一种实现绕组并联控制的大功率电机的制作方法

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种实现绕组并联控制的大功率电机。

背景技术：

在电机的控制中，通常需要使用功率器件，如绝缘栅双极型晶体管(igbt)、金属-氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、电力晶体管(gtr)或集成门极换流晶闸管(igct)。如图1所示，电机每相绕组由2个独立功率器件、1个独立相绕组组成。电流经e点流入后，通过控制功率器件而实现对电机各相的导通与否控制。但在大功率电机的控制中，需要用到大功率的功率器件，而大功率的功率器件往往因种类少等原因很难找到合适的，且价格昂贵。

为了解决上述问题，现有技术中提供了一种功率器件并联再与相绕组串联的方案。如图2所示，电机每相绕组由2n个独立功率器件和1个独立相绕组组成。电流由e点流入后会被n个两两组合的独立功率器件分流而实现用小功率功率器件控制大功率电机。但该方案由于受到功率器件一致性的影响，实现起来需要解决均流的技术难题

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种实现绕组并联控制的大功率电机，以解决上述问题。

为了解决上述问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种实现绕组并联控制的大功率电机，其包括多相绕组，每相所述绕组由n个绕组支路及2n个功率器件组成；其中，所述n个绕组支路互相并联，每个所述绕组支路由所述功率器件独立控制。

其中，当所述绕组为不对称半桥连接方式时，所述多相绕组由m相组成，其中每个所述绕组支路包括第一功率器件、子绕组及第二功率器件。

其中，所述绕组支路包括第一功率器件tm1n、子绕组lmn及第二功率器件tm2n，其中，所述第一功率器件tm1n和所述第二功率器件tm2n分别串联于所述子绕组lmn的两端。

其中，当所述绕组为三角型连接方式时，所述多相绕组包括a相绕组、b相绕组和c相绕组，其中每个所述绕组支路包括第一功率器件、子绕组及第二功率器件。

其中，所述a相绕组的绕组支路由a相第一功率器件ta1n、a相子绕组lna及a相第二功率器件ta2n组成，所述b相绕组的绕组支路由b相第一功率器件tb1n、b相子绕组lnb及b相第二功率器件tb2n组成，所述c相绕组的绕组支路由c相第一功率器件tc1n、c相子绕组lnc及c相第二功率器件tc2n组成；其中：

所述a相第一功率器件ta1n一端与电源正极连接，另一端分别与所述a相子绕组lna一端、所述c相子绕组lnc一端及所述a相第二功率器件ta2n另一端连接；所述a相子绕组lna另一端与所述b相第一功率器件tb11另一端、所述b相第二功率器件tb21另一端及所述b相子绕组lnb一端连接，所述a相第二功率器件ta2n一端接地；

所述b相第一功率器件tb1n一端与所述电源正极连接，另一端分别与所述a相子绕组lna另一端、所述b相第二功率器件tb2n另一端及所述b相子绕组lnb一端连接；所述b相子绕组lnb另一端与所述c相第一功率器件tc11另一端、所述c相第二功率器件tc21另一端连接；所述b相第二功率器件tb2n一端接地；

所述c相第一功率器件tc1n一端与所述电源正极连接，另一端分别与所述c相子绕组lnc另一端、及所述b相子绕组lnb另一端连接，所述c相第二功率器件tc2n一端接地。

其中，当所述绕组为星型连接方式时，所述多相绕组包括a相绕组、b相绕组和c相绕组，其中所述绕组支路分别包括第一功率器件、子绕组及第二功率器件。

其中，所述a相绕组支路分别由a相第一功率器件ta1n、a相子绕组lna及a相第二功率器件ta2n组成，所述a相绕组支路分别由b相第一功率器件tb1n、b相子绕组lnb及b相第二功率器件tb2n组成，所述c相绕组支路分别由c相第一功率器件tc1n、c相子绕组lnc及c相第二功率器件tc2n组成；其中：

所述a相第一功率器件ta1n一端与电源正极连接，另一端分别与所述a相子绕组lna一端及所述a相第二功率器件ta2n另一端连接，所述a相第二功率器件ta2n一端接地；

所述b相第一功率器件tb1n一端与所述电源正极连接，另一端分别与所述b相子绕组lnb一端及所述b相第二功率器件tb2n另一端连接，所述b相第二功率器件tb2n一端接地；

所述c相第一功率器件tc1n一端与电源正极连接，另一端分别与所述c相子绕组lnc一端及所述c相第二功率器件tc2n另一端连接，所述c相第二功率器件tc2n一端接地；

其中所述a相子绕组lna、b相子绕组lnb和c相子绕组lnc的另一端共同连接在一起。

本发明的有益效果：由于电机的每个绕组支路由功率器件独立控制，与现有技术相比，无需对功率器件进行均流，能够有效地避免功率器件烧毁，提高整个系统的稳定性与可靠性；进一步地，能够降低生产成本，实现用小功率器件控制大功率电机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要采用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是现有技术的一种大功率器件控制大功率电机的结构示意图；

