一种配有绕组电控切换机构的永磁电机及绕组切换方法技术

本发明专利技术为一种配有绕组电控切换机构的永磁电机及绕组切换方法，电机每相有2个相同的分绕组，各有2个引出接点，切换机构为5组三相磁保持继电器，每组3个吸合开关两两相连，电机绕组的每个引出接点各与2个吸合开关的接入触点连接，切换控制器控制各组三相磁保持继电器的闭合或断开，使电机绕组为星形或三角形串并联中的一种。电机可配2个相同的绕组，各接切换机构。切换控制器连接主控制器。本绕组切换方法在初始化和检测后，切换控制器根据主控制器指令对三相磁保持继电器的吸合或断开控制，切换电机绕组的连接方式。本发明专利技术通过连接方式切换，实现转矩和转速的调节；双绕组结构实现无扭矩波动的平滑切换；切换机构简单可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及永磁电机技术，具体为一种配有绕组电控切换机构的永磁电机及绕组切换方法。
技术介绍
永磁同步电机具有效率高，体积小，重量轻，维护简单等优点，目前广泛应用于各种工业和民用场合，逐渐取代直流电机和交流异步电机。但是永磁同步电机采用了永磁材料，且绕组线圈的内部匝数是无法改变的，会产生固有的反电势，使其调速范围受到限制。在电机输入相同电流的情况下，其输出绕组分别为星形串联、三角形串联、星形并联、三角形并联时，电机转速由低到高改变化，而电机输出扭矩由高到低变化。因此通过切换机构将电机的输出绕组转换为星形串联、并联或三角形串联、并联的连接方式，就能改变电机绕组匝数，从而改变固有反电势幅值，使电机输出不同的转矩与转速。目前已经有使用步进电机控制切换开关来实现电机绕组星形和三角形的串并联切换的成功案例。现有的这种串并联切换方案存在两大问题，首先，切换机构复杂，可靠性低，成本高，其次切换过程中电机输出扭矩波动大，因切换电机绕组时必须先切断电流，此时电机输出扭矩为零。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种配有绕组电控切换机构的永磁电机，电机的三相绕组的每相中有2个相同的分绕组。每个分绕组有2个引出接点，三相共有12个引出接点。本专利技术的切换机构为5组三相磁保持继电器，每组有3个吸合开关，电机绕组的引出接点与各吸合开关的接入触点连接，切换控制器控制各组三相磁保持继电器的闭合或断开状态，使电机三相绕组为不同连接方式。本专利技术的另一目的是设计一种配有绕组电控切换机构的永磁电机的绕组切换方法，初始化和检测后，切换控制器根据电机的主控制器的指令对三相磁保持继电器的吸合或断开状态控制，切换电机绕组的连接方式。本专利技术设计的一种配有绕组电控切换机构的永磁电机，电机的三相绕组的每相为2个相同的分绕组。每个分绕组有2个引出接点，三相共有12个引出接点。本专利技术的切换机构为5组三相磁保持继电器，每组三相磁保持继电器有同步开闭的三个相同的吸合开关，5组三相磁保持继电器的吸合开关两两相连，电机三相分绕组的每个引出接点各与2个吸合开关的接入触点连接。切换控制器分别连接各组三相磁保持继电器中的吸合线圈，控制各组三相磁保持继电器为闭合或断开状态，使电机三相绕组为星形串联、并联或三角形串联、并联的4种连接方式中的一种。切换控制器经CAN总线与电机的主控制器连接，接收主控制器的有关切换电机绕组连接方式的指令。电机的主控制器经电机伺服驱动器与电机绕组连接，控制绕组的输入电流与扭矩。为了避免切换电机分绕组时电机输出扭矩的波动，本专利技术的电机配置有2个相同的绕组，双绕组结构，可以看作一个双绕组电机，或者看作两个并联电机，运行电流成倍增加。电机的主控制器经2个电机伺服驱动器分别与2个绕组连接。2个绕组分别按相同方式连接一套相同的5组三相磁保持继电器的切换机构，2套5组三相磁保持继电器的吸合线圈均与切换控制器连接，切换控制器同步控制吸合线圈的通电或断电；从而控制各组三相磁保持继电器的吸合状态。