專利名稱：永磁同步電機定子繞組錯時獨立驅(qū)動裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁同步電機定子繞組錯時獨立驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
公開號為CN 2696197Y的微型逆變器及其和三相交流異步電機結(jié)合的一體化驅(qū) 動裝置，其特征在于該微型逆變器由一塊具有大量表貼微型電子元器件的多層PCB(印刷 電路板)和與其面積相等的集成了全部所需電路的IPM(智能功率模塊)組成，以及將該逆 變器直接安裝在電機機殼的接線盒位置，由原直流電源供電，利用機殼散熱，使用IPM作為 微型逆變器主電路的平臺，控制電路直接安裝在IPM表面，使該一體化驅(qū)動裝置可以直接 取代原直流電機使用，可以直接運用于鐵路內(nèi)燃機車輔助風機以及由風力提供電源的小型 電動設(shè)備。公開號為CN 101571723A的高精度驅(qū)動與控制一體化電機，包括電源接口，將負 載位置檢測傳感器、減速器、電機、電機轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器、連接驅(qū)動與控制器的調(diào)試接 口和現(xiàn)場總線接口集成為一體，即與負載位置檢測傳感器連接的輸出軸直接連接負載，將 電機的兩側(cè)分別與電機轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器、減速器同軸相連，負載位置檢測傳感器與負 載共軸安裝，并用屏蔽線將負載位置檢測傳感器和電機轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器信號引至驅(qū)動 與控制器。該發(fā)明使系統(tǒng)具有良好的抗沖擊、抗震動性能，更適于工業(yè)控制環(huán)境；將負載位 置檢測傳感器、減速器、電機等集成為一體；利用位置控制器、速度控制器和電流控制器有 效抑制齒隙非線性，提高了系統(tǒng)精度。以上專利都是將電機、逆變器、控制器、傳感器等結(jié)合為一體，縮短了電機與驅(qū)動 控制器間的連接電纜，減少了連線錯誤、連接點接觸不良等故障發(fā)生的幾率。但是以上專利 均沒有采用獨立驅(qū)動方式，沒有考慮電機低速運行效率低、容錯運行能力差等問題。本發(fā)明 為永磁同步電機定子繞組錯時獨立裝置及方法，獨立驅(qū)動方法解決了電機低速運行效率低 的問題，當部分定子繞組損壞時電機仍可降低功率容錯運行，錯時驅(qū)動方法避免了各對極 定子繞組同時開始通電，有效地減小了定子繞組通電時直流功率電容的沖擊電流，降低了 對直流功率電容的容量要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種永磁同步電機定子繞組錯時獨立驅(qū)動裝置及方法，可以 提高電機低速運行效率和容錯運行能力，減小定子繞組通電時直流功率電容的沖擊電流， 降低對直流功率電容的容量要求。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)永磁同步電機定子繞組錯時獨立驅(qū)動裝置，其組成包括電機軸，所述的電機軸外 連接旋轉(zhuǎn)變壓器，所述的旋轉(zhuǎn)變壓器同軸連接永磁轉(zhuǎn)子，所述的永磁轉(zhuǎn)子為8對極，每對極 所述的永磁轉(zhuǎn)子外具有氣隙安裝定子，每對極所述的定子的三相繞組分別獨立連接逆變單 元，其中一個所述的逆變單元連接主控制器，其余所述的逆變單元分別連接輔控制器，所述的逆變單元連接公用直流母線，所述的主控制器連接所述的旋轉(zhuǎn)變壓器，所述的主控制器 和輔控制器之間通過控制線束連接。所述的永磁同步電機定子繞組錯時獨立驅(qū)動裝置，所述的逆變單元及控制器位于 所述的定子的殼體空腔里，所述的公用直流母線排列于所述的定子的殼體表面。