[发明专利]具有可重构绕组的电力驱动装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种电机，更具体地涉及一种包括驱动系统的永磁(PM)交流电机，该驱动系统在预定的电机转速下电气地重构分流定子绕组以在较高的电机转速下减少反电势并且增加电机的转矩和功率。

背景技术

具有宽转速范围的电机对于例如用于混合动力车辆、电动车辆、燃料电池车辆等的车辆推进系统以及对于发电应用来说是必不可少的。为了最大化其转矩/安培比，电机通常被设计成具有尽可能高的感应电压-转速比。但是，由于感应电压是成比例的，特别是当电机的转速增加时，由电机产生的反电动势(EMF)也随着电机转速增加而增加，直到所述感应电压达到直流母线电压(通常是蓄电池电压)为止，这会导致可用来驱动所述电机中电流的电动势的损失，该损失会起作用以限制电机的转速。

为了克服这个问题，本领域已经提出了通过注入去磁电流到电机定子绕组中(本领域中称为弱磁)来提高电机的转速，这降低电机的反电动势从而使得可以增加电机的转速。本领域已知用于绕组重构的其它技术，以通过重构电机相绕组的匝数的数量来减小电机的反电动势并扩展电机的工作转速范围。

在一种公知的绕组重构方法中，用于电机各相的定子绕组被分成两个分流绕组。开关被提供并被控制，以使每相的分流绕组在低的电机转速下串联地电气联接，并且在电机的转速达到其中反电动势减小了电机转矩的点时并联地电气联接。然而，通过将定子中的绕组以及在电气串联构造和并联构造之间切换所必要的开关设置为两倍，该绕组重构方案将用于三相电机的所需交流开关的数量增加到九并且将电机引线的总数量增加到十。此外，由于线圈电动势的不匹配，存在电流在并联构造中循环的可能性。另外，在并联操作中线圈需要位于同一个定子槽中，并且在并联操作中较低的绕组电感可能需要更高的开关频率以降低电流纹波。

用于重构绕组以减小电机的反电动势的另一种已知方法包括：当反电动势达到预定值时改变电机的极数以及切换定子绕组的每相的串联匝数的数量。然而，这种方法仅适用于感应电机并不适用于永磁(PM)电机，这是因为永磁电机中的磁极数目固定。

用于重构绕组以减小电机的反电动势的另一种已知方法包括：提供电机可调节性，这在于2011年6月2日提交的、名为“Electric Drive with Electronically Scalable Reconfigurable Winding”、转让给本申请的受让人、并通过引用并入本文的美国专利申请公布No.2012/0306424中被讨论。然而，这种方法对于三相电机需要九个引线和十二个AC开关。此外，绕组匝数比与电机性能的关系也未得到解决。

在本领域中已知的重构绕组以减少电机的反电动势的另一种方法被称为Y-Δ绕组，其中当反电动势是低的时定子绕组的电连接被设置为传统Y型构造，当电机反电动势开始减少电机的转矩时所述电连接被切换为传统三角形(Δ)构造。这种方法在扩展转速范围方面稍微有效，但没有显著地有效并具有许多缺点，包括在三角形构造中存在的循环谐波、可能增加的绕组饱和度、以及有限的转速范围扩展。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种用于PM电机的电力驱动系统，其中电机包括定子、转子和逆变器。电机的每相包括分成第一绕组部段和第二绕组部段的定子绕组以及电气联接到绕组部段的逆变器中的两个逆变器开关。该驱动系统包括用于每相的开关组件，所述开关组件电气联接到逆变器开关以及第一和第二绕组部段，其中开关组件包括至少两个开关状态。开关组件的第一开关状态将第一绕组部段和第二绕组部段串联地电气联接到逆变器开关，第二开关状态将第二绕组部段电气联接到逆变器开关并且将第一绕组部段与逆变器开关电气断开。

本发明还包括通过以下方案。

1，一种用于永磁(PM)电机的驱动系统，所述电机包括定子、转子和逆变器，所述驱动系统包括：

在所述定子中的至少一个定子绕组，所述定子绕组包括第一绕组部段和第二绕组部段；

在所述逆变器中的至少两个逆变器开关，所述逆变器开关电气联接到所述第一和第二绕组部段；和

开关组件，所述开关组件电气联接到所述逆变器开关以及所述第一和第二绕组部段，所述开关组件包括至少两个开关状态，其中第一开关状态将所述第一绕组部段和所述第二绕组部段串联地电气联接到所述逆变器开关，而第二开关状态将所述第二绕组部段电气联接到所述逆变器开关并将所述第一绕组部段从所述逆变器开关断开。