專利名稱：一種六相電機驅動系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及電機及其控制技術領域，特別涉及一種雙電源供電的六相電機驅動系統。
背景技術：
目前，在混合動力汽車和純電動汽車汽車不斷發展的同時，對其汽車驅動系統在不同路況下的工作性能、工作模式以及節能效果有了更高的要求。驅動系統需在不同的路況、行駛速度、運行功率下實現適宜的工作方案，達到節能、安全可靠、高效、易操作等技術特點，而傳統的三相電機驅動系統工作方案難以實現多元化，節能效果和能量回收效果也不佳。隨著電機功率需求的不斷增大，對于電機驅動系統所要求變頻調速的應用場合來說， 傳統的三相電機系統一般通過低壓大電流或高壓低電流兩種方案來實現。對于低壓大電流方案來說，受到功率器件最大允許電流的限制，功率器件的選型和成本都不好控制；對于高壓低電流方案來說，要求電機具有更高的絕緣等級，增加了電機的成本和材料選型的難度。在系統缺相的等故障模式下，三相電機繞組電流急劇上升，振動噪聲增大，影響系統的運行性能和壽命，可靠性較差。因此，對于混合動力汽車和純電動汽車等對電機驅動系統可靠性及實用性要求較高的場合，電機驅動系統需要進行升級和改善。

發明內容
本發明的目的是提供一種可適應各種路況和行駛狀態，且可在電機缺相等故障的情況下具有一定的繼續工作的能力的六相交流電機驅動系統。本發明是采取以下技術方案實現的具有第一組三相繞組和第二組三相繞組的六相交流電機、第一電源、第二電源、邏輯算法電路、驅動電路、交直流轉換模塊、控制模塊，第一組三相繞組和第二組三相繞組為定子繞組，第一組三相繞組和第二組三相繞組之間存在公共的電氣節點；第一電源、第二電源分別耦合至交直流轉換模塊，交直流轉換模塊耦合至六相交流電機的第一組三相繞組以及第二組三相繞組的出線端，驅動電路耦合至交直流轉換模塊，邏輯算法電路耦合至驅動電路，控制模塊耦合至邏輯算法電路；控制模塊配置邏輯算法電路，邏輯算法電路配置驅動電路，驅動電路配置交直流轉換模塊，完成對第一電源和第二電源以及六相交流電機的工作方式的控制。驅動電路對其輸入信號進行功率放大；交直流轉換模塊對第一電源和第二電源所輸入的直流電流進行直流變交流的轉換，對交流電機回流的交流電流進行交流變直流的轉換。第一電源為直流電源，第一電源與第一組三相繞組形成供能匹配；第二電源為直流電源，第二電源與第二組三相繞組形成供能匹配。第一電源和第二電源工作方式包括第一電源供電，第二電源不供電；或第一電源不供電，第二電源供電；或第一電源和第二電源同時供電；或第一電源接受六相交流電機提供的電能從而進行充電，第二電源不進行充電；或第二電源接受六相交流電機提供的電能從而進行充電，第一電源不進行充電；或第一電源和第二電源同時接受六相交流電機提供的電能從而進行充電。第一電源和第二電源同時對六相交流電機進行供電時，第一電源和第二電源所提供的電流的頻率一致。第一組三相繞組，包括第一分繞組、第二分繞組、第三分繞組；第二組三相繞組，包括第四分繞組、第五分繞組、第六分繞組。六相交流電機的兩組三相繞組在未出現缺相的故障時，在第一組三相繞組的第一分繞組和第二分繞組之間的電角度相差120度、第二分繞組和第三分繞組之間的電角度相差120度、第三分繞組和第一分繞組之間的電角度相差120度；第二組三相繞組的第四分繞組和第五分繞組之間的電角度相差120度、第五分繞組和第六分繞組之間的電角度相差120度、第六分繞組和第四分繞組之間的電角度相差120度；第一組三相繞組和第二組三相繞組之間的電角度相差30度，即第一分繞組和第四分繞組之間的電角度、第二分繞組和第 五分繞組之間的電角度、第三分繞組和第六分繞組之間的電角度均相差30度或O度。