[发明专利]高频永磁同步电机系统

说明书

本发明涉及高频永磁同步电机系统，包括电机以及控制器，电机由n个三相单元电机组成，三相单元电机为2p极Q槽，其中2p和Q的配对组合包括：2p＝10，Q＝12；2p＝14，Q＝12；每个单元电机采用单层、集中绕组结构，每个单元电机由相邻的2个三相绕组组成，每个三相绕组构成1个电机模块，则电机包括2n个电机模块，控制器包括分别与2n个电机模块连接的2n个逆变器模块，每个逆变器模块的调制波幅值相等，相位相等，载波幅值相等，相位互差360°/2n。在载波比不变的情况下，提高了控制器的等效开关频率，可以有效的降低电机的转矩脉动，减小电机的振动噪声，提高电机驱动系统的稳定性和可靠性，同时，无互感绕组结构提高了电驱动系统的容错性能。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及高频永磁同步电机系统。

背景技术

现有的电动车用永磁同步轮毂电机，为了提高电机的功率密度，通常设计电机具有较多的极对数，因此电机在高速运行时，电机的基频较高，特别对于大功率电驱动系统，受限于控制器开关器件的功率和开关频率，通常采用控制器多模块并联的方式对电机供电。然而，这种方式仅在电机外进行简单的功率分配，并不能解决高频电机载波比(开关频率/电机基频)低，输入电流低次谐波含量高的问题，使电机在高频运行时产生较大的转矩脉动，进而产生振动噪声等不良影响，对电机的稳定性和可靠性产生危害。

另一方面，轮毂电机工作条件恶劣，且对电动汽车的安全性至关重要，因此电机应具有容错工作能力，即部分电机出现故障，电机仍能短时额定运行，或降功率运行，从而保证乘客的安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种转矩脉动低，且容错能力高的高频永磁同步电机系统。

本发明所采用的技术方案是，高频永磁同步电机系统，包括电机以及控制器，电机由n个三相单元电机组成，三相单元电机为2p极Q槽，其中2p和Q的配对组合包括：2p＝10，Q＝12；2p＝14，Q＝12；每个单元电机采用单层、集中绕组结构，每个单元电机由相邻的2个三相绕组组成，每个三相绕组构成1个电机模块，则电机包括2n个电机模块，控制器包括分别与2n个电机模块连接的2n个逆变器模块，每个逆变器模块的调制波幅值相等，相位相等，载波幅值相等，相位互差360°/2n。

本发明的有益效果是：在载波比不变的情况下，控制器的等效开关频率提高了2n倍，从而可以有效的降低电机的转矩脉动，减小电机的振动噪声，提高电机驱动系统的稳定性和可靠性；另一方面，由于等效开关频率提高，电机的实际载波比可以降低2n倍，从而在现有开关器件的开关频率制约条件下，电机的转速可以设计得更高，进而提高电机的功率密度。此外，本发明所采用的极槽配合，能够使电机绕组满足单层、无互感式集中绕组结构的约束条件，从而使模块化电机自身的三相绕组之间无互感，不同电机模块的绕组之间也无互感。这种结构具有两方面优点：第一，载波相移的过程中，不同模块之间不存在相互耦合，使电流谐波幅值与不相移时谐波幅值相同，不会产生额外的绕组高频铜耗和定子铁芯高频铁耗；第二，各模块的电机绕组之间完全电气隔离，当其中一个或几个电机模块出现故障时，通过切断对应模块的逆变器，使故障模块完全脱离系统，不对其它模块产生影响，从而使得电机在部分故障时，仍可以安全可靠的降功率，或短时间额定功率运行，提高了电驱动系统的容错性能。

作为优先，每个电机模块的每相绕组均包括正极和负极，每相绕组的正极均从电机引出并与一个控制模块连接，每相绕组的负极接成星形接法，或三角形接法。

作为优先，三相绕组由相邻的三个电角度互差120°线圈构成。

作为优先，逆变器模块采用三相逆变器，逆变器模块均采用PWM控制技术。

附图说明

图1为本发明实施例中高频永磁同步电机系统的示意图；

图2为本发明实施例中采用模块化设计的24槽20极永磁同步电机结构示意图；