以模式开关重构开绕组永磁电机的电动汽车集成充电系统技术方案

本发明专利技术涉及永磁电机技术，旨在提供一种以模式开关重构开绕组永磁电机的电动汽车集成充电系统。该充电系统的主电路包括交流输入电源、任意相永磁电机、电机驱动器、直流侧电容和蓄电池；任意相永磁电机为任意相开绕组永磁电机，其定子绕组两端打开并引出至定子壳体外，通过模式开关分别与交流输入电源和电机驱动器相连，共同构成整流电路；所述模式开关通过重构开绕组永磁电机的绕组作为电动汽车充电电路电感，使充电期间电机转子保持静止；所述交流输入电源是单相交流电源输入或三相交流电源输入。本发明专利技术基于常用的电动汽车集成充电系统，不增加任何硬件成本，方案通用性强，重构方式简单，能有效实现充电期间电机的转子静止。

Reconstruction of integrated charging system of electric vehicle with open winding permanent magnet motor by mode switch

【技术实现步骤摘要】
以模式开关重构开绕组永磁电机的电动汽车集成充电系统
本专利技术涉及永磁电机技术，特别涉及一种以模式开关重构开绕组永磁电机的电动汽车集成充电系统，属于电气

技术介绍
随着生产力的不断提高，社会发展对石油、煤炭等化石能源的需求日益紧迫，由此带来环境污染和能源紧缺等问题。电动汽车以其节能环保的优势得到了世界各国研究人员的广泛关注，其相关驱动系统和充电系统的研究也取得飞速进步。目前电动汽车充电系统主要分为直流充电系统和车载交流充电系统，直流充电系统由于线路和器件的限制，安装成本高，便捷性差；车载交流充电系统成本较低，更有利于电动汽车的推广和普及。然而，目前现有的车载交流充电系统存在充电功率低、设备体积大、器件冗余等缺点，因此，研究高功率密度集成式车载交流充电系统成为目前电动汽车领域研究的一大热点。电动汽车集成充电系统是指重构电动汽车电机绕组作为储能滤波电感，复用功率等级较高的电机驱动器作为整流器，从而构成新的高功率密度集成式车载充电系统。通过这种重构方式，不需要额外增加器件，将原有电动汽车驱动系统转变为充电系统，可以提高车载交流充电功率，节省车内空间，极大降低成本，从而促进电动汽车的普及。集成充电系统按照输入电源类型分为单相交流充电系统和三相交流充电系统，重构的电机包括三相永磁电机和多相永磁电机。研究人员针对不同类型的输入电源和永磁电机分别提出了多种绕组重构的集成充电拓扑，其共同目标是保证充电期间电机的转子静止。但由于各种研究方案提出的绕组重构方式复杂多变，需要根据某一特定场合进行设计，而基于另一场合则不再适用，因而现有方案的通用性很差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种以模式开关重构开绕组永磁电机的电动汽车集成充电系统。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种以模式开关重构开绕组永磁电机的电动汽车集成充电系统，该充电系统的主电路包括交流输入电源、任意相永磁电机、电机驱动器、直流侧电容和蓄电池；所述任意相永磁电机为任意相开绕组永磁电机，其定子绕组两端打开并引出至定子壳体外，通过模式开关分别与交流输入电源和电机驱动器相连，共同构成整流电路；所述模式开关通过重构开绕组永磁电机的绕组作为电动汽车充电电路电感，使充电期间电机转子保持静止；所述交流输入电源是单相交流电源输入或三相交流电源输入。本专利技术中，所述任意相开绕组永磁电机是对称绕组永磁电机或不对称绕组永磁电机。本专利技术中，对于单相交流电源输入的充电拓扑，记任意相开绕组永磁电机的相数为n；选取任一相绕组的序号记为W0，其余各相绕组序号按逆时针方向依次为W1，W2，…，Wn-1；绕组W0，W1，W2，…，Wn-1同名端相连或首尾相连，连接后的绕组一端与单相交流电源一侧相连，另一端与电机驱动器相连，绕组与电机驱动器构成整流电路，使充电期间电机转子保持静止。本专利技术中，对于三相交流电源输入的充电拓扑，记对称绕组永磁电机的相数为n；选取任一相绕组的序号记为W0，其余各相绕组序号按逆时针方向依次为W1，W2，…，Wn-1；绕组Wi与绕组Wn-i同名端相连或首尾相连，连接后的绕组一端与三相交流电源的任一相相连，另一端与电机驱动器相连，绕组与电机驱动器构成整流电路，使充电期间电机转子保持静止。本专利技术中，对于三相交流电源输入的充电拓扑，记不对称绕组永磁电机的相数为n；选取任一相绕组的序号记为W0，其余各相绕组序号按逆时针方向依次为W1，W2，…，Wn-1；记n＝3m，绕组Wi与绕组W4m-1-i同名端相连或首尾相连，连接后的绕组一端与三相交流电源的任一相相连，另一端与电机驱动器相连，绕组与电机驱动器构成整流电路，使充电期间电机转子保持静止。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术基于常用的电动汽车集成充电系统，不增加任何硬件成本，所有重构方式均基于系统原有的硬件条件，重构方式简单，能有效实现充电期间电机的转子静止。