图2是现有技术的一种小功率器件控制大功率电机的结构示意图；

图3是本发明实施例一的实现绕组并联控制的大功率电机的电路图。

图4是本发明实施例二的实现绕组并联控制的大功率电机的电路图。

图5是本发明实施例三的实现绕组并联控制的大功率电机的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图3所示，图3是本发明实施例一的实现绕组并联控制的大功率电机的电路图。如图3所示，本实施例所揭示的电机10包括多相绕组11，例如m相绕组，其中m大于等于1。每相绕组11至少包括两个绕组支路111，即每相绕组11包括并联设置的n个绕组支路111，其中n大于等于2。

本实施例所揭示的电机以一相绕组11为例进行说明，其他相的绕组11与该相绕组11原理相同，在此不再赘述。

具体而言，每一绕组支路111包括至少一子绕组l1n以及两个与子绕组l1n串联的功率器件1111。如图3所示，该相绕组11的第一绕组支路111包括一个子绕组l11和两个与该子绕组l11串联的功率器件1111，两个功率器件1111分别为功率器件t11和功率器件t21，功率器件t11、子绕组l11以及功率器件t21串联连接。

至少两个绕组支路111上的子绕组l11绕制成一个绕组整体l1，例如该相绕组11包括n个绕组支路111，则子绕组l11、子绕组l12、……以及子绕组l1n绕制成一个绕组整体l1。

其中，每个并联支路的功率器件1111的额定功率大于该并联支路子绕组l1n所需实际功率。

由于功率器件t11的额定功率大于在该相绕组11工作时功率器件t11所在的绕组支路111的实际功率，因此在绕组支路111工作或者停止工作时，避免功率器件t11或者功率器件t21中的一个功率器件1111因电流过大而损坏。

其中，第一并联支路111包括电子元器件d111和电子元器件d121，该电子元器件d111和电子元器件d121为续流二极管。

以下详细描述下绕组11的工作原理。

绕组整体l1被分成子绕组l11、子绕组l12、……以及子绕组l1n，即由子绕组l11、子绕组l12、……以及子绕组l1n绕制成绕组整体l1。

对于每个子绕组l1n，其中：子绕组l11，通过两个小功率的功率器件t11和功率器件t21进行控制；子绕组l12，通过两个小功率的功率器件t12和功率器件t22进行控制；……子绕组l1n，通过两个小功率的功率器件t1n和功率器件t2n进行控制。在功率器件t1n和功率器件t2n同时导通时，对应的子绕组l1n开始工作。

由于每个子绕组l1n所对应的功率器件t1n和功率器件t2n都是相对独立的，因此无需对并联的功率器件1111进行均流，避免功率器件1111烧毁。

由于子绕组l11、子绕组l12、……以及子绕组l1n采用并联方式连接，使得电机绕组11的可靠性更高，冗余度好。

此外，本实施例采用小功率的功率器件1111控制大功率电机10，降低成本。

请参见图4所示，图4是本发明实施例二的实现绕组并联控制的大功率电机的电路图。如图4所示，本实施例所揭示的电机的绕组连接方式为三角形连接，电机共有三相绕组，分别为：a相绕组、b相绕组和c相绕组。其中，a相绕组的绕组支路包括a相第一功率器件ta1n、a相子绕组lna及a相第二功率器件ta2n；b相绕组的绕组支路包括b相第一功率器件tb1n、b相子绕组lnb及b相第二功率器件tb2n；c相绕组的绕组支路包括c相第一功率器件tc1n、c相子绕组lnc及c相第二功率器件tc2n。由于三角形连接控制方式已为本领域内技术人员所熟知，这里不再进一步叙述控制原理。针对本实施例，对连接方式做一个详细的说明。

以每相的第一并联支路为例，为了叙述方便，以下将功率器件与电源正极或接地相连一端简称为一端，则相应的不与电源正极或接地相连一端简称为另一端。特别地，以下所述的a相第一功率器件ta1n并不特指该功率器件只控制该相该并联支路的电机绕组，其可以与相连接的其他相并联支路功率器件相配合而完成相应任务，这里如此叙述只为方便理解。

具体而言，a相第一功率器件ta11一端与电源正极连接，另一端分别与所述a相子绕组l1a一端a11、c相子绕组l1c一端c11及a相第二功率器件ta21另一端连接；a相子绕组l1a另一端a12与b相第一功率器件tb11另一端、b相第二功率器件tb21另一端及b相子绕组l1b一端b11连接；a相第二功率器件ta21一端接地。

b相第一功率器件tb11一端与电源正极连接，另一端分别与所述a相子绕组l1a另一端a12、b相第二功率器件tb21另一端及b相子绕组l1b一端b11连接。b相子绕组l1b另一端b12与c相第一功率器件tc11另一端、c相第二功率器件tc21另一端及c相子绕组l1c另一端c12连接；b相第二功率器件tb21一端接地。

c相第一功率器件tc11一端与电源正极连接，另一端分别与c相子绕组l1c另一端c12、b相子绕组l1b另一端b12及c相第二功率器件tc21另一端连接；c相第二功率器件tc21一端接地。

