專利名稱：新型同步電機及電機控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是高性能的純電動汽車用新型同步電機及電機控制系統(tǒng)和同步發(fā)電機風力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會對環(huán)境污染的重視程度不斷增強，電動汽車已經(jīng)成為汽車行業(yè)的發(fā)展方向，電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)就成為實現(xiàn)整車驅(qū)動性能的關(guān)鍵。電動汽車的負載范圍和速度范圍都較寬，且運行于不同的路況下，造成其驅(qū)動用電機的運行路況非常復雜。電動汽車驅(qū)動用電機系統(tǒng)應具有盡可能高的轉(zhuǎn)矩密度、瞬時功率，良好的轉(zhuǎn)矩控制能力、高可靠性、寬調(diào)速范圍及在寬調(diào)速范圍內(nèi)的高效率。為適應這一要求，目前，在電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)中，永磁同步電機以其體積小、功率密度大、效率高、轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定、響應速度快、過載能力強、易于控制、效率高、高控制精度、高轉(zhuǎn)矩密度、良好的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性及低振動噪聲的特點受到國內(nèi)外電動汽車界的高度重視，是目前電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的理想選擇。同時，大峰值轉(zhuǎn)矩、寬調(diào)速范圍成為純電動汽車對永磁同步電機提出的更高要求。 但是目前電動汽車上應用的永磁同步電機，調(diào)速范圍相對較窄，加速、爬坡時輸出轉(zhuǎn)矩(峰值轉(zhuǎn)矩)難以保證，大大影響了整車的動力性能。如圖1所示，為現(xiàn)有傳統(tǒng)永磁同步電機中的結(jié)構(gòu)示意圖，包括左圖中的電機截面結(jié)構(gòu)示意圖和右圖中電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。電機由定子1、轉(zhuǎn)子2、轉(zhuǎn)軸4構(gòu)成，其中定子1 上有電樞繞組，轉(zhuǎn)子2上有永磁體磁極3，圖中5為轉(zhuǎn)子2的徑向示意圖。定子1的電樞繞組通過三相交流電，與轉(zhuǎn)子2的磁極相互作用，轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)軸4電機對外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。該類電機在目前的交流電機中已經(jīng)屬于較高效率的電機，但是電機輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速還是不能滿足電動汽車路況行駛的需求，滿足了轉(zhuǎn)矩需求就滿足不了轉(zhuǎn)速需求，滿足了轉(zhuǎn)速需求就滿足不了轉(zhuǎn)矩需求，要兩者兼顧，就必須增加電機的輸出功率，同時增加電機控制器的容量，這樣電機系統(tǒng)的成本將大大的增加，利用率卻大大的降低了，造成了系統(tǒng)的巨大浪費。由此可見，對現(xiàn)有電動汽車用電機系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新、性能提升、資源優(yōu)化，是本領(lǐng)域技術(shù)人員所要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種新型同步電機的結(jié)構(gòu)，同時還提供一種與其相適應的電機控制器的拓撲和控制策略，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，達到提高電動汽車的電機系統(tǒng)的驅(qū)動能力，保證電動汽車的動力性。本發(fā)明人在電動汽車用電機的開發(fā)過程中，結(jié)合電機系統(tǒng)的運行路況，對現(xiàn)有電動汽車用的電機及其控制器，進行了系統(tǒng)的研究，分析了各種電機的優(yōu)劣，整合了這些電機的特性，提出了一種新型的同步電機及其相應的控制器，實現(xiàn)了 “一臺電機，三種狀態(tài)”和“一種狀態(tài)，多種特性”的獨特優(yōu)勢，保證驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)異、高效和可靠的性能。