專利名稱：一種基于輸出功率解耦的新能源開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于輸出功率解耦的新能源開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)即為一種采用直流供電的新型電動(dòng)機(jī)。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)系雙凸極可變磁阻電動(dòng)機(jī)，其定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，定子凸極上繞有繞組。SRM可以設(shè)計(jì)成多種不同相數(shù)結(jié)構(gòu)，且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配。圖I所示了四相8/6結(jié)構(gòu)SRM及其功率變換器連接示意圖，圖中只畫出A相繞組及其供電電路。SRM的運(yùn)行遵循“磁阻最小原理”，即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，使轉(zhuǎn)子鐵心在移動(dòng)到磁阻最小位置時(shí)，轉(zhuǎn)子的主軸線與磁場(chǎng)的軸線重合。如圖I所示，當(dāng)標(biāo)有1-1’的轉(zhuǎn)子極對(duì)的中心線和A-A’相定子極對(duì)的中心線重合時(shí)，轉(zhuǎn)子極對(duì)1-1’處于磁阻最小位置，此時(shí)A相繞組電感是最大的。當(dāng)給B-B’相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子極對(duì)2-2’根據(jù)“磁阻最小原理”就會(huì)產(chǎn)生逆時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩，依次給A-B-C-D相繞組通電，SRM就可以實(shí)現(xiàn)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)；同理，如果依次給A-D-C-B相繞組通電，那么SRM就可以實(shí)現(xiàn)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。由此可見，SRM的轉(zhuǎn)向取決于相繞組通電的順序，而與相繞組的電流方向無關(guān)。目前，利用新能源供電的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括新能源電池、蓄電池和電動(dòng)機(jī)，這三者之間的功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用越來越頻繁，因此實(shí)現(xiàn)功率的轉(zhuǎn)換便需要相應(yīng)的功率變換器，然而目前對(duì)于這三者之間的功率轉(zhuǎn)換需要多個(gè)功率變換器，例如新能源電池-電動(dòng)機(jī)的功率變換器，新能源電池-蓄電池的功率變換器以及蓄電池-電動(dòng)機(jī)的功率變換器。一種現(xiàn)有以光伏電池作為輸入電源的帶蓄電池可調(diào)度式電動(dòng)機(jī)如圖2所示，光伏電池或蓄電池通過三相逆變器給電動(dòng)機(jī)供電，光伏電池再通過一個(gè)直流變換器給蓄電池充電。在上述系統(tǒng)中需要一個(gè)光伏電池給蓄電池充電的直流變換器，同時(shí)還需要一個(gè)三相逆變器，整個(gè)系統(tǒng)需要兩套功率變換器以及數(shù)量眾多的開關(guān)管，成本比較高，開關(guān)損耗比較大，總的轉(zhuǎn)換效率也不是很高，三相逆變器中存在同一個(gè)支路中上下兩個(gè)開關(guān)管直通的故障問題；另外，蓄電池?zé)o法實(shí)現(xiàn)光伏電池輸出功率與電機(jī)輸出功率的解耦。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本實(shí)用新型提供了一種基于輸出功率解耦的新能源開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，只需通過一套功率變換器即能實(shí)現(xiàn)新能源電池、能量存儲(chǔ)器和電機(jī)三者之間的能量轉(zhuǎn)換，且能實(shí)現(xiàn)新能源電池輸出功率與電機(jī)輸出功率的解耦。一種基于輸出功率解耦的新能源開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，包括一新能源電池、一能量存儲(chǔ)器、一逆阻二極管、一電感、兩個(gè)主續(xù)流二極管、兩個(gè)主開關(guān)管和n個(gè)繞制于定子凸極上的繞組，n為開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的相數(shù)；其中所述的新能源電池的正極與逆阻二極管的陽極相連，逆阻二極管的陰極與電感的一端相連，電感的另一端與第二主開關(guān)管的漏極和第二主續(xù)流二極管的陽極相連，第二主續(xù)流二極管的陰極與能量存儲(chǔ)器的正極和第一主開關(guān)管的漏極相連，主開關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的開關(guān)信號(hào)；所述的繞組的一端與第一主開關(guān)管的源極和第一主續(xù)流二極管的陰極相連，繞組的另一端連接有子開關(guān)管和子續(xù)流二極管；所述的子續(xù)流二極管的陽極與子開關(guān)管的漏極和繞組的另一端相連，子續(xù)流二極管的陰極與第二主續(xù)流二極管的陰極相連，子開關(guān)管的源極與第一主續(xù)流二極管的陽極、新能源電池的負(fù)極、第二主開關(guān)管的源極和能量存儲(chǔ)器的負(fù)極相連，子開關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的開關(guān)信號(hào)。