专利名称：一种基于输出功率解耦的新能源开关磁阻电动机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电机技术领域，具体涉及一种基于输出功率解耦的新能源开关磁阻电动机。
背景技术：
电动机是将电能转化为机械能的装置，根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机，开关磁阻电动机(SRM)即为一种采用直流供电的新型电动机。开关磁阻电动机系双凸极可变磁阻电动机，其定、转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子凸极上绕有绕组。SRM可以设计成多种不同相数结构，且定、转子的极数有多种不同的搭配。图I所示了四相8/6结构SRM及其功率变换器连接示意图，图中只画出A相绕组及其供电电路。SRM的运行遵循“磁阻最小原理”，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，使转子铁心在移动到磁阻最小位置时，转子的主轴线与磁场的轴线重合。如图I所示，当标有1-1’的转子极对的中心线和A-A’相定子极对的中心线重合时，转子极对1-1’处于磁阻最小位置，此时A相绕组电感是最大的。当给B-B’相通电时，转子极对2-2’根据“磁阻最小原理”就会产生逆时针方向的转矩，依次给A-B-C-D相绕组通电，SRM就可以实现逆时针方向转动；同理，如果依次给A-D-C-B相绕组通电，那么SRM就可以实现顺时针方向转动。由此可见，SRM的转向取决于相绕组通电的顺序，而与相绕组的电流方向无关。目前，利用新能源供电的电动机系统包括新能源电池、蓄电池和电动机，这三者之间的功率转换应用越来越频繁，因此实现功率的转换便需要相应的功率变换器，然而目前对于这三者之间的功率转换需要多个功率变换器，例如新能源电池-电动机的功率变换器，新能源电池-蓄电池的功率变换器以及蓄电池-电动机的功率变换器。一种现有以光伏电池作为输入电源的带蓄电池可调度式电动机如图2所示，光伏电池或蓄电池通过三相逆变器给电动机供电，光伏电池再通过一个直流变换器给蓄电池充电。在上述系统中需要一个光伏电池给蓄电池充电的直流变换器，同时还需要一个三相逆变器，整个系统需要两套功率变换器以及数量众多的开关管，成本比较高，开关损耗比较大，总的转换效率也不是很高，三相逆变器中存在同一个支路中上下两个开关管直通的故障问题；另外，蓄电池无法实现光伏电池输出功率与电机输出功率的解耦。
发明内容针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本实用新型提供了一种基于输出功率解耦的新能源开关磁阻电动机，只需通过一套功率变换器即能实现新能源电池、能量存储器和电机三者之间的能量转换，且能实现新能源电池输出功率与电机输出功率的解耦。一种基于输出功率解耦的新能源开关磁阻电动机，包括一新能源电池、一能量存储器、一逆阻二极管、一电感、两个主续流二极管、两个主开关管和n个绕制于定子凸极上的绕组，n为开关磁阻电动机的相数；其中所述的新能源电池的正极与逆阻二极管的阳极相连，逆阻二极管的阴极与电感的一端相连，电感的另一端与第二主开关管的漏极和第二主续流二极管的阳极相连，第二主续流二极管的阴极与能量存储器的正极和第一主开关管的漏极相连，主开关管的栅极接收外部设备提供的开关信号；所述的绕组的一端与第一主开关管的源极和第一主续流二极管的阴极相连，绕组的另一端连接有子开关管和子续流二极管；所述的子续流二极管的阳极与子开关管的漏极和绕组的另一端相连，子续流二极管的阴极与第二主续流二极管的阴极相连，子开关管的源极与第一主续流二极管的阳极、新能源电池的负极、第二主开关管的源极和能量存储器的负极相连，子开关管的栅极接收外部设备提供的开关信号。