這一特性克服了現(xiàn)有電動汽車用永磁同步電機在爬坡時轉(zhuǎn)矩不足，動力性不佳的缺點，同時解決了在巡航控制或者高速行駛時電機轉(zhuǎn)速不夠的缺點，完全滿足電動汽車用電機的路況需求，而且在每個不同路況都可盡量工作在高效區(qū)域。電機在低速、正常速度、高速每個區(qū)域內(nèi)都有與每種特性的電機對應的高效率區(qū)，這些高效區(qū)而且是連續(xù)的，把這些高效區(qū)域連在一起，成為該電機的高效區(qū)域帶。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種新型同步電機結(jié)構(gòu)，所述電機結(jié)構(gòu)是在現(xiàn)有電動汽車用永磁同步電機的基礎(chǔ)上把轉(zhuǎn)子做成凸極轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子凸極上增加勵磁繞組，在轉(zhuǎn)軸上增加兩環(huán)形電極，兩電極間相互絕緣，兩電極與轉(zhuǎn)軸間相互絕緣，與每個電極對應安裝一組電刷，每組電刷引出線連接在外部端子。所述勵磁繞組按照右手螺旋定則與永磁體磁極對應繞制，所述勵磁繞組沿轉(zhuǎn)子凸極齒根埋槽引出，所述勵磁繞組相鄰兩級同極性連接在同一電極上。本發(fā)明提供的新型同步電機由于采用永磁體和輔助繞組作為勵磁源，電機可以設(shè)計成為高氣隙磁通密度和高功率密度的電機。轉(zhuǎn)子設(shè)計成凸極式結(jié)構(gòu)，既可以方便的繞制勵磁繞組，又由于鐵心的磁導大于空氣的磁導，這種結(jié)構(gòu)還可以減少漏磁通。由于轉(zhuǎn)子勵磁繞組和定子電樞繞組完全解耦，勵磁繞組又是直流控制，電機控制器增加的直流勵磁控制不會增加系統(tǒng)控制的復雜程度。如圖2所示，本發(fā)明的新型同步電機結(jié)構(gòu)示意圖，包括左圖中的電機截面結(jié)構(gòu)示意圖和右圖中電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。電機由定子6、轉(zhuǎn)子7、轉(zhuǎn)軸8構(gòu)成，其中定子6上有電樞繞組，轉(zhuǎn)子7上有永磁體磁極9，勵磁繞組11，勵磁繞組A端10，勵磁繞組B端12，轉(zhuǎn)子凸極(徑向視圖)17，勵磁繞組(徑向視圖)18，環(huán)形A電極14，環(huán)形B電極16，A電刷13，B 電刷15。定子6的電樞繞組通三相交流電，與轉(zhuǎn)子7的磁極相互作用，轉(zhuǎn)子6轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)軸8電機對外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。該電機轉(zhuǎn)子上有勵磁繞組，勵磁電流需要電刷傳導，但不需要電刷換向，勵磁電流換向時通過方向控制器電子換向，所以電機旋轉(zhuǎn)時電刷沒有火花，電刷的磨損只是純粹的機械磨損，大大延長了電刷的壽命和可靠性。該電機通過靈活的調(diào)節(jié)氣隙磁通，讓“一臺電機，三種狀態(tài)”永磁狀態(tài)、增磁狀態(tài)、 減磁狀態(tài)。如圖5所示為本發(fā)明同步電機的電機外特性圖，勵磁繞組沒有通勵磁電流時，電機是傳統(tǒng)的永磁同步電機，特性如“0”標識的外特性曲線；通過正向的直流電流時增加氣隙磁通，電機是低速大轉(zhuǎn)矩電機，但高速性能較差，恒功率區(qū)較窄，特性如“ 1 ”標識的外特性曲線；通過反向的直流電流時減小氣隙磁通，電機是高速小轉(zhuǎn)矩電機，恒功率區(qū)較寬，低速性能較差，特性如“2”標識的外特性曲線。在增磁狀態(tài)和減磁狀態(tài)時，實時地調(diào)節(jié)勵磁電流，可以實時地改變電機的外特性，實現(xiàn)“一臺狀態(tài)，多種特性”。通過對電機勵磁電流的控制，可以使電機的外特性曲線包絡面積最大，即大轉(zhuǎn)矩高轉(zhuǎn)速的特性能在一臺電機上同時擁有，而電機的額定功率很小，體積很小，成本較低，滿足電動汽車低速過載較大、高速恒功率區(qū)較大的需求。該電機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，適合于高速運行。與傳統(tǒng)的永磁同步電機相比，該電機既解決了傳統(tǒng)的永磁同步電機高速時弱磁困難和系統(tǒng)低效的缺點，又降低了同等峰值功率的電機的成本，增加了功率密度和轉(zhuǎn)矩密度。