(2)本专利技术适用于对称绕组永磁电机、不对称绕组永磁电机的重构，也适用于单相交流电源输入、三相交流电源输入的集成充电拓扑，方案通用性强。(3)本专利技术提出的重构方式中，满足重构关系的电机绕组可以采用同名端相连，也可以采用首尾相连，增加系统等效电感值，提高充电电路性能。附图说明图1为本专利技术中电动汽车集成充电系统主电路图。图2为任意相开绕组永磁电机绕组序号规定图。图3为基于三相永磁电机的单相交流集成充电系统绕组重构图。图4为基于五相永磁电机的三相交流集成充电系统绕组重构图。图5为不对称绕组正交参考坐标系图。图6为基于六相不对称绕组永磁电机的三相交流集成充电系统绕组重构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术提出的绕组重构方式作详细说明。本专利技术基于常用的电动汽车集成充电系统，如图1所示，该充电系统主电路包括单相或三相的交流输入电源1、模式开关2、任意相永磁电机3、电机驱动器4、直流侧电容5和蓄电池6。任意相永磁电机3为开绕组电机，绕组重构后绕组一端与单相或三相交流输入电源1相连，另一端与电机驱动器4相连，共同构成整流电路。本专利技术基于任意相开绕组永磁电机绕组重构，为分析方便，对任意相开绕组永磁电机绕组序号作如下规定，如图2所示：记任意相开绕组永磁电机的相数为n，选取任一相绕组记为W0，规定其余各相绕组序号按逆时针方向依次为Wi，W2，…，Wn-1。(1)本专利技术提供的以模式开关重构开绕组永磁电机的电动汽车集成充电系统中，对于单相交流电源输入的充电拓扑，绕组W0，W1，W2，…，Wn-1同名端相连或首尾相连，连接后的绕组一端与单相交流电源一侧相连，另一端与电机驱动器相连。任意相对称绕组永磁电机去耦变换矩阵为其中，n为电机相数，α为绕组空间分布角，α＝2π/n。设绕组中电流矩阵为I＝Im[cos(kωt-θ0)，cos(kωt-θ1)，cos(kωt-θ2)，…，cos(kωt-θn-1)]其中，Im为电流幅值，k为电流谐波次数，θi为第i相绕组中电流相位。根据任意相电机去耦变换矩阵前两行和电流矩阵，可以得出电机相电流转矩平面分量为由于绕组W0，W1，W2，…，Wn-1同名端相连或首尾相连，则θ0＝θ1＝θ2＝…θn-1，因此，上式可以化简为根据上式可知，通过绕组W0，W1，W2，…，Wn-1同名端相连或首尾相连的重构方式，使得电流转矩平面分量Ia＝Iβ＝0，电机不产生电磁转矩，从而实现充电期间电机的转子静止。电机绕组不对称时通过相同的分析可得到同样的结论。以基于三相永磁电机的单相交流集成充电系统为例，对绕组重构方式进行详细说明，如图3所示：图示为双电机驱动集成充电系统，三相开绕组永磁电机201(202)的W0绕组300、W1绕组301、W2绕组302两端打开，并引出至定子壳体外，绕组同名端相连，重构后的绕组一端与单相交流电源10相连，另一端分别与电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以模式开关重构开绕组永磁电机的电动汽车集成充电系统，该充电系统的主电路包括交流输入电源、任意相永磁电机、电机驱动器、直流侧电容和蓄电池；其特征在于，所述任意相永磁电机为任意相开绕组永磁电机，其定子绕组两端打开并引出至定子壳体外，通过模式开关分别与交流输入电源和电机驱动器相连，共同构成整流电路；所述模式开关通过重构开绕组永磁电机的绕组作为电动汽车充电电路电感，使充电期间电机转子保持静止；所述交流输入电源是单相交流电源输入或三相交流电源输入。/n

【技术特征摘要】
1.一种以模式开关重构开绕组永磁电机的电动汽车集成充电系统，该充电系统的主电路包括交流输入电源、任意相永磁电机、电机驱动器、直流侧电容和蓄电池；其特征在于，所述任意相永磁电机为任意相开绕组永磁电机，其定子绕组两端打开并引出至定子壳体外，通过模式开关分别与交流输入电源和电机驱动器相连，共同构成整流电路；所述模式开关通过重构开绕组永磁电机的绕组作为电动汽车充电电路电感，使充电期间电机转子保持静止；所述交流输入电源是单相交流电源输入或三相交流电源输入。


2.根据权利要求1所述的电动汽车集成充电系统，其特征在于，对于单相交流电源输入的充电拓扑，记任意相开绕组永磁电机的相数为n；选取任一相绕组的序号记为W0，其余各相绕组序号按逆时针方向依次为W1，W2，···，Wn-1；绕组W0，W1，W2，···，Wn-1同名端相连或首尾相连，连接后的绕组一端与单相交流电源一侧相连，另一端与电机驱动器相连，绕组与电机驱动器构成整流电路，使充电期间电机转子保持静止。


3.根据权利要求2所述的电动汽...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨欢，徐志伟，何绍民，李武华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33