[实用新型]一种三相电机绕组切换装置

说明书

一种三相电机绕组切换装置，该装置包括电机定子绕组，电机定子绕组的三相分成两段，一段为低速驱动绕组，匝数为W1，整体为ABC绕组；另一段为高低速驱动绕组，匝数为W2，整体为abc绕组；ABC绕组和abc绕组中性点均不直接相连，而分别通过三个可控半导体开关连接在一起；ABC绕组与连接的可控半导体开关S1/S2/S3，形成高速切换电路，abc绕组串联ABC绕组与连接的可控半导体开关S4/S5/S6，形成低速切换电路，高速切换电路和低速切换电路整体形成绕组切换装置；本实用新型能够实现两档机械变速箱的功能，既实现了低速大转矩输出、又降低了高速时的弱磁深度，实现宽转速范围的高效驱动。

技术领域

本实用新型涉及三相电机技术领域，具体涉及一种三相电机绕组切换装置。

背景技术

对电动汽车来说，在不同工况下，对驱动电机系统的性能要求是不同的。

当汽车从零速/低速开始加速时，或者处于斜坡上起动等情况下，这时候车速或电机转速都比较低，但需要大转矩以克服摩擦力或者车自身重力的分量。电机转矩与磁通密度成正比，因此需要高磁通密度。

在高速巡航时，系统通常对转矩要求不高，但为了使汽车驱动电机更高效率运作，希望降低磁通密度。在高速区域中，铁损占比高，而铁损基本与磁通密度的平方成正比。因此，磁通密度越低，铁损越低。另外，如果电机为永磁电机，由永磁体的磁通量产生的反电动势 (电压)还会随着转速增加而增加。而车上电池电压水平有限，当该反电动势达到逆变器能够施加给电机的电压以上时，电机中电流就无法再通过，转速即不能再上升。因此，为了提高最高速度，也降低磁通密度以抑制反电动势——对此，通常使用弱磁控制技术来产生与永磁体磁通量相反方向的磁通，从而减小反电动势，提高转速。但是，为了产生相反方向的磁通量，必须使电流流过定子绕组，这同样会增加损耗，还会增加永磁体退磁的风险。因此弱磁的范围也不宜过宽。

也就是说，在低速区域和高速区域要求的转矩大小、磁通量密度是不同的。

现有技术中，专利CN 201310041277.4提出了一种在高、低速时切换绕组的技术。定子的线圈分为两部分，低速旋转时电流在全部圈线内通过，而高速旋转时则在部分线圈内通过。但其技术中使用全控器件半导体开关，成本较高且可能在主动关断过程中产生过电压，损伤绕组绝缘和半导体开关管；其切换电路中的RC缓冲电路一方面增加了系统的复杂性，另一方面电容往往体积较大，且电容本身也比较脆弱，在过压冲击下有故障风险。

专利CN 201510508099.0及CN 2016100899171.1也提出了通过绕组切换实现高低速控制的切换装置及方法，但都需要提供单独的直流电源或独立的逆变主电路，增加了系统设计的复杂性及控制复杂性，不利于将切换装置集成在电机内部。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种三相电机绕组切换装置及控制方法，能够使用电子电路起到汽车中两档机械变速箱的作用，使得电机在低速区能够提供大转矩；高速区减小绕组匝数，在不用增加弱磁深度的前提下拓宽调速范围；并且可以使得高速区、低速区都可以高效运行。

为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种三相电机绕组切换装置，包括电机定子绕组1，所述电机定子绕组1的三相分成两段，一段为和外部端子相连的高低速驱动绕组，匝数为W1，三相绕组分别记作A、B和C，整体为ABC绕组；另一段为和外部端子相连的低速驱动绕组，只在低速时接入电路，匝数为W2，三相绕组分别记作a、b和c，整体为abc绕组；ABC绕组和abc绕组中性点均不直接相连，而分别通过三个可控半导体开关连接在一起；所述ABC绕组连接的可控半导体开关分别为第一可控半导体开关S1、第二可控半导体开关S2和第三可控半导体开关S3，形成高速切换电路2，所述abc绕组连接的可控半导体开关分别为第四可控半导体开关S4、第五可控半导体开关S5和第六可控半导体开关S6，形成低速切换电路3，高速切换电路2和低速切换电路3整体形成绕组切换装置4。