[发明专利]一种定子绕组重构切换拓扑以及电机系统

说明书

本发明涉及电机技术领域，具体公开了一种定子绕组重构切换拓扑以及电机系统。该定子绕组重构切换拓扑包括三相输入端以及与三相输入端分别连接的三条总线路。三条总线路的输出端互相连接，且三条总线路的构成相同，每条总线路由若干条支路构成；支路上设置有定子绕组与至少一个开关，当总线路包括若干条支路时，相邻支路的定子绕组之间设置有开关支路，开关支路上设置有至少一个开关，通过对开关的开合控制调节总线路的定子绕组数。本申请可通过灵活操作各个开关，改变电机特性以满足复杂工况，使电机系统可实现不同转速的运行，进而实现宽速域运行，同时提高电机驱动系统的运行可靠性以及容错性。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体是一种定子绕组重构切换拓扑以及电机系统。

背景技术

随着时代的发展，电动化交通工具逐渐普及，电机系统作为电动化交通工具的核心单元，也逐渐走入人们视野。电机系统的作用原理为通过把电池内储存的化学能经电磁能量转换为转轴输出的机械旋转运动，进而驱动相应交通工具。以电动汽车为例，其电机系统采用高性能交流电机，通过矢量控制、直接转矩控制等算法配合高精度传感器精准控制，再通过结合机械变速箱传动比放大、减小电机轴输出的转速、转矩，进而满足负载要求。

然而，目前传统高性能电机如感应电机、永磁同步电机以及无刷直流电机等，在大多数情况下其定子电磁结构参数基本恒定不变，使其输出性能存在局限性，如电机系统无法在较宽速域范围运行，无法同时满足在低速阶段输出大转矩，在高速阶段突破功率限制继续提速，否则电机将设计的庞大、臃肿，功率密度大大下降。同时部分情况下电流增大会让控制器、电机等出现大幅温升，降低整个电机系统的效率，可靠性难以得到保障。

其次，由于电机直接输出到负载无法满足性能要求，一般还会选择加入机械传动装置如变速器等解决问题。然而该类型装置由大量金属齿轮组成，占据庞大空间体积，且由于其重量较大，系统额外增加负载，使齿轮间摩擦产生损耗，与电动化交通内部空间宽敞、轻量化、高效率的发展方向背道而驰。

此外，在电机系统实际运行过程中，由于存在过压、过流等问题，使内部温升，进而导致电机绕组匝间绝缘失效，形成短路故障烧毁电机绕组，甚至产生电磁力使电机绕组发生断路故障。而电机控制器会在检测到相应故障信号时进行动作，紧急制动电机防止故障进一步扩散。但这会造成电动化交通工具直接停止工作，进而引发经济损失、甚至威胁人身安全。虽然可以采用两台电机来驱动负载，大幅提升电动化交通工具的可靠性、灵活性，但仍不可避免地出现了经济成本增加、占用成倍空间体积、整体效率下降等缺陷。

由此可见，如何在电动化交通工具内部结构紧凑小巧的同时，提升电机系统的效率、改善其续航能力、提高其容错性及可靠性仍亟待解决。

发明内容

本发明公开了一种定子绕组重构切换拓扑以及电机系统，能够灵活切换重构、实现宽速域运行，且占据空间小、运行效率高，提高了电机系统的运行可靠性。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种定子绕组重构切换拓扑，包括：三相输入端以及与所述三相输入端分别连接的三条总线路；

三条所述总线路的输出端互相连接，且三条所述总线路的构成相同，每条所述总线路由一条或若干条支路构成；

所述支路上设置有定子绕组与至少一个开关，当所述总线路包括若干条所述支路时，相邻所述支路的所述定子绕组之间设置有开关支路，所述开关支路上设置有至少一个开关，通过对所述开关的开合控制调节所述总线路的定子绕组数。

可选地，所述支路包括第一支路与第二支路，所述第一支路包括所述定子绕组与一个开关，所述第二支路包括所述定子绕组与两个开关，两个开关分别位于所述定子绕组的两侧。

可选地，相邻所述支路之间的所述开关支路的第一端设置于一个所述支路的所述定子绕组的输出端与所述开关的输入端之间，所述开关支路的第二端设置于另一个所述支路的所述定子绕组的输入端与所述开关的输出端之间。