一种多级开关磁阻电机的控制器及其驱动系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种多级开关磁阻电机的控制器及其驱动系统，属于开关磁阻电机领域。所述多级开关磁阻电机的控制器及其驱动系统，通过接入多路相互独立的电源分流输入，再通过多级功率变换模块相互独立分流输出，功率变换模块再各自独立连接一台多级开关磁阻电机的一个定子铁芯绕组，从而驱动一台多级开关磁阻电机，既能降低功率变换器件的电压等级要求，又能不增加功率变换器件的电流等级要求，并能降低开关磁阻电机的转矩脉动。

【技术实现步骤摘要】
一种多级开关磁阻电机的控制器及其驱动系统
本技术涉及开关磁阻电机领域，尤其涉及一种多级开关磁阻电机的控制器及其驱动系统。
技术介绍
目前，开关磁阻电机应用在交流电源场合，按单相或三相电源，直流电压等级有两个等级，以中国单相、三相交流电源为例，单相220V交流电源不经升压或降压转换成直流约为310V，三相380V交流电源不经升压或降压转换成直流约为540V。对于功率变换器件，电压的升高或电流的升高都需要提高功率变换器件的性能要求，相对而言，对电压的要求比对电流的要求更加苛刻。因此在设计开关磁阻电机控制器时，应考虑降低电压等级。但实际上，在习惯性设计思维的影响下，在设计三相交流电源开关磁阻电机控制器时，仍然将三相交流电源集中转换成一路直流使用，即540V直流，使得控制器对功率变换器件的要求较高。开关磁阻电机应用在电池电源的场合，如电动汽车，常将所有单体动力电池通过并联串联组合成一组电池，电压等级最高做到640V，电池电压等级越高，单体电池串联数越高，故障率越高。即便如此，电动汽车上设计的电机控制器及其驱动系统仍然更多选择偏向高压，这是传统的设计思维造成的。开关磁阻电机具有最高的转矩脉动，传统设计思维主要从电控方面改善控制策略来寻求解决问题的办法，目前收效甚微。如果能从电源、电控、电机三者结合寻找解决的办法，将是解决开关磁阻电机转矩脉动的一个新方向。多级开关磁阻电机是指多个定子铁芯同轴设置，多个转子铁芯也同轴设置的开关磁阻电机，由于其具有多个定子铁芯，多个定子铁芯可以混合布相也可以轴向布相，如何利用这一特点，设计一种多级开关磁阻电机控制器及其驱动系统，既能够降低电压等级要求，又能改善转矩脉动，是现有开关磁阻电机需要解决的技术问题。
技术实现思路
为了改进现有技术的不足，本技术的目的是提供一种多级开关磁阻电机的控制器及其驱动系统，其通过电源、电控、电机的合理设计，既能够降低电压等级要求，又能改善转矩脉动。本技术为解决其技术问题而采用的技术方案是：一种多级开关磁阻电机的控制器，所述多级开关磁阻电机是指k个定子铁芯同轴设置的k级开关磁阻电机，其中，每个定子铁芯的相数为q，q≥3并为自然数，k≥2并为自然数，所述控制器包括第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块、控制模块，所述第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块相互独立，并且均设置有用于与相互不同的电源连接的电源输入接口；所述第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块还各设置有q相电源输出接口，并分别用于与多级开关磁阻电机的其中一级定子铁芯的q相绕组对应独立连接；所述第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块分别与所述控制模块连接并受控工作。利用上述控制连接关系，在使用时，每个独立的功率变换模块独立设有一组电源输入接口和q相电源输出接口，输入连接一组独立的电源，输出连接不同的定子铁芯的q相绕组，电源分组供电，对电源电压的要求降低，对功率变换模块的电压等级要求也降低，有利于降低电源故障的几率和提高电源的可靠性。进一步地，该控制器如采用交流电源作为能源，则需要增加交流转直流模块，具体如下：所述定子铁芯个数k和开关磁阻电机的级数k均为k＝3，所述控制器还包括第一相交流转直流模块、第二相交流转直流模块、第三相交流转直流模块；所述第一相交流转直流模块、第二相交流转直流模块、第三相交流转直流模块相互独立，并且均设置有一相交流电源输入接口，各交流电源输入接口分别用于与三相交流电源的其中一相电源对应独立连接；所述第一相交流转直流模块的输出端与所述第一级功率变换模块的电源输入接口连接、所述第二相交流转直流模块的输出端与第二级功率变换模块的电源输入接口连接、所述第三相交流转直流模块的输出端与第三级功率变换模块的电源输入接口连接。该控制器在使用时，将三相380V交流电源分成三路转换成直流，则每一路都是310V直流，相比传统设计的集中转换成一路540V直流，电压等级得到降低，从而可以选择更低电压等级的功率变换器件。功率变换器件主要是MOSFET、IGBT等。进一步地，该控制器如采用电池电源作为能源，则连接时，第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块的各电源输入接口分别用于与多组电池电源的其中一组电池电源对应独立连接。该控制器如应用在电动汽车上时，如电动汽车一组电池串联电压是600V，若等分成k＝3组，则每组电压是200V，电压等级得到降低，一方面可以选择更低电压等级的功率变换器件。另一方面，电池组的串联数降低，这对电池管理系统是非常有利的，可靠性也会大幅提高。