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種新型同步電機控制器，所述電機控制器是在現(xiàn)有電動汽車用電機控制器(電機矢量控制器)的基礎(chǔ)上，增加了勵磁磁場控制器，通過勵磁磁場控制器控制勵磁繞組的電流來改變電機磁極的磁場強弱，以此來改變電機的外特性。 所述勵磁磁場控制器包括勵磁方向控制器、直流電源調(diào)節(jié)器、勵磁電流檢測器、勵磁電流控制器、磁通控制器。如圖3為傳統(tǒng)的永磁同步電機控制系統(tǒng)的原理框圖，如圖4為本發(fā)明同步電機控制系統(tǒng)的原理框圖。如圖13所示，本發(fā)明的新型同步電機控制器的拓撲示意圖，控制器由傳統(tǒng)的電動汽車用電機控制器19和勵磁磁場控制器20組成，其中勵磁磁場控制器20包括直流電源調(diào)節(jié)器21、勵磁電流檢測器22、勵磁方向控制器23。本發(fā)明還提供一種電機控制器的控制策略。傳統(tǒng)的永磁同步電機控制器控制方法已經(jīng)很成熟了，在此略過。勵磁磁場控制器通過改變直流勵磁繞組的電流大小和方向，可以調(diào)節(jié)氣隙磁通，達到氣隙磁通的增強和減小。增強磁通，電機可提供大轉(zhuǎn)矩的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，電機可以輸出很大的轉(zhuǎn)矩，從而增強電機的峰值轉(zhuǎn)矩，解決電動車的爬坡和急劇加速所需的瞬時功率。減小磁通，電機可提供寬速度范圍的恒功率區(qū)，解決電動車的高速巡航和最高車速行駛。傳統(tǒng)的永磁同步電機控制系統(tǒng)，采用的是閉環(huán)電流失量控制器，如圖3所示，速度指令與速度傳感器反饋信號相比較，送入速度控制器，調(diào)整速度指令。轉(zhuǎn)矩指令與電流傳感器反饋信號的電流分量iq信號相比較，送入轉(zhuǎn)矩控制器，調(diào)整轉(zhuǎn)矩指令。接著進入電流控制器運算id、iq，最后由電壓型SVPWM控制器輸出PWM信號，控制IGBT關(guān)斷。本發(fā)明同步電機控制系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的永磁同步電機控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了勵磁磁場控制器，如圖4 所示。勵磁電流檢測器反饋的勵磁電流信號送入磁通控制器，再根據(jù)調(diào)整后的速度指令判斷是否需要減磁，根據(jù)調(diào)整后的轉(zhuǎn)矩指令判斷是否需要增磁，由此來判斷勵磁電流的方向， 控制勵磁方向控制器。若不需要減磁增磁，則勵磁電流為0，勵磁方向控制器斷開，電機工作在永磁狀態(tài)，如圖6為電機在永磁狀態(tài)時的磁路磁通示意圖。若需要減磁增磁，則勵磁電流不為0，運算出需要的勵磁電流，再變換為直流電壓，控制直流電源調(diào)節(jié)器，輸出勵磁電流， 電機工作在變磁狀態(tài)，如圖7為電機在增磁狀態(tài)時磁路的磁通示意圖，如圖8為電機在減磁狀態(tài)時磁路的磁通示意圖。這種解耦的勵磁電流控制，比傳統(tǒng)永磁同步電機的弱磁控制、直接磁通控制思路清晰，算法簡單，耦合性小，控制精確，實時性好。實時的控制直流勵磁磁通，電機的效率可以在整個運行期間進行效率最優(yōu)控制， 使得電機在電動汽車運行于低速大轉(zhuǎn)矩爬坡和小轉(zhuǎn)矩高速巡航等路況下，電機的效率大大提高。如圖9所示是勵磁繞組磁通量和勵磁電流的對應關(guān)系圖，在磁芯飽和之前，磁通量和勵磁電流近似線形關(guān)系，即OA段曲線，所以把勵磁磁通調(diào)節(jié)點設(shè)計在A點前，可以很方便的調(diào)節(jié)磁通。實時的控制直流勵磁磁通，可以使電機在發(fā)電模式下恒電壓輸出的速度范圍區(qū)間增大，這對于在回饋發(fā)電時對電池充電是非常有利的。在電機運行于發(fā)電模式時，在不同的轉(zhuǎn)速有不同的反電動勢，如圖10、圖12所示，轉(zhuǎn)速越高，反電動勢就越大，對電池的充電電壓越高；轉(zhuǎn)速越低，反電動勢就越小，對電池的充電電壓越低。這對于電池的充電設(shè)備的沖擊和容量需求是不同的，反電動勢越大，沖擊就越大，充電設(shè)備的容量需求就越大，反電動勢越小，沖擊就越小，充電設(shè)備的容量需求就越小。而對于本發(fā)明的專利電機，氣隙磁通可實時調(diào)節(jié)，在不同的轉(zhuǎn)速可以保持反電動勢基本一致，電池充電電壓基本一致，如圖11、圖12所示。