专利名称：安全装置和电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电机，尤其涉及用于提高采用永磁体激励的电机的运行可靠性的
安全装置。
背景技术：
永磁同步电机以其优良的特性(例如，体积小、运行效率高、功率因数高等)越来越广泛地应用到各个领域，因此对永磁同步电机及其控制系统运行的可靠性要求也越来越
尚ο由于永磁同步电机采用永磁体励磁，所以运转中即使断开外部控制电源，永磁同步电机的各个相绕组中仍存在较大的绕组感应电势。在这种情况下，当永磁同步电机各个相绕组之间发生短路(特别是绕组首端相间短路)故障时，其短路电流很大，造成永磁同步电机严重发热甚至可能造成永磁体永久去磁的危险。目前采用半桥逆变器供电的主电路拓扑无法解决永磁同步电机相绕组之间的短路所造成的危险，因为即使停止了半桥逆变器向永磁同步电机中发生短路的相绕组供电，永磁同步电机中发生短路的相绕组中产生的感应电势仍然可以通过短路相首首相连和尾尾相连形成很大的短路电流。
实用新型内容考虑到上述问题，本实用新型的一个目的在于提供一种安全装置，其可以提高采用永磁体激励的电机的运行可靠性。本实用新型的另一个目的在于提供一种采用永磁体激励的具有该安全装置的电机。按照本实用新型实施例的一种安全装置，包括双向可控开关组，其串联在采用永磁体激励的电机中的多个相绕组的尾端；控制器，用于当所述多个相绕组中的任意两个相绕组之间发生短路时，输出用于切断所述两个相绕组的其中一个相绕组的电信号；以及，驱动电路，其与所述双向可控开关组和所述控制器连接，用于当收到来自所述控制器的所述电信号时，驱动所述双向可控开关组中串联在所述其中一个相绕组的尾端的双向可控开关断开，以切断所述其中一个相绕组与所述多个相绕组中的其它相绕组的连接。按照本实用新型实施例的一种安全装置，包括双向可控开关组，其串联在采用永磁体激励的电机中的多个相绕组的尾端；控制器，用于当所述多个相绕组中的任意两个相绕组之间发生短路时，输出用于切断所述两个相绕组的其中一个相绕组的电信号，以及促使外部电源按照所述多个相绕组中除了所述其中一个相绕组之外的剩余的各个相绕组的相电流的新电流值，向所述剩余的各个相绕组输入相电流，其中，所述剩余的各个相绕组的相电流的新电流值是基于所述剩余的各个相绕组的合成磁势等于在切断所述其中一个相绕组之前所述多个相绕组的合成磁势原则来计算的；以及，驱动电路，其与所述双向可控开关组和所述控制器连接，用于当收到来自所述控制器的所述电信号时，驱动所述双向可控开关组中串联在所述其中一个相绕组的尾端的双向可控开关断开，以切断所述其中一个相绕组与所述多个相绕组中的其它相绕组的连接。按照本实用新型实施例的一种采用永磁体激励的电机，包括永磁体；多个相绕组；双向可控开关组，其串联在所述多个相绕组的尾端；控制器，用于当所述多个相绕组中的任意两个相绕组之间发生短路时，输出用于切断所述两个相绕组的其中一个相绕组的电信号；以及，驱动电路，其与所述双向可控开关组和所述控制器连接，用于当收到来自所述控制器的所述电信号时，驱动所述双向可控开关组中串联在所述其中一个相绕组的尾端的双向可控开关断开，以切断所述其中一个相绕组与所述多个相绕组中的其它相绕组的连接。按照本实用新型实施例的一种采用永磁体激励的电机，包括永磁体；多个相绕组；双向可控开关组，其串联在所述多个相绕组的尾端；控制器，用于当所述多个相绕组中的任意两个相绕组之间发生短路时，输出用于切断所述两个相绕组的其中一个相绕组的电信号，以及促使外部电源按照所述多个相绕组中除了所述其中一个相绕组之外的剩余的各个相绕组的相电流的新电流值，向所述剩余的各个相绕组输入相电流，其中，所述剩余的各个相绕组的相电流的新电流值是基于所述剩余的各个相绕组的合成磁势等于在切断所述其中一个相绕组之前所述多个相绕组的合成磁势原则来计算的；以及，驱动电路，其与所述双向可控开关组和所述控制器连接，用于当收到来自所述控制器的所述电信号时，驱动所述双向可控开关组中串联在所述其中一个相绕组的尾端的双向可控开关断开，以切断所述其中一个相绕组与所述多个相绕组中的其它相绕组的连接。由于在采用永磁体激励的电机的相绕组的尾端串联了双向可控开关，并当任意两个相绕组之间发生短路时，该两个相绕组的其中一个相绕组的尾端所串联的双向可控开关被驱动断开，因此，切断了该其中一个相绕组与其它相绕组的连接，从而提高了采用永磁体激励的电机的运行可靠性。
