[实用新型]一种电机驱动系统

说明书

本实用新型公开了一种电机驱动系统，用于驱动两相或三相及以上电励磁双凸极电机。本申请的发明构思为在现有技术的基础上增加包括一个桥臂和一个电感的DC‑DC调压电路，该DC‑DC调压电路介于外接的主电源与桥式电路之间，通过调节DC‑DC调压电路桥臂中两个功率管的导通时间能改变桥式电路输入侧直流母线电压，使得电机的速度调节能力更加灵活，进一步地，将该DC‑DC调压电路的电感集成于电机的励磁绕组，从而能进一步提高电机驱动系统的功率密度。

技术领域

本实用新型涉及交流电机驱动控制领域，尤其涉及可变磁通磁阻电机驱动系统。

背景技术

目前，永磁电机因在转矩密度、效率和功率因数等指标上具有显著的优势，被广泛应用于电动汽车、数控机床、风力发电、伺服驱动等场合。永磁电机成为了研究人员关注的热点，各种拓扑结构和性能优越的永磁电机被提出并深入研究，尤其是三相永磁电机在实际应用中得到了广泛的应用。但是永磁电机存在失磁和短路故障无法灭磁的问题。此外，永磁材料价格偏贵，永磁电机在对成本敏感的场合应用受到限制。传统开关磁阻电机虽然结构简单、成本低廉，但是其特有的运行方式决定了电机的噪声、振动较大，而且转矩脉动也很大。这些缺陷影响了开关磁阻电机的应用。

为了消除永磁体的退磁风险以及价格高的劣势，有学者提出一种可变磁通磁阻电机，优势在于省去昂贵的稀土永磁材料或其他永磁材料，因此具有较低成本。目前对于该可变磁通磁阻电机电机驱动系统需要满足以下两个条件：

①需要宽调速范围。传统电机驱动系统直流母线电压一般恒定，电机的速度调节范围受到逆变器的直流电压利用率约束，常规半桥逆变器拓扑最高只能提供1.15倍直流电压利用率。而全桥逆变器拓扑可提供2倍的直流母线电压利用率，但该拓扑桥臂较多，成本高。电机在调速运行时，希望调速范围不会受到逆变器利用率的影响，因此需要驱动系统能提供可以调节的直流母线电压。

②需要控制器结构简单。与传统电机不同，譬如可变磁通磁阻电机、电励磁双凸极电机中包含了电枢绕组和励磁绕组，电枢绕组主要提供旋转磁场，励磁绕组主要形成励磁磁场，要求该驱动控制器需要满足电枢绕组中交流电流控制以及励磁绕组中直流量的控制，因此需要电机控制系统的成本、体积受到一定限制。

因此，目前大多数可变磁通磁阻电机控制器分为电枢绕组控制器和励磁绕组控制器，控制单元共用直流母线电压，电枢绕组控制器一般采用传统半桥式或全桥式逆变器，励磁绕组控制器采用了桥式结构，控制器结构较复杂，大大提高了电机驱动系统的成本、体积，且电机的调速范围有限。

图1所示为传统的两相电励磁双凸极电机的结构示意图，包括定子1、转子2、励磁绕组 3、电枢绕组4以及转轴、机壳、端盖、位置编码器等电机的其他通用结构件。

该电机的特点为：定子绕组包含电枢绕组4和励磁绕组3，其中电枢绕组4中通入互为正交(互差90°)的正弦交流电流，励磁绕组3中通入直流电流，正弦交流电流用于产生旋转磁势，直流电流用于产生励磁磁场。

传统的驱动电路如图2所示，用于驱动电励磁双凸极电机104，包括桥式电路101、励磁绕组控制器105；桥式电路101由功率管M1、功率管M2、功率管M3和功率管M4组成，电励磁双凸极电机104的两个电枢绕组串联后的两端分别和桥式电路的两个桥臂的中点对应相连；励磁绕组控制器105为功率管V1、功率管V2、功率管V3和功率管V4组成的桥式电路, 电励磁双凸极电机104的励磁绕组的两端与励磁绕组控制器105桥式电路的两个桥臂的中点对应相连；两相电励磁双凸极电机所需要的直流电流分量需要单独的直流电源提供，故桥式电路101的输入端和输出端需要连接外部的主电源100。另外，为了得到更平滑的直流母线电压，在主电源100的正输出端和负输出端之间还连接有电容C；为了减小开关谐波对电机性能的影响，在桥式电路101的输入端和输出端之间还连接有滤波电路103，滤波电路103由电容Cx和电容Cy串联组成。

图2所示电路存在的不足为：需要增加额外励磁电源，用于提供励磁电流，且不能提供可调节的直流母线电压。