所述三相磁保持继电器包括吸合线圈、吸合联动杆以及3个吸合开关，3个吸合开关的三对接入触点分别与电机绕组的各引出接点连接，三对接入触点配有三个连接片。三个连接片的一端各连接三对接入触点中的一个、且固定于吸合联动杆，三个连接片的另一端则与三对接入触点的另一个保持间隔或者相接触，吸合联动杆一端与吸合线圈铁芯连接，吸合联动杆连接弹簧一端，弹簧的另一端固定于本继电器壳体。当吸合线圈通电、本组继电器吸合时，吸合联动杆被吸合线圈的铁芯拉动，带着其上的三个连接片移动，连接片上端分别与对应的接入触点相贴接触，即三个连接片接通三对接入触点，3个吸合开关闭合。反之，当吸合线圈断电、本组继电器断开时，弹簧使吸合联动杆回位，其上的三个连接片上端移离相应的接入触点、保持间隙不接触，即三对接入触点被断开，3个吸合开关断开。为了检测继电器的通断状态，在继电器外壳旁侧安装1个光耦传感器，与切换控制器连接。吸合联动杆的另一端安装有挡片，当本组继电器吸合时，吸合联动杆被吸合线圈拉动，其挡片处于光耦传感器前方，阻挡其光线，光耦传感器发出吸合信号送入切换控制器，切换控制器凭此信号判断此组继电器处于吸合状态。反之，吸合线圈断电不工作时，弹簧使吸合联动杆回位，挡片移离光耦传感器前方，光耦传感器光线正常发送接收，切换控制器根据此时光耦传感器的断开信号，判断此组继电器处于断开状态。吸合联动杆的挡片与继电器的吸合线圈工作同步，切换控制器同步获得继电器的通断状态反馈信号。本专利技术设计的一种配有绕组电控切换机构的永磁电机的绕组切换方法包括如下步骤：步骤Ⅰ、切换控制器的初始化包括时钟模块、I/O口模块、CAN通讯模块等的初始化；步骤Ⅱ、切换控制器检测当前绕组连接方式切换控制器检测各组三相磁保持继电器的光耦传感器的信号，判断各继电器的吸合状态，由此确定当前电机绕组连接方式是星形串联、三角形串联、星形并联、三角形并联中哪一种；检测绕组的连接方式与主控制器的指令是否相同，若检测二者相同，判断为无故障、执行下一步，反之则报故障并返回步骤Ⅰ；步骤Ⅲ、检测通讯检测切换控制器与主控制器之间的CAN总线通讯是否正常，主控制器定时向切换控制器发送指令，切换控制器接收指令后给予主控制器回复，当切换控制器没有按时接收到主控制器的指令，或者主控制器在规定时间内没有收到切换控制器的应答，均判断为通讯故障，切换控制器与主控制器报故障，以得到及时处理，返回步骤Ⅰ；反之，通讯正常、继续执行下一步；步骤Ⅳ、检测电机的主控制器指令并执行绕组切换若有绕组切换指令，按照指令，控制各组继电器吸合，执行绕组切换；否则返回步骤Ⅱ；步骤Ⅴ、检测绕组切换是否成功检测当前绕组连接方式与电机的主控制器指令要求相同，切换成功，返回步骤Ⅱ；否则报故障并返回步骤Ⅱ。所述电机配置有2个相同的绕组，步骤Ⅳ执行绕组切换时，主控制器先切断第一绕组的电流，第二绕组的连接方式不变，但是主控制器增大其输入电流一倍，使电机输出扭矩不变；当第一绕组切换完毕，主控制器开始重新向第一绕组输入电流时，同时第二绕组输入电流相应减小，保持电机总输出扭矩不变。第一绕组输入电流恢复正常时，第二绕组的输入电流已减为原值；切换控制器开始第二绕组的切换，过程与第一绕组切换过程相同。这样在绕组切换过程中不会产生电机扭矩波动。与现有技术相比，本专利技术一种配有绕组电控切换机构的永磁电机及绕组切换方法的优点为：1、通过电控的切换机构可选择各相分绕组为星形、三角形的串、并联的连接方式中的任一种，改变绕组线圈匝数，实现永磁电机转矩和转速的调节；2、电机的双绕组结构和双切换机构，可实现无扭矩波动的绕组连接方式的平滑切换；3、切换机构的三相磁保持继电器，机械结构简单，成本低，接线较为方便，电接触可靠性好，零部件均为模块化部件维修方便。