本实用新型的其它特征、特点、优点和益处将通过
以下结合附图的详细描述变得更加显而易见。其中图1示出了按照本实用新型第一实施例的安全装置的示意图；图2其示出了按照本实用新型一个实施例的子驱动电路的示意图；图3示出了按照本实用新型另一实施例的子驱动电路的示意图；图如示出了按照本实用新型一个实施例的四相永磁同步电机的四个相绕组的空间分布示意图；图4b示出了按照本实用新型一个实施例的四相永磁同步电机的剩余相绕组的空间分布示意图；以及图5示出了按照本实用新型又一实施例的子驱动电路的示意图。
具体实施方式
下面，将结合附图以四相永磁同步电机为例来详细描述本实用新型的各个实施例。(第一实施例)[0020]在本实施例中，四相永磁同步电机包括永磁体、四个相绕组和安全装置。现在参考图1，其示出了按照本实用新型第一实施例的安全装置的示意图。如图1 所示，安全装置10包括双向可控开关组100、驱动电路200和控制器300。其中，双向可控开关组100包括三个双向可控开关kB、kc* kD，其串联在该四相永磁同步电机的三个相绕组的尾端。其中，双向可控开关kB串联在B相绕组的尾端，双向可控开关k。串联在C相绕组的尾端，以及双向可控开关kD串联在D相绕组的尾端。驱动电路200用于当收到用于切断B相绕组、C相绕组和D相绕组的其中一个相绕组的电信号时，驱动双向可控开关kB、k。或kD中串联在该其中一个相绕组的尾端的双向可控开关断开，从而切断该其中一个相绕组与其它相绕组的连接。例如，当收到用于切断B 相绕组的电信号时，驱动电路200驱动双向可控开关kB断开，从而切断B相绕组与A相绕组、C相绕组和D相绕组的连接；当收到用于切断C相绕组的电信号时，驱动电路200驱动双向可控开关kc断开，从而切断C相绕组与A相绕组、B相绕组和D相绕组的连接；以及， 当收到用于切断D相绕组的电信号时，驱动电路200驱动双向可控开关kD断开，从而切断D 相绕组与A相绕组、B相绕组和C相绕组的连接。控制器300用于当A相绕组至D相绕组中的任意两个相绕组之间发生短路时，向驱动电路200输出用于切断该两个相绕组的其中一个相绕组的电信号。控制器300可以连接到A相绕组至D相绕组并通过检测A相绕组至D相绕组的电流或电压来确定哪两个相绕组之间发生了短路，或者该四相永磁同步电机中的其它设备检测到A相绕组至D相绕组中的其中两个相绕组之间发生短路时，向控制器300通知这两个发生短路的相绕组。例如，当A相绕组和B相绕组之间发生短路时，控制器300向驱动电路200输出用于切断B相绕组的电信号；当A相绕组和C相绕组之间发生短路时，控制器300向驱动电路 200输出用于切断C相绕组的电信号；当A相绕组和D相绕组之间发生短路时，控制器300 向驱动电路200输出用于切断D相绕组的电信号；当B相绕组和C相绕组之间发生短路时， 控制器300向驱动电路200输出用于切断B或C相绕组的电信号；当B相绕组和D相绕组之间发生短路时，控制器300向驱动电路200输出用于切断B或D相绕组的电信号；以及， 当C相绕组和D相绕组之间发生短路时，控制器300向驱动电路200输出用于切断C或D 相绕组的电信号。由上面描述可知，由于在四相永磁同步电机的相绕组的尾端串联了双向可控开关，并当任意两个相绕组之间发生短路时，该两个相绕组的其中一个相绕组的尾端所串联的双向可控开关被驱动断开，因此，切断了该其中一个相绕组与其它相绕组的连接，从而提高该四相永磁同步电机的运行可靠性。