一种用于电机宽速的切换装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于电机宽速的切换装置，包括动力电源模块、串并联切换模块和PWM调制及功率驱动模块，其中串并联切换模块包括N个切换单元，每一切换单元包括第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关，所述PWM调制及功率驱动模块分别与所述动力电源模块和所述串并联切换模块连接。本实用新型专利技术只需要使用一个独立的动力电源，结构简单，成本较低，且不会损伤切换开关。而且通过控制串并联切换模块中的切换开关的打开与关闭，可以实现多种串并联状态。尤其是对于电机绕组较多的情况下，可以使电机高效率的转速区成倍扩大，极大的改善了电机性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电机宽速的切换装置
本技术涉及电机及其控制领域，具体地是涉及一种用于电机宽速的切换装置。
技术介绍
众所周知，电机的最高效率转速区是有一范围的，当超出这个范围时，电机的效率急剧下降，多数情况下，电机只能按照工况中工作时间最长的某个转速下设计。而且传统单绕组的电机为了兼顾低速时的电机转矩和低速时的效率，往往都限制了最高速度。而电机在低转速下的效率低是综合因素造成的，主要有以下几种原因：1.现有的各种类型电机都是利用电流通过导电线圈产生磁场，并利用这个磁场和另一个磁场或磁路发生作用力，进而产生转矩来推动电机转动。线圈产生的磁场强度H可以用以下公式表示H＝NC×In×ufe公式中NC表示线圈的匝数，IN表示流过线圈的电流，如果有铁芯的话，ufe表示铁芯的磁导率。在磁导率是一个常数的情况下。决定磁场强度是电流与线圈匝数的乘积，既安匝数。虽然各种电机因磁场强度H产生的转矩的计算公式不同，但都与H的大小成正比。电流流过线圈会因电阻、涡流等原因的发热限制，其电流也是有限制的。所以一般电机的最大转矩也就是额定转矩的3到6倍。转矩受到限制，速度又很低，作为速度乘以转矩为电机的输出功率就很低，也造成了电机效率低。2.电机在较低速度时，自感电动势Eφ较低，而电机的控制器或变频器的供电电压EP是基本恒定的，流过电机线圈的电流In＝(EP-Eφ)/Rf，公式中的Rf为线圈的等效阻抗。因Eφ很小，此时的电流IN会很大，所以控制器中一般都采用了PWM调制的方式来控制电流，本质意义就是用断续的较强的脉冲电流在电机上产生同样的机械转矩效果，来替代连续的相对较弱的电流。(虽然由于线圈的电感作用和控制器的功率管的续流作用，加上PWM频率足够高，在线圈内流动的也是相对连续的电流，但续流的那部分能量也还是来自电源的脉冲能量)。这种方式来结果是当EP-Eφ的电压差越大，Rf线圈的等效阻抗Rf越小时，其PWM占空比越小，也就是脉冲的时间越短，而脉冲的电流值越高。而此电流脉冲的能量除一部分转化为了有效的机械功外，其它的都转换为以下几种能量浪费掉：A：高能量脉冲产生的各种机械和电磁谐波，以发热和辐射的形式消耗。B：因电流在电阻上的热转换成平方倍的增长，电流脉冲的峰值越大，整个电流回路的发热量越高。C：因电机转子是机械性的，转子有质量惯性，根据物理定律，这种断续性的能量推动本身就会随着能量的脉冲时间越小，传递效率越低。D：对有硅钢片铁芯的线圈，电流脉冲越过一定幅值的情况下，磁场会饱和，电流的转作为在线圈的电阻上的热能浪费掉。为了扩宽电机的转速范围，国内技术人做了很多努力和尝试。如国内专利文献中申请号为：201510508099.0，专利名称为“一种永磁同步电机绕组切换装置”和申请号为：201510508843.7，专利名称为“一种基于永磁同步电机绕组切换装置的切换策略”。两篇专利中均提到了一种永磁同步电机切换方法，即永磁同步电机绕组切换装置具有n套绕组，同时对应n个主回路单元，通过4n-4个开关共同作用，实现n套绕组的串并联切换。绕组串联运行，若转速达到切换条件，绕组由串联切换至并联；绕组并联运行，若转速达到切换条件，电压减小，直至满足电压切换条件，绕组由并联切换至串联。采用上述技术方案可以在一定程度上提高电机运行效率，扩展电机的调速范围，并且使主回路容量的需求减小。但是上述技术方案存在如下不足：1.需要n个独立的动力电源供电，这在现实应用中成本高且复杂。特别是在电池供电系统中，要用多个电池组，对充电和电池管理都是很大的麻烦。2.电池组需要由开关进行并联切换，如果是电池供电的系统中，电池的电压因个体差异，电压不可能完全相等，而电池的内阻又很小，在并联的过程中有很大的冲击电流，很容易损坏切换开关，给系统造成不可靠性。3.对n大于2的绕组的情况，只能有全部并联或全部串联这两种状态，没有中间过渡的状态，造成电机切换不顺畅。对于n较多的情况下由于绕组全部串联，绕组自身的感应电动势也就全部相加，电机在全串联时工作的速度范围变的很窄，也就不能实现扩宽电机转速范围的目的。因此，本技术的技术人亟需构思一种新技术以改善其问题。
技术实现思路