新能源电池是一种直接把可再生能源(如太阳能、风能、生物质能、地热能等)转化成电能的装置，优选地，所述的新能源电池为光伏电池；相对于其他新能源电池，其不受环境限制，使用方便。优选地，所述的逆阻二极管的阴极连接有电容，所述的电容的另一端与新能源电池的负极相连；能够实现新能源电池输出功率的解耦，可以让后级电路减少对新能源电池工作点的影响。能量存储器是一种用于存储电能的装置(如蓄电池、超级电容等)，优选地，所述的能量存储器为蓄电池；其具有较高的能量存储密度，且价格便宜，具有普适性。所述的第一主开关管和子开关管均采用NMOS管。优选地，所述的第二主开关管采用IGBT ;可提高器件的集成性。本实用新型的工作原理为当第二开关闭合时，新能源电池输出的电能通过逆阻二极管、电感和第二主开关管给电感储能；当第二开关关断时，新能源电池和电感同时给能量存储器充电。能量存储器根据输出功率的需求给开关磁阻电动机供电，实现了新能源电池与输出功率之间的解耦。本实用新型通过一套功率变换器可以实现新能源电池、能量存储器和电机之间的能量转换，新能源电池在给电机供电的同时亦能给能量存储器充电；同时本实用新型通过对能量存储器充电能量的控制能够实现新能源电池输出功率与电机输出功率的解耦；另外本实用新型功率变换器中开关器件少，能够提高系统整体的能量转换效率，且开关器件之间无传统逆变器上下直通的危险隐患。
图I为开关磁阻电动机的电路结构示意图。图2为现有以光伏电池供电带蓄电池可调度式电动机的电路结构示意图。图3为本实用新型开关磁阻电动机的电路结构示意图。图4(a)为蓄电池向绕组供电的原理示意图。图4(b)为开关管磁阻电机续流回路的原理示意图。图4(c)为开关管磁阻电机能量回馈的原理示意图。图4(d)为开关管磁阻电机另一条续流回路的原理不意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本实用新型，
以下结合附图及具体实施方式
对本实用新型的技术方案及其相关原理进行详细说明。如图3所示，一种基于输出功率解耦的新能源开关磁阻电动机，包括一光伏电池、一蓄电池、一逆阻二极管、一电感、一电容、两个主续流二极管、两个主开关管、三个子开关管、三个子续流二极管和三个绕制于定子凸极上的绕组；其中光伏电池的正极与逆阻二极管Dpv的阳极相连，逆阻二极管Dpv的阴极与电容C的一端和电感L的一端相连，电感L的另一端与主开关管Q2的漏极和主续流二极管De的阳极相连，主续流二极管De的阴极与蓄电池E的正极和主开关管Q1的漏极相连，主开关管Q1I2的栅极均接收外部设备提供的开关信号；绕组La的一端与主开关管Q1的源极和主续流二极管Dtl的阴极相连；绕组La的另一端与子续流二极管D1的阳极和子开关管S1的漏极相连，子续流二极管D1的阴极与蓄电池E的正极相连，子开关管S1的源极与主续流二极管Dtl的阳极、蓄电池E的负极、电容C的 另一端、主开关管Q2的源极和光伏电池的负极相连，子开关管S1的栅极接收外部设备提供的开关信号。绕组Lb的一端与主开关管Q1的源极和主续流二极管Dtl的阴极相连；绕组Lb的另一端与子续流二极管D2的阳极和子开关管S2的漏极相连，子续流二极管D2的阴极与蓄电池E的正极相连，子开关管S2的源极与主续流二极管Dtl的阳极、蓄电池E的负极、电容C的另一端、主开关管Q2的源极和光伏电池的负极相连，子开关管S2的栅极接收外部设备提供的开关信号。绕组L。的一端与主开关管Q1的源极和主续流二极管Dtl的阴极相连；绕组L。的另一端与子续流二极管D3的阳极和子开关管S3的漏极相连，子续流二极管D3的阴极与蓄电池E的正极相连，子开关管S3的源极与主续流二极管Dtl的阳极、蓄电池E的负极、电容C的另一端、主开关管Q2的源极和光伏电池的负极相连，子开关管S3的栅极接收外部设备提供的开关信号。