一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法技術

本發明專利技術提供了一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法，屬于電機技術領域。解決了永磁電機超額定轉速運行消耗更多電能的問題。其技術方案為：包括多種電樞繞組的基本構形及其控制方法，使單臺永磁電機在多種槽極組合的磁場條件下運行,實現電機電磁場運動的多樣性，同時也增加了電機的容錯安全能力，使電機獲得多種基頻。本發明專利技術的有益效果為：本發明專利技術拓寬電機高速和高效率的運行區間，滿足電機轉矩和轉速高頻次變化的工況應用需求。頻次變化的工況應用需求。頻次變化的工況應用需求。

【技術實現步驟摘要】
一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法


[0001]本專利技術涉及電機
，具體為所述一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法。

技術介紹

[0002]常規永磁同步電機只有單一的槽極比組合及其基于該槽極比組合的定子電樞繞組，因而只有一種電磁場條件和一個反電動勢及一種基頻的額定轉速。當工況需要永磁電機實施超額定轉速運行時，現有技術的解決方案是由驅動器對電機實施弱磁控制，使電機提高轉速降低轉矩恒功率運行來實現。這種弱磁控制的恒功率運行方法無法滿足工況恒轉矩條件下的超基頻運行的需要，也會增加額外的弱磁電流損耗。