六相交流電機的兩組三相繞組同時出現缺相故障時，控制模塊配置驅動系統實現對第一組三相繞組和第二組三相繞組之間的電角度差、第一組三相繞組的各分繞組之間的電角度差以及第二組三相繞組的各分繞組之間的電角度差進行從新配置以使六相交流電機繼續工作；六相交流電機的兩組三相繞組中的其中一組三相繞組出現故障時，控制模塊配置驅動系統實現對第一組三相繞組和第二組三相繞組之間的電角度差、第一組三相繞組的各分繞組之間的電角度差以及第二組三相繞組的各分繞組之間的電角度差進行從新配置以使六相交流電機繼續工作，或控制模塊配置驅動系統使另一組未出現故障的三相繞組在與其所對應的電源供電下實現交流六相電機繼續工作。本發明與現有技術相比具有顯著的優點和有益效果，具體體現在以下幾個方面汽車驅動系統由控制模塊根據其采集的第一電源、第二電源、六相交流電機、以及車輛行駛信息、路況信息等，做出合理的電源供電方案，并向下級電路輸出指令，從而實現第一電源、第二電源、第一組三相繞組和第二組三相繞組間的功率分配，以實現最佳的系統工作和節能效果。具體可體現為第一電源供電，第二電源不供電，第一組三相繞組工作；或第一電源不供電，第二電源供電，第二組三相繞組工作；或第一電源和第二電源共同供電，兩組三相繞組均工作；或第一電源接受六相交流電機提供的電能從而進行充電，第二電源不進行充電；或第二電源接受六相交流電機提供的電能從而進行充電，第一電源不進行充電；或第一電源和第二電源同時接受六相交流電機提供的電能從而進行充電。第一電源和第二電源同時對六相交流電機進行供電時，第一電源和第二電源所提供的電流的頻率一致。此外，當其中一套繞組系統發生故障時，可從新配置兩套繞組之間的電角度差以及各套繞組的分繞組間的電角度差，或由未發生故障的那套繞組繼續工作，以保證電動機正常運行；當兩套繞組同時出現缺相故障時，也可通過從新配置兩套繞組之間的電角度差以及各套繞組的分繞組間的電角度差，以保證電動機正常運行，提高了系統的可靠性。


圖I是本發明的六相電機驅動系統的結構示意圖；圖2是本發明的兩組三相繞組間電角度相差30度和O度時的示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述，以下關于本發明的實施方式的描述只是示例性，并不是為了限制本發明的所要保護的主題，對于本發明所描述的實施例還存在的其他在權利要求保護范圍內的變化，都屬于本發明所需要保護的主題。對于本發明中所提到得“耦合”，根據電氣、電子、機械領域的定義，是指兩個或兩個以上的電路元件或電網絡的輸入與輸出之間存在緊密配合與相互影響，并通過相互作用從一側向另一側傳輸信號或能量的現象，概括 的說耦合就是指兩個或兩個以上的實體相互依賴于對方的一個量度。在本發明中可以理解為數字信號、電壓、電流等能量流的傳輸方式，根據各模塊之間的不同情況下作用關系本發明的中的“耦合”可以進一步理解為直接連接或間接連接。所以雖然本發明的實施例中公布了一種各個組件的示例性布局和結構，但該發明的保護主題內還包含在保護主題的范圍內具有不同的耦合方式下的其他布局和結構如附圖I至附圖2，其中，I是第一組三相繞組，2是第二組三相繞組，3是六相交流電機，4是第一電源，5是第二電源，6是邏輯算法電路，7是驅動電路，8是交直流轉換模塊，9是控制模塊，Ia是第一分繞組，Ib是第二分繞組，Ic是第三分繞組，2a是第四分繞組，2b是第五分繞組，2c是第六分繞組。如附圖I所示，第一電源4、第二電源5分別連接至交直流轉換模塊8，第一電源4和第二電源5之間相互獨立，交直流轉換模塊8的與第一組三相繞組I和第二組三相繞組2的出線端分別連接，第一電源4作為六相交流電機3的第一組三相繞組I供電來源，第二電源5作為六相交流電機3的第二組三相繞組2的供電來源。第一電源4為電池或為電容，第二電源5為電池或電容?？刂颇K9連接至邏輯算法電路6，邏輯算法電路6連接至驅動電路7，驅動電路7連接至交直流轉換模塊8?？刂颇K9接收來自第一電源4和第二電源5的電壓信息、電流信息、電荷狀態信息，以及六相交流電機3狀態信息、路況信息、車速信息、駕駛員的指令信息等信息。