专利名称：一种开关磁阻电机的功率变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率变换器，尤其涉及一种开关磁阻电机的功率变换器。
背景技术：
开关磁阻电机具有结构简单、坚固、工作可靠、控制灵活、运行效率高、容错能力强， 适应高温和高速等优点，在航空航天领域具有很强的竞争力。目前应用于航空航天领域的 开关磁阻电机大多采用传统的不对称半桥拓扑进行单极性供电，并通过冗余备份的方法来 满足这些场合对可靠性提出的特殊要求。这种方法增加了系统的体积重量、降低了系统的 利用率，限制了开关磁阻电机在该领域的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷提出一种开关磁阻电机的功率变 换器。
本发明一种开关磁阻电机的功率变换器，所述开关磁阻电机有n相绕组，n为大于2的 自然数，其特征在于所述功率变换器包括n个H桥电路、n个熔断丝和母线，每一个H桥 电路包括四个二极管即第一二极管至第四二极管、四个功率开关管即第一功率开关管至第 四功率开关管，母线的负极分别接第二二极管的阳极、第四二极管的阳极、第二功率开关 管的源极和第四功率开关管的源极，第一二极管的阴极分别接第三二极管的阴极、第一功 率开关管的漏极和第三功率开关管的漏极后接第一熔断丝的一端，第一熔断丝的另一端接 母线正极，第一功率开关管的源极分别接第一二极管的阳极、第二功率开关管的漏极、第 二二极管的阴极和所述开关磁阻电机的第一相绕组的一端，第三功率开关管的源极分别接 第三二极管的阳极、第四功率开关管的漏极、第四二极管的阴极和所述开关磁阻电机的第 一相绕组的另一端。
本发明所述的开关磁阻电机系统在正常运行时，采用双极性供电方法，减少电机损耗; 在故障运行时，采用单极性供电或将故障相切除，适当增加正常相的功率输出的方法，使 电机运行在满载或略低于满载的情况下。这种新颖方法降低了系统的损耗，提高了系统的 可靠性。
图1是实施例电机绕组示意图。图1中标号名称l.Al绕组进线端。2.Al绕组出线端。Al， A2， Bl， B2， Cl， C2， Dl， D2分别是A、 B、 C、 D相的绕组，每相两个绕组并联或串联构成一相，共4相。3. 定子。4.转子。图2是功率变换器结构示意图。图2中标号名称V1 V16是功率开关管，D1 D16是二极管。 图3是电机正常情况下，绕组电流波形示意图。图3中标号名称l.两相开通的重叠区。Ia、 Ib、 Ic、 Id分别为A， B， C， D相绕组电 流波形。图4是两相重叠开通时，短磁路时，电机内磁力线分布图。 图5是两相重叠开通时，长磁路时，电机内磁力线分布图。
具体实施方式
如图1所示。以8/6极开关磁阻电机为例进行说明。绕组Al， A2串联或并联构成A 相绕组，绕组B1， B2串联或并联构成B相绕组，绕组C1， C2串联或并联构成C相绕组， 绕组D1， D2串联或并联构成D相绕组。A1 A4， B1 B4绕组采用NSNSNSSNSNSNSN方式连接。8/6极开关磁阻电机的功率变换器包括4个H桥电路、4个熔断丝和母线，其中第一H 桥电路包括四个二极管即第一二极管Dl至第四二极管D4、四个功率开关管即第一功率开 关管VI至第四功率开关管V4，母线的负极分别接第二二极管D2的阳极、第四二极管D4 的阳极、第二功率开关管V2的源极和第四功率开关管V4的源极，第一二极管D1的阴极 分别接第三二极管D3的阴极、第一功率开关管V1的漏极和第三功率开关管V3的漏极后 接第一熔断丝的一端，第一熔断丝的另一端接母线正极，第一功率开关管VI的源极分别接 第一二极管D1的阳极、第二功率开关管V2的漏极、第二二极管D2的阴极和所述开关磁 阻电机的第一相绕组A的一端，第三功率开关管V3的源极分别接第三二极管D3的阳极、 第四功率开关管V4的漏极、第四二极管D4的阴极和所述开关磁阻电机的第一相绕组A的 另一端。