其中，a相绕组的绕组支路包括电子元器件da11和da21；b相绕组的绕组支路包括电子元器件db11和db21；c相绕组的绕组支路包括电子元器件dc11和dc21，电子元器件da11、da21、db11、db21、dc11和dc21为续流二极管。

每相绕组的至少两个绕组支路绕制成一个绕组整体，例如a相绕组包括n个并联的绕组支路lna，则子绕组l1a、子绕组l2a、……以及子绕组lna绕制成一个绕组整体la。同理，b相绕组则由子绕组l1b、子绕组l2b、……以及子绕组lnb绕制成一个绕组整体lb；c相绕组则由子绕组l1c、子绕组l2c、……以及子绕组lnc绕制成一个绕组整体lc。a相绕组la、b相绕组lb和c相绕组lc共同组成一电机。

在本实施例中，由于a相绕组的绕组支路、b相绕组的绕组支路和c相绕组的绕组支路均独立控制，无需对绕组支路的功率器件进行均流，避免功率器件烧毁。

此外，本实施例采用小功率的功率器件控制大功率电机，降低成本。

在本实施例中，第一功率器件和第二功率器件分别可为绝缘栅双极型晶体管(igbt)、金属-氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、电力晶体管(gtr)或集成门极换流晶闸管(igct)中的一种。在其他实施例中，本领域的技术人员还可以将第一功率器件和第二功率器件设置为其他功率器件。

请参见图5所示，图5是本发明实施例三的实现绕组并联控制的大功率电机的电路图。如图5所示，本实施例所揭示的电机的绕组连接方式为星型连接，共有三相，分别为：a相绕组、b相绕组和c相绕组。其中，a相绕组支路包括a相第一功率器件ta1n、a相子绕组lna及a相第二功率器件ta2n，b相绕组支路包括b相第一功率器件tb1n、b相子绕组lnb及b相第二功率器件tb2n，c相绕组支路包括c相第一功率器件tc1n、c相子绕组lnc及c相第二功率器件tc2n。由于星型连接控制方式已为本领域内技术人员所熟知，这里不再进一步叙述控制原理。针对本实施例，这里只对连接方式做一个具体的介绍。

以每相的第一绕组支路为例，为了叙述方便，以下将功率器件与电源正极或接地相连一端简称为一端，则相应的不与电源正极或接地相连一端简称为另一端。特别地，以下所述a相第一功率器件ta1n并不特指该功率器件只控制该相该并联支路的电机绕组，其可以与相连接的其他相并联支路功率器件相配合而完成相应任务，这里如此叙述只为方便理解。

具体而言，a相第一功率器件ta11一端与电源正极连接，另一端分别与a相子绕组l1a一端a11及a相第二功率器件ta21另一端连接；a相第二功率器件ta2n一端接地。

b相第一功率器件tb11一端与电源正极连接，另一端分别与b相子绕组lnb一端b12及b相第二功率器件tb21另一端连接；第二功率器件tb2n一端接地。

c相第一功率器件tc11一端与电源正极连接，另一端分别与c相子绕组l1c一端及c相第二功率器件tc21一端连接；c相第二功率器件tc21另一端接地。特别地，a相子绕组lna的另一端a12、b相子绕组lnb的另一端b12和c相子绕组lnc另一端c12共同连接在一起。

其中，a相绕组的绕组支路包括电子元器件da11和da21；b相绕组的绕组支路包括电子元器件db11和db21；c相绕组的绕组支路包括电子元器件dc11和dc21，电子元器件da11、da21、db11、db21、dc11和dc21为续流二极管。

每相绕组的至少两个绕组支路绕制成一个绕组整体，例如a相绕组包括n个并联的绕组支路lna，则子绕组l1a、子绕组l2a、……以及子绕组lna绕制成一个绕组整体la。同理，b相绕组则由子绕组l1b、子绕组l2b、……以及子绕组lnb绕制成一个绕组整体lb；c相绕组则由子绕组l1c、子绕组l2c、……以及子绕组lnc绕制成一个绕组整体lc。a相绕组la、b相绕组lb和c相绕组lc共同组成一电机。

在本实施例中，由于a相绕组的绕组支路、b相绕组的绕组支路和c相绕组的绕组支路均独立控制，无需对绕组支路的功率器件进行均流，避免功率器件烧毁。

此外，本实施例采用小功率的功率器件控制大功率电机，降低成本。

在本实施例中，第一功率器件和第二功率器件分别可为绝缘栅双极型晶体管(igbt)、金属-氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、电力晶体管(gtr)或集成门极换流晶闸管(igct)中的一种。在其他实施例中，本领域的技术人员还可以将第一功率器件和第二功率器件设置为其他功率器件。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。