并根據接收到的信息向邏輯算法電路6輸出指令，邏輯算法電路6對指令進行接收后將處理和運算的結果傳遞至下一級的驅動電路7，驅動電路7將接收到的信號進行功率放大之后傳遞至交直流轉換模塊8，交直流轉換模塊8可將第一電源4和第二電源5所輸入的直流電轉化為交流電，也可將由六相交流電機3回流的交流電轉化為直流電，交直流轉換模塊8對通過其的能量流的進行交流-直流或直流-交流變換，并實現第一電源4和第二電源5與六相交流電機3之間能量流的通斷的切換，完成對六相交流電機3、第一電源4和第二電源5的工作方式的切換。六相交流電機3的第一組三相繞組I和第二組三相繞組2均為定子繞組；第一組三相繞組I和第二組三相繞組2之間存在一個公共節點，該公共節點為電氣連接點?？刂颇K9根據不同情況配置系統完成第一電源4、第二電源5和六相交流電機3的工作狀態的變換，表現形式為第一電源4供電，第二電源5不供電；或第一電源4不供電，第二電源5供電；或第一電源4和第二電源5共同供電；或第一電源4接受六相交流電機3提供的電能從而進行充電；或第二電源5接受六相交流電機3提供的電能從而進行充電；或第一電源4和第二電源5同時接受六相交流電機3提供的電能從而進行充電等工作方式。接下來將根據汽車在不同路況和行駛狀態下對以上工作方式的實施方式作進一步說明。當汽車處于啟動狀態時，由于汽車的載荷、路況、所要求的加速度等情況的不同，汽車所需的啟動功率也不同，系統可根據所需啟動功率的大小自動配置為所需功率小時配置為第一電源4獨立 供電或第二電源5獨自供電，所需功率大時配置為第一電源4和第二電源5共同供電。當汽車處于勻速行駛狀態時，系統通常自動配置為第一電源4或第二電源5獨自供電，但若汽車的載荷過大，或路況阻力較大的情況下也可自動配置為第一電源4和第二電源5共同供電。當汽車處于加速行駛狀態時，根據汽車載荷、路況、所要求的加速度等情況，系統可根據所需功率的大小自動配置為所需功率小時由第一電源4獨自供電或第二電源5獨自供電，所需功率大時自動配置為第一電源4和第二電源5共同供電。當汽車處于剎車或滑行的行駛狀態時，系統自動配置為回收六相交流電機3產生的電能至第一電源4或第二電源5。根據減速的加速度和剎車力度所決定的交流電機3產生可回收的電能，系統可根據電機狀態、電源狀態、行駛狀態等狀態信息配置為以下電能回收方案第一電源4接收電能，第二電源5不接收電能；或第二電源5接收電能，第一電源4不接收電能；或第一電源4和第二電源5同時接收電能。當系統處于一個電源供電的狀態時，系統也可根據不同功率的供求情況自動配置另一個電源是否接收六相交流電機3所產生的電能，而當第一電源和4第二電源5同時對六相交流電機3進行供電時，通過驅動系統配置使第一電源4和第二電源5所提供的電流的頻率一致，以保證六相交流電機3的轉子可以有效運轉。關于電源4和電源5對六相交流電機3的電能回收的方案在這里做進一步說明控制模塊9發出指令至邏輯算法電路6再至驅動電路7最后至交直流轉換模塊8，完成驅動系統工作方式的配置。一種方式為由一個電源經交直流轉換模塊8逆變后給與其相對應的一組三相繞組供電驅動六相交流電機3，另一組三相繞組在轉子轉動下產生感應電動勢，經交直流轉換模塊8整流后給另一個電源充電；另一種方式為由外部動力帶動六相交流電機3的轉子旋轉，兩組三相繞組產生感應電動勢(如剎車、滑行等行駛狀態)，經交直流轉換模塊8整流后完成對電源的充電作用。上述描述為驅動系統在開啟充電的回路情況下的工作方案，驅動系統在實際的行駛過程中，控制模塊9會通過采集六相交流電機3狀態信息、電源電壓及荷電狀態等狀態信息、駕駛員操作信息和路況、速度信息等確定當前是否進行電能回收以及兩個電源各自的充電方案，從而進一步對驅動系統進行配置，在當電源已充滿電或存在其他不適宜對電源進行充電的情況下，驅動系統將不開啟充電回路，或在充電過程中斷開充電回路。第一電源4充電回路的通斷和第二電源5的充電回路的通斷，是相互獨立的。若六相交流電機3為交流異步電機，則在開啟某個電源的充電回路時，需向該電源所匹配的繞組提供勵磁；若六相交流電機3為永磁電機，則在開啟某個電源的充電回路時，不需向該電源所匹配的繞組提供勵磁。