双向可控开关组100中所包括的双向可控开关、、1^和kD的每一个可以是双向晶闸管或者反并联单向晶闸管。在双向可控开关kB、kc和kD是双向晶闸管的情况下，驱动电路200包括用于驱动双向可控开关kB、kc和kD中的每一个的子驱动电路，即驱动电路200包括用于驱动双向可控开关kB的子驱动电路、用于驱动双向可控开关的子驱动电路和用于驱动双向可控开关 kD的子驱动电路。现在参考图2，其示出了按照本实用新型一个实施例的子驱动电路的示意图。如图2所示，子驱动电路210连接到双向晶闸管T21以驱动双向晶闸管T21闭合或断开。子驱动电路210包括光电耦合器件T22和电阻1 21、&2。其中，光电耦合器件T22包括光敏器件和连接到控制器300的发光器件。光电耦合器件T22的光敏器件的一端连接到作为双向可控开关kB、kc或kD的双向晶闸管T21的控制极以及电阻Ii21的其中一端，光电耦合器件T22的光敏器件的另一端连接到电阻I^22的其中一端，电阻I^21的另一端和电阻Ii22的另一端分别连接到双向晶闸管T21的阳极和阴极或者双向晶闸管T21的阴极和阳极。当控制器300向驱动电路200输出用于切断双向晶闸管T21所串联的相绕组的电信号If时，与双向晶闸管T21连接的子驱动电路210将会接收到该电信号If并且该电信号 If流过光电耦合器件T22的发光器件。当该电信号If流过光电耦合器件T22的发光器件时， 光电耦合器件L2的发光器件进行发光。当光电耦合器件L2的发光器件发光时，光电耦合器件T22的光敏器件导通，光电耦合器件T22的光敏器件和电阻1 21、1^2构成的回路有电流通过，从而双向晶闸管T21的控制极被提供控制电流Ie，导致双向晶闸管T21断开，这使得双向晶闸管T21所串联的相绕组与其它绕组的连接被切断。此外，在控制器300停止向驱动电路200输出用于切断双向晶闸管T21所串联的相绕组的电信号If后，不会有电信号流过光电耦合器件T22的发光器件，光电耦合器件T22的发光器件不会发光，光电耦合器件T22的光敏器件不导通，光电耦合器件T22的发光器件和电阻1 21、1 22构成的回路没有电流通过，双向晶闸管T21的控制极没有被提供控制电流Ie，双向晶闸管T21导通，从而双向晶闸管T21所串联的相绕组能与其它绕组连接。在双向可控开关kB、kc和kD分别是反并联单向晶闸管的情况下，驱动电路200包括用于驱动双向可控开关kB、kc和kD中的每一个的子驱动电路，即驱动电路200包括用于驱动双向可控开关kB的子驱动电路、用于驱动双向可控开关的子驱动电路和用于驱动双向可控开关kD的子驱动电路。现在参考图3，其示出了按照本实用新型另一实施例的子驱动电路的示意图。如图 3所示，子驱动电路230连接到反并联单向晶闸管T3以驱动反并联单向晶闸管T3闭合或断开。子驱动电路230包括脉冲变压器TG和二极管D31、D32、D33> D340其中，脉冲变压器TG包括第一次级线圈、第二次级线圈和连接到控制器300的初级线圈。脉冲变压器TG的第一次级线圈的一端连接到二极管A3的阳极和作为双向可控开关kB、kc或kD的反并联单向晶闸管中的第一单向晶闸管T31的阴极，脉冲变压器TG的第一次级线圈的另一端连接到二极管D31的阳极，二极管1^3的阴极和二极管D31的阴极连接在一起并连接到第一单向晶闸管T31的控制极。脉冲变压器TG的第二次级线圈的一端连接到二极管D34的阳极和反并联单向晶闸管的第二单向晶闸管T32的阴极，脉冲变压器TG的第二次级线圈的另一端连接到二极管D32 的阳极，二极管D34的阴极和二极管D32的阴极连接在一起并连接到第二单向晶闸管T32的控制极。当控制器300向驱动电路200输出用于切断反并联单向晶闸管T3所串联的相绕组的高频脉冲形式的电信号If时，与反并联单向晶闸管T3连接的子驱动电路230将会接收到该电信号If并且该电信号If将会流过脉冲变压器TG的初级线圈。