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专利号: 2023105144639
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1. 一种轴径向混合磁通开关磁阻电机用功率变换器,其特征在于:该功率变换器适用于轴径向混合磁通宽窄极开关磁阻电机,功率变换器包括:直流电源模块Us、直流母线电容C、轴向定子绕组连接电路、径向定子绕组连接电路和两组公共开关管及二极管;所述轴向定子绕组连接电路由开关管S1、S2、S3、二极管D1、D2、D3组成;所述径向定子绕组连接电路由开关管S4、S5、S6、二极管D4、D5、D6组成;所述两组公共开关管及二极管包括第一组公共开关管Sc1 和二极管Dc1 、第二组公共开关管Sc2 和二极管Dc2;

所述轴向定子绕组连接电路、径向定子绕组连接电路分别与轴径向混合磁通宽窄极开关磁阻电机的轴向定子绕组A1、B1、C1和径向定子绕组A2、B2、C2相连;

所述功率变换器通过控制公共开关管及二极管导通及轴向定子绕组连接电路、径向定子绕组连接电路中开关管的导通与关断,实现轴径向混合磁通开关磁阻电机在径向定子工作模式、轴向定子工作模式、轴径向定子并联工作模式之间的在线切换;

所述功率变换器还包括轴径向定子串联连接电路,所述轴径向定子串联连接电路由开关管Sk1、Sk2、Sk3组成;所述轴径向定子串联连接电路分别与轴径向混合磁通宽窄极开关磁阻电机的轴向定子绕组A1、B1、C1和径向定子绕组A2、B2、C2相连;所述功率变换器通过控制公共开关管及二极管导通及轴向定子绕组连接电路、径向定子绕组连接电路、轴径向定子串联连接电路中开关管的导通与关断,实现轴径向混合磁通开关磁阻电机在径向定子工作模式、轴向定子工作模式、轴径向定子并联和串联工作模式之间的在线切换;

所述轴向定子绕组连接电路、径向定子绕组连接电路分别与轴径向混合磁通宽窄极开关磁阻电机的轴向定子绕组A1、B1、C1和径向定子绕组A2、B2、C2相连,所述轴径向定子串联连接电路分别与轴径向混合磁通宽窄极开关磁阻电机的轴向定子绕组A1、B1、C1和径向定子绕组A2、B2、C2相连,具体为:直流母线电容C的一端与直流电源模块Us的正极、公共开关管Sc1的一端、二极管D1、D2、D3的阴极、开关管S4、S5、S6的一端、公共二极管Dc2的阴极共连在一起;直流母线电容C的另一端与直流电源模块Us的负极、公共开关管Sc2的一端、公共二极管Dc1的阳极、开关管S1、S2、S3的一端、二极管D4、D5、D6的阴极共连在一起;

公共开关管Sc1的另一端与轴向定子绕组A1、B1、C1的一端、公共二极管Dc1的阴极共连在一起;公共开关管Sc2的另一端与径向定子绕组A2、B2、C2的一端、公共二极管Dc2的阳极共连在一起;

轴向定子绕组A1的另一端与二极管D1的阳极、开关管Sk1的一端、开关管S1的另一端共连在一起;轴向定子绕组B1的另一端与二极管D2的阳极、开关管Sk2的一端、开关管S2的另一端共连在一起;轴向定子绕组C1的另一端与二极管D3的阳极、开关管Sk3的一端、开关管S3的另一端共连在一起;

径向定子绕组A2的另一端与二极管D4的阴极、开关管Sk1的另一端、开关管S4的另一端共连在一起;径向定子绕组B2的另一端与二极管D5的阴极、开关管Sk2的另一端、开关管S5的另一端共连在一起;径向定子绕组C2的另一端与二极管D6的阴极、开关管Sk3的另一端、开关管S6的另一端共连在一起;

当电机处于轴向定子工作模式时,用到的功率开关器件为开关管S1、S2、S3和Sc1,用到的续流二极管为二极管D1、D2、D3和Dc1;

