本發(fā)明涉及永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)功率變換電路。

背景技術(shù)：

雙轉(zhuǎn)子電機(jī)是一種新型結(jié)構(gòu)的電機(jī)，通過增加轉(zhuǎn)子數(shù)目，實(shí)現(xiàn)了雙機(jī)械和雙電氣端口，用一個(gè)電機(jī)替代原來復(fù)雜的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，大大簡化了傳動(dòng)鏈的體積和質(zhì)量，在混合動(dòng)力汽車和風(fēng)力發(fā)電中有著良好的應(yīng)用前景。專利號為“cn104377921a”的專利公開了一種永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的結(jié)構(gòu)，是本發(fā)明的研究基礎(chǔ)。永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)作為雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的一種，內(nèi)電機(jī)形式上為永磁電機(jī)，延續(xù)了永磁電機(jī)的高功率密度的優(yōu)點(diǎn)；外電機(jī)形式上為磁阻電機(jī)，繼承了磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)外電機(jī)的結(jié)合構(gòu)成了永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，有效地結(jié)合了內(nèi)外電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，且保證了緊湊的結(jié)構(gòu)，具有較大的開發(fā)應(yīng)用潛力。

永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)結(jié)構(gòu)形式上為磁阻電機(jī)，外電機(jī)轉(zhuǎn)子上安裝有切向充磁的永磁體，定子繞組的不同的通電方式產(chǎn)生不同的磁場，但是該磁場必須配合外轉(zhuǎn)子上永磁體的充磁方向和定子繞組的繞線方式才能使外電機(jī)可靠運(yùn)行，所以定子繞組的通電方式與普通磁阻電機(jī)的通電方式有所不同，要求不同時(shí)刻每相繞組要能進(jìn)行雙極性通電。

對于普通磁阻電機(jī)使用的不對稱半橋功率變換電路，僅適用于磁阻電機(jī)單極性通電的方式運(yùn)行，不適用于永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)各相繞組需要雙極性通電的運(yùn)行方式；對于磁阻電機(jī)常用的h橋驅(qū)動(dòng)電路，使用的開關(guān)器件較多且器件利用率低，增大了制造成本；對于常用的三相全橋可控電路，在應(yīng)用在永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)，每個(gè)橋臂有出現(xiàn)直通而導(dǎo)致短路的可能，不能保證外電機(jī)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)功率變換電路，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明既能夠?qū)崿F(xiàn)永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)的高效運(yùn)行，提高永磁磁阻雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的控制性能，又能減少驅(qū)動(dòng)電路所使用的開關(guān)器件，降低運(yùn)行成本，提高開關(guān)器件利用率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)功率變換電路，包括電源、a相繞組、b相繞組、c相繞組、第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂以及第四橋臂，所述的第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂以及第四橋臂并聯(lián)后連接在電源的兩端，a相繞組連接在第一橋臂和第二橋臂之間，b相繞組連接在第二橋臂和第三橋臂之間，c相繞組連接在第三橋臂和第四橋臂之間。

進(jìn)一步地，第一橋臂包括第一開關(guān)管，第二開關(guān)管，第一功率二極管，第二功率二極管，第一開關(guān)管與第二開關(guān)管串聯(lián)，第一開關(guān)管反向并聯(lián)第一功率二極管，第二開關(guān)管反向并聯(lián)第二功率二極管；第二橋臂包括第三開關(guān)管，第四開關(guān)管，第三功率二極管，第四功率二極管，第三開關(guān)管與第四開關(guān)管串聯(lián)，第三開關(guān)管反向并聯(lián)第三功率二極管，第四開關(guān)管反向并聯(lián)第四功率二極管；第一開關(guān)管的發(fā)射極和第四開關(guān)管集電極之間串入a相繞組。

進(jìn)一步地，第三橋臂包括第五開關(guān)管，第六開關(guān)管，第五功率二極管，第六功率二極管，第五開關(guān)管與第六開關(guān)管串聯(lián)，第五開關(guān)管反向并聯(lián)第五功率二極管，第六開關(guān)管反向并聯(lián)第六功率二極管；第三開關(guān)管的發(fā)射極和第六開關(guān)管的集電極之間串入b相繞組。

進(jìn)一步地，第四橋臂包括第七開關(guān)管，第八開關(guān)管，第七功率二極管，第八功率二極管，第七開關(guān)管與第八開關(guān)管串聯(lián)，第七開關(guān)管反向并聯(lián)第七功率二極管，第八開關(guān)管反向并聯(lián)第八功率二極管；第五開關(guān)管的發(fā)射極和第八開關(guān)管的集電極之間串入c相繞組。

進(jìn)一步地，第一開關(guān)管、第三開關(guān)管、第五開關(guān)管和第七開關(guān)管的集電極相并聯(lián)且連接到電源的正輸出端，第二開關(guān)管、第四開關(guān)管、第六開關(guān)管和第八開關(guān)管相發(fā)射極并聯(lián)且連接到電源的負(fù)輸出端。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明針對應(yīng)用前景廣闊的永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)進(jìn)行了功率變換電路的設(shè)計(jì)，考慮永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)進(jìn)行雙極性通電的需求，通過控制各個(gè)開關(guān)管輪流間歇導(dǎo)通，避免了永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)外電機(jī)運(yùn)行過程中同一橋臂發(fā)生短路的可能性，應(yīng)用盡量少的開關(guān)器件滿足控制要求，降低開關(guān)器件的開關(guān)頻率，提高開關(guān)器件利用率，外電機(jī)相與相之間相互獨(dú)立，通過控制不同橋臂上開關(guān)管的開通和關(guān)斷實(shí)現(xiàn)繞組不同極性通電，保證永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)的正常運(yùn)行，簡化永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的控制，提高了永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的控制性能。

