[发明专利]一种四分段绕组电机切换系统及切换方法

说明书

本发明公开了一种四分段绕组电机切换系统，包括电机控制器、定子绕组、切换电路和吸收电路；所述电机控制器通过三相线与定子绕组连接，所述定子绕组的每相包括四个部分，分别为第一绕组部、第二绕组部、第三绕组部和第四绕组部，每个绕组部通过切换电路相连接，所述吸收电路分别与每一路切换电路连接；本发明中电机存在四段绕组，通过四段绕组的切换，可实现四档变速箱的效果，比两档变速性能提升。本发明中切换级数多，切换过程中冲击小，连贯性更好，同时对系统内的各项器件伤害更小，可以有效的延长装置的使用寿命。

技术领域

本发明涉及涉及三相电机技术领域，尤其是一种四分段绕组电机切换系统及切换方法。

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IGBT，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IGBT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。

目前主流电机驱动厂家为解决高速及低速大转矩的需求，多推出双电机的方案，即大小额定功率的电机搭配使用，通过联动轴将两个电机连接在一起，分别在不同的情况下控制使用不同的电机，该方法采用两个电机，且机械结构复杂，成本较高。

目前针对分段绕组电机及切换电路的专利主要围绕两分段电机开展，尚未有针对两分段及以上绕组电机的切换研究专利。

发明内容

本发明目的在于：针对上述问题，提供一种四分段绕组电机切换系统及切换方法，解决了现有技术中存在的各类的问题。

本发明是通过下述方案来实现的：

一种四分段绕组电机切换系统，包括电机控制器、定子绕组、切换电路和吸收电路；所述电机控制器通过三相线与定子绕组连接，所述定子绕组的每相包括四个部分，分别为第一绕组部、第二绕组部、第三绕组部和第四绕组部，每个绕组部通过切换电路相连接，所述吸收电路分别与每一路切换电路连接。

基于上述一种四分段绕组电机切换系统，所述切换电路包括二极管半桥线路、可控开关半桥线路、第一线路和第二线路；所述二极管半桥线路设置为2条，可控开关半桥线路设置为一条；两条二极管半桥线路和可控开关半桥线路分别与第一线路和第二线路并联设置。