本发明属于永磁同步电机技术领域，更具体地，涉及一种基于变绕组匝数的调速永磁同步电机。
背景技术：
我国稀土资源丰富，稀土矿的储量为世界其他各国综合的4倍左右，稀土矿石和稀土永磁的产量都位居世界前列。同时，我国的稀土材料研究和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。因此，充分发挥稀土资源的优势，大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表的各种永磁电机对我国有重要理论意义和实用价值。永磁电机和传统电机相比，结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗小，效率高；应用十分广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。在调速范围较宽的应用中如电动汽车电机、飞机起动发电机、电主轴机床电机等，要求电机能够在额定转速以上运行，而当电机达到某一转速时逆变器的输出电压达到了最大,这时要继续提高电机转速就需要减小电机气隙磁通,也就是需要弱磁运行。保持电压不变，控制磁通的减弱，以达到控制同步电机在基速以上运行的目的。然而在弱磁区间，随着转速的上升，效率逐渐减小；同时转速增大，反电势相应增大，为保持电压不变，弱磁电流也相应增大，使得电流甚至超过额定点电流，从而导致很大的温升。此外，电机的调速区间还受到逆变器的制约，想要增大调速区间往往需要增大逆变器的容量。这一系列因素导致在弱磁区间电机的性能大大降低，因此提高永磁电机在高速区间的效率有重要意义。
现有技术中多额定工作点稀土永磁电机，通过改变并联支路数的方法降低高速区间反电势，从而达到“不弱磁”的目的。如图1、2、3所示绕组连接方式，电机分为低速、中速、高速额定点。第一额定工作点绕组接线端1、2、3为外接三相引出线接线端，接线端1为a相，接线端2为b相，接线端3为c相，接线端4、5、6并接为星形中点，第二额定工作点绕组接线方法为：接线端1、8相并为a相，接线端2、10相并为b相，接线端3、12相并为c相，接线端7、4、9、5、11、6相并为星形中点，第三额定工作点绕组接线方法为：接线端1、8、14、16相并为a相，接线端2、10、18、20相并为b相，接线端24、22、12、3相并为c相，接线端13、15、7、4、17、19、9、5、21、23、11、6相并为星形中点。第一额定点的并联支路数为1，第二额定点的并联支路数为2，第三额定点的并联支路数为4。同一转速下三种不同连接方式对应的反电势分别是e，e/2，e/4，因此在“低速”，区间采用第一额定点连接方式，“中速”区间采用第二额定点连接方式，“高速”区间采用第三连接点连接方式可以有效降低反电势，从而达到“不弱磁”的目的。然而，现有的多额定工作点稀土永磁电机，额定工作点的个数受极槽配合，几个额定转速跨度大；绕组连接复杂；所需开关多，可靠性低。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于变绕组匝数的调速永磁同步电机，其目的在于解决现有调速永磁同步电机运行于高速时存在明显弱磁效应导致电机性能下降的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于变绕组匝数的调速永磁同步电机，包括三相绕组，其中，每相绕组包括依次串联的多个串联绕组单元，每个串联绕组单元包括一个绕组和两个绕组控制结构，串联后的一个绕组控制结构和绕组同另一个绕组控制结构并联，绕组控制结构用于控制当调速永磁同步电机工作时绕组是否通入电流，改变串联绕组单元接入匝数控制调速永磁同步电机的反电势，控制弱磁电流，提高性能。
优选地，每个串联绕组单元中绕组匝数根据调速需求确定。
优选地，匝数少的串联绕组单元位于定子槽底部，匝数多的串联绕组单元位于定子槽上部。
优选地，绕组控制结构为接触器或电力电子开关。
优选地，该调速永磁同步电机还包括多个并联绕组单元，并联绕组单元与串联绕组串联，每个并联绕组单元包括依次并联的并联支路，每个并联支路包括依次串联的多个串联绕组结构，每个串联绕组结构包括相互连接的绕组和绕组控制子结构，绕组控制子结构用于控制当调速永磁同步电机工作时绕组是否通入电流，改变并联绕组单元接入匝数控制调速永磁同步电机的反电势，控制弱磁电流，提高性能。
优选地，匝数少的并联绕组单元或匝数少的串联绕组单元位于定子槽底部，匝数多的并联绕组单元或匝数多的串联绕组单元位于定子槽上部。
优选地，串联绕组结构包括一个绕组和两个绕组控制子结构，串联后的一个绕组控制子结构和绕组同另一个绕组控制子结构并联。
优选地，当调速永磁同步电机由低速向高速运行时，绕组控制结构使所在串联绕组单元中绕组旁路，使接入调速永磁电机中绕组匝数变少，降低绕组反电势。
优选地，当调速永磁同步电机由低速向高速运行时，绕组控制子结构使所在串联绕组结构中绕组旁路，并保证每个并联绕组单元接入线圈匝数相同，使接入调速永磁电机中绕组匝数变少，降低绕组反电势。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明提供的调速永磁同步电机中，通过断开与绕组串联的绕组控制结构，闭合与绕组并联的绕组控制结构，实现采用断路方式旁路绕组，减少工作时接入调速永磁同步电机中绕组匝数，减小反电势，增加了额定点的个数，达到扩大调速范围。