一種采用上述的永磁同步電機定子繞組獨立驅(qū)動方法，在額定轉(zhuǎn)速以下時，主控 制器指令1-7個逆變單元工作，未獲指令的逆變單元處于待命狀態(tài)；在額定轉(zhuǎn)速以上時，可 以指令全部8個逆變單元工作，輸出最大功率。一種采用上述的永磁同步電機定子繞組錯時驅(qū)動方法，輔控制器接收主控制器發(fā) 出的啟?？刂浦噶钚盘?，判斷輔控制器是處于工作狀態(tài)還是待命狀態(tài)，如果輔控制器處于 待命狀態(tài)，則所述的輔控制器及與其相連接的逆變單元不工作，定子繞組不通電；如果輔控 制器處于工作狀態(tài)，則錯時驅(qū)動與其相連接的逆變單元。有益效果1.本發(fā)明在滿足電機功率需求的前提下將大功率逆變器分解為若干較小功率的 逆變單元，所有逆變單元由公用直流母線供電，各個逆變單元獨立驅(qū)動電機每對極定子繞 組，根據(jù)整體輸出功率需求，主控制器指令1-7個逆變單元或全部8個逆變單元驅(qū)動電機， 各個逆變單元采用錯時獨立驅(qū)動方法，可以提高電機低速運行效率和容錯運行能力，減小 定子繞組通電時直流功率電容的沖擊電流，降低對直流功率電容的容量要求。在電機轉(zhuǎn)速 較低時，不必同時驅(qū)動所有8對極定子繞組，只需驅(qū)動其中任意一對極定子繞組，主控制器 可以指令任意一個逆變單元工作，其余的逆變單元處于待命狀態(tài)，提高了電機低速時的運 行效率。2.本發(fā)明容錯運行能力強當部分定子繞組損壞時，電機仍可降低功率容錯運 行。這種將大功率需求分解為若干較小功率單元的獨立驅(qū)動方法、技術(shù)，解決了單一功率輸 出在故障狀態(tài)下無法工作的難題。3.本發(fā)明直流功率電容容量小采用各個逆變單元微小錯時獨立驅(qū)動方法，避免 了各對極定子繞組同時開始通電，可以有效地減小定子繞組通電時直流功率電容的沖擊電 流，降低了對直流功率電容的容量要求。4.本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)變壓器只與主控制器連接，不與輔控制器連接。主控制器主要負 責完成旋變解碼、控制算法運行、PWM輸出、啟停控制指令發(fā)送等，輔控制器主要負責完成錯 時控制、故障信息發(fā)送等?？刂凭€束是由三路PWM信號和CAN總線組成的，CAN總線負責主 控制器與輔控制器之間啟?？刂浦噶钚盘柡凸收闲畔⒌耐ㄓ?。主控制器通過控制線束向所 有輔控制器發(fā)送三路PWM信號，并通過CAN總線分別向輔控制器發(fā)送七路啟?？刂浦噶钚?號，輔控制器通過CAN總線各自向主控制器發(fā)送故障信息。5.本發(fā)明可以實現(xiàn)錯時控制輔控制器根據(jù)各自接收到的主控制器的啟?？刂?指令信號，判斷輔控制器是處于工作狀態(tài)還是待命狀態(tài)，如果輔控制器處于待命狀態(tài)，則所 述的輔控制器及與其相連接的逆變單元不工作，定子繞組不通電；如果輔控制器處于工作 狀態(tài)，則錯時驅(qū)動與其相連接的逆變單元。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是逆變單元和控制器連接關(guān)系圖。圖3是主控制器和輔控制器的PWMl信號錯時邏輯關(guān)系圖。圖4是輔控制器6-2的六路錯時PWM信號邏輯關(guān)系圖。圖5是主控制器的主MCU外圍電路原理圖。圖6是主控制器的旋變解碼電路原理圖。圖7是主控制器和輔控制器的前置驅(qū)動電路原理圖。圖8是輔控制器的輔MCU外圍電路原理圖。