關于以上的工作方式，第一電源4與第一組三相繞組I形成供能匹配，第二電源5與第二組三相繞組2形成供能匹配，即無論是電源供電還是電機回流的電能對電源進行充電，其對應關系均為第一電源4無論是供電還是充電均是與第一組三相繞組I相對應，第二電源5無論是供電還是充電均是與第二組三相繞組2相對應。如附圖2所示，第一組三相繞組I包括第一分繞組la、第二分繞組lb、第三分繞組Ic ;第二組三相繞組2包括第四分繞組2a、第五分繞組2b、第六分繞組2c ;第一組三相繞組I和第二組三相繞組2之間存在公共電氣節點。圖2中圖a為六相交流電機3未出現缺相的故障下兩組三相繞組間電角度相差30度的示意圖，圖b為六相交流電機3未出現缺相的故障下兩組三相繞組間電角度相差O度的示意圖。第一三相繞組I各分繞組間的電角度相差120度，第二三相繞組2各分繞組間的電角度相差120度，為使附圖表示簡潔，第一組三相繞組以及第二組三相套組的各分繞組間電角度差未全部標識。六相交流電機3的兩組三相繞組同時出現缺相故障時，控制模塊9可配置邏輯算法電路6，邏輯算法電路6配置驅動電路7，驅動電路7再配置交直流轉換模塊8，實現對第一組三相繞組I和第二組三相繞組2之間的電角度差、第一組三相繞組I的各分繞組之間的電角度差以及第二組三相繞組2的各分繞組之間的電角度差進行從新配置以使六相交流電機3繼續工作。當六相交流電機3的兩組三相繞組中的其中一組三相繞組出現故障時，控制模塊9可配置邏輯算法電路6，邏輯算法電路6配置驅動電路7，驅動電路7再配置交直流轉換模塊8實現對第一組三相繞組I和第二組三相繞組2之間的電角度差、第一組三相繞組I的各分繞組之間的電角度差以及第二組三相繞組2的各分繞組之間的電角度差進行從新配置以使六相交流電機3繼續工作，或通過控制模塊9配置邏輯算法電路6，邏輯算法電路6配置驅動電路7，驅動電路7再配置交直流轉換模塊8使另一組未出現故障的三相繞組在與其所對應的電源供電下實現六相交流電機3繼續工作。對于為本發明的示范性實施例，應當理解為是本發明的權利要求書的保護范圍內其中的某一種示范性示例，具有對本領域技術人員實現相應的技術方案的指導性作用，而非對本發明的限定。
權利要求
1.一種六相電機驅動系統，包括具有第一組三相繞組(I)和第二組三相繞組(2)的六相交流電機(3)、第一電源(4)、第二電源(5)、邏輯算法電路(6)、驅動電路(7)、交直流轉換模塊(8 )、控制模塊(9 )，第一組三相繞組(I)和第二組三相繞組(2 )為定子繞組，第一組三相繞組(I)和第二組三相繞組(2)之間存在公共的電氣節點，其特征在于所述第一電源(4)、第二電源(5 )分別耦合至交直流轉換模塊(8 )，交直流轉換模塊(8 )耦合至六相交流電機(3)的第一組三相繞組(I)以及第二組三相繞組(2)的出線端，驅動電路(7)耦合至交直流轉換模塊(8 )，邏輯算法電路(6 )耦合至驅動電路(7 )，控制模塊(9 )耦合至邏輯算法電路(6);控制模塊(9)配置邏輯算法電路(6)，邏輯算法電路(6)配置驅動電路(7)，驅動電路(7)配置交直流轉換模塊(8)，完成對第一電源(4)和第二電源(5)以及六相交流電機(3)的工作方式的控制。
2.根據權利要求I所述的一種六相電機驅動系統，其特征在于所述驅動電路(7)對輸入其的信號進行功率放大。
3.根據權利要求I所述的一種六相電機驅動系統，其特征在于所述交直流轉換模塊(8 )對第一電源(4 )和第二電源(5 )所輸入的直流電流進行直流變交流的轉換，對交流電機(3)所回流的交流電流進行交流變直流的轉換。
4.根據權利要求I所述的一種六相電機驅動系統，其特征在于所述第一電源(4)為直流電源，第一電源(4)與第一組三相繞組(I)形成供能匹配；第二電源(5)為直流電源，第二電源(5)第二組三相繞組(2)形成供能匹配。
