可动态重构的电机、电机系统及电机动态重构方法
【技术领域】
[0001] 本发明与电气传动和控制有关，特别是和电动机和发电机的新型结构，及用电力 电子设备来驱动和控制电动机和发电机的方法有关。
【背景技术】
[0002] 电机(包括电动机和发电机)广泛用于能量转换和为设备提供动力。许多应用要求 电动机和发电机运行在变速状态。电力电子设备也广泛应用于变速系统中，如工业传动，电 动汽车，柴油发电机组，和风力发电等。人们强烈希望在运样的系统中能提高效率，同时减 小尺寸并降低成本，特别是对电动汽车及其它运输设备运些技术要求高的应用而言。
[0003] 不幸的是，迄今为止在变速系统中，电动机，发电机和电力电子设备通常采用的是 各自领域的标准技术，并没有为取得最佳效果来做统一优化。例如，目前绝大多数电动机和 发电机采用了 =相结构，与它们一同工作的电力电子设备也只好采用=相结构。因此，需要 重大改进来进一步优化系统的性能并降低成本。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供一种可动态重构的电动机和发电机系统，其可W通过对磁 极数和相数动态调整，从而优化系统并降低成本。
[0005] 为解决W上技术问题，本发明提供的第一方面的技术方案为采用可动态重构的电 机，该电机包括一个转子，一个磁禪合到转子并有多个槽和多个绕组的定子，其中每个绕组 被安置于两个对应的槽中，当电流流过绕组时形成多个磁极，每对磁极有多个相，且所述绕 组的配置使得磁极数和相数可动态调整。
[0006] 优选的，相数是由流经绕组的电流来确定的。
[0007] 优选的，磁极数是由流经绕组的电流来确定的。
[000引优选的，绕组为一多应线圈。
[0009] 优选的，相数根据磁极数变化进行调整。
[0010] 另外，本发明提供的第二方面的技术方案为采用可动态重构的电机系统，该系统 包括一个具有一个定子的电机和一个电力电子系统，所述定子具有多个槽，并且每个槽放 有多个导体W构成绕组的一部分，且绕组的配置使得所述电机的相数和磁极数可W被动态 调整;所述电力电子系统包括一个控制系统和多个功率变换器，每一功率变换器被禪合到 一个对应的绕组，而控制系统被如此配置使得所述电机的相数和磁极数可W被动态调整。
[0011] 优选的，控制系统根据电机的速度来确定磁极数。
[0012] 优选的，控制系统根据磁极数来确定相数。
[0013] 优选的，绕组电流的频率根据电机的速度进行调整。
[0014] 优选的，每个功率变换器被禪合到相对应的安置于两个槽中的绕组。
[0015] 优选的，功率转换器被放置到一个与定子有机械联接的衬底，并且所述衬底具有 一开孔，一个功率变换器通过此孔与一个定子的绕组禪合。
[0016] 优选的，在某一工作模式下，若干功率变换器停止工作。
[0017] 优选的，当有功率变换器停止工作时，控制系统对系统运行进行调整。
[0018] 优选的，当一个功率变换器或一个与之禪合的绕组出现故障，引致该功率变换器 停止工作的时候，系统在故障下继续运行。
[0019] 优选的，一个功率转换器工作于待机模式，作为正常工作的功率变换器的备份。
[0020] 另外，本发明提供的第=方面的技术方案为采用一种电机动态重构的方法，该方 法包括提供一个有多个功率变换器和一个控制系统的电力电子系统和一台有多个绕组的 电机，其中每个绕组放置于两个槽中，并控制电机的绕组电流使得电机在较高的速度时有 较低的磁极数，在较低的速度时有较高的磁极数，并且一对磁极中的相数根据磁极数的变 化而动态调整。
[0021 ]优选的，控制系统中的一个表格将一个槽映射到某一对磁极和某一相。
[0022] 优选的，轻载时控制一个变换器进入停机或待机状态。
[0023] 优选的，当一个变换器或其禪合的绕组出现故障时，控制该变换器进入停机状态 并保持系统担行。