具體實施例方式實施例1 如附圖1所示，永磁同步電機定子繞組錯時獨立驅(qū)動裝置，其組成包括電機軸1， 所述的電機軸外連接旋轉(zhuǎn)變壓器2，所述的旋轉(zhuǎn)變壓器同軸連接永磁轉(zhuǎn)子3，所述的永磁轉(zhuǎn) 子為8對極，每對極所述的永磁轉(zhuǎn)子外具有氣隙安裝定子4，每對極所述的定子的三相繞組 分別獨立連接逆變單元5，其中一個所述的逆變單元連接主控制器6-1，其余所述的逆變單 元分別連接輔控制器6-2-8，所述的逆變單元連接公用直流母線7，所述的主控制器連接所 述的旋轉(zhuǎn)變壓器，所述的主控制器和輔控制器之間通過控制線束連接8。所述的永磁同步電機定子繞組錯時獨立驅(qū)動裝置，所述的逆變單元及控制器位于 所述的定子的殼體空腔里，所述的公用直流母線排列于所述的定子的殼體表面。實施例2 如附圖1、2所示，電機及其驅(qū)動控制器采用一體化設(shè)計，電機為三相永磁同步電 機，其永磁轉(zhuǎn)子3為8對極，每對極定子4的三相繞組A1-8、B1-8、C1_8分別獨立引出，分別 由各個逆變單元獨立驅(qū)動。所有逆變單元均為三相橋式結(jié)構(gòu)，各個逆變單元5的直流側(cè)均 與公用直流母線7U+、U-和直流功率電容連接，其交流側(cè)三相輸出分別與電機每對極定子4 的三相繞組Al-8、Bl-8、C1-8連接。各個逆變單元5及控制器分別置于每對極定子4的殼 體空腔內(nèi)，公用直流母線7U+、U-排列于定子4的殼體表面。旋轉(zhuǎn)變壓器2同軸連接永磁 轉(zhuǎn)子3，主控制器6-1與旋轉(zhuǎn)變壓器2連接。主控制器6-1主要負責完成旋變解碼、控制算 法運行、PWM輸出、啟停控制指令發(fā)送等，輔控制器6-2-8主要負責完成錯時控制、故障信息 發(fā)送等。控制線束8是由三路PWM信號和CAN總線組成的，CAN總線負責主控制器6_1與 輔控制器6-2-8之間的通訊。主控制器6-1通過控制線束8向所有輔控制器6-2-8發(fā)送三 路PWM信號，并通過CAN總線分別向輔控制器6-2-8發(fā)送七路啟?？刂浦噶钚盘枺o控制器 6-2-8通過CAN總線各自向主控制器6-1發(fā)送故障信息。輔控制器6_2_8根據(jù)啟?？刂浦?令信號判斷是否對PWM信號進行微小錯時處理后驅(qū)動與其相連接的逆變單元。實施例3 采用上述的永磁同步電機定子繞組獨立驅(qū)動方法，其特征是在額定轉(zhuǎn)速以下時， 主控制器6-1指令1-7個逆變單元工作，未獲指令的逆變單元仍然處于待命狀態(tài)；在額定轉(zhuǎn) 速以上時，可以指令全部8個逆變單元工作，輸出最大功率。實施例4 如附圖2、3、4、5、6、7所示，采用上述的永磁同步電機定子繞組錯時驅(qū)動方法，其 特征是輔控制器6-2-8接收主控制器6-1發(fā)出的啟?？刂浦噶钚盘?，判斷輔控制器6-2-8是處于工作狀態(tài)還是待命狀態(tài)，如果輔控制器6-2-8處于待命狀態(tài)，則所述的輔控制器 6-2-8及與其相連接的逆變單元不工作，定子繞組A2-8、B2-8、C2-8不通電；如果輔控制器 6-2-8處于工作狀態(tài)，則錯時驅(qū)動與其相連接的逆變單元。主控制器6-1主要是由旋變解碼電路、主MCU、前置驅(qū)動電路等組成的，主要負責 完成旋變解碼、控制算法運行、PWM輸出、啟?？刂浦噶畎l(fā)送等。輔控制器6-2-8主要是由 輔MCU、前置驅(qū)動電路等組成的，不含旋變解碼電路，主要負責完成錯時控制、故障信息發(fā)送 等。旋轉(zhuǎn)變壓器2只與主控制器6-1連接，不與輔控制器6-2-8連接。主控制器6-1將旋變信息解碼成12位絕對轉(zhuǎn)子位置信息后送入主MCU，主MCU負 責運行控制算法并輸出六路PWM信號，此六路PWM信號經(jīng)隔離放大后即可驅(qū)動與其相連接 的逆變單元。所述的六路PWM信號中的PWM1、PWM3、PWM5分別用于驅(qū)動與其相連接的逆變 單元的三相上橋臂的三個IGBT，PWM2、PWM4、PWM6分別用于驅(qū)動與其相連接的逆變單元的 三相下橋臂的三個IGBT?？刂凭€束8是由三路PWM信號和CAN總線組成的，CAN總線負責主控制器6_1與 輔控制器6-2-8之間啟?？刂浦噶詈凸收闲畔⒌耐ㄓ?。主控制器6-1通過控制線束8向輔 控制器6-2-8發(fā)送三路PWM信號，并通過CAN總線分別向輔控制器6_2_8發(fā)送七路啟?？?制指令信號，輔控制器6-2-8通過CAN總線各自向主控制器6-1發(fā)送故障信息。輔控制器6-2-8負責接收從CAN總線發(fā)送來的主控制器6_1的啟?？