当该电信号If流过脉冲变压器TG的初级线圈时，脉冲变压器TG的第一次级线圈和第二次级线圈分别产生感应电流，该产生的感应电流分别经过二极管D31和D32作为控制电流Iei和Ie2分别输入到第一单向晶闸管T31和第二单向晶闸管I2的控制极，导致反并联单向晶闸管T3中的第一单向晶闸管T31和第二单向晶闸管T32断开，这使得反并联单向晶闸管T3所串联的相绕组与其它绕组的连接被切断。此外，在控制器300停止向驱动电路200输出用于切断反并联单向晶闸管T3所串联的相绕组的高频脉冲形式的电信号If后，与反并联单向晶闸管T3连接的子驱动电路230 不会接收到该电信号IF，从而没有电信号流过脉冲变压器TG的初级线圈，脉冲变压器TG的第一次级线圈和第二次级线圈不产生感应电流，因而就没有控制电流输入到第一单向晶闸管T31和第二单向晶闸管L的控制极，导致反并联单向晶闸管T3中的第一单向晶闸管T31 和第二单向晶闸管T32闭合，从而反并联单向晶闸管1~3所串联的相绕组能与其它绕组连接。(第二实施例)永磁同步电机的各个相绕组之间未发生短路之前，所有参与工作的相绕组的空间分布是对称的，因此，各相绕组的相电流的相位分布也是对称的，各相绕组的合成磁势是圆形旋转磁势。当永磁同步电机的相绕组之间发生短路并且发生短路的其中一个相绕组被切断后，剩余的相绕组的空间分布不再对称。在这种情况下，如果仍然向剩余的各个相绕组输入不变的相电流，则剩余的各个相绕组的合成磁势将是椭圆形旋转磁势，这将会显著地降低永磁同步电机的输出转矩和有功功率。为此，在本实施例中，在第一实施例的基础上，安全装置10的控制器300进一步根据剩余的各个相绕组的合成磁势等于在发生短路之前所有相绕组的合成磁势的原则，计算剩余的各个相绕组的相电流的新电流值，并且促使外部电源按照该计算的新电流值向剩余的各个相绕组输入相电流。下面，仍然以四相永磁同步电机为例来展开详细描述。现在参考图如，其示出了四相永磁同步电机的四个相绕组Wa-Wd的空间分布示意图。如图如所示，四个相绕组在空间分布上相差90°。与四个相绕组的空间分布相同，四个相绕组的相电流的相位也是以相差90°的方式对称分布的。四个相绕组的相电流iA、iB、 ic和iD可以使用等式(1)来表示。
权利要求1.一种安全装置，其特征在于包括双向可控开关组，其串联在采用永磁体激励的电机中的多个相绕组的尾端； 控制器，用于当所述多个相绕组中的任意两个相绕组之间发生短路时，输出用于切断所述两个相绕组的其中一个相绕组的电信号；以及驱动电路，其与所述双向可控开关组和所述控制器连接，用于当收到来自所述控制器的所述电信号时，驱动所述双向可控开关组中串联在所述其中一个相绕组的尾端的双向可控开关断开，以切断所述其中一个相绕组与所述多个相绕组中的其它相绕组的连接。
2.一种安全装置，其特征在于包括双向可控开关组，其串联在采用永磁体激励的电机中的多个相绕组的尾端； 控制器，用于当所述多个相绕组中的任意两个相绕组之间发生短路时，输出用于切断所述两个相绕组的其中一个相绕组的电信号，以及促使外部电源按照所述多个相绕组中除了所述其中一个相绕组之外的剩余的各个相绕组的相电流的新电流值，向所述剩余的各个相绕组输入相电流，其中，所述剩余的各个相绕组的相电流的新电流值是基于所述剩余的各个相绕组的合成磁势等于在切断所述其中一个相绕组之前所述多个相绕组的合成磁势原则来计算的；以及驱动电路，其与所述双向可控开关组和所述控制器连接，用于当收到来自所述控制器的所述电信号时，驱动所述双向可控开关组中串联在所述其中一个相绕组的尾端的双向可控开关断开，以切断所述其中一个相绕组与所述多个相绕组中的其它相绕组的连接。
