一种双绕组永磁电机

技术领域

本发明涉及永磁电机，更具体的，涉及双绕组永磁电机。

背景技术

电动汽车的驱动系统的成本主要由驱动电机和逆变器构成。驱动电机是电动汽车的核心关键部件，其对车辆的安全性具有至关重要的影响，特别是对于景区用车或某些安全性要求高的车辆，传统的驱动电机的结构设计不具备故障冗余功能。此外，电动客车、电动卡车等中重型车辆需要大功率驱动系统，而大功率驱动系统的逆变器需要采用工业用量少的大功率器件，导致成本非常高。

产业中有过具有两套绕组的双绕组电机设计。然而，现有双绕组电机方案一般为双Y移相一定的角度。这类方案想要解决的问题是抵消绕组在电机中产生的特定次谐波，从而消除电机的转矩脉动，但其仍然存在一个主要问题是当两套绕组同时工作时，控制需要进行磁路解耦来消除两套绕组之间的相互干扰，因此不能采用独立的控制器分别同时控制两套绕组。

因此，希望有一种改进的适用于电动车辆的永磁电机。

发明内容

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

根据本发明的一个方面，提供了一种永磁电机，其中所述永磁电机的定子具有两套三相绕组，两套绕组在所述永磁电机的定子圆周空间上交错分布，并且所述两套绕组可分别由两个三相逆变器在无需解耦的情况下独立控制。

根据本发明的一个进一步实施例，所述两套绕组为短距绕组。

根据本发明的一个进一步实施例，所述两套绕组的节距为满足短距绕组下的最大节距。

根据本发明的一个进一步实施例，所述两套绕组采用在每一个定子槽内具有上下两层的双层结构。

根据本发明的一个进一步实施例，所述两套绕组中的任一套绕组的任一极相的线圈连接方式为所在槽的下层线圈边连接到间隔绕组节距的槽的上层线圈边。

根据本发明的一个进一步实施例，所述永磁电机的每极每相槽数为2，每两个线圈组成一个线圈组。

根据本发明的一个进一步实施例，所述双层结构的每一层的任意两个相邻的线圈组具有相反的电流方向。

根据本发明的一个进一步实施例，所述两套三相绕组具有相同的绕组个数和连接方式。

根据本发明的一个进一步实施例，所述两套三相绕组在所述永磁电机的定子圆周空间上均匀地交错分布。

根据本发明的又一方面，提供了一种电动车辆，其中所述电动车辆的驱动系统包括：

如本发明所提供的具有两套三相绕组的永磁电机，以及

两个三相逆变器，所述两个三相逆变器被配置成在无需解耦的情况下独立控制所述永磁电机中的两套绕组。

与现有技术相比，本发明提出的双绕组电机至少具有以下优点：

1、本发明的双绕组永磁电机具有两套三相绕组，每套绕组承受的电流和功率只有传统一套三相绕组电机的一半，可以避免大功率器件的使用。尽管功率器件数量增加了一倍，但是总成本仍然可以降低。

2、本发明提出的双绕组永磁电机的定子具有两套独立的绕组，每套绕组可以单独工作，一套绕组单独工作时可以产生一半的输出功率和扭矩。当一套绕组出现故障时，另一套绕组可以继续工作，维持车辆运行，从而具有故障冗余功能。

3、本发明提出的双绕组方案两套绕组干扰小，控制无需解耦，可以采用两个独立的三相逆变器进行控制。

通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。

附图说明

为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本发明的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。

图1是示出根据本发明的一个实施例的可用于车辆驱动的永磁电机结构及绕组分布的示意图。

图2是示出图1中的永磁电机的第一套绕组的布置示意图。

图3是示出图1中的永磁电机的第一套绕组的连接示意图。

图4是示出图1中的永磁电机的第二套绕组的布置示意图。

图5是示出图1中的永磁电机的第二套绕组的连接示意图。

图6是示出图1中的永磁电机的具有三相的第一套绕组的布置示意图。

图7是示出根据本发明的一个实施例的双绕组电机与控制逆变器的连接的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明，本发明的特点将在以下的具体描述中得到进一步的显现。

作为一个非限制性示例，以下将以一台8极48槽永磁同步电机为例来说明本发明双绕组电机的原理。本领域技术人员应该理解，本发明并不限于特定磁极数和槽数，其它磁极数和槽数的永磁电机也同样适用于以下要描述的本发明的发明构思和结构。

图1是示出根据本发明的一个实施例的可用于车辆驱动的永磁电机结构及绕组分布的示意图。在图1所示出的电机结构和绕组布置中，编号I为定子铁心，II为转子铁心，III为永磁体。数字1－48为定子48个槽的编号。作为一个示例，如图1中所示，本发明的电机采用双层分布式绕组结构，1－48槽内绕组分上下两层。其中“×”和“·”表示槽内绕组电流正方向，“×”表示图面法向流入，“·”表示图面法向流出。电机共有48个线圈，每极每相槽数为2，每两个线圈组成一个一相线圈组，6个线圈组成一个三相极相组。

为了清楚起见，用各线圈的下层边对应的槽号来表示该线圈。U、V、W三相各有16个线圈，8个线圈组，其中U相的8个线圈组为1－2、

为了提供故障安全冗余功能，并且解决单一大功率器件的成本问题，本发明的永磁电机采用了双绕组设计。更具体地，本发明将上述分布在定子铁心内的线圈组分成两部分，即形成两套绕组。为更清楚地表达绕组的布置和连接方式，以下的图2－5以U相为例来说明。

