可变结构式驱动拓扑的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机驱动控制领域，具体而言，涉及一种可变结构式驱动拓扑。
【背景技术】
[0002]驱动系统是电机控制系统中的关键能源转换系统，作为控制器和电机之间的桥梁和重要纽带，其性能和可靠性关乎整个电机控制系统的性能和可靠性，尤其是在高功率密度、高精度、高动态伺服系统中，驱动系统具有非常高的重要性，随着全电汽车、全电坦克、全电舰船等全电设备的大力兴起，驱动系统的工况也是越来越复杂，对驱动系统性能和可靠性的要求也是越来越高。
[0003]现有技术中，为了满足电机系统的多工况使用要求，比如高速、低速、轻载、重载、正常或故障等工况，通常采用两种性能差异较大的双电机综合方式，即将双电机通过离合器进行并联或者串联的方式，在不同的工况需求情况下，切换不同的电机工作。采用双电机结构时虽然能够满足电机系统的多工况使用要求，但是这种结构不仅造成系统复杂、体积大、重量重，而且还存在着功率密度低、效率低、机械震动与噪声大等问题。
【发明内容】
[0004]本发明的技术解决问题是:提供一种高可靠性、高功率密度、可适应不同工况的可变结构式驱动拓扑。
[0005]本发明的技术解决方案是:一种可变结构式驱动拓扑，包括功率管组和功率开关组；
[0006]所述功率管组中功率管数量与开放式绕组电机的相数相匹配，在开放式绕组电机相数为2N时，N2 2，功率管数量为4N;其中，每两个功率管的漏极和源极串联在一起构成一个桥臂，串联后的漏极接电源端，串联后的源极接地，串联在一起的漏极和源极之间设有接线端子，接线端子与开放式绕组电机的绕组的一个端子相连;上述所有功率管的栅极作为控制端；
[0007]所述功率开关组包括3N-2个功率开关，每个功率开关的栅极作为控制端；四个功率开关组成一个口字形单元，多个口字形单元上下串成一串，相邻两个口字形单元串联的公共边共用一个功率开关;功率开关连接的公共端设有接线端子，即3N-2个功率开关共有2N个接线端子，接线端子与开放式绕组电机的绕组的另外一个端子相连。
[0008]所述的功率开关组根据变结构控制指令，进行结构变形;具体:根据指令，当口字形单元的竖排的功率开关打开、横排的功率开关关闭时，N相绕组一端短接在一起，2N相绕组构成两个星形结构，两个星形结构分别由相应的功率管驱动，构成星形驱动拓扑结构；当口字型单元的横排功率开关打开、竖排功率开关关闭时，使得两个绕组串联起来构成一相绕组，与相应的功率管构成H桥驱动拓扑结构。
[0009]在星形驱动拓扑结构，当某个绕组或者功率管发生故障时，将发生故障的星形驱动拓扑结构中的功率管全部关闭，另外一个星形结构绕组电流加倍，实现容错控制。
[0010]在H桥驱动拓扑结构，当某个绕组或者功率管发生故障时，将发生故障的H桥上的功率管全部关闭。
[0011]根据工况需求，关闭一个星形驱动拓扑结构，实现轻载工作模式。
[0012]本发明与现有技术相比有益效果为:
[0013]根据本发明的可变结构式驱动拓扑，根据不同的工况需求，可以变换驱动拓扑结构，使得开放式绕组电机达到不同的工作状态，相比双驱动器+双电机结构，能够有效地提高电机系统功率密度、电机与功率器件使用率，降低系统重量和体积。
【附图说明】
[0014]图1是根据本发明的2XN相可变结构式驱动拓扑结构的架构图；
[0015]图2是根据本发明的六相可变结构式驱动拓扑结构的架构图；
[0016]图3是应用本发明拓扑结构的驱动系统的架构图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图及实例对本发明做详细说明。如I所示，一种可变结构式驱动拓扑，包括功率管组40和功率开关组50;
[0018]所述功率管组40中功率管数量与开放式绕组电机的相数相匹配，在开放式绕组电机相数为2N时，N2 2，功率管41数量为4N;其中，每两个功率管的漏极和源极串联在一起构成一个桥臂42，串联后的漏极接电源端，串联后的源极接地，串联在一起的漏极和源极之间设有接线端子43，接线端子43与开放式绕组电机的绕组的一个端子相连;上述所有功率管的栅极作为控制端；
[0019]所述功率开关组50包括3N-2个功率开关51，每个功率开关的栅极作为控制端；四个功率开关组成一个口字形单元，多个口字形单元上下串成一串，相邻两个口字形单元串联的公共边共用一个功率开关;功率开关连接的公共端设有接线端子，即3N-2个功率开关共有2N个接线端子52，接线端子52与开放式绕组电机的绕组的另外一个端子相连。
[0020]图3为本发明拓扑结构应用在开放式绕组电机驱动系统中的架构，具体包括可编程逻辑控制器10、功率管驱动器20、开关管驱动器30、本发明拓扑结构(功率管组40和功率开关组50)；
[0021]可编程逻辑控制器10设有接收上层控制器发送控制指令的输入端，并设有输出驱动控制和变结构控制指令的输出端，分别与所述功率管驱动器20和开关管驱动器30的输入端相连。
[0022]功率管驱动器20设有与所述可编程逻辑控制器10相连的输入端，还设有与后续所述功率管组40相连的输出端，用于将所述可编程逻辑控制器10输出的驱动控制数字信号，进行信号隔离、功率驱动放大，输出给所述功率管组40中的所述功率管41的控制端，从而控制所述功率管41的导通状态，以达到控制电机的运行状态。
[0023]开关管驱动器30设有与所述可编程逻辑控制器10相连的输入端，还设有与后续所述功率开关组50相连的输出端，用于将所述可编程逻辑控制器10输出的变结构控制数字信号，进行信号隔离、功率驱动放大，输出给所述功率开关组50中的所述功率开关51的控制端，从而控制所述功率开关51的打开与关闭，以达到进行驱动拓扑变结构的目的。
[0024]具体工作过程为:可编程逻辑控制器10接收驱动拓扑变结构和驱动的控制指令，并生成功率管组40和功率开关组50控制指令，分别通过功率管驱动器20和开关驱动器30，控制功率管组40和功率开关组50中某些功率管和功率开关的打开或关闭，以达到