刂浦噶钚?號，并通過CAN總線發(fā)送各自的故障信息至主控制器6-1。輔控制器6-2-8的輔MCU根據(jù)各 自接收到的主控制器6-1的啟?？刂浦噶钚盘?，判斷輔控制器6-2-8是處于工作狀態(tài)還是 待命狀態(tài)，如果輔控制器6-2-8處于待命狀態(tài)，則所述的輔控制器6-2-8及與其相連接的逆 變單元不工作，定子繞組不通電A2-8、B2-8、C2-8 ；如果輔控制器6_2_8處于工作狀態(tài)，則輔 MCU首先利用捕獲單元捕獲主控制器6-1發(fā)送來的PWM1、PWM3、PWM5信號的上升沿，并按照 預先設(shè)定的延時時間，對PWM1、PWM3、PWM5信號進行微小錯時處理，得到錯時的P麗1、P麗3、 PWM5信號，然后將所述的錯時的PWM1、PWM3、PWM5信號分別取反并插入死區(qū)時間后，即可得 到錯時的PWM2、PWM4、PWM6信號，最后用所述的錯時的六路PWM信號經(jīng)隔離放大后驅(qū)動與其 相連接的逆變單元。所述的錯時獨立驅(qū)動方法避免了各對極定子繞組同時開始通電，可以 有效地減小定子繞組通電時直流電容的沖擊電流，降低對直流功率電容的容量要求。
權(quán)利要求
一種永磁同步電機定子繞組錯時獨立驅(qū)動裝置，其組成包括電機軸，所述的電機軸外連接旋轉(zhuǎn)變壓器，所述的旋轉(zhuǎn)變壓器同軸連接永磁轉(zhuǎn)子，其特征是所述的永磁轉(zhuǎn)子為8對極，每對極所述的永磁轉(zhuǎn)子外具有氣隙安裝定子，每對極所述的定子的三相繞組分別獨立連接逆變單元，其中一個所述的逆變單元連接主控制器，其余所述的逆變單元分別連接輔控制器，所述的逆變單元連接公用直流母線，所述的主控制器連接所述的旋轉(zhuǎn)變壓器，所述的主控制器和輔控制器之間通過控制線束連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電機定子繞組錯時獨立驅(qū)動裝置，其特征是所述 的逆變單元及控制器位于所述的定子的殼體空腔里，所述的公用直流母線排列于所述的定 子的殼體表面。
3.一種采用權(quán)利要求1-2所述的永磁同步電機定子繞組獨立驅(qū)動方法，其特征是在 額定轉(zhuǎn)速以下時，主控制器指令1-7個逆變單元工作，未獲指令的逆變單元處于待命狀態(tài)； 在額定轉(zhuǎn)速以上時，可以指令全部8個逆變單元工作，輸出最大功率。
4.一種采用權(quán)利要求1-2所述的永磁同步電機定子繞組錯時驅(qū)動方法，其特征是輔 控制器接收主控制器發(fā)出的啟?？刂浦噶钚盘?，判斷輔控制器是處于工作狀態(tài)還是待命狀 態(tài)，如果輔控制器處于待命狀態(tài)，則所述的輔控制器及與其相連接的逆變單元不工作，定子 繞組不通電；如果輔控制器處于工作狀態(tài)，則錯時驅(qū)動與其相連接的逆變單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種永磁同步電機定子繞組錯時獨立驅(qū)動裝置及方法。本產(chǎn)品的組成包括機軸(1)，所述的電機軸外連接旋轉(zhuǎn)變壓器(2)，所述的旋轉(zhuǎn)變壓器同軸連接永磁轉(zhuǎn)子(3)，所述的永磁轉(zhuǎn)子為8對極，每對極所述的永磁轉(zhuǎn)子外具有氣隙安裝定子(4)，每對極所述的定子的三相繞組分別獨立連接逆變單元(5)，其中一個所述的逆變單元連接主控制器(6-1)，其余所述的逆變單元分別連接輔控制器6-2-8，所述的逆變單元連接公用直流母線(7)，所述的主控制器連接所述的旋轉(zhuǎn)變壓器，所述的主控制器和輔控制器之間通過控制線束連接(8)。本產(chǎn)品作為一種驅(qū)動、控制一體化的永磁同步電機。
文檔編號H02K11/00GK101951072SQ20101025033
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者余騰偉, 劉金鳳, 王旭東, 金寧治 申請人:哈爾濱理工大學