偶数相开关磁阻电机倍压整流电容裂相式电路的制作方法

本发明涉及一种电机的功率变换电路，具体涉及一种偶数相开关磁阻电机倍压整流电容裂相式电路，属于开关磁阻电机技术领域。

背景技术

开关磁阻电机作为一种特种电机，具有结构坚固简单，成本低廉，转子上无绕组、无永磁体、无电刷，相间自然解耦，某一相出现故障，不影响其他相的正常运行，容错性好，具有广泛的应用场合。开关磁阻电机系统是一种机电一体化装置，它由开关磁阻电机、功率变换器及控制器组成，开关磁阻电机、功率变换器和控制策略方法之间的联系是密切的。虽然开关磁阻电机本身成本较低，但目前开关磁阻电机系统的成本还是较高，这阻碍了开关磁阻电机的产业化，因此一种适用于开关磁阻电机的少功率器件的主电路更能降低开关磁阻电机系统的成本。

到目前为止，三相开关磁阻电机仍然占据着开关磁阻电机的主要应用份额，然而三相开关磁阻电机驱动系统存在转矩脉动大，起动转矩地等难以克服的问题。增加开关磁阻电机相数可以解决这些问题，但是过多的相数又会带来功率器件增多，电机绕组出现增多，控制复杂、设计成本增加等问题。

技术实现要素：

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了偶数相开关磁阻电机倍压整流电容裂相式电路，

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种偶数相开关磁阻电机倍压整流电容裂相式电路，其特征在于，包括全波倍压整流电路、N个奇数桥臂、N个偶数桥臂和2N组开关磁阻电机绕组；其中，全波倍压整流电路包含一个交流电源、第一二极管、第二二极管、第一滤波电容和第二滤波电容，第一滤波电容的负极连接第二滤波电容的正极，第二滤波电容的负极接入第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接第一滤波电容正极，交流电源的正极接入两个二极管的公共端，交流电源的负极接入两个滤波电容的公共端后接地；每个桥臂包含一个开关管和一个二极管，奇数桥臂中开关管的漏极与第一电容的正极连接，开关管的源极与同一桥臂上的二极管的阴极连接，该二极管的阳极与第二电容的阴极连接；偶数桥臂中开关管的源极与第二电容的负极连接，开关管的漏极与二极管的阳极连接，二极管的阴极与第一电容的正极连接；每组开关磁阻电机绕组包含依次连接的奇数相绕组和偶数相绕组，每组开关磁阻电机绕组中奇数相绕组与对应的奇数桥臂二极管阴极连接，每个偶数相绕组与对应的偶数桥臂二极管阳极连接，每组奇数相绕组和偶数相绕组的公共端依次连接后接地。

优选地，N为大于1的整数。

优选地，所述开关管为功率场效应晶体管。

优选地，，同组绕组中奇数相绕组和偶数相绕组在相位上相差180°/N电角度。

优选地，所述二极管为功率二极管。

优选地。一种偶数相开关磁阻电机倍压整流电容裂相式电路，其特征在于，将权利要求1中所述的开关管替换为三极管，开关管的源极对应三极管的发射极，开关管的漏极对应三极管的集电极

优选地，所述三极管为绝缘栅双极型晶体管。

采用上述技术方案带来的有益效果：结合实例

1）有效的减少功率器件的使用数量，减小开关磁阻电机驱动系统中功率器件的成本和体积。

2）2N相开关磁阻电机绕组出线仅为（2N 1），相比于传统不对称半桥功率电路减少了接近一半的出线，简化了系统的复杂程度，更利于产业化设计。

3）各相控制无互相干扰，单个模块损坏时维修时仅需要更换驱动模块即可，增加了电机系统的容错性和可维护性。

附图说明

图1是偶数相开关磁阻电机倍压整流电容裂相式主电路示意图。

图2是不对称半桥电路与绕组连接示意图。

图3是应用功率主电路拓扑的开关磁阻电机系统示意图。

图4是两相4/2开关磁阻电机应用实例。

图5是四相8/6开关磁阻电机应用实例。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如附图1所示，偶数相开关磁阻电机的倍压整流电容裂相主电路，包括相数为2N的偶数相开关磁阻电机绕组（N为大于等于1的整数）、N个不对称半桥电路、全波倍压整流电路和交流电源。

