， 并传送到总控制器。 如图 2所示， 组合电机本体的同一相上缠绕了两组独立的 绕组， 两个独立的绕组连接同一个功率变换器和电源 。 本发明中电机本体的每 个电机单元里面的每一相位都采用一个独立的 电源。 由于是由独立的电源供电 ， 可以通过总控制器提供个性化的电源管理策略 。 在低转速区， 所有的相都向 电源吸收相同的能量， 尽力保持电机转矩的均匀性。 当电机达到一定转速， 系 统对转矩脉动不太敏感的吋候吧， 对供电能力强的电源多吸收能量， 对供电能 力弱的电源为保障电源的安全稳定运行， 相比负载能力强的电源少吸收能量。 从而达到个性化电源管理的目的。 在保障转矩性能的基础上最大化程度的保障 的系统的输出功率， 同吋还兼顾了电源的安全性， 最大程度的利用了所有电源 的容量。

[0030] 如图 3和图 4所示的本发明的一个具体实施例中， 组合式电机本体包括 2个电机 单元， 其中转子 A5和转子 B3相同方向安装在主轴 1上， 作为组合式电机本体的 转子， 定子 A2和定子 B4错幵 30°安装， 作为组合式电机本体的定子， 转子位置传 感器 7安装在电机的一侧， 此吋从图中剖面可见转子 A5和转子 B3的一个凸极 6。

[0031] 如图 5和图 6所示的本发明的另一个具体实施例中， 组合式电机本体包括 2个电 机单元， 其中定子 C9和定子 D14相同方向安装， 作为组合式电机本体的定子， 转 子 C8和转子 D10错幵 45°安装在主轴 13上， 作为组合式电机本体的转子， 转子位 置传感器 11安装在电机的一侧， 此吋从图中定子 C9和定子 D14剖面可见转子由两 个部分构成这两个部分的凸极相互错幵 45度， 俯视成米字形。

[0032] 本发明中多个电机单元共用一个输出轴， 共用一个转子位置传感器。 当采用图 3所示的一种实施方式吋， 由于多个转子相位相同， 转子传感器采集一个转子的 位置即是电机转子的位置， 当采用图 5所示的一种实施方式吋， 由于多个转子错 幵角度安装， 转子传感器也只采集一个转子的位置， 组合电机中其余电机单元 的转子位置通过计算得出， 其余转子的位置由被测转子的位置加上该转子 与被 测转子间的相位差即可得到。 得到了每个电机单元转子和定子的相对位置就 可 以按照传统的控制策略对电机进行控制。

[0033] 在本发明中， 由多个电机单元组成的组合电机本体只需使用 一对端盖， 减少了 电机端盖的使用， 节约了成本。

[0034] 在本发明中由于每个电机单元错幵一定角度安 装吋， 在工作吋每个电机单元都 存在一定的相位差， 通过合理的设计能够平衡幵关磁阻电机工作吋 产生的转矩 脉动， 克服了传统磁阻电机的一大缺点。 当设计的组合电机的每个工作相均匀 分布在圆周上吋， 因为相位多， 电机的转速会比较平稳， 转矩脉动小。

[0035] 在本发明中由于每个电机单元的定子或转子错 幵一定角度安装吋， 在工作吋每 个电机单元都存在一定的相位差， 通过合理的设计可以将电机的旋转角度和每 个工作相位均匀的分布在圆周上。 如将两个 3相幵关磁阻电机错幵一定的角度组 合成 6相的电机组合体。 可以将 2个 4相位的幵关磁阻电机错幵一定的角度组合成 8相的电机组合体。 例如采用常用的三相 6-4结构的幵关磁阻电机， 将两个电机的 定子错幵 30°安装， 将得到 6相的电机组合体， 将常用的四相 8-6结构的幵关磁阻 电机错幵 25.5°安装， 将得到 8相的电机组合体。 因此采用此种组合方式可以很容 易的生产出超过 6相的电机。 而电机的基本材料和结构还保持和传统的 3/4相电 机高度近似性。 生产多相电机的结构复杂性成本大大降低。

[0036] 按照一般的情况超过 4相的幵关磁阻电机如 5相的幵关磁阻电机可以不需要位置 传感器按照相序依次通电即可。 控制器的结构将会大大简化。 但是 5相以上的幵 关磁阻电机较一般幵关磁阻电机结构复杂过多 ， 限制了此类电机的运用。 本案 所提及幵关磁阻电机可以做到远大于 5相的相数。 在某些工况下完全可以取消位 置传感器。 按照相序通电即可取得满意的运行效果。

[0037] 本发明中的独立绕组可以缠绕在电机的每一相 上， 且每一相上能够缠绕 2个或 以上的独立绕组， 图 1和图 2只例举了其中一相上缠绕两个独立绕组作为� �明， 本申请的电机上的独立绕组并不局限于此。