[发明专利]一种提升驱动电机机械特性的设计方法

说明书

本发明提供一种提升驱动电机机械特性的设计方法，属于电机设计及应用领域。本发明针对解决一般驱动电机起动时小电流、大转矩，正常运行时高转速的机械特性要求，而常规设计方案难以同时兼顾两个需求的问题，提出了以多并联支路或多并绕根数的对称绕组结构，并结合开关元件的导通控制策略，来完成绕组多支路间的串联及并联切换，以调节电机有效匝数，调节反电势，最终实现提升电机机械特性调节能力的一种方法。该方法能有效解决驱动电机设计过程中的起动特性及高速运行特性难以兼顾的矛盾，对驱动电机及其驱动系统的设计及应用，具有重要意义。

技术领域

本发明涉及属于电机设计及应用领域，具体是一种提升驱动电机机械特性的设计方法。

背景技术

对驱动电机设计而言，以电动汽车电机为例，要求在汽车起动时主驱电机具备低速大转矩起动能力；同时，在汽车高速行驶过程中，主驱电机应具备高转速运行能力。而对于直流无刷永磁驱动电机来说，一般也要求电机具有较高的起动转矩，以提高电机响应性能；同时额定转速也应尽量高，以增加电机功率密度。然而，电机的大转矩起动能力与高转速运行能力难以同时达到最优，需要进行折衷取舍，并受到驱动器工作电压、工作电流限制，从而限制了驱动电机的机械运行能力。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了以多并联支路或多并绕根数的对称绕组结构，并结合开关元件的导通控制策略，来完成绕组多支路间的串联及并联切换，以调节电机有效匝数，调节反电势，最终实现提升电机机械特性调节能力的一种方法。该方法能有效解决在不降低绕组利用率的前提下，提高驱动电机起动及高速能力，对驱动电机及其驱动系统的设计及应用，具有重要意义。

一种提升驱动电机机械特性的设计方法，包括如下步骤：

(1)在多相电机绕组绕制过程中，每相绕组采用多并联支路或多导线并行绕制，以实现每相多支路绕组设计，同时保障两支路间在电路及磁路上的对称性，降低各支路内的环形电流。

(2)每相绕组各支路，其两端连接至电力电子开关器件，通过控制各开关器件的导通与关断，实现各支路的串联与并联。在电机的运行过程中，通过各支路的串联与并联，调整电机每相串联匝数、线电阻，进而调整电枢电流、反电势，以实现对电机机械特性的调节。

本发明的有益效果如下：

(1)在不增加电机尺寸、不降低绕组利用率的前提下，可方便快捷的扩展电机起动、高速运行能力的调节范围。

(2)同尺寸的电机，应用本发明，可具有更高的起动转矩、更宽的运行转速区间，以及更高的工作效率。

(3)本发明简单有效，易于实施，且不增加生产成本。

附图说明

图1是每相两支路绕组示意图；

图2是每相两支路绕组与电力电子开关器件的连接示意图；

图3是一种直流无刷永磁电机串联全电压、并联全电压及并联半压下的转矩、电流随转速的变化关系。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的一种实施过程进行完整地描述。

本发明提供一种提升驱动电机机械特性的设计方法，包括如下步骤：

(1)如图1所示，在电机绕组绕制过程中，每相绕组采用两支路或两导线并行同步绕制，得到两个绕组支路①③及②④，以实现每相绕组两支路设计。这样可保障两支路间在电路及磁路上具有较好的对称性，降低各支路内的环形电流。

(2)如图2所示，两个并绕支路的输出端分别连接至电力电子开关器件，通过控制S1、S2、S3开关器件的导通与关断，实现各并绕支路的串联与并联。