在电动机可希望运转期间的、连续的速度范围内控制多相电动机每一相定子绕组部分的重新配置，以便在整个运转范围中都达到最优的运转效率。在整个电动机运转的速度范围内，向定子元件的所有绕组部分供电，只是对于速度范围的各自部分，通过适当的开关以不同的电路配置连接。开关由控制器启动，该控制器响应所感应到的电动机速度信号。定子绕组部分的重新配置可包括在电动机控制系统内，该系统适于响应所感应到的状态以及用户输入指令来控制各种电动机参数。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有用于相应速度范围的不同绕组配置的多相电动机相关申请本申请包含了涉及以下申请的主题：Boris Maslov等人的同时待审的美国申请No.09/826423，该申请提交于2001年4月5日；Boris Maslov等人的同时待审的美国申请No.09/826422，该申请提交于2001年4月5日；Boris Maslov等人的同时待审的美国申请No.10/173610，该申请提交于2002年6月19日；Boris Maslov等人的美国申请No.10/290505，该申请提交于2002年11月8日；Alexander Gladkov的美国申请No.10/352897，该申请提交于2003年1月29日；以及Alexander Gladkov的美国申请No.10/352896，该申请提交于2003年1月29日。这些申请的内容通过参考在此引入。
本专利技术涉及多相电动机的控制，更具体地涉及每个定子相绕组的重新配置，用以在电动机运转速度范围的各部分中向绕组部分的不同的电路连接通电，由此扩大最优运转效率的范围。
技术介绍
诸如基于微控制器和微处理器的、用于电动机控制的应用以及改进的便携电源的实用性的电子系统的逐渐进步已使得研制用于车辆的高效电动机驱动的研发成为引人注目的要求，如研制内燃机的可行替代物。电动机绕组的电控脉冲式通电提供了电动机性能更灵活性管理的前景。通过对适当的定子绕组控制脉冲宽度、占空因数以及电池电源的转换应用，可获得高度实用的多功能性。上述同时待审的Maslov等人的相关美国专利申请09/826423确定和提出了对改进的电动机的需要，简化制造并且具有高效和灵活性运-->行性能。在车辆驱动环境中，非常希望在较宽的速度范围内获得平稳运转，同时在最小的能量消耗下保持高扭矩的输出能力。该同时待审的相关美国申请包括若干电磁极，作为隔离的透磁结构，它们被构造成以径向上相对较薄的环形式的几部分，用以提供有利效果。上述Maslov等人的申请认识到电磁体部分的隔离允许每个磁体铁心段中的磁通量单独集中，与现有技术的实施例相比，实质上没有磁通量损失或者磁通量与其余铁心段相互作用而带来的有害的变压器干涉效应。通过将单个极对构造为独立电磁体，可获得运转上的优势。在转换极对绕组的供电时，该独立极对与其余极对的磁路隔离消除了相邻组的磁通量变压器效应。上述同时待审的美国专利申请10/173610涉及一种用于多相电动机的控制系统，该系统具有这些结构特征。申请中描述了补偿单相电路特征的控制策略，并提供了更高精确度的控制能力，每相控制回路都与它相对应的绕组和结构密切地匹配。控制参数具体地与每个相应的定子相的特征一致。每一相绕组的连续切换通电由控制器控制，该控制器产生与用于通电相绕组的定子相组件相关的参数一致的信号。虽然上述申请中描述的电动机具有运转上的优势，但这些电动机和现有技术的电动机不能在较宽的运转速度范围内的所有速度上呈现出一致的高效率，甚至是在不变的负载时也不能。对于固定电动机布局，可用的磁动势(MMF)取决于绕组圈数和通电电流。这里使用的术语“电动机布局”指的是电动机的物理特征，诸如定子铁心的尺寸和磁性、定子绕组的线圈数量和线径(线规)等。可用的磁动势显示出在运转范围内扭矩和速度之间的可变的大体反比关系。作用的通电电流可驱动电动机到达额定运转速度。随着电动机朝该速度加速，扭矩减小，流出驱动电动机的电流因此减少，从而效率升至最高水平。当速度增加超出额定速度时，需要额外的驱动电流，由此牺牲了效率。从而，效率在整个速度范围内是变化的，而且在一个低于最大速度相当多的速度上达到峰值。-->不同布局的电动机在不同的速度上达到峰值效率，如图1所示。图1是在具有不同布局的电动机的较宽速度范围内电动机效率-运转速度的图表。图中所描绘的这些布局只是在定子绕组圈数上不同。每条效率曲线都随着速度从零升至一个特定速度时达到峰值，然后朝着零效率减少。曲线A代表带有最大定子绕组圈数的电动机，它呈现出最陡的斜率，在最早的速度V2时达到峰值效率。不过，超过该速度，曲线呈现出一个相似坡度的负斜率。从而，该电动机的运转范围是有限的。电动机在可接受的效率水平(在图1中用X％表示)或在该可接受的效率水平以上运转时所处的速度范围窗口相对较窄。曲线B-E代表带有连续变少的绕组圈数的电动机。随着绕组圈数减少，最高效率时的电动机运转速度增大。曲线B在速度V3时达到峰值效率，曲线C是速度V4时，曲线D是速度V5时，而曲线E是速度V6时。每个电动机都在不同的电动机运转速度时具有峰值效率，并且没有一种电动机具有在整个电动机运转速度范围内的可接受效率。