所述相数为2N的偶数相开关磁阻电机绕组被划分为N个分组，每个分组中包含两相绕组，同一分组中的两相控制上相差180°/N的电角度。每个分组中的两相绕组的正负极相连，得到一个公共端出线、正极出线和负极出线。取正负极出线引出分别与不对称半桥不同桥臂连接，中点处与其他所有绕组的中点处连接后引出与全波倍压整流中点连接。

在某一相绕组通电期间，C1、C2的工作情况不一致。在单四拍运行时，以LA通电为例：SA导通后，C1经SA给A相绕组放电，Uc1下降，与传统分裂式直流电源的功率变换器相比，此时电源不会经SA给C2充电。电容C1和C2之间的电压差降低，并且采用倍压整流将中点电压衔位在交流电压0点位处，既解决了中点电压漂移的问题，也降低了电容电压差。

如附图2所示，单个不对称半桥电路用于同一分组中的两相绕组驱动，每个桥臂由开关管与功率二极管串联组成，其中开关管可以选取功率场效应晶体管（MOSFET）或绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。桥臂1由开关管Splus和功率二极管Dplus构成；其中Splus的漏极连接电源正极，Splus的源极与接线柱Lplus连接；Dplus的阳极与电源负极连接，Dplus的阴极连接接线柱Lplus和Splus的源极。桥臂2由开关管Sminus和功率二极管Dminus构成；其中Sminus的漏极连接电源负极，Sminus的源极与接线柱Lminus连接；Dminus的阳极与电源正极连接，Dminus的阴极连接接线柱Lminus和Sminus的源极。将Splus的驱动信号称为Driveplus，Sminus的驱动信号称为Driverminus；其中Driveplus和Driveminus在相位上相差180°/N；

通过以上技术方案，将2N相开关磁阻电机的功率电路分为N个不对称半桥电路，每个不对称半桥电路独立地驱动两相相邻绕组，相比与现有技术，本发明既保留了开关磁阻电机系统结构简单，容错性好的优点的同时，大大降低了整个驱动系统的成本。另外倍压整流与分裂式直流电源功率变换器的结合解决了中点偏移的问题。

实施例1

应用本方法的偶数相开关磁阻电机系统，如图3所示。

偶数相开关磁阻电机系统包括2N相开关磁阻电机，N个不对称半桥电路、位置检测单元、倍压整流电源、电流检测单元和控制单元（N为大于等于1的整数）。2N相开关磁阻电机绕组采用集中式绕组结构，线圈按照顺序分配给2N相绕组，同一相的不同绕组按照串联或者并联在一起。2N相绕组分为N组，同一组的两相绕组在相位上相差180°/N。

电源经倍压整流后与驱动模块的电源正和电源负接口连接，GND接口与电流检测单元的GND接口连接。

位置检测单元的位置信号传递给控制单元经调理后输出的驱动信号与驱动模块相连接，电流检测单元的电流采样信号输出端与控制单元的模拟/信号输入端连接。

其中电流检测模块中可用电流采样电阻或电流传感器，电流检测相位相差180°的两个相绕组流入地线的电流波形，电流波形经整形、放大后输入控制单元，结合电机的位置信号控制单元分析得到开关管驱动信号，在低速时进行电流斩波控制，高速进行调角度控制。

实施例2

应用本方法的两相4/2式开关磁阻电机的驱动系统。

4/2结构的两相开关磁阻电机定转子结构如图4（a）所示，包括4个沿圆周等距分布的定子尺和2个沿圆周等距分布的转子凸极；该电机共有A1、A2、B1、B2共四个线包，属于同一相的一堆线圈通过串联或并联组成电机的某一相绕组，从而得到4/2电机的两相绕组。

