2尾 端之间；第二绕组切换电路中，第一对Mosfet开关器件S21、S22反向串联设置于第一绕组 单元A1首端与第S绕组单元A3首端之间，第二对Mosfet开关器件S23、S24反向串联设置 于第二绕组单元A2尾端与第S绕组单元A3首端之间，第S对Mosfet开关器件S25、S26设 置于第一绕组单元A1尾端与第S绕组单元A3尾端之间，W此类推，第N-1组切换电路中， 第一对Mosfet开关器件Sa_m、Sa_m反向串联设置于第一绕组单元首端与第N绕组单元首 端之间，第二对Mosfet开关器件Sw_i>3、8〇?>4设置于第N-1绕组单元尾端与第N绕组单元 首端之间，第S对Mosfet开关器件Sw_m、Sw_i>e设置于第一绕组单元尾端与第N绕组单元 尾端之间。通过Mosfet器件将永磁电机每相绕组的N个绕组单元进行组合连接。
[0027] 上述Mosfet开关器件可W义用GaNmosfet器件和SiCmosfet器件，如图3所 示，图3为GaN、SiCmosfet和Simosfet器件的性能对比图，从图中可W看出GaN和SiC mosfet器件的导通电阻只有传统Simosfet器件的1/10,故采用GaN和SiCmosfet器件 可W大大减小开关器件的导通损耗，提高本电路使用效率。
[0028] 实施例一
[0029] W-台每相绕组具有二个绕组单元的3相4极电动汽车永磁电机为例，说明将本 实用新型所述永磁电机绕组切换电路应用于电动汽车永磁电机。
[0030] 如图4所示，图4为本实用新型实施例一提供的永磁电机的展开示意图。其中，永 磁电机包括A、B、CS相绕组，A相绕组包括第一绕组单元A1和第二绕组单元A2,第一绕组 单元A1处于一对极下，即图4所示左半部分的N和S极下，第二绕组单元A2处于另一对极 下，即图4所示右半部分的N和S极下。B相和C相绕组与A相绕组相同，B相绕组包括B1、 B2二个绕组单元，C相绕组包括C1、C2二个绕组单元。
[0031] 如图5所示，图5为本实用新型实施例一提供的永磁电机现有的电机驱动原理图， 其中，正负母线的直流电源经过六个IGBT器件控制后输出S相交流电。
[0032] 如图6所示，图6为本实用新型实施例一提供的永磁电机绕组切换电路应用于永 磁电机A相的电路原理框图。其中，永磁电机的A相绕组包括第一绕组单元A1和第二绕组 单元A2,本实施例中永磁电机绕组切换电路包括一组切换电路，具体包括S个开关电路，每 个开关电路包括一对Mosfet开关器件。将切换电路设置于电动汽车永磁电机A相绕组第 一绕组单元A1和第二绕组单元A2之间。其中，切换电路的第一开关电路的一对Mosfet开 关器件S11、S12反向串联设置于第一绕组单元A1首端与第二绕组单元A2首端之间，第二 开关电路的一对Mosfet开关器件S13、S14反向串联设置于第一绕组单元A1尾端与第二绕 组单元A2首端之间，第S开关电路的一对Mosfet开关器件S15、S16设置于第一绕组单元 A1尾端与第二绕组单元A2尾端之间。由于电机绕组中通过交流电，因此每对Mosfet开关 器件应可W双向导通，故每对Mosfet开关器件由二个Mosfet开关反向串联组成，当Mosfet 开关器件S11导通，Mosfet开关器件S12关闭时，电流可W从第一绕组单元A1侧进入，经过 Mosfet开关器件S12的反并联二极管，流向第二绕组单元A2侧；当Mosfet开关器件S11关 闭，Mosfet开关器件S12导通时，电流可W从第二绕组单元A2侧进入，经过Mosfet开关器 件S11的反并联二极管，流向第一绕组单元AU则。同理，Mosfet开关器件S13、S14和S15、 S16的导通、关闭导致电流的流向与Mosfet开关器件S11、S12相同。