当电机处于径向定子工作模式时,用到的功率开关器件为开关管S4、S5、S6和Sc2,用到的续流二极管为二极管D4、D5、D6和Dc2;

当电机处于轴径向定子并联工作模式时,用到的功率开关器件为开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、Sc1和Sc2,用到的续流二极管为二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、Dc1和Dc2;

当电机处于轴径向定子串联工作模式时,用到的功率开关器件为开关管Sc1、Sc2、Sk1、Sk2、Sk3,用到的续流二极管为二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、Dc1和Dc2。

2.根据权利要求1所述的轴径向混合磁通开关磁阻电机用功率变换器,其特征在于:所述开关管为IGBT或者MOSFET,二极管均采用快速恢复二极管。

3.一种基于权利要求1所述的轴径向混合磁通开关磁阻电机用功率变换器的控制方法,其特征在于:当电机工作在轴向定子工作模式时,电机只有轴向定子工作,电机中A相对应的轴向绕组A1的控制方法如下:电机工作在轴向定子绕组A1开通区间内,开关管Sc1和S1同时开通,直流电源给轴向定子绕组A1供电,此时进入励磁模式,绕组两端承受正母线电压;

在零电压续流过程中,Sc1关断,S1保持开通,此时电流通过二极管Dc1和开关管S1组成的回路进行零电压续流;

当轴向定子绕组A1关断时进入负电压续流模式,此时开关管Sc1和S1同时关断,电流通过续流二极管Dc1和D1回馈电源,绕组两端承受负母线电压。

4.一种基于权利要求1所述的轴径向混合磁通开关磁阻电机用功率变换器的控制方法,其特征在于:当电机工作在径向定子工作模式时,电机只有径向定子工作,电机中A相对应的径向绕组A2的控制方法如下:电机工作在A2开通区间内,开关管Sc2和S4同时开通,直流电源给径向定子绕组A2供电,此时进入励磁模式,绕组两端承受正母线电压;

在零电压续流过程中,Sc2关断,S4保持开通,此时电流通过二极管Dc2和开关管S4组成的回路进行零电压续流;

当径向定子绕组A2关断时进入负电压续流模式,此时开关管Sc2和S4同时关断,电流通过续流二极管Dc2和D4回馈电源,绕组两端承受负母线电压。

5.一种基于权利要求1所述的轴径向混合磁通开关磁阻电机用功率变换器的控制方法,其特征在于:电机工作在轴径向定子并联工作模式时,轴向定子绕组与径向定子绕组同时工作,电机中A相的控制方法如下:电机工作在A相开通区间内,开关管Sc1、Sc2、S1和S4同时开通,直流电源给轴向定子绕组A1和径向定子绕组A2供电,此时进入励磁模式,轴向和径向绕组两端承受相同的正母线电压;

在零电压续流过程中,Sc1和Sc2关断,S1和S4保持开通,此时电流分别通过二极管Dc1、Dc2和开关管S1、S4组成的回路进行零电压续流;

当轴向与径向定子绕组关断时进入负电压续流模式,此时开关管Sc1、Sc2、S1和S4同时关断,电流通过续流二极管Dc1、Dc2、D1和D4回馈电源,绕组两端承受负母线电压。

6.一种基于权利要求1所述的轴径向混合磁通开关磁阻电机用功率变换器的控制方法,其特征在于:电机工作在轴径向定子串联工作模式时,轴向定子绕组与径向定子绕组同时工作,电机中A相的控制方法如下:电机工作在A相开通区间内,开关管Sc1、Sc2和Sk1同时开通,直流电源给轴向定子绕组A1和径向定子绕组A2供电,此时进入励磁模式,轴向和径向绕组流过相同的电流;

在零电压续流过程中,Sk1关断,Sc1和Sc2保持开通,此时电流分别通过二极管D1、D4和开关管Sc1、Sc2组成的回路进行零电压续流;

当轴向与径向定子绕组关断时进入负电压续流模式,此时开关管Sc1、Sc2和Sk1同时关断,电流通过续流二极管Dc1、Dc2、D1和D4回馈电源,绕组两端承受负母线电压。