线圈组的第一部分即第一套绕组如图2和图3所示，其中图2为第一套绕组的布置图，图3为第一套绕组的连线图。作为本发明的一个实施例，各线圈之间存在节距，发明人认识到采用这种结构有助于减小两套绕组间的干扰。在本发明的示例中，线圈的节距为短距绕组，即节距小于极距的绕组。作为一个非限制性示例，本发明的绕组节距为5，各线圈的上层边与下层边间隔5槽依次按下层边的规则排列。本领域技术人员可以理解，节距可以不一定为5，尤其是针对不同极数或不同槽数的结构可以设置不同的节距。作为一个示例，任一极相的线圈连接方式为所在槽(假设槽号为n)的下层线圈边连接到间隔绕组节距的槽(槽号为n+5)的上层线圈边。如图2中所示，因为每两个线圈组成1个线圈组，且绕组是节距为5的短距绕组，因此槽1和槽2的下层线圈边与槽6和槽7的上层线圈边组成第1个线圈组。依次地，槽7和槽8的下层线圈边与槽12和槽13的上层线圈边组成第2个线圈组。为了减小两套绕组之间的相关干扰，本发明在绕组的设置上还采用了两套绕组在电机定子圆周空间上交错独立分布的结构，使得两套绕组在定子圆周空间上重叠减少。因此，第一套绕组的第3个线圈组由槽25和槽26的下层线圈边与槽30和槽31的上层线圈边组成，第4个线圈组由槽31和槽32的下层线圈边与槽36和槽37的上层线圈边组成。第1和第2线圈组与第3和第4线圈组之间留出的槽位供第二套绕组使用，这在之后会结合图4和5来描述。

在图3中所示的第一套绕组的连线图中，线圈组1－2、

线圈组的第二部分即第二套绕组如图4和图5所示，其中图4为第二套绕组的布置图，图5为第二套绕组的连线图。如图4中所示，与第一套绕组相同，第二套绕组也是每两个线圈组成1个一相线圈组，并且是节距为5的短距绕组，因此槽13和槽14的下层线圈边与槽18和槽19的上层线圈边组成第1个线圈组。依次地，槽19和槽20的下层线圈边与槽24和槽25的上层线圈边组成第2个线圈组。与第一套绕组的分布式布置对应地，槽37和槽38的下层线圈边与槽42和槽43的上层线圈边组成第3个线圈组，槽43和槽44的下层线圈边与槽48和槽1的上层线圈边组成第4个线圈组。在图5中所示的第二套绕组的连线图中，线圈组13－14、

以上图2－图5都只示出了所述8极48槽永磁同步电机三相绕组中的一相(U相)绕组的情况，另外V和W两相绕组均与U相具有相同的绕组个数和连接方式。作为一个示例，U、V、W相绕组对称均匀地分布在定子铁心槽内，其中相序可以任意。此外，本领域技术人员可以理解，绕组的三相并不一定需要具有完全相同的绕组个数和连接方式，也不一定需要完全对称均匀地分布在定子铁心槽内。在某些实施例中，根据实际需要作出适当的改变也仍然能够获得本发明的分布式双绕组的主要益处，即减小绕组间的干扰并实现双绕组的独立控制。

图6示出了具有U'、V'和W'三相的第一套绕组的布置情况。如图6中所示，U'相的下层边占据的槽号为1、2、7、8、25、26、31和32；V'相的下层边占据的槽号为5、6、11、12、29、30、35和36；W'相的下层边占据的槽号为3、4、9、10、27、28、33和34。以上第一套绕组的U'、V'和W'三相共占据了定子铁心I的24个下层边，图6中另外24个下层边则为第二套绕组占据。各线圈的上层边与下层边以5槽为间隔依次按下层边的规则排列。此外，如图6中所示，双层结构的每一层的任意两个相邻的线圈组具有相反的电流方向，例如线圈组1－2与相邻的线圈组

图7示出了本发明的双绕组电机与控制逆变器的连接。如上文中所描述的，本发明提出的双绕组方案两套绕组间的干扰被减小，因此在控制时无需解耦，可以采用两个独立的三相逆变器进行控制。在图7中，IV为与第一套绕组连接的逆变器，V为与第二套绕组连接的逆变器。逆变器IV和逆变器V均为公知的三相六桥臂结构，其直流端均与直流母线电容VI相连，直流母线电容VI与蓄电池相连，由蓄电池通过两个逆变器向电机提供驱动能量，或者接收从电机通过逆变器输出的制动能量。为了表达清楚起见，图7中只示出了U相绕组的连接情况。第一套绕组逆变器IV输出交流三相U'、V'和W'，其中U'相输出线与第一套绕组输入端U'相连；第二套绕组逆变器V输出交流三相U"、V"和W"，其中U"相输出线与第二套绕组输入端U"相连。逆变器IV和逆变器V可以分别同时向第一套绕组和第二套绕组供电或回收制动能量，也可以单独工作，即当逆变器IV向第一套绕组供电或回收制动能量时，逆变器V使第二套绕组不输入或输出能量，或者相反。

以上所已经描述的内容包括所要求保护主题的各方面的示例。当然，出于描绘所要求保护主题的目的而描述每一个可以想到的组件或方法的组合是不可能的，但本领域内的普通技术人员应该认识到，所要求保护主题的许多进一步的组合和排列都是可能的。从而，所公开的主题旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的变更、修改和变化。