在電機運行于高速時，施加反向的勵磁電流，減小磁通，減小反電動勢；在電機運行于低速時，施加正向的勵磁電流，增加磁通，增大反電動勢，從而使電機可以在很寬的速度范圍內(nèi)保持反電動勢基本一致，使充電電壓實現(xiàn)恒壓充電，同時減少對充電設(shè)備的沖擊和容量需求。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中圖1為現(xiàn)有永磁同步電機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明同步電機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為永磁同步電機控制系統(tǒng)的原理框圖；圖4為本發(fā)明同步電機控制系統(tǒng)的原理框圖；圖5為本發(fā)明同步電機的電機外特性圖；圖6為本發(fā)明同步電機的永磁磁路分布圖；圖7為本發(fā)明同步電機的增強磁路分布圖；圖8為本發(fā)明同步電機的減弱磁路分布圖；圖9為勵磁磁通與勵磁電流的關(guān)系示意圖；圖10為永磁同步電機發(fā)電模式的反電動勢示意圖；圖11為本發(fā)明同步電機發(fā)電模式的反電動勢示意圖；圖12同步電機在發(fā)電模式下不同磁場狀態(tài)時電池充電電壓示意圖；圖13為本發(fā)明同步電機及電機控制器系統(tǒng)拓撲示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍?，F(xiàn)根據(jù)車輛行駛路況需求額定功率25KW，額定轉(zhuǎn)速3000rpm，額定轉(zhuǎn)矩80Nm，峰值功率75KW，峰值轉(zhuǎn)速9000rpm，峰值轉(zhuǎn)矩240Nm，50%區(qū)域效率> 92.5%。峰值持續(xù)時間 3min，水冷卻系統(tǒng)這些信息進行本發(fā)明實例的詳細說明。要滿足這樣的需求，對于傳統(tǒng)的永磁同步電機，基本上是做不到的，它的極限只能是額定2倍峰值功率，額定2倍峰值轉(zhuǎn)速(需要弱磁控制)，而對于本發(fā)明的同步電機則可以輕松做到，而且效率極高，具體設(shè)計如下。首先按永磁同步電機方法，設(shè)計額定功率25KW，額定電壓220Vac，額定轉(zhuǎn)速 3000rpm,額定轉(zhuǎn)矩80Nm，峰值功率50KW的六極電機，計算出永磁磁路，永磁體用量和尺寸。 再按達到240Nm轉(zhuǎn)矩需要的磁通量，減去永磁體的磁通量，得到要達到240Nm轉(zhuǎn)矩需要的最大勵磁磁通量<2 1 ；再按達到9000rpm最高轉(zhuǎn)速需要的磁通量，減去永磁體的磁通量，得到要達到9000rpm最高轉(zhuǎn)速需要的最大勵磁磁通量<2 2。比較<2 1、<2 2的絕對值，取大的值<2 f = maX{|<2 1|、|<2 2|}即是需要勵磁繞組需要提供的磁通量，再根據(jù)此磁通量設(shè)計勵磁繞組的匝數(shù)和電流，如果勵磁繞組的鐵心已經(jīng)飽和，還需要重新設(shè)計鐵心以滿足設(shè)計需求。磁路設(shè)計后再來設(shè)計轉(zhuǎn)子和定子的詳細結(jié)構(gòu)和尺寸。將轉(zhuǎn)子設(shè)計成凸極轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子凸極上繞制勵磁繞組，在轉(zhuǎn)軸上設(shè)計兩環(huán)形電極， 兩電極間相互絕緣，兩電極與轉(zhuǎn)軸間相互絕緣，與每個電極對應安裝一組電刷，每組電刷引出線連接在外部端子。勵磁繞組按照右手螺旋定則與永磁體磁極對應繞制，勵磁繞組沿轉(zhuǎn)子凸極齒根埋槽引出，所述勵磁繞組相鄰兩同極性連接在同一電極上，繞組A端連接在A極上，繞組B端連接在B極上，繞組B端引線通過軸中間鉆孔連接到B電極。之后再根據(jù)電機的參數(shù)來設(shè)計電機電樞部分的控制器和勵磁磁場控制器。電機及電機控制器的輸入電壓384Vdc，由電機的峰值功率50KW，電壓220Vac，計算出電樞峰值電流140Aac，由此可以設(shè)計出電樞部分的控制器容量。由電機勵磁繞組的最大電流(OA曲線 A點的勵磁電流)IfA，勵磁繞組的直流電阻Rf，計算出勵磁繞組的電壓，由此得到直流電源調(diào)節(jié)器的輸出電壓范圍，再由輸入電壓范圍一起設(shè)計出降壓可調(diào)直流電源，由電機勵磁繞組的最大電流IfA設(shè)計出勵磁電流方向控制器的容量，綜合起來設(shè)計出勵磁磁場控制器。 電機電樞部分的控制器和勵磁磁場控制器這兩部分結(jié)合起來就是本發(fā)明的新型電機控制器，控制器的程序集成在一片MCU上，方便實時的控制。本發(fā)明新型同步電機及電機控制器系統(tǒng)的實施例，如圖2和圖13所示。