在上述控制装置的基础上，本技术还保护一种驱动系统，即包括多级开关磁阻电机和上述的控制器，所述多级开关磁阻电机是指k个定子铁芯同轴设置的k级开关磁阻电机，其中，每个定子铁芯的相数为q，q≥3并为自然数，k≥2并为自然数；所述第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块的各个q相电源输出接口分别用于与多级开关磁阻电机的其中一个定子铁芯的q相绕组对应独立连接。进一步地，在上述驱动系统的基础上，本技术还提供带有多组电池电源的驱动系统，即该驱动系统还包括多组电池电源，所述第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块各自的电源输入接口分别与多组电池电源的其中一组电池电源对应独立连接。其中，上述多组电池电源中，优选每组电池电源的电压等级相同，可以使每一路的功率变换器件规格一致，便于生产和管理。进一步地，在上述驱动系统的基础上，本技术还提供以三相交流电作为能源的驱动系统，该驱动系统中，所述定子铁芯个数k和开关磁阻电机的级数k均为k＝3，所述控制器还包括第一相交流转直流模块、第二相交流转直流模块、第三相交流转直流模块；所述第一相交流转直流模块、第二相交流转直流模块、第三相交流转直流模块相互独立，并且均设置有一相交流电源输入接口，各交流电源输入接口并分别用于与三相交流电源的其中一相电源对应独立连接；所述第一相交流转直流模块的输出端与所述第一级功率变换模块的电源输入接口连接、所述第二相交流转直流模块的输出端与第二级功率变换模块的电源输入接口连接、所述第三相交流转直流模块的输出端与第三级功率变换模块的电源输入接口连接。进一步地，所述多级开关磁阻电机的转子铁芯凸极数为n，所述多级开关磁阻电机的多级定子铁芯或转子铁芯错位安装形成相间机械角，相间机械角为360°/kqn，进而形成可按kq相控制的多级开关磁阻电机，从而利用增相和转矩叠加改善转矩脉动。进一步地，所述多级开关磁阻电机的任一级定子铁芯为各相凸极集中布置的定子铁芯，任一级中，定子铁芯极数/转子铁芯极数＝2q/(2q+1)。从而利用增相、转矩叠加、减少相间互感来改善转矩脉动。由于采用上述技术方案，本技术的有益效果为：1、本技术提供的控制器及驱动系统通过多路电源、多路功率变换模块、多级定子铁芯相绕组相互对应独立连接，降低了各个功率变换模块电压等级要求，使功率变换器件选型更加容易。2、本技术提供的控制器及驱动系统在应用在交流电供电的场合时，可将三相交流电源的分成三路分别转换成直流，降低了使用三相电源时的电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级开关磁阻电机的控制器，所述多级开关磁阻电机是指k个定子铁芯同轴设置的k级开关磁阻电机，其中，每个定子铁芯的相数为q，q≥3并为自然数，k≥2并为自然数，其特征在于：所述控制器包括第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块、控制模块，所述第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块相互独立，并且均设置有电源输入接口；所述第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块还各设置有q相电源输出接口；所述第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块分别与所述控制模块连接并受控工作。

【技术特征摘要】
1.一种多级开关磁阻电机的控制器，所述多级开关磁阻电机是指k个定子铁芯同轴设置的k级开关磁阻电机，其中，每个定子铁芯的相数为q，q≥3并为自然数，k≥2并为自然数，其特征在于：所述控制器包括第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块、控制模块，所述第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块相互独立，并且均设置有电源输入接口；所述第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块还各设置有q相电源输出接口；所述第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块分别与所述控制模块连接并受控工作。2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：所述定子铁芯个数k和开关磁阻电机的级数k均为k＝3，所述控制器还包括第一相交流转直流模块、第二相交流转直流模块、第三相交流转直流模块；所述第一相交流转直流模块、第二相交流转直流模块、第三相交流转直流模块相互独立，并且均设置有一相交流电源输入接口；所述第一相交流转直流模块的输出端与所述第一级功率变换模块的电源输入接口连接、所述第二相交流转直流模块的输出端与第二级功率变换模块的电源输入接口连接、所述第三相交流转直流模块的输出端与第三级功率变换模块的电源输入接口连接。3.一种驱动系统，其特征在于：包括多级开关磁阻电机和权利要求1所述的控制器，所述多级开关磁阻电机是指k个定子铁芯同轴设置的k级开关磁阻电机，其中，每个定子铁芯的相数为q，q≥3并为自然数，k≥2并为自然数；所述第一级功率变换模块、第二级功率变换模块、…、第k级功率变换模块的各个q相电源输...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾志强，李运忠，刘正昂，
申请(专利权)人：深圳华引动力科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44