技術實現思路

[0003]本專利技術的目的是提供所述一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法，能夠滿足特殊復雜工況對于永磁電機兼顧高效和高速性能及容錯功能的需求，為高頻次轉矩和轉速變化的工況應用需求提供技術解決方案。本專利技術尤其對于航空器和航海器電推進系統、新能源電動車動力系統、風力水力等發電及儲能系統、透平機械行業、智能化持續運行設備等行業具有特殊的應用價值。
[0004]為解決上述技術問題及實現上述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案具體為：根據所述一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法，其特征在于，永磁電機的一個確定極數的轉子與一個定子體上多種不同齒槽數量的電樞繞組實施電磁運動，具有多種不同槽極組合的電樞繞組，電樞控制器通過調控開關器件構成多電樞繞組及多相電樞繞組的構型；永磁電機定子體設有多種由不同定子齒槽數量和不同線圈數量構成的電樞繞組，這些電樞繞組分為若干個不同層級和不同的槽極比組合，包括單層電樞繞組、雙層電樞繞組和單雙層混合電樞繞組；電機第一層級電樞繞組包括由定子部分齒槽構成的不同槽極組合的單層電樞繞組和雙層電樞繞組，包括由第一層級單層電樞繞組和雙層電樞繞組構成的占用全部定子齒槽的第一層級的單雙層混合電樞繞組；電機第二層級、第三層級、第四層級電樞繞組及其以下次層級不同槽極比組合的電樞繞組的齒槽數量，分別為在上一層級的單層電樞繞組和雙層電樞繞組中各自分別在對等電角度位置上減少對等數量的相繞組線圈后所占用的齒槽數量；第二層級及其以下次層級不同槽極比電樞繞組，分別為由所述電樞控制器在上一層級的單層電樞繞組和雙層電樞繞組中分別在對等的電角度位置上減少使用對等數量的一個或者多個相繞組線圈后所構成的單層電樞繞組和雙層電樞繞組；同一層級的單層電樞繞組與雙層電樞繞組共同構成該層級的單雙層混合電樞繞組，不同層級的單層電樞繞組與雙層電樞繞組共同構成跨層級的單雙層混合電樞繞組；各個電樞繞組的設立需滿足各相繞組線圈電角度均勻分布及符合電機轉子極數與該電樞繞組齒槽數之間的槽極比關系。
[0005]根據所述一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法，其特征在于，電樞控制器在各個電樞繞組的相繞組線圈之間及其各個相繞組之間分別設立開關器件預設連接電路，在各個電樞繞組之間預設切換電路；電樞控制器根據永磁電機負載側的工況需求選用所需運行的電樞繞組，電樞控制器實施被選用的電樞繞組的相繞組線圈之間及其相繞組之間的電路導通，實施未選用的電樞繞組線圈、相繞組的電路關斷，實施被選用與未選用的電樞繞組之間的電路切換；控制器向電機驅動器發送被選用電樞繞組信息，驅動器相應變換電樞繞組矢量控制參數及在控制器指令下實施電機驅動。
[0006]根據所述一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法，其特征在于，電機轉子的極對數與定子全部齒槽數的槽極比是分數槽，第二層級及其以下次層級電樞繞組包括分數槽和整數槽類型；在實際設定和選用多電樞繞組時，可以根據工況需要及轉子的極對數匹配設定電樞繞組及選用整數槽或者分數槽，以最佳的定轉子槽極比組合使電機減小電磁運動時的齒諧波幅值和降低齒槽轉矩脈動。
[0007]根據所述一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法，其特征在于，多種槽極比組合的電樞繞組的相繞組之間選用星形連接方式和/或角形連接方式，也可以根據負載側工況需要對于同一套電樞繞組進行星形和角形的預設電路連接。
[0008]根據所述一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法，其特征在于，各層級不同槽極比組合的電樞繞組包括一個以上數量或者多個單層電樞繞組、雙層電樞繞組、單雙層混合電樞繞組。
[0009]根據所述一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法，其特征在于，多種電樞繞組分別在電樞控制器和電機驅動器控制下獨立運行和共同運行。
[0010]根據所述一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法，其特征在于，不同層級電樞繞組包括多個三相和多相電樞繞組，多相電樞繞組可以依不同層級制備方法設立多個不同齒槽數量和線圈數量的三相繞組及多相繞組。
[0011]根據所述一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法，其特征在于，電機轉子的極數為一對極及其整倍數，還包括徑向復合與軸向復合的轉子體，也包括內轉子和外轉子同時及共同與同一個定子體的電樞繞組進行電磁反應的多種類型轉子體。
[0012]根據所述一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法，其特征在于，電樞控制器與電樞繞組之間采用但不限于單獨或者混合使用電性連接、電路連接、電磁連接、電氣連接等連接方式以及接合、導通、關斷、斷路、延遲等各種類型的電控方式。
[0013]根據所述一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法，其特征在于，包括電動機和發電機。
[0014]與現有常規永磁電機技術相比，本專利技術的有益效果為，在電機第一層級電樞繞組和電機本體形態確定的條件下，以不同層級的不同齒槽數量及線圈數量為基礎的多種電樞繞組與同一轉子進行的電磁反應產生各自不同的反電動勢，在驅動器輸入相同或者近似的工作電壓條件下，不同反電動勢的電樞繞組具有不同的基頻，從而使得單一永磁電機具備以多種電樞繞組的不同基頻轉速運行的性能，其多相繞組具備更多的容錯功能。本專利技術多電樞繞組永磁電機及其控制方法對于新能源電動車動力系統、航空器和航海器的電推進動力系統、風力和水利發電儲能系統、透平機械工業系統、智能自動化生產線設備等都具有實際應用價值。
附圖說明
[0015]為了更清楚地說明本專利技術的技術方案，下面將對實施例及所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面表述的一些實施例，不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下，還可以根據這些實施例及附圖獲得所有其他實施例和附圖，這些都屬于本專利技術保護的范圍。
[0016]圖1為本專利技術四個層級電樞繞組示意圖；圖2為本專利技術四個層級電樞電路開關控制示意圖；圖3為本專利技術十二相電樞繞組示意圖；圖4為本專利技術十二相電樞電路開關控制示意圖。
[0017]其中，附圖標記為：101：第一層級三十六槽單雙層混合電樞繞組；102：第一層級二十四槽單層電樞繞組；103：第一層級十二槽雙層電樞繞組；104：第二層級三十槽單雙層混合電樞繞組；105：第二層級十八槽單層電樞繞組；106：第二層級十二槽雙層電樞繞組；107：第三層級二十一槽單雙層混合電樞繞組；108：第三層級十二槽單層電樞繞組；109：第三層級九槽雙層電樞繞組；110：第四層級十二槽單雙層混合電樞繞組；111：第四層級六槽單層電樞繞組；112：第四層級六槽雙層本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.所述一種多電樞繞組永磁電機及其控制方法，其特征在于，永磁電機的一個確定極數的轉子與一個定子體上多種不同齒槽數量的電樞繞組實施電磁運動，電樞控制器通過調控開關器件構成多電樞繞組及多相電樞繞組的構型；永磁電機定子體設有多種由不同定子齒槽數量和不同線圈數量構成的電樞繞組，這些電樞繞組分為若干個不同層級和不同的槽極比組合，包括單層電樞繞組、雙層電樞繞組和單雙層混合電樞繞組；電機第一層級電樞繞組包括由定子部分齒槽構成的不同槽極組合的單層電樞繞組和雙層電樞繞組，包括由第一層級單層電樞繞組和雙層電樞繞組構成的占用全部定子齒槽的單雙層混合電樞繞組；電機第二層級電樞繞組及其以下次層級不同槽極比組合的電樞繞組的齒槽數量，分別為上一層級的單層電樞繞組和雙層電樞繞組各自分別在對等電角度位置上減少對等數量的相繞組線圈后所占用的齒槽數量；第二層級及其以下次層級不同槽極比電樞繞組，分別為上一層級的單層電樞繞組和雙層電樞繞組各自分別在對等電角度位置上減少對等數量的相繞組線圈數量后所構成的單層電樞繞組和雙層電樞繞組；同一層級的單層電樞繞組與雙層電樞繞組共同構成該層級的單雙層混合電樞繞組，不同層級的單層電樞繞組與雙層電樞繞組共同構成跨層級的單雙層混合電樞繞組；電樞控制器在各個電樞繞組的相繞組線圈之間及其各個相繞組之間分別設立開關器件并且預設連接電路，在各個電樞繞組之間預設切換電路；電樞控制器實施被選用的電樞繞組的相繞組線圈之間及其相繞組之間的電路導通，實施其余電樞繞組相繞組線圈、相繞組的電路關斷，實施被選用與未選用的電樞繞組...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮家任，田立紅，馮海曦，
申請(專利權)人：北京明正維元電機技術有限公司，
類型：發明
國別省市：