[0024] 优选的，电机的速度通过磁极数，相数和绕组电流的频率来协调控制。
[0025] 本发明提供的可动态重构的电动机和发电机系统可W通过对磁极数和相数动态 调整，从而优化系统性能并降低成本。
【附图说明】
[0026] 图1展示了具有S相电动机和电力电子系统的S相驱动系统；
[0027] 图2展示了依照本发明实施例给出的具有一个多相电动机和电力电子设备的多相 驱动系统；
[0028] 图3展示了依照本发明实施例给出的多相驱动系统的控制系统；
[0029] 图4展示了依照本发明实施例给出的一个含可按槽重构的电动机和基于槽变换器 的电力电子系统的基于槽的驱动系统；
[0030] 图5展示了依照本发明实施例给出的一个可按槽重构的电动机的定子的连接端；
[0031] 图6展示了依照本发明实施例给出的一个可按槽重构的电动机的定子的短接端；
[0032] 图7展示了依照本发明实施例给出的用于图4中所示的驱动系统的控制系统；
[0033] 图8展示了依照本发明实施例给出的一个双电平槽功率变换器；
[0034] 图9展示了依照本发明实施例给出的一个=电平槽功率变换器；
[0035] 图10展示了依照本发明实施例给出的一个封装技术的实施例；
[0036] 图11展示了依照本发明实施例给出的双馈驱动和发电系统；
[0037] 图12展示了依照本发明实施例给出的一个电动机的双极15相构造下的绕组图；
[0038] 图13展示了依照本发明实施例给出的一个电动机的6极5相构造下的绕组图；
[0039] 图14展示了依照本发明实施例给出的一个电动机的10极3相构造下的绕组图。
【具体实施方式】
[0040] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合【具体实施方式】 对本发明作进一步的详细说明。
[0041] 本发明将在特定的背景，即在电动机和电动机驱动系统中，辅W优选实施例来进 行描述。然而，本发明也可应用于各种其它电机与电机控制系统，包括发电机，整流器和逆 变器，和它们的任意组合。此后，各种实施例将参考附图进行详细说明。
[0042] -个变速系统通常控制一个电动机在或接近其同步速度运行。交流电机（电动机 或发电机)的同步速度是由电源的频率和电机的极数根据W下关系来确定:S = 60f/p，其中 S代表同步速度，单位是巧m，f代表电源频率，单位是化，P代表电动机或发电机的磁极对数。
[0043] 大多数变速应用W改变电源的频率为主要的控制方法，但保持磁极数不变。如果 速度范围宽，频率范围也宽。不幸的是，电力电子设备和电动机(及发电机），都不擅长工作 于宽的频率范围。低频工作和高频工作对功率转换器，电动机和发电机的设计都会带来重 大的挑战。运通常会导致性能不能最优，并增加系统的成本，体积和重量。另外，几千瓦W上 的电动机和发电机通常使用固定磁极数目的=相结构，如图1所示，其中，=相电力电子系 统110被用于驱动=相电动机150。一个=相电动机具有转子，定子，和一个由=个相绕组组 成的=相绕组(每相一个相绕组）。在大功率应用中，每个环节都需要应对高电压和高电流， 运不仅增加了电动机和系统对绝缘和电缆的要求，也强制电动机的绕组，及电力电子设备 中的转换器和/或功率器件W并联和/或串联的方式连接。由于功率半导体器件使用并联或 串联需付出额外的代价，如此的并联或串联连接将进一步增加成本和电力电子设备的复杂 性。同时，当电动机里不同槽位的绕组串联时，由于不同槽位里绕组电压的相位不同，相电 压可能显著小于运些绕组的电压的算数和，也就是说绕组的电压能力不能充分利用，电动 机的体积和重量也就不能优化。
[0044] 为了缓解运一问题，在高功率应用中可W增加相数，使得每相只需要处理较低的 功率W便更容易处理功率半导体开关，且每相绕组也不需要很多槽位的绕组来串联。运种 系统如图2所示，其中一