5.根據權利要求I所述的一種六相電機驅動系統，其特征在于所述第一電源(4)和第二電源(5)工作方式包括第一電源(4)供電，第二電源(5)不供電；或第一電源(4)不供電，第二電源(5)供電；或第一電源(4)和第二電源(5)同時供電；或第一電源(4)接受六相交流電機(3 )提供的電能從而進行充電，第二電源(5 )不進行充電；或第二電源(5 )接受六相交流電機(3)提供的電能從而進行充電，第一電源(4)不進行充電；或第一電源(4)和第二電源(5 )同時接受六相交流電機(3 )提供的電能從而進行充電。
6.根據權利要求I或權利要求5所述的一種雙定子電機驅動系統，其特征在于所述第一電源(4)和第二電源(5)同時對六相交流電機(3)進行供電時，第一電源(4)和第二電源(5 )所提供的電流的頻率一致。
7.根據權利要求I所述的一種六相電機驅動系統，其特征在于所述第一組三相繞組Cl),包括第一分繞組(la)、第二分繞組(lb)、第三分繞組(Ic);第二組三相繞組(2)，包括第四分繞組(2a )、第五分繞組(2b )、第六分繞組(2c )。
8.根據權利要求I或權利要求7所述的一種六相電機驅動系統，其特征在于所述六相交流電機(3)的兩組三相繞組在未出現缺相的故障時，第一組三相繞組(I)的第一分繞組(Ia)和第二分繞組(Ib)之間的電角度相差120度、第二分繞組(Ib)和第三分繞組(Ic)之間的電角度相差120度、第三分繞組(Ic)和第一分繞組(Ia)之間的電角度相差120度；第二組三相繞組(2)的第四分繞組(2a)和第五分繞組(2b)之間的電角度相差120度、第五分繞組(2b)和第六分繞組(2c)之間的電角度相差120度、第六分繞組(2c)和第四分繞組(2a)之間的電角度相差120度；第一組三相繞組(I)和第二組三相繞組(2)之間的電角度相差30度或O度，即第一分繞組(Ia)和第四分繞組(2a)之間的電角度、第二分繞組(lb)和第五分繞組(2b)之間的電角度、第三分繞組(Ic)和第六分繞組(2c)之間的電角度均相差30度或O度。
9.根據權利要求I或權利要求7或權利要求8所述的一種六相電機驅動系統，其特征在于所述六相交流電機(3)的兩組三相繞組同時出現缺相故障時，控制模塊(9)配置驅動系統實現對第一組三相繞組(I)和第二組三相 繞組(2)之間的電角度差、第一組三相繞組(O的各分繞組之間的電角度差以及第二組三相繞組(2)的各分繞組之間的電角度差進行從新配置以使六相交流電機(3)繼續工作。
10.根據權利要求I或權利要求7或權利要求8所述的一種六相電機驅動系統，其特征在于所述六相交流電機(3)的兩組三相繞組中的其中一組三相繞組出現故障時，控制模塊(9 )配置驅動系統實現對第一組三相繞組(I)和第二組三相繞組(2 )之間的電角度差、第一組三相繞組(I)的各分繞組之間的電角度差以及第二組三相繞組(2)的各分繞組之間的電角度差進行從新配置以使六相交流電機(3)繼續工作，或控制模塊(9)配置驅動系統使另一組未出現故障的三相繞組在與其所對應的電源供電下實現交流六相電機(3)繼續工作。
全文摘要
本發明公布了一種六相電機驅動系統，包括具有第一組三相繞組(1)和第二組三相繞組(2)的六相交流電機(3)、第一電源(4)、第二電源(5)、邏輯算法電路(6)、驅動電路(7)、交直流轉換模塊(8)、控制模塊(9)，第一電源(4)、第二電源(5)分別耦合至交直流轉換模塊(8)，交直流轉換模塊(8)耦合至六相交流電機(3)的第一組三相繞組(1)以及第二組三相繞組(2)的出線端，驅動電路(7)耦合至交直流轉換模塊(8)，邏輯算法電路(6)耦合至驅動電路(7)，控制模塊(9)耦合至邏輯算法電路(6)。針對傳統三相電機系統的缺點，設計出一種可優化電源供電和配置并提高工作的可靠性的電機驅動系統結構。
文檔編號H02P25/22GK102780427SQ20121029496
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月20日 優先權日2012年8月20日
發明者余國權, 趙建虎, 趙雷 申請人:天津市松正電動汽車技術股份有限公司