2、该电机采用减小反电势的方法，减小弱磁电流，减小铜耗，减小温升，提高效率；同时，避免由于弱磁电流上升后导致谐波磁密的成分相对基波磁密的成分提高，进而使得转矩脉动减少。
附图说明
图1为现有的多额定工作点稀土永磁电机工作于第一额定点的绕组连接示意图；
图2为现有的多额定工作点稀土永磁电机工作于第二额定点的绕组连接示意图；
图3为现有的多额定工作点稀土永磁电机工作于第三额定点的绕组连接示意图；
图4为本发明提供的调速永磁同步电机的工作原理图；
图5为本发明提供的调速永磁同步电机中绕组结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
针对现有的永磁电机在弱磁后性能下降的缺陷，本发明提出了一种基于变绕组匝数的调速永磁同步电机，其目的在于通过改变绕组连接减小反电势达到扩大调速范围，减小弱磁电流。
本发明提供的基于变绕组匝数的调速永磁同步电机，该电机包括三相绕组，其中，每相绕组包括依次串联的多个串联绕组单元，每个串联绕组单元包括一个绕组和两个绕组控制结构，绕组与一个绕组控制结构串联后同另一个绕组控制结构并联，绕组控制结构用于控制当调速永磁同步电机工作时绕组是否通入电流。当调速永磁同步电机由低速向高速运行时，绕组控制结构使所在串联绕组单元中绕组旁路，使接入调速永磁电机中绕组匝数变少，降低绕组反电势。且该调速永磁同步电机采用断路方式切除绕组，而非采用将绕组断路的方式，电机调速时转矩波动小，且安全可靠。
本发明提供的调速永磁同步电机基于弃匝数变换，即改变运行时的匝数，随着电机转子转速的上升通过绕组控制结构逐渐弃匝数，使得在高速状态下电机的匝数小于低速时电机的匝数，由于绕组反电势与转子转速和绕组串联匝数成正比，高速时减小绕组串联匝数使高速时的反电势减小，使弱磁电流减小，甚至可以不弱磁；通过合理设置串联绕组单元个数和串联绕组单元个中绕组匝数，可以设置多个高速额定工作点，使其在整个运行区间内不弱磁。
每个串联绕组单元中绕组匝数根据调速需求确定，即根据不同额定工作点的速度比确定每个串联绕组单元中绕组匝数。匝数少的串联绕组单元位于定子槽底部，匝数多的串联绕组单元位于定子槽上部，可以有效利用槽，且每个串联绕组单元之间应该绝缘。绕组控制结构为接触器或电力电子开关。
本发明提供的调速永磁同步电机，包括多个并联绕组单元和多个串联绕组单元，并联绕组单元与串联绕组单元之间连接关系可以为：并联绕组单元与串联绕组单元等间隔串联，即一个并联绕组单元通过一个串联绕组单元同另一个并联绕组单元连接，并联绕组单元与串联绕组单元非等间隔串联，即多个并联绕组单元串联后通过一个串联绕组单元同其他并联绕组单元连接。每个并联绕组单元包括并联的并联支路，每个并联支路结构相同，每个并联支路包括依次串联的多个串联绕组子结构，每个串联绕组子结构包括相互连接的子绕组和绕组控制子结构，绕组控制子结构用于控制当调速永磁同步电机工作时绕组是否通入电流，改变并联绕组单元接入匝数控制调速永磁同步电机的反电势，控制弱磁电流，提高性能。
上述串联绕组子结构包括一个子绕组和两个绕组控制子结构，子绕组与一个绕组控制子结构串联后与另一个绕组控制子结构连接。当调速永磁同步电机由低速向高速运行时，绕组控制子结构使所在串联绕组子结构中子绕组旁路，并保证每个并联绕组单元接入线圈匝数相同，使接入调速永磁电机中绕组匝数变少，降低绕组反电势。匝数少的并联绕组单元或匝数少的串联绕组单元位于定子槽底部，匝数多的并联绕组单元或匝数多的串联绕组单元位于定子槽上部，提高定子槽利用率。
图4为本发明提供的调速永磁同步电机的工作原理图，以两个额定点为例，本方案所提出的发明方案包括但不限于该情况，该情况仅用于详细说明绕组的连接方式。
每一相绕组被分为两段x绕组和y绕组，a为x绕组a相头，o为x绕组a相尾；b为x绕组b相头，o为x绕组b相尾，c为x绕组c相头，o为x绕组c相尾，o为公共接点，e为y绕组a相头，h为y绕组a相尾，f为y绕组b相头，i为y绕组b相尾，g为y绕组c相头，j为y绕组c相尾，a、b、c、o组成x绕组，e、f、g、h、i、j组成y绕组，a、b、c为x绕组星形a、b、c三相出线头，e、f、g、h、i、j为y绕组三相a、b、c出线头。x绕组的a、b、c分别与y绕组的h、i、j相连；x和y两套绕组线圈的排布完全一样，但匝数不同。
当调速永磁同步电机在低速运行时，abc三相电源分别接y绕组的e、f、g接线端，当调速永磁同步电机在高速运行时，abc三相电源与e、f、g断开，分别接x绕组的a、b、c接线端。“高速”额定转速与“低速”额定转速的比值为x绕组的串联匝数与x绕组和y绕组串联匝数之和的比值。
图5为本发明提供的调速永磁同步电机中绕组结构示意图，每相绕组包括依次串联的多个串联绕组单元和一个绕组，每个串联绕组单元包括一个绕组和两个开关，绕组单元同其中一个开关s1串联后又同另一个开关s2并联，低速运行时开关s1闭合，开关s2断开，当转速上升到“高速”额定转速时断开开关s1，闭合开关s2。当设置3个额定点时只需把绕组分为三段，每一段连接完全相同只是匝数不同，随着速度升高，开关一次切换改变其额定点。
本发明提出电机结构所用的转轴、机壳、端盖以及定转子冲片均可以采用常规电机已有的结构，无需特殊设计，无需重新设计模具，只是在下线时将绕组分段分别引出出线。电机结构简单，在现有的电机的基础上改动绕组即可。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。