新能源電池是一種直接把可再生能源(如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿?轉(zhuǎn)化成電能的裝置，優(yōu)選地，所述的新能源電池為光伏電池；相對(duì)于其他新能源電池，其不受環(huán)境限制，使用方便。優(yōu)選地，所述的逆阻二極管的陰極連接有電容，所述的電容的另一端與新能源電池的負(fù)極相連；能夠?qū)崿F(xiàn)新能源電池輸出功率的解耦，可以讓后級(jí)電路減少對(duì)新能源電池工作點(diǎn)的影響。能量存儲(chǔ)器是一種用于存儲(chǔ)電能的裝置(如蓄電池、超級(jí)電容等)，優(yōu)選地，所述的能量存儲(chǔ)器為蓄電池；其具有較高的能量存儲(chǔ)密度，且價(jià)格便宜，具有普適性。所述的第一主開關(guān)管和子開關(guān)管均采用NMOS管。優(yōu)選地，所述的第二主開關(guān)管采用IGBT ;可提高器件的集成性。本實(shí)用新型的工作原理為當(dāng)?shù)诙_關(guān)閉合時(shí)，新能源電池輸出的電能通過逆阻二極管、電感和第二主開關(guān)管給電感儲(chǔ)能；當(dāng)?shù)诙_關(guān)關(guān)斷時(shí)，新能源電池和電感同時(shí)給能量存儲(chǔ)器充電。能量存儲(chǔ)器根據(jù)輸出功率的需求給開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)了新能源電池與輸出功率之間的解耦。本實(shí)用新型通過一套功率變換器可以實(shí)現(xiàn)新能源電池、能量存儲(chǔ)器和電機(jī)之間的能量轉(zhuǎn)換，新能源電池在給電機(jī)供電的同時(shí)亦能給能量存儲(chǔ)器充電；同時(shí)本實(shí)用新型通過對(duì)能量存儲(chǔ)器充電能量的控制能夠?qū)崿F(xiàn)新能源電池輸出功率與電機(jī)輸出功率的解耦；另外本實(shí)用新型功率變換器中開關(guān)器件少，能夠提高系統(tǒng)整體的能量轉(zhuǎn)換效率，且開關(guān)器件之間無傳統(tǒng)逆變器上下直通的危險(xiǎn)隱患。

圖I為開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有以光伏電池供電帶蓄電池可調(diào)度式電動(dòng)機(jī)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4(a)為蓄電池向繞組供電的原理示意圖。圖4(b)為開關(guān)管磁阻電機(jī)續(xù)流回路的原理示意圖。圖4(c)為開關(guān)管磁阻電機(jī)能量回饋的原理示意圖。圖4(d)為開關(guān)管磁阻電機(jī)另一條續(xù)流回路的原理不意圖。
具體實(shí)施方式
為了更為具體地描述本實(shí)用新型，
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其相關(guān)原理進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖3所示，一種基于輸出功率解耦的新能源開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，包括一光伏電池、一蓄電池、一逆阻二極管、一電感、一電容、兩個(gè)主續(xù)流二極管、兩個(gè)主開關(guān)管、三個(gè)子開關(guān)管、三個(gè)子續(xù)流二極管和三個(gè)繞制于定子凸極上的繞組；其中光伏電池的正極與逆阻二極管Dpv的陽極相連，逆阻二極管Dpv的陰極與電容C的一端和電感L的一端相連，電感L的另一端與主開關(guān)管Q2的漏極和主續(xù)流二極管De的陽極相連，主續(xù)流二極管De的陰極與蓄電池E的正極和主開關(guān)管Q1的漏極相連，主開關(guān)管Q1I2的柵極均接收外部設(shè)備提供的開關(guān)信號(hào)；繞組La的一端與主開關(guān)管Q1的源極和主續(xù)流二極管Dtl的陰極相連；繞組La的另一端與子續(xù)流二極管D1的陽極和子開關(guān)管S1的漏極相連，子續(xù)流二極管D1的陰極與蓄電池E的正極相連，子開關(guān)管S1的源極與主續(xù)流二極管Dtl的陽極、蓄電池E的負(fù)極、電容C的 另一端、主開關(guān)管Q2的源極和光伏電池的負(fù)極相連，子開關(guān)管S1的柵極接收外部設(shè)備提供的開關(guān)信號(hào)。繞組Lb的一端與主開關(guān)管Q1的源極和主續(xù)流二極管Dtl的陰極相連；繞組Lb的另一端與子續(xù)流二極管D2的陽極和子開關(guān)管S2的漏極相連，子續(xù)流二極管D2的陰極與蓄電池E的正極相連，子開關(guān)管S2的源極與主續(xù)流二極管Dtl的陽極、蓄電池E的負(fù)極、電容C的另一端、主開關(guān)管Q2的源極和光伏電池的負(fù)極相連，子開關(guān)管S2的柵極接收外部設(shè)備提供的開關(guān)信號(hào)。繞組L。的一端與主開關(guān)管Q1的源極和主續(xù)流二極管Dtl的陰極相連；繞組L。的另一端與子續(xù)流二極管D3的陽極和子開關(guān)管S3的漏極相連，子續(xù)流二極管D3的陰極與蓄電池E的正極相連，子開關(guān)管S3的源極與主續(xù)流二極管Dtl的陽極、蓄電池E的負(fù)極、電容C的另一端、主開關(guān)管Q2的源極和光伏電池的負(fù)極相連，子開關(guān)管S3的柵極接收外部設(shè)備提供的開關(guān)信號(hào)。本實(shí)施方式中，主開關(guān)管Q1和子開關(guān)管S11^S3均米用NMOS管；主開關(guān)管Q2米用IGBT。本實(shí)施方式的工作模式分為兩種光伏電池向蓄電池輸送能量同時(shí)蓄電池向電機(jī)輸送能量、蓄電池單獨(dú)向電機(jī)輸送能量。