若采用不对称半桥拓扑设计驱动系统，则需要4个开关管和4个功率二极管，因此驱动系统体积庞大，设计复杂，并且相与相之间硬件相互关联，检修复杂。

4/2结构电机需安装1个位置传感器，跳沿位置对应A相或者B相的对齐位置。若需安装两个位置传感器，则A相对应的传感器与B相的相差90°机械角度。

采用本发明的设计方法，A、B相为相邻相，可以直接使用一个模块驱动。A1、A2通过并联或串联后构成A相绕组，得到两个出线端A 和A-；B1、B2通过并联或串联后构成B相绕组，得到两个出线端B 和B-；A-与B 连接得到出线端AB。

不对称半桥电路1的接线柱Lplus和电机出线A 连接，接线柱Lminus与电机出线B-连接。电流检测单元的检测电阻与电机出线AB连接。图4（b）为所示不对称半桥电路1中各个开关管的驱动信号，此时不对称半桥电路1中的开关管Splus的驱动信号Driveplus为A相驱动信号，Dplus作为A相续流时的续流二极管；开关管Sminus的驱动信号Driveminus为B相驱动信号，Dminus作为B相续流时的续流二极管。此时电流检测单元的采样电阻Rs能够采样得到A相电流和B相电流，采样得到的电流信号is输入控制单元后作为电流控制的依据。

实施例3

应用本方法的四相8/6式开关磁阻电机的驱动系统。

4/2结构的两相开关磁阻电机定转子结构如图5（a）所示，包括8个沿圆周等距分布的定子尺和6个沿圆周等距分布的转子凸极；该电机共有A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2共8个线包，属于同一相的一堆线圈通过串联或并联组成电机的某一相绕组，从而得到8/6电机的四相绕组。

若采用不对称半桥拓扑设计驱动系统，则需要8个开关管和8个功率二极管，因此驱动系统体积庞大，设计复杂，并且相与相之间硬件相互关联，检修复杂。

8/6结构电机需安装2个位置传感器，其中一个跳沿位置对应A相或者C相的对齐位置, 另一个跳沿位置对应B相或者D相的对齐位置。其中两个位置传感器的夹角为15°机械角度或为75°机械角度。

采用本发明的设计方法，A、B相为相邻相，B、C相为相邻相。根据分配原则A、B相使用一个模块驱动，C、D相使用另一个模块驱动。A1、A2通过并联或串联后构成A相绕组，得到两个出线端A 和A-；B1、B2通过并联或串联后构成B相绕组，得到两个出线端B 和B-；A-与B 连 接得到出线端AB。C1、C2通过并联或串联后构成C相绕组，得到两个出线端C 和C-；D1、D2通过并联或串联后构成D相绕组，得到两个出线端D 和D-；D-与D 连接得到出线端CD。

不对称半桥电路1的接线柱Lplus和电机出线A 连接，接线柱Lminus与电机出线B-连接；模块单元2的接线柱Lplus和电机出线C 连接，接线柱Lminus与电机出线D-连接。电流检测单元的检测电阻1与电机出线AB连接, 检测电阻2与电机出线CD连接。图5（b）为所示不对称半桥电路1和不对称半桥电路2中各个开关管的驱动信号，此时不对称半桥电路1中的开关管Splus的驱动信号Driveplus为A相驱动信号，Dplus作为A相续流时的续流二极管；开关管Sminus的驱动信号Driveminus为B相驱动信号，Dminus作为B相续流时的续流二极管。模块2中的开关管Splus的驱动信号Driveplus为C相驱动信号，Dplus作为C相续流时的续流二极管；开关管Sminus的驱动信号Driveminus为D相驱动信号，Dminus作为D相续流时的续流二极管。此时电流检测单元的采样电阻1能够采样得到A相电流和B相电流，采样电阻2能够采样得到C相电流和D相电流采样,得到的电流信号输入控制单元后作为电流控制的依据。

实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。