[发明专利]一种开关磁阻电机变绕组驱动系统和在线软切换方法

说明书

本发明公开了一种开关磁阻电机变绕组驱动系统和在线软切换方法，属于在线软切换领域。系统包括控制器、驱动模块、功率变换器和变绕组模块；其中，所发明的变绕组模块可以在线改变开关磁阻电机相绕组中各个线圈的连接模式。本发明利用具有在线绕组串并联切换能力的开关磁阻电机驱动拓扑结构结合在线软切换方法，通过变绕组模块，在线改变了开关磁阻电机相绕组的连接方式，从而实现了相电感值的控制，有效实现了电机低速下的转矩性能的优化和高转速下的性能提升；利用开关磁阻电机相电流为零的区间进行绕组线圈的在线串并联切换以及故障绕组切除，实现了在线软切换，扩大了调速范围和电机故障容错能力。

技术领域

本发明属于在线软切换技术领域，更具体地，涉及一种开关磁阻电机变绕组驱动系统和在线软切换方法。

背景技术

汽车是人们生活中必不可少的交通工具，传统内燃机汽车以汽油作为燃料，在行驶过程中将对环境造成较大的污染。由于电能来源多种多样，并且存在许多环境友好型的电能获取方式，如风力发电，水力发电，太阳能发电等，电动汽车在环保方面远优于内燃机汽车。作为电动汽车的核心，电机就成为了研究的热点之一，其中，永磁电机需要使用重要战略资源稀土材料，并且永磁体在高温下存在失磁的风险，而开关磁阻电机结构简单，启动转矩大，调速性能好，不需要使用稀土材料和永磁体，可靠性高，很适合作为电动汽车的驱动电机。

电动汽车所使用的电机需要具有高可靠性，高效率，高启动转矩和宽调速范围等。但是高启动转矩和宽调速范围的要求难以同时满足，高启动转矩要求电机电感大，以增大电机输出的机械功率，宽调速范围要求电感小，以降低高速时绕组产生的反电势。目前，实现高启动转矩和宽调速范围的有效方法就是在电机运行过程中进行绕组串并联切换，具体为，在汽车启动或低速行驶时采用串联绕组，增大相电感值，有利于获得更大的启动转矩；在汽车高速行驶时采用并联绕组，减小相电感，有利于减小电感产生的反电势，从而提高电机的最高转速，扩大调速范围。

但是，传统电机绕组无法改变串并联方式，不能同时满足低速大转矩和宽调速范围的要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种开关磁阻电机变绕组驱动系统和在线软切换方法，其目的在于解决传统电机绕组无法改变串并联方式，不能同时满足低速大转矩和宽调速范围要求的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种开关磁阻电机变绕组驱动系统，包括：控制器、驱动模块、功率变换器和变绕组模块；

所述控制器，用于接收开关磁阻电机绕组电流信号和转子位置信号，并根据所述电流信号和转子位置信号提供驱动控制信号；

所述驱动模块，用于将所述驱动控制信号变换为驱动信号，驱动功率变换器和变绕组模块中的开关管开通或关断；

所述功率变换器，用于根据所述驱动信号将直流母线电压变换为变绕组模块两端的电压；

所述变绕组模块，用于根据所述驱动信号改变开关磁阻电机各相绕组中线圈的连接模式。

进一步地，所述功率变换器包括，直流母线、电容器和三个并联的不对称半桥逆变器；

所述电容器跨接在正负直流母线两端，并与三个并联的不对称半桥逆变器并联；每个不对称半桥逆变器包括第一开关管S_n1、第二开关管S_n2及其对应的反并联二极管、第一续流二极管D_n1和第二续流二极管D_n2，其中n＝a，b，c；a，b，c分别为开关磁阻电机三相；

第一开关管S_n1及其反并联二极管的阴极连接后构成不对称半桥逆变器的第一端口；第二开关管S_n2及其反并联二极管的阳极连接后构成不对称半桥逆变器的第二端口；三个不对称半桥逆变器的第一端口连接后，与直流母线正极连接；三个不对称半桥逆变器的第二端口连接后，与直流母线负极连接；