[发明专利]开放式绕组电机变结构驱动拓扑

说明书

技术领域

本发明涉及电机驱动控制领域，具体而言，涉及一种变结构驱动拓扑。

背景技术

在电机驱动中，驱动器的拓扑结构普遍采用三相全桥结构，即六个功率管 组成3个桥臂，每个桥臂的中间点连接电机的每相绕组端子。这种拓扑结构的 优势是功率器件数量少、体积小、成本低，但是其缺点也是非常明显，只有其 中一个功率管发生故障，由于受三相电流之和为零的约束，其他的5个功率管 也就没法正常工作，因此这种拓扑结构无灵活性、不能进行故障后重构。

在开放式绕组电机驱动中，驱动器一般采用独立H桥结构，即每相绕组的 两个端子全部引出电机外部，并由四个功率管组成的独立H桥结构驱动，这样 在某个功率管发生故障时，不会影响其他功率管的正常工作，同时在控制策略 上进行调整，通过控制其他正常相的电流输出，可以弥补故障相的功率缺失。 但是，这种独立H桥结构克服了三相全桥结构的缺点，具有一定的灵活性且能 够进行故障重构，但是，其结构是固定不变的，不能更好地满足电机系统的宽 范围使用要求，比如高速、低速、轻载、重载、故障等工况。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提供一种高可靠性、可适应不同工况的开放式 绕组电机变结构驱动拓扑。

本发明的技术解决方案是：开放式绕组电机变结构驱动拓扑，包括H桥组、 电源开关组和电源组；假设开放式绕组电机相数为2×N时，其中N≥2；

则，电源组包括N个直流功率电源，每个直流功率电源有输出正和输出负 两个端子；电源开关组包括4N个功率开关；所述H桥组包括4×2×N个功率 管，组成2×N个H桥；每个H桥以开放式绕组电机为界区分左、右两个桥臂， 每个桥臂由两个功率管的漏极和源极串联在一起构成，该漏极和源极之间设有 接线端子，接线端子与开放式绕组电机的绕组的端子连接；其中与开放式绕组 电机的两相绕组端子连接的两个H桥为一组，由同一个直流功率电源供电，一 组H桥左右两侧桥臂分别并联，并联后漏极一端接一个功率开关后接入对应直 流功率电源的输出正端子，并联后源极一端接一个功率开关后接入对应直流供 电电源的输出负端子，上述所有功率管及功率开关的栅极作为控制端。

当需要变结构时，关闭由同一个直流功率电源供电的两个H桥左右两侧任 意一侧的功率开关，并关闭同侧并联两个桥臂中位于上部或者下部的两个功率 管，另外两个功率管处于常开状态，将两相绕组进行串联，从而将由2×N个 H桥驱动的2×N相电机串联成由N个H桥驱动的新N相电机。

当某个绕组或者功率管发生故障时，关闭发生故障绕组或者功率管所在H 桥上的所有功率管。

关闭同一个直流功率电源供电的所有H桥，保留至少一个直流功率电源供 电的一组H桥工作，实现轻载模式。

关闭每个同一直流功率电源供电2个H桥中的一个H桥，实现轻载模式。

当某个绕组或者功率管发生故障时，关闭发生故障绕组或者功率管所在H 桥上的所有功率管。

所述的电源组根据实际可靠性需求，以及空间、体积与重量限制，可以采 用1个电源，通过开关控制实现上述N个直流功率电源的功能。

所述的电源组根据实际可靠性需求，以及空间、体积与重量限制，可以采 用2个并联的电源，通过开关控制实现上述N个直流功率电源的功能。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)根据本发明的可变结构式驱动拓扑，根据不同的工况需求，可以变换 驱动拓扑结构，使得开放式绕组电机达到不同的工作状态，实现一个电机可以 满足多种工况需求，相比多电机+离合器进行速度或力矩耦合系统，实现一机多 用，同时消除了机械耦合器的体积、重量、振动和噪声源，而且省去了机械维 护等，能够有效地提高电机系统功率密度、电机与功率器件使用率，降低系统 重量和体积。另外，相比普通H桥驱动拓扑结构，该驱动拓扑结构还具有很强 的故障容错能力和在线变结构能力，可以根据不同的工况需求，实现非常灵活 的结构变换，从而提高系统的可靠性和安全性。

(2)本发明根据实际可靠性需求，以及空间、体积与重量限制，可以 采用1个或者2个或者N个电源，应用灵活。

附图说明

图1是根据本发明的2×N相变结构驱动拓扑结构的架构图；

图2是根据本发明的六相变结构驱动拓扑结构的架构图；

图3为应用本发明的驱动系统架构图。