附图说明图1为本配有绕组电控切换机构的永磁电机实施例的电机双绕组嵌线示意图；图2为本配有绕组电控切换机构的永磁电机实施例接于第一绕组的第一组三相磁保持继电器吸合状态结构示意图；图3为图2断开状态结构示意图；图4为本配有绕组电控切换机构的永磁电机实施例的电路结构框图；图5为本配有绕组电控切换机构的永磁电机实施例的各相分绕组星形串联连接方式的电路示意图；图6为本配有绕组电控切换机构的永磁电机的绕组切换方法实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配有绕组电控切换机构的永磁电机，电机的三相绕组的每相为2个相同的分绕组；每个分绕组有2个引出接点，三相共有12个引出接点；电机的主控制器经电机伺服驱动器与电机绕组连接，控制绕组的输入电流与扭矩；其特征在于：本电机的切换机构为5组三相磁保持继电器，每组三相磁保持继电器有同步开闭的三个相同的吸合开关，5组三相磁保持继电器的吸合开关两两相连，电机三相分绕组的每个引出接点各与2个吸合开关的接入触点连接；切换控制器分别连接各组三相磁保持继电器中的吸合线圈，控制各组三相磁保持继电器为闭合或断开状态，使电机三相绕组为星形串联、并联或三角形串联、并联的4种连接方式中的一种；切换控制器经CAN总线与电机的主控制器连接，接收主控制器的有关切换电机绕组连接方式的指令。

【技术特征摘要】
1.一种配有绕组电控切换机构的永磁电机，电机的三相绕组的每相为2个相同的分绕组；每个分绕组有2个引出接点，三相共有12个引出接点；电机的主控制器经电机伺服驱动器与电机绕组连接，控制绕组的输入电流与扭矩；其特征在于：本电机的切换机构为5组三相磁保持继电器，每组三相磁保持继电器有同步开闭的三个相同的吸合开关，5组三相磁保持继电器的吸合开关两两相连，电机三相分绕组的每个引出接点各与2个吸合开关的接入触点连接；切换控制器分别连接各组三相磁保持继电器中的吸合线圈，控制各组三相磁保持继电器为闭合或断开状态，使电机三相绕组为星形串联、并联或三角形串联、并联的4种连接方式中的一种；切换控制器经CAN总线与电机的主控制器连接，接收主控制器的有关切换电机绕组连接方式的指令。2.根据权利要求1所述的配有绕组电控切换机构的永磁电机，其特征在于：所述电机配置有2个相同的绕组，2个绕组分别按相同方式连接一套相同的5组三相磁保持继电器的切换机构，2套5组三相磁保持继电器的吸合线圈均与切换控制器连接。3.根据权利要求1或2所述的配有绕组电控切换机构的永磁电机，其特征在于：所述三相磁保持继电器包括吸合线圈(1)、吸合联动杆(3)以及3个吸合开关，3个吸合开关的三对接入触点分别与电机绕组的各引出接点相连接，三对接入触点配有三个连接片；三个连接片的一端各连接三对接入触点中的一个、且固定于吸合联动杆(3)，三个连接片的另一端则与三对接入触点的另一个保持间隔或者相接触，吸合联动杆(3)一端与吸合线圈(1)铁芯连接，吸合联动杆(3)连接弹簧(2)一端，弹簧(2)的另一端固定于本继电器壳体；当吸合线圈(1)通电本组继电器吸合时，吸合联动杆(3)被吸合线圈(1)的铁芯拉动，带着其上的三个连接片移动，连接片上端分别各与对应的接入触点相贴接触，三个连接片接通三对接入触点，3个吸合开关闭合；反之，当吸合线圈(1)断电本组继电器断开时，弹簧(2)使吸合联动杆(3)回位，其上的三个连接片上端移离相应的接入触点，三对接入触点被断开，3个吸合开关断开。4.根据权利要求3所述的配有绕组电控切换机构的永磁电机，其特征在于：所述三相磁保持继电器外壳旁侧安装1个光耦传感器(5)，与切换控制器连接；吸合联动杆(3)的另一端安装有挡片(4)，当本组继电器吸合时，吸合联动杆(3)被吸合线圈(1)拉动，其挡片(4)处于光耦传感器(5)前方，阻挡其光...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕虹，韦熙，廖政，李智，
申请(专利权)人：桂林星辰混合动力有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45