[发明专利]一种高速永磁同步电机系统

说明书

本发明涉及一种高速永磁同步电机系统，包括电机以及控制器，电机采用6极36槽、双层整距绕组结构，电机由电机模块m以及电机模块n组成，控制器由与电机模块m连接的控制模块m以及与电机模块n连接的控制模块n组成，电机模块m以及电机模块n均由互差120°电角度的三相绕组组成，控制模块m与控制模块n的调制波幅值相等、相位相等以及载波幅值相等，载波相位互差180°，上述高速永磁同步电机系统采用了电机模块化和控制器模块化设计，特别是控制器模块的载波相移控制策略，使得由开关引起的载波比边带谐波转矩通过转矩叠加得以抵消，从而降低电机的转矩脉动，提高了电机的运行稳定性。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种高速永磁同步电机系统。

背景技术

现有的大功率、高频高速永磁同步电机驱动系统，受限于控制器开关器件的功率和开关频率，通常采用控制器多模块并联的方式对电机供电。然而，这种方式仅仅在电机外进行简单的功率分配，并不能解决高频电机载波比(开关频率/电机基频)低、输入电流低次谐波含量高的问题，使电机在高频运行时产生较大的转矩脉动；不仅如此，由于气息磁场谐波的含量高，齿槽转矩大，也会使电机在高频运行时产生较大的转矩脉动。另一方面，电机高速运行时，电机电枢绕组电流频率高，由于趋肤效应和邻近效应的影响，使产生的高频交流损耗大，同时，由于高速电机匝数少，导体并绕根数多，因槽口和槽底的磁场不同，在并绕导线之间还会产生额外的环流损耗。此外，电机高速运行时，转子离心力大，传统表贴式永磁体和硅钢叠片构成的转子极限强度低，所以限制了电机的转子线速度，导致转子的强度不够。综上可知，目前的高速永磁同步电机驱动系统存在高速运行时转矩脉动大、高频交流铜损大以及转子强度不足的问题，其对电机的稳定性和可靠性产生了危害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够降低电机的转矩脉动，从而提高电机运行稳定性的高速永磁同步电机系统。

本发明所采用的技术方案是，一种高速永磁同步电机系统，包括电机以及控制器，电机1采用6极36槽、双层整距绕组结构，电机由电机模块m以及电机模块n组成，控制器由与电机模块m连接的控制模块m以及与电机模块n连接的控制模块n组成，电机模块m以及电机模块n均由互差120°电角度的三相绕组组成，每相绕组均由三个线圈组组成，每个线圈组均由相邻的两个线圈构成，每个线圈均由一组下层元件和相距六个槽的一组上层元件相连接来构成，控制模块m与控制模块n的调制波幅值相等、相位相等以及载波幅值相等，载波相位互差180°。

本发明的有益效果是：上述高速永磁同步电机系统采用了电机模块化和控制器模块化设计，特别是控制器模块的载波相移控制策略，使输入到电机模块m和电机模块n中的的基波电流幅值相等以及相位相等，并且由开关引起的载波比为中心的谐波电流幅值相等，相位互差180°；采用该种电机系统结构，在电机内，各电机模块基波电流产生的转矩不变，但谐波电流产生的转矩由于相位也相差了180°，使得由开关引起的载波比边带谐波转矩通过转矩叠加得以抵消，从而使电机的转矩脉动降低，降低了电机震动噪声，提高了电机的运行稳定性。另一方面，由于载波比边带谐波转矩被抵消，仅剩2倍于或更高倍数的载波比边带谐波转矩，相当于控制器的开关频率提高了2倍，这样电驱动系统在现有开关水平条件下，就可以运行在更高的频率上。

作为优先，电机模块m包括Am相绕组、Bm相绕组以及Cm相绕组，Am相绕组包括的线圈为：Am1、Am2、Am13、Am14、Am25、Am26；Bm相绕组包括的线圈为：Bm5、Bm6、Bm17、Bm18、Bm29、Bm30；Cm相绕组包括的线圈为：Cm9、Cm10、Cm21、Cm22、Cm33、Cm34，将电机进行模块化，配合模块化设计的控制器，可以降低电机转矩脉动，提高电机运行的稳定性。