图2所示的是本实施例中的功率变换器拓扑结构，每相绕组都有独立的熔断丝保护。 正常运行时，通过H桥功率变换器结构，给各相绕组提供双极性电流。以A相为例说明， 前一次A相绕组通电时，VI、 V4开通；关断时，D2、 D3续流。下一次开通时，V2、 V3 开通；关断时，Dl、 D4续流。当在图l所示的电机绕组连接的情况下，按照图3所示的通电顺序，前一次Ia、 Ib、 Ic、 Id都通入正电流，下一次Ia、 Ib、 Ic、 Id都通入负电流，可保 证两相开通区间重叠时，电机内磁力线路径最短。即，保证同时开通的两相，其相邻的两 个齿， 一个齿是N极，另一个齿是S极。这样通过相邻的两个定子齿及他们间的定子齿轭、 相邻的两个转子齿及他们间的转子齿轭构成短回路，可有效较少铁损，如图4。如果采用单 极性供电，每周期最少出现一次长磁路换向。即，同时开通的两相，其相邻的两个定子齿 同时为N极或同时为S极，这样，磁力线将沿两相定子的远齿及他们间的定子轭，转子齿 及转子轭构成长回路，增加了电机铁损如图5。 当开关磁阻电机系统出现如下故障时，1. 当某个功率开关管或二极管出现断路时，以图2中V2为例，此时由V1、 V4、 Dl、 D4构成类似不对称半桥结构，提供绕组A单极性电流。可使电机继续工作在额定负载区。2. 当某个功率管出现短路，或电机绕组短路时，相电流迅速超过熔断丝的安全值，熔 断丝熔断，将故障相切除，缺相运行。适当增加电机正常相的输出功率，可使电机工作在 略低于额定负载区。3. 当电机某相绕组断路时，缺相运行。适当增加电机正常相的输出功率，可使电机工 作在略低于额定负载区。本发明对8/6极、12/8极等各类开关磁阻电机均适用。只需要设置与开关磁阻电机绕组 相数相同的H桥电路和熔断丝。
权利要求
1. 一种开关磁阻电机的功率变换器，所述开关磁阻电机有n相绕组，n为大于2的自然数，其特征在于所述功率变换器包括n个结构相同的H桥电路、n个熔断丝和母线，每一个H桥电路包括四个二极管即第一二极管至第四二极管、四个功率开关管即第一功率开关管至第四功率开关管，母线的负极分别接第二二极管的阳极、第四二极管的阳极、第二功率开关管的源极和第四功率开关管的源极，第一二极管的阴极分别接第三二极管的阴极、第一功率开关管的漏极和第三功率开关管的漏极后接第一熔断丝的一端，第一熔断丝的另一端接母线正极，第一功率开关管的源极分别接第一二极管的阳极、第二功率开关管的漏极、第二二极管的阴极和所述开关磁阻电机的第一相绕组的一端，第三功率开关管的源极分别接第三二极管的阳极、第四功率开关管的漏极、第四二极管的阴极和所述开关磁阻电机的第一相绕组的另一端。
全文摘要
本发明公布了一种带冗余功能的开关磁阻电机功率变换器。对于n相开关磁阻电机，该功率变换器将供电母线正极端子分成n股，每股连接一个熔断丝，熔断丝另一端接H桥功率拓扑，H桥的负极端子汇到一起。该功率变换器相与相之间相互独立，某相出线故障可以自动切除，不影响其他相的运行。正常工作时，可提供双极性供电，减少电机损耗；某相功率管故障时，可提供单极性电流，提高了开关磁阻电机系统的可靠性。
文档编号H02P6/08GK101505126SQ20091002580
公开日2009年8月12日 申请日期2009年3月10日 优先权日2009年3月10日
发明者彭晶晶, 王晓琳, 邓智泉, 陈小元 申请人:南京航空航天大学