本技术旨在提供一种用于电机宽速的切换装置，其只需要使用一个独立的动力电源，可以使电机高效率的转速区成倍扩大，极大的改善了电机性能，提高能源利用率。为解决上述技术问题，本技术的技术方案是：一种用于电机宽速的切换装置，包括：动力电源模块、串并联切换模块和PWM调制及功率驱动模块，其中所述串并联切换模块包括N个切换单元，每一所述切换单元包括第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关，其中所述第一切换开关的S端口与所述动力电源模块的负极连接，其D端口与所述第二切换开关的S端口连接；所述第二切换开关的D端口与所述第三切换开关的S端口连接，所述第三切换开关的D端口与所述动力电源模块的正极连接；所述PWM调制及功率驱动模块分别与所述动力电源模块和所述串并联切换模块连接，其中N≥1。优选地，还包括一栅极驱动电源模块，所述栅极驱动电源模块包括M路输出端，其输出端与所述串并联切换模块和所述PWM调制及功率驱动模块连接；其中M≥1。优选地，还包括电流检测模块和对称绕组电机，所述电流检测模块输入端与所述PWM调制及功率驱动模块连接，其输出端与所述对称绕组电机连接，所述对称绕组电子上设有一转子位置检测器。优选地，所述电流检测模块包括多个采样电阻，每一所述采样电阻的一端与所述PWM调制及功率驱动模块和一信号放大器连接，其另一端与所述动力电源模块的负极连接。优选地，还包括一信号处理与逻辑控制模块，其分别与所述串并联切换模块、所述PWM调制及功率驱动模块、所述电流检测模块和所述对称绕组电机的转子位置检测器连接。优选地，所述PWM调制及功率驱动模块包括多个驱动单元，每一驱动单元均包括一正极公共端、一负极公共端和栅极驱动电源输入端，所述正极公共端与所述动力电源模块的正极或者一切换单元的第四端口连接；所述负极公共端与所述动力电源模块的负极或者一切换单元的第三端口连接；所述栅极驱动电源输入端与所述栅极驱动电源模块的一输出端连接。优选地，所述驱动单元为全桥驱动电路或者多路半桥驱动电路。优选地，所述第一切换开关和/或所述第二切换开关和/或所述第三切换开关为机械触点开关或电子开关。优选地，所述栅极驱动电源模块还包括第一公共端和第二公共端，其中所述第一公共端与所述动力电源模块的正极连接，所述第二公共端与所述动力电源模块的负极连接。优选地，所述栅极驱动电源模块还包括第一公共端和第二公共端，其中所述第一公共端和所述第二公共端与一外接电源连接。采用上述技术方案，本技术至少包括如下有益效果：本技术所述的用于电机宽速的切换装置，只需要使用一个独立的动力电源，结构简单，成本较低，且不会损伤切换开关。而且通过控制串并联切换模块中的切换开关的打开与关闭，可以实现多种串并联状态，而非单纯的全部并联或全部串联这两种状态。尤其是对于电机绕组较多的情况下，可以使电机高效率的转速区成倍扩大，极大的改善了电机性能，提高能源利用率。附图说明图1为本技术所述的用于电机宽速的切换装置的原理图；图2a为本技术所述的用于电机宽速的切换装置的电路示意图；图2b本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电机宽速的切换装置，其特征在于，包括：动力电源模块、串并联切换模块和PWM调制及功率驱动模块，其中所述串并联切换模块包括N个切换单元，每一所述切换单元包括第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关，其中所述第一切换开关的S端口与所述动力电源模块的负极连接，其D端口与所述第二切换开关的S端口连接；所述第二切换开关的D端口与所述第三切换开关的S端口连接，所述第三切换开关的D端口与所述动力电源模块的正极连接；所述PWM调制及功率驱动模块分别与所述动力电源模块和所述串并联切换模块连接，其中N≥1。

【技术特征摘要】
1.一种用于电机宽速的切换装置，其特征在于，包括：动力电源模块、串并联切换模块和PWM调制及功率驱动模块，其中所述串并联切换模块包括N个切换单元，每一所述切换单元包括第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关，其中所述第一切换开关的S端口与所述动力电源模块的负极连接，其D端口与所述第二切换开关的S端口连接；所述第二切换开关的D端口与所述第三切换开关的S端口连接，所述第三切换开关的D端口与所述动力电源模块的正极连接；所述PWM调制及功率驱动模块分别与所述动力电源模块和所述串并联切换模块连接，其中N≥1。2.如权利要求1所述的用于电机宽速的切换装置，其特征在于：还包括一栅极驱动电源模块，所述栅极驱动电源模块包括M路输出端，其输出端与所述串并联切换模块和所述PWM调制及功率驱动模块连接；其中M≥1。3.如权利要求2所述的用于电机宽速的切换装置，其特征在于：还包括电流检测模块和对称绕组电机，所述电流检测模块输入端与所述PWM调制及功率驱动模块连接，其输出端与所述对称绕组电机连接，所述对称绕组电子上设有一转子位置检测器。4.如权利要求3所述的用于电机宽速的切换装置，其特征在于：所述电流检测模块包括多个采样电阻，每一所述采样电阻的一端与所述PWM调制及功率驱动模块和一信号放大器连接，其另一端与所述动力电源模块的负极连接。5.如权利要求4所述的用于电机宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：江先武，
申请(专利权)人：江先武，
类型：新型
国别省市：安徽,34