在該實施例中，圖2是新型同步電機的結(jié)構(gòu)示意圖，包括左圖中的電機截面結(jié)構(gòu)示意圖和右圖中電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。電機為六級同步電機，由定子6、轉(zhuǎn)子7、轉(zhuǎn)軸8構(gòu)成，其中定子6上有電樞繞組，轉(zhuǎn)子7上有永磁體磁極9，勵磁繞組11，勵磁繞組A端10，勵磁繞組B端12，轉(zhuǎn)子凸極(徑向視圖)17，勵磁繞組(徑向視圖)18，環(huán)形A電極14，環(huán)形B電極16，A電刷13， B電刷15。定子6的電樞繞組通三相交流電，與轉(zhuǎn)子7的磁極相互作用，轉(zhuǎn)子6轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)軸8電機對外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。圖13是本發(fā)明新型同步電機及電機控制器系統(tǒng)拓撲示意圖，本發(fā)明新型同步電機24，電機控制器由傳統(tǒng)的電動汽車用電機控制器19和勵磁磁場控制器20組成，其中勵磁磁場控制器20包括直流電源調(diào)節(jié)器21、勵磁電流檢測器22、勵磁方向控制器23。直流電源調(diào)節(jié)器21是一個斬波器和濾波器構(gòu)成，實現(xiàn)直流電源的實時可調(diào)，并保持電壓平穩(wěn)。勵磁方向控制器23是H橋換向器，實現(xiàn)勵磁電流的電子換向。電機運行時， 根據(jù)路況需求，需要增加磁通時，IGBT-S9和IGBT-SlO同時關(guān)斷，且IGBT-S8和IGBT-Sll 同時導通，實現(xiàn)勵磁電流的正向控制；需要減少磁通時，IGBT-S8和IGBT-Sll同時關(guān)斷，且 IGBT-S9和IGBT-SlO同時導通，實現(xiàn)勵磁電流的反向控制。勵磁電流的大小，MCU根據(jù)需要調(diào)節(jié)的磁通的大小運算出來，再與勵磁電流檢測器22檢測得到的電流值比較運算，從而控制IGBT-S7的關(guān)斷和導通時間來調(diào)節(jié)輸出的電流達到目標勵磁電流。最后需要指出的是，本發(fā)明新型的同步電機及其電機控制系統(tǒng)的實施例，包括新型的同步電機和與其相適應的同步電機控制器。該系統(tǒng)解決了電動汽車對于短時大轉(zhuǎn)矩輸出和高速行駛的需求，而且提出了一種算法簡單的控制策略，不僅解決了現(xiàn)有電動汽車上的技術(shù)缺陷，而且對于滿足動力性能的同等電機系統(tǒng)，大大降低了成本，減小了體積和重量，提高了系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)不僅可以用在汽車行業(yè)，還可以應用于需要大轉(zhuǎn)矩和高轉(zhuǎn)速同時兼有的需求行業(yè)，而且該系統(tǒng)優(yōu)越的發(fā)電性能，發(fā)電電壓在很寬的電機速度范圍內(nèi)保持一致，使得該系統(tǒng)在風力發(fā)電行業(yè)也能有廣泛的應用。
最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種同步電機及與其相適應的電機控制器系統(tǒng)，所述電機的特征在于，包括至少兩種激勵磁源的混合磁源結(jié)構(gòu)的電機，其一種為穩(wěn)定的磁源如永磁體，另一種為可調(diào)的磁源如勵磁繞組，這兩種磁源以穩(wěn)定的磁源為主，可調(diào)的磁源為輔，兩種磁源相結(jié)合，可實時的調(diào)節(jié)電機氣隙磁場的強弱，從而得到適應多種路況的電機特性；所述電機控制器的特征在于包括至少兩個電流控制器，其中一個為電樞電流的控制器，即電機矢量控制器，另一個為勵磁電流的控制器，即勵磁磁場控制器，電機矢量控制器實時控制電樞的電流，勵磁磁場控制器實時調(diào)節(jié)勵磁磁場，這兩個電流控制器實時控制著電機得到多種電機特性，運行于多種不同的路況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合磁源結(jié)構(gòu)，其特征在于，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子凸極上內(nèi)嵌永磁體，在凸極上繞制勵磁繞組；所述勵磁繞組相鄰兩極的極性相反，繞組繞向相反，兩極間的繞組串聯(lián)在一起，在凸極齒根部從繞組連接點引出，把相同極性的繞組引出線連在同極性的轉(zhuǎn)子電極上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合磁源結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電極為極性相反的兩電極， 