在电动机应用中，其中电动机要在较宽的速度范围内被驱动，诸如在车辆驱动环境中，图1指出了不存在理想的单个电动机构造可在整个速度范围内提供一致的高运转效率。例如，在V6以上的速度，曲线A和B显示出零效率。在速度范围的下端，例如V2，曲线C-E显示出比曲线A和B显著更低的效率。对于机动车辆驱动，运转效率是特别重要的，因为要求延长电池寿命和使用时间，超过使用时间，就需要充电或者更换车载电池。从而，存在对电动机的需要，该电动机能够以更一致的高效率在比现在使用的那些更宽的速度范围内运转。在上述Maslov等人的申请(’030)中提出了这个需要。该申请中所采取的方法是在启动速度和电动机所希望运转的最大速度之间、对于多个相互独占速度范围中的每个范围在动态基础上改变每个定子绕组有效线圈的数量。以类似于图1中示-->出的方式确定速度范围，对于每个速度范围，选定不同数量的所要通电的电动机定子绕组线圈，以在多个运转速度范围的每个范围中获得最高效率。当速度越过相邻速度范围之间的阈值时，改变通电线圈的数量。每个绕组都包括多个独立串联连接的线圈组，它们由分接头连接分开。在一个单一对应的速度范围内，每个相应分接头经开关连接到通电电源。从而，对每个速度范围，绕组具有不同数量的通电线圈。在上述同时待审的Gladkov的申请(’053和’058)中描述了另一个方法。每个定子相绕组都以不同于其余定子相绕组中每一个的布局配置。绕组布局的特征在于在每一相的绕组中的线圈总数；和每一相的绕组中线圈的线规。在线圈数的总数或者线规上，每相绕组优选地是在这两个方面都不同于其余相绕组中的每一个绕组。在相绕组的规格尺寸和线圈数的总数彼此成反比关系时，所有相绕组都具有基本相同的总线圈质量。相绕组的通电能做成在从启动速度到电动机所希望运转的最大速度之间的几个运转速度范围中的每个范围内达到最高效率。对于容纳很多相的机器结构，需要为每个速度范围预先确定哪一些相绕组不应有所供电压，以及确定作用在每个剩余相绕组上的预先确定的的电压大小是多少。每个速度范围中所要通电的相绕组的数量、以及独立作用的、预先确定的电压大小可以不同。应当根据所感应到的电动机速度在动态基础上作用预先确定的最优电压。虽然对于一个给定的扭矩，能推导出用于相绕组的预先确定的电压，以在整个电动机运转速度范围内提供最优效率，但是存在很多电动机应用，这些应用要求对变化的电动机速度控制，诸如在机动车辆中。电动机的输出扭矩应当根据与所要求的速度相关的用户输入指令来调节。还有最优化整个运转速度范围内的效率的需要，以及本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种设备，包括：多个电动机定子铁心段，每个铁心段都具有一对凸极；多个开关；和在定子每个铁心段上形成的绕组，所述绕组分成通过所述开关相互连接的多个绕组部分；其中，所有绕组部分都在电路中经所选择的开关连接到电源， 用于在整个电动机运转的速度范围内向电动机的所有绕组部分供电，并且在运转速度范围的不同部分中，将所述的绕组部分以相应的不同电路配置连接。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-3-26 10/396,4821.一种设备，包括：多个电动机定子铁心段，每个铁心段都具有一对凸极；多个开关；和在定子每个铁心段上形成的绕组，所述绕组分成通过所述开关相互连接的多个绕组部分；其中，所有绕组部分都在电路中经所选择的开关连接到电源，用于在整个电动机运转的速度范围内向电动机的所有绕组部分供电，并且在运转速度范围的不同部分中，将所述的绕组部分以相应的不同电路配置连接。2.如权利要求1所述的设备，所述设备还包括连接到每个开关上的控制器；和电动机速度传感器，用于将所感应到的电动机速度信号提供给控制器；其中，对于与所感应到的电动机速度相对应的电动机速度范围部分，所述控制器对所感应到的电动机速度信号做出响应，以启动相应的开关。3.如权利要求1所述的设备，其中，在电路中，绕组的每个绕组部分的一端通过至少一个开关连接到同一绕组的其余绕组部分中的每一个。4.如权利要求3所述的设备，其中，每个绕组包括有四个绕组部分，它们在电动机速度范围的三个部分中分别以三个不同的电路配置连接。5.如权利要求4所述的设备，其中，所述的四个绕组部分在速度范围的最低部分串联连接，在速度范围的中间部分以两个并联连接的绕组部分的形式串联连接，而在速度范围的最高部分并联连接。6.如权利要求3所述的设备，其中，所述控制器包括用户输入口，用于接收变化的输入信号；并且所述控制器通过响应在用户输入口所接收到的用户指令信号来调节由电源供给所述绕...
【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大平季科夫，鲍里斯A马斯洛夫，亚历山大A格拉德科夫，
申请(专利权)人：波峰实验室责任有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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