[發明專利]一種分段繞組電機控制器及控制方法

在審

• 申請號: 201810457044.5
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108418497A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 曹先貴;田小野;陸海峰;柴建云
• 申請（專利權）人: 西安清泰科新能源技術有限責任公司
• 主分類號: H02P25/18
• 分類號: H02P25/18
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種分段繞組電機控制器及控制方法，該電機控制器包括電機定子繞組，電機定子繞組的三相分成兩段，一段為高低速驅動繞組，匝數為W1，三相繞組分別記作A、B和C，整體為ABC繞組；另一段為低速驅動繞組，只在低速時接入電路，匝數為W2，三相繞組分別記作a、b和c，整體為abc繞組；ABC繞組和abc繞組直接串聯，abc繞組的后端中性點直接相連，ABC繞組一端與第一逆變單元的輸出端相連接，ABC繞組與abc繞組的中間連接第二逆變單元的輸出端；所述第一逆變單元和第二逆變單元并聯在電容兩端，共同組成電機控制器；本發明還公開了該電機控制器的控制方法；本發明既可以產生低速的大轉矩，也可以實現寬范圍調速/高速運行。

技術領域

本發明涉及三相電機技術領域，具體涉及一種分段繞組電機控制器及控制方法。

技術背景

對電動汽車來說，在不同工況下，對驅動電機系統的性能要求是不同的。

當汽車從零速/低速開始加速時，或者處于斜坡上起動等情況下，這時候車速或電機轉速都比較低，但需要大轉矩以克服摩擦力或者車自身重力的分量。電機轉矩與磁通密度成正比，因此需要高磁通密度。

在高速巡航時，系統通常對轉矩要求不高，但為了使汽車驅動電機更高效率運作，希望降低磁通密度。在高速區域中，鐵損占比高，而鐵損基本與磁通密度的平方成正比。因此，磁通密度越低，鐵損越低。另外，如果電機為永磁電機，由永磁體的磁通量產生的反電動勢(電壓)還會隨著轉速增加而增加。而車上電池電壓水平有限，當該反電動勢達到逆變器能夠施加給電機的電壓以上時，電機中電流就無法再通過，轉速即不能再上升。因此，為了提高最高速度，也降低磁通密度以抑制反電動勢——對此，通常使用弱磁控制技術來產生與永磁體磁通量相反方向的磁通，從而減小反電動勢，提高轉速。但是，為了產生相反方向的磁通量，必須使電流流過定子繞組，這同樣會增加損耗，還會增加永磁體退磁的風險。因此弱磁的范圍也不宜過寬。

也就是說，在低速區域和高速區域要求的轉矩大小、磁通量密度是不同的。

現有技術中，專利CN 201310041277.4提出了一種在高、低速時切換繞組的技術。定子的線圈分為兩部分，低速旋轉時電流在全部圈線內通過，而高速旋轉時則在部分線圈內通過。但其技術中使用全控器件IGBT，成本較高且可能在主動關斷過程中產生過電壓，損傷繞組絕緣和IGBT管；其切換電路中的RC緩沖電路一方面增加了系統的復雜性，另一方面電容往往體積較大，且電容本身也比較脆弱，在過壓沖擊下有故障風險。

專利CN 201510508099.0及CN 2016100899171.1也提出了通過繞組切換實現高低速控制的切換裝置及方法，但都需要提供單獨的直流電源或獨立的逆變主電路，增加了系統設計的復雜性及控制復雜性，不利于將切換裝置集成在電機內部。

目前主流電機驅動廠家為解決高速及低速大轉矩的需求，多推出雙電機的方案，即大小額定功率的電機搭配使用，通過聯動軸將兩個電機連接在一起，分別在不同的情況下控制使用不同的電機，該方法采用兩個電機，且機械結構復雜，成本較高。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中存在的不足，提供一種分段繞組電機控制器及控制方法，既可以產生低速的大轉矩，也可以實現寬范圍調速/高速運行。

為實現以上目的，本發明采用的技術方案為：

一種分段繞組電機控制器，包括電機定子繞組3，所述電機定子繞組3的三相分成兩段，一段為高低速驅動繞組，匝數為W1，三相繞組分別記作A、B和C，整體為ABC繞組；另一段為低速驅動繞組，只在低速時接入電路，匝數為W2，三相繞組分別記作a、b和c，整體為abc繞組；ABC繞組和abc繞組直接串聯，abc繞組的后端中性點直接相連，ABC繞組一端與第一逆變單元1的輸出端相連接，ABC繞組與abc繞組的中間連接第二逆變單元2的輸出端；所述第一逆變單元1和第二逆變單元2并聯在電容兩端；所述第一逆變單元1和第二逆變單元2共同組成電機控制器4。