3.如权利要求1或2所述的安全装置，其中，所述双向可控开关组中的至少一个双向可控开关是双向晶闸管， 所述驱动电路包括所述双向晶闸管的子驱动电路， 其中，所述子驱动电路包括光电耦合器件、第一电阻和第二电阻， 其中，所述光电耦合器件包括连接到所述控制器并当接收到来自所述控制器的用于切断所述双向晶闸管所串联的相绕组的电信号时发光的发光器件，以及当所述发光器件发光时导通以及所述发光器件不发光时不导通的光敏器件，所述光电耦合器件的光敏器件的一端连接到所述双向晶间管的控制极以及所述第一电阻的其中一端，所述光电耦合器件的光敏器件的另一端连接到所述第二电阻的其中一端，所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的另一端分别连接到所述双向晶闸管的阳极和阴极或者所述双向晶闸管的阴极和阳极。
4.如权利要求1或2所述的安全装置，其中，所述双向可控开关组中的至少一个双向可控开关是反并联单向晶闸管， 所述驱动电路包括所述反并联单向晶闸管的子驱动电路，所述子驱动电路包括脉冲变压器、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，其中，所述脉冲变压器包括第一次级线圈、第二次级线圈、以及连接到所述控制器的初级线圈，所述第一次级线圈的一端连接到所述第一二极管的阳极和所述反并联单向晶闸管中的第一单向晶闸管的阴极，所述第一次级线圈的另一端连接到所述第二二极管的阳极，所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阴极连接在一起并连接到所述第一单向晶闸管的控制极，以及所述第二次级线圈的一端连接到所述第三二极管的阳极和所述反并联单向晶闸管中的第二单向晶闸管的阴极，所述第二次级线圈的另一端连接到所述第四二极管的阳极，所述第三二极管的阴极和所述第四二极管的阴极连接在一起并连接到所述第二单向晶闸管的控制极。
5.一种采用永磁体激励的电机，其特征在于包括永磁体；多个相绕组；双向可控开关组，其串联在所述多个相绕组的尾端；控制器，用于当所述多个相绕组中的任意两个相绕组之间发生短路时，输出用于切断所述两个相绕组的其中一个相绕组的电信号；以及驱动电路，其与所述双向可控开关组和所述控制器连接，用于当收到来自所述控制器的所述电信号时，驱动所述双向可控开关组中串联在所述其中一个相绕组的尾端的双向可控开关断开，以切断所述其中一个相绕组与所述多个相绕组中的其它相绕组的连接。
6.一种采用永磁体激励的电机，其特征在于包括永磁体；多个相绕组；双向可控开关组，其串联在所述多个相绕组的尾端；控制器，用于当所述多个相绕组中的任意两个相绕组之间发生短路时，输出用于切断所述两个相绕组的其中一个相绕组的电信号，以及促使外部电源按照所述多个相绕组中除了所述其中一个相绕组之外的剩余的各个相绕组的相电流的新电流值，向所述剩余的各个相绕组输入相电流，其中，所述剩余的各个相绕组的相电流的新电流值是基于所述剩余的各个相绕组的合成磁势等于在切断所述其中一个相绕组之前所述多个相绕组的合成磁势原则来计算的；以及驱动电路，其与所述双向可控开关组和所述控制器连接，用于当收到来自所述控制器的所述电信号时，驱动所述双向可控开关组中串联在所述其中一个相绕组的尾端的双向可控开关断开，以切断所述其中一个相绕组与所述多个相绕组中的其它相绕组的连接。
专利摘要本实用新型涉及安全装置和电机，其中，该安全装置包括双向可控开关组，其串联在采用永磁体激励的电机中的多个相绕组的尾端；控制器，用于当所述多个相绕组中的任意两个相绕组之间发生短路时，输出用于切断所述两个相绕组的其中一个相绕组的电信号；以及，驱动电路，其与所述双向可控开关组和所述控制器连接，用于当收到来自所述控制器的所述电信号时，驱动所述双向可控开关组中串联在所述其中一个相绕组的尾端的双向可控开关断开，以切断所述其中一个相绕组与所述多个相绕组中的其它相绕组的连接。利用该安全装置，可以提高采用永磁体激励的电机的运行可靠性。
文档编号H02K21/00GK202034764SQ201120168420
公开日2011年11月9日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者宁国云, 王怡华, 黄声华 申请人:大禹电气科技股份有限公司