兩電極間絕緣隔離，兩電極與轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸間絕緣隔離；所述兩電極分別對應兩電刷，兩電刷與磁場控制器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機控制器，其特征在于，在電機矢量控制器的基礎(chǔ)上增加了勵磁磁場控制器，通過勵磁磁場控制器控制勵磁繞組的電流來改變電機磁極的磁場強弱，以此來改變電機的外特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機控制器，其特征在于，所述勵磁磁場控制器包括勵磁方向控制器，勵磁方向控制器是H橋換向器，實現(xiàn)勵磁電流的電子換向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機控制器，其特征在于，所述勵磁磁場控制器包括直流電源調(diào)節(jié)器，直流電源調(diào)節(jié)器是一個斬波器和濾波器構(gòu)成的可調(diào)直流電源，也可以是其它可調(diào)直流電源，實現(xiàn)直流電壓的實時可調(diào)，并保持電壓平穩(wěn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機控制器，其特征在于，所述勵磁磁場控制器包括勵磁電流檢測器，勵磁電流檢測器是一個低值高精度電阻電流檢測電路，也可以是電流傳感器檢測電路等，實現(xiàn)勵磁電流的實時檢測反饋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機控制器，其特征在于，所述勵磁磁場控制器包括勵磁電流控制器，所述勵磁磁場控制器包括磁通控制器，這兩個控制器控制是否需要調(diào)節(jié)磁場，根據(jù)是否處于增磁狀態(tài)或減磁狀態(tài)來判斷勵磁電流的方向，根據(jù)需要調(diào)節(jié)的磁場強弱來運算勵磁電流的大小。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機控制器，其特征在于，所述勵磁電流控制器、磁通控制器和電機矢量控制器的處理器集成在一片MCU上，或者分別在多片MCU上，每片MCU之間實時通訊協(xié)作。所述勵磁磁場控制器和電機矢量控制器集成在一個機殼里，或者設(shè)計成不同的控制器，每個控制器之間實時通訊協(xié)作。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步電機及與其相適應的電機控制器系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種電機控制器的控制策略。其特征在于，一種解耦的磁通控制方法，勵磁電流和電樞電流相互獨立，控制時互不影響。通過改變直流勵磁繞組的電流大小和方向，可以調(diào)節(jié)電機氣隙磁通，達到氣隙磁通的增強和減小。增強磁通，電機可提供大轉(zhuǎn)矩的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，減小磁通，電機可提供寬速度范圍的恒功率區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型的同步電機及其電機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了“一臺電機，三種狀態(tài)”和“一種狀態(tài)，多種特性”的獨特優(yōu)勢。其特征在于在現(xiàn)有電動汽車用永磁同步電機及其控制器的基礎(chǔ)上，在轉(zhuǎn)子上增加勵磁繞組，通過電機控制器控制勵磁繞組的電流來改變電機的磁場強弱，以此來改變電機的外特性，實現(xiàn)“一臺電機，多種特性”的目標。這一特性克服了現(xiàn)有電動汽車用永磁同步電機在爬坡時轉(zhuǎn)矩不足，動力性不佳的缺點，同時解決了電動汽車在巡航控制或者高速行駛時電機轉(zhuǎn)速不夠的缺點，完全滿足電動汽車用電機的路況需求。與本發(fā)明相適應的電機控制器采用了先進的拓撲和控制算法，使電機的控制更加高效、動力性更好、續(xù)駛里程更長。
文檔編號H02K1/24GK102355105SQ20111032666
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者王榮華 申請人:王榮華