光伏電池向蓄電池輸送能量同時(shí)蓄電池向電機(jī)輸送能量模式中，Q1反復(fù)開關(guān)動(dòng)作，將光伏電池的能量傳遞給蓄電池。蓄電池根據(jù)電機(jī)輸出功率需要提供能量從而實(shí)現(xiàn)光伏電池與電機(jī)輸出功率的解耦。蓄電池單獨(dú)向電機(jī)輸送能量時(shí)，Q2斷開，Q1反復(fù)開關(guān)動(dòng)作，然后通過控制Sp S2和S3的導(dǎo)通角度來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。以匕為例當(dāng)Q1和S1開通時(shí)如圖4(a)所示，蓄電池E給La提供能量，LJf其部分能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；當(dāng)Q1和S1關(guān)斷時(shí)，工作狀態(tài)如圖4(c)所示，La中的剩余能量回饋給蓄電池E。當(dāng)Q1關(guān)斷,S1導(dǎo)通,La中的電流通過LaJ1和Dci構(gòu)成自然續(xù)流回路如圖4(b)所示。當(dāng)Q1導(dǎo)通，SI關(guān)斷，La中的電流通過La、Q1和D1構(gòu)成自然續(xù)流回路如圖4(d)所示。
權(quán)利要求1.一種基于輸出功率解耦的新能源開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于，包括一新能源電池、一能量存儲(chǔ)器、一逆阻二極管、一電感、兩個(gè)主續(xù)流二極管、兩個(gè)主開關(guān)管和η個(gè)繞制于定子凸極上的繞組，η為開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的相數(shù)；其中所述的新能源電池的正極與逆阻二極管的陽極相連，逆阻二極管的陰極與電感的一端相連，電感的另一端與第二主開關(guān)管的漏極和第二主續(xù)流二極管的陽極相連，第二主續(xù)流二極管的陰極與能量存儲(chǔ)器的正極和第一主開關(guān)管的漏極相連，主開關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的開關(guān)信號(hào)； 所述的繞組的一端與第一主開關(guān)管的源極和第一主續(xù)流二極管的陰極相連，繞組的另一端連接有子開關(guān)管和子續(xù)流二極管； 所述的子續(xù)流二極管的陽極與子開關(guān)管的漏極和繞組的另一端相連，子續(xù)流二極管的陰極與第二主續(xù)流二極管的陰極相連，子開關(guān)管的源極與第一主續(xù)流二極管的陽極、新能源電池的負(fù)極、第二主開關(guān)管的源極和能量存儲(chǔ)器的負(fù)極相連，子開關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的開關(guān)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于輸出功率解耦的新能源開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的新能源電池為光伏電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于輸出功率解耦的新能源開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的逆阻二極管的陰極連接有電容，所述的電容的另一端與新能源電池的負(fù)極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于輸出功率解耦的新能源開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的能量存儲(chǔ)器為蓄電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于輸出功率解耦的新能源開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的第一主開關(guān)管和子開關(guān)管均采用NMOS管。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于輸出功率解耦的新能源開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的第二主開關(guān)管采用IGBT。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于輸出功率解耦的新能源開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，包括一新能源電池、一能量存儲(chǔ)器、一逆阻二極管、一電感、兩個(gè)主續(xù)流二極管、兩個(gè)主開關(guān)管和n個(gè)繞制于定子凸極上的繞組；繞組的一端與第一主開關(guān)管的源極和第一主續(xù)流二極管的陰極相連，繞組的另一端連接有子開關(guān)管和子續(xù)流二極管。本實(shí)用新型通過一套功率變換器可以實(shí)現(xiàn)新能源電池、能量存儲(chǔ)器和電機(jī)之間的能量轉(zhuǎn)換，新能源電池在給電機(jī)供電的同時(shí)亦能給能量存儲(chǔ)器充電；同時(shí)本實(shí)用新型通過對(duì)能量存儲(chǔ)器充電能量的控制能夠?qū)崿F(xiàn)新能源電池輸出功率與電機(jī)輸出功率的解耦；另外本實(shí)用新型功率變換器中開關(guān)器件少，能夠提高系統(tǒng)整體的能量轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H02K29/00GK202565136SQ20122021085
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者胡義華, 鄧焰, 谷葉, 李林玨, 呂曉東 申請(qǐng)人:杭州浙陽電氣有限公司