本实施方式中，主开关管Q1和子开关管S11^S3均米用NMOS管；主开关管Q2米用IGBT。本实施方式的工作模式分为两种光伏电池向蓄电池输送能量同时蓄电池向电机输送能量、蓄电池单独向电机输送能量。光伏电池向蓄电池输送能量同时蓄电池向电机输送能量模式中，Q1反复开关动作，将光伏电池的能量传递给蓄电池。蓄电池根据电机输出功率需要提供能量从而实现光伏电池与电机输出功率的解耦。蓄电池单独向电机输送能量时，Q2断开，Q1反复开关动作，然后通过控制Sp S2和S3的导通角度来实现电机的转动。以匕为例当Q1和S1开通时如图4(a)所示，蓄电池E给La提供能量，LJf其部分能量转换为机械能；当Q1和S1关断时，工作状态如图4(c)所示，La中的剩余能量回馈给蓄电池E。当Q1关断,S1导通,La中的电流通过LaJ1和Dci构成自然续流回路如图4(b)所示。当Q1导通，SI关断，La中的电流通过La、Q1和D1构成自然续流回路如图4(d)所示。
权利要求1.一种基于输出功率解耦的新能源开关磁阻电动机，其特征在于，包括一新能源电池、一能量存储器、一逆阻二极管、一电感、两个主续流二极管、两个主开关管和η个绕制于定子凸极上的绕组，η为开关磁阻电动机的相数；其中所述的新能源电池的正极与逆阻二极管的阳极相连，逆阻二极管的阴极与电感的一端相连，电感的另一端与第二主开关管的漏极和第二主续流二极管的阳极相连，第二主续流二极管的阴极与能量存储器的正极和第一主开关管的漏极相连，主开关管的栅极接收外部设备提供的开关信号； 所述的绕组的一端与第一主开关管的源极和第一主续流二极管的阴极相连，绕组的另一端连接有子开关管和子续流二极管； 所述的子续流二极管的阳极与子开关管的漏极和绕组的另一端相连，子续流二极管的阴极与第二主续流二极管的阴极相连，子开关管的源极与第一主续流二极管的阳极、新能源电池的负极、第二主开关管的源极和能量存储器的负极相连，子开关管的栅极接收外部设备提供的开关信号。
2.根据权利要求I所述的基于输出功率解耦的新能源开关磁阻电动机，其特征在于所述的新能源电池为光伏电池。
3.根据权利要求I所述的基于输出功率解耦的新能源开关磁阻电动机，其特征在于所述的逆阻二极管的阴极连接有电容，所述的电容的另一端与新能源电池的负极相连。
4.根据权利要求I所述的基于输出功率解耦的新能源开关磁阻电动机，其特征在于所述的能量存储器为蓄电池。
5.根据权利要求I所述的基于输出功率解耦的新能源开关磁阻电动机，其特征在于所述的第一主开关管和子开关管均采用NMOS管。
6.根据权利要求I所述的基于输出功率解耦的新能源开关磁阻电动机，其特征在于所述的第二主开关管采用IGBT。
专利摘要本实用新型公开了一种基于输出功率解耦的新能源开关磁阻电动机，包括一新能源电池、一能量存储器、一逆阻二极管、一电感、两个主续流二极管、两个主开关管和n个绕制于定子凸极上的绕组；绕组的一端与第一主开关管的源极和第一主续流二极管的阴极相连，绕组的另一端连接有子开关管和子续流二极管。本实用新型通过一套功率变换器可以实现新能源电池、能量存储器和电机之间的能量转换，新能源电池在给电机供电的同时亦能给能量存储器充电；同时本实用新型通过对能量存储器充电能量的控制能够实现新能源电池输出功率与电机输出功率的解耦；另外本实用新型功率变换器中开关器件少，能够提高系统整体的能量转换效率。
文档编号H02K29/00GK202565136SQ20122021085
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者胡义华, 邓焰, 谷叶, 李林珏, 吕晓东 申请人:杭州浙阳电气有限公司