[0033] W某时刻永磁电机A相上桥臂、B相下桥臂和C相下桥臂导通为例，Mosfet开关 器件S11、S12、S15、S16关闭，S13导通、S14关闭时，如图7所示，A相电流经第一绕组单元 A1、Mosfet开关器件S13、S14的反并联二极管至第二绕组单元A2,实现A相绕组的第一绕 组单元A1和第二绕组单元A2的串联；Mosfet开关器件S13、S14关闭，S11导通、S12关闭、 S15导通、S16关闭时，如图8所示，A相电流一部分经第一绕组单元A1、Mosfet开关器件 S15、S16的反并联二极管至A相绕组的尾端，另一部分经Mosfet开关器件S1US12的反并 联二极管、第二绕组单元A2至A相绕组的尾端，实现A相绕组的第一绕组单元A1和第二绕 组单元A2的并联。
[0034] 同理，本实施例中应用于永磁电机A相的永磁电机绕组切换电路同样可W应用于 永磁电机的B相、C相，具体的电流流向如图9、图10所示，图9为本实用新型实施例一提供 的永磁电机绕组切换电路应用于永磁电机时，每相绕组的二个绕组单元串联时的电流流向 图；图10为本实用新型实施例一提供的永磁电机绕组切换电路应用于永磁电机时，每相绕 组的二个绕组单元并联时的电流流向图。
[0035] 上述实施例中永磁电机绕组切换电路同样适用于每相具有=个绕组单元的永磁 电机，在上述实施例的基础上，在第二绕组单元和第=绕组单元之间设置同样的切换电路， 可W实现每相S个绕组单元之间的串联，W及通过对Mosfet开关器件的不同控制，实现每 相二或S个绕组单元之间的并联。W此类推，将N-1个上述实施例中永磁电机绕组切换电 路应用于每相具有N个绕组单元的永磁电机，可W实现每相N个绕组单元之间的串联，W及通过对Mosfet开关器件的不同控制，实现每相N个绕组单元之间的并联。
[0036] 当永磁电机两个绕组单元串联时，永磁电机的并联支路数为1，电机的反电势为两 个绕组单元反电势的和，为单个绕组单元反电势的两倍；当永磁电机两个绕组单元并联时， 永磁电机的并联支路数为2,此时，电机的反电势即为单个绕组单元的反电势。由电机基本 理论可知，当其他条件不变，反电势大小与电机转速成正比，即当并联支路数从1变成2后 电机允许的转速可W提高一倍。并联支路数从1变成2后，在电机额定电流不变的情况下， 两个并联绕组单元中通过的电流变成了串联时的一半，根据电机的电磁功率表达式
[0037]
【主权项】
1. 一种永磁电机绕组切换电路，所述永磁电机每相绕组包括N个绕组单元，N为大于等 于2的正整数，其特征在于，包括：永磁电机每相绕组的N个绕组单元之间设置的N-I组切 换电路，每组切换电路包括三个开关电路，其中，第N-I组切换电路中，第一开关电路设置 于第一绕组单元首端与第N绕组单元首端之间，第二开关电路设置于第N-I绕组单元尾端 与第N绕组单元首端之间，第三开关电路设置于第一绕组单元尾端与第N绕组单元尾端之 间。
2. 根据权利要求1所述的永磁电机绕组切换电路，其特征在于，所述开关电路由二个 Mosfet开关反向串联组成。
3. 根据权利要求2所述的永磁电机绕组切换电路，其特征在于，所述Mosfet开关器件 采用GaN Mosfet开关。
4. 根据权利要求2所述的永磁电机绕组切换电路，其特征在于，所述Mosfet开关器件 采用SiC Mosfet开关。
【专利摘要】本实用新型公开了一种永磁电机绕组切换电路，该电路在电动汽车永磁电机的每相绕组的N个绕组单元之间设置N-1组切换电路，每组切换电路包括三个开关电路。将本实用新型提出的永磁电机绕组切换电路应用于电动汽车的永磁电机系统中，将永磁电机每相绕组的多个支路绕组单元进行组合连接，相当于为电动汽车增加了一套有级的变速装置，在不增加永磁电机大小和重量的情况下，提高了永磁电机的转速范围，大大拓宽了电动汽车的高速范围。同时，电机的永磁体不会有因为弱磁而产生的失磁风险。并且，本电路具有结构简单、效率高、性能好的特点。
【IPC分类】H02P25-18
【公开号】CN204559457
【申请号】CN201520182086
【发明人】成双银, 赵卫国, 李量, 周志康, 蔡亚辉
【申请人】无锡新大力电机有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年3月27日