附圖說明

圖1為永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)定子繞組的排布方式；圖中a+表示a相繞組的首端，a-表示a相繞組的末端；b+表示b相繞組的首端，b-表示b相繞組的末端；c+表示c相繞組的首端，c-表示c相繞組的末端；圖中序號1～12為外電機(jī)定子齒；

圖2為永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)定子繞組的通電順序；圖中ia+表示a相繞組電流由a相繞組首端流向a相繞組末端，ia-表示a相繞組電流由a相繞組末端流向a相繞組首端；ib+表示b相繞組電流由b相繞組首端流向b相繞組末端，ib-表示b相繞組電流由b相繞組末端流向b相繞組首端；ic+表示c相繞組電流由c相繞組首端流向c相繞組末端，ic-表示c相繞組電流由c相繞組末端流向c相繞組首端；

圖3為永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)功率變換電路結(jié)構(gòu)；圖中s1為第一開關(guān)管，s2為第二開關(guān)管，s3為第三開關(guān)管，s4為第四開關(guān)管，s5為第五開關(guān)管，s6為第六開關(guān)管，s7為第七開關(guān)管，s8為第八開關(guān)管，d1為第一功率二極管，d2為第二功率二極管，d3為第三功率二極管，d4為第四功率二極管，d5為第五功率二極管，d6為第六功率二極管，d7為第七功率二極管，d8為第八功率二極管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參見圖3，一種永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)功率變換電路，包括電源，a相繞組，b相繞組，c相繞組，第一橋臂，第二橋臂，第三橋臂，第四橋臂。第一橋臂包括第一開關(guān)管s1，第二開關(guān)管s2，第一功率二極管d1，第二功率二極管d2，第一開關(guān)管s1與第二開關(guān)管s2串聯(lián)，第一開關(guān)管s1反向并聯(lián)第一功率二極管d1，第二開關(guān)管s2反向并聯(lián)第二功率二極管d2；第二橋臂包括第三開關(guān)管s3，第四開關(guān)管s4，第三功率二極管d3，第四功率二極管d4，第三開關(guān)管s3與第四開關(guān)管s4串聯(lián)，第三開關(guān)管s3反向并聯(lián)第三功率二極管d3，第四開關(guān)管s4反向并聯(lián)第四功率二極管d4；第一開關(guān)管s1的發(fā)射極和第四開關(guān)管s4集電極之間串入a相繞組；第三橋臂包括第五開關(guān)管s5，第六開關(guān)管s6，第五功率二極管d5，第六功率二極管d6，第五開關(guān)管s5與第六開關(guān)管s6串聯(lián)，第五開關(guān)管s5反向并聯(lián)第五功率二極管d5，第六開關(guān)管s6反向并聯(lián)第六功率二極管d6；第三開關(guān)管s3的發(fā)射極和第六開關(guān)管s6的集電極之間串入b相繞組；第四橋臂包括第七開關(guān)管s7，第八開關(guān)管s8，第七功率二極管d7，第八功率二極管d8，第七開關(guān)管s7與第八開關(guān)管s8串聯(lián)，第七開關(guān)管s7反向并聯(lián)第七功率二極管d7，第八開關(guān)管s8反向并聯(lián)第八功率二極管d8；第五開關(guān)管s5的發(fā)射極和第八開關(guān)管s8的集電極之間串入c相繞組，第一開關(guān)管s1、第三開關(guān)管s3、第五開關(guān)管s5和第七開關(guān)管s7的集電極相并聯(lián)且連接到電源的正輸出端，第二開關(guān)管s2、第四開關(guān)管s4、第六開關(guān)管s6和第八開關(guān)管s8相發(fā)射極并聯(lián)且連接到電源的負(fù)輸出端。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理做詳細(xì)描述：

一種永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)功率變換電路，針對永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)，外電機(jī)定子的通電方式必須配合外轉(zhuǎn)子上永磁體的充磁方向和外電機(jī)定子的繞組繞線方式。圖1為永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)定子繞組的排布方式，外轉(zhuǎn)子上永磁體的充磁方向?yàn)榍邢虺浯欧绞剑虼嗽谝粋€(gè)通電周期內(nèi)，定子繞組的通電順序?yàn)閳D2所示的通電順序。

圖3為永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)功率變換器結(jié)構(gòu)圖。第一橋臂包括第一開關(guān)管s1，第二開關(guān)管s2，第一功率二極管d1，第二功率二極管d2，第一開關(guān)管s1與第二開關(guān)管s2串聯(lián)，第一開關(guān)管s1反向并聯(lián)第一功率二極管d1，第二開關(guān)管s2反向并聯(lián)第二功率二極管d2；第二橋臂包括第三開關(guān)管s3，第四開關(guān)管s4，第三功率二極管d3，第四功率二極管d4，第三開關(guān)管s3與第四開關(guān)管s4串聯(lián)，第三開關(guān)管s3反向并聯(lián)第三功率二極管d3，第四開關(guān)管s4反向并聯(lián)第四功率二極管d4；第一開關(guān)管s1的發(fā)射極和第四開關(guān)管s4集電極之間串入a相繞組；第三橋臂包括第五開關(guān)管s5，第六開關(guān)管s6，第五功率二極管d5，第六功率二極管d6，第五開關(guān)管s5與第六開關(guān)管s6串聯(lián)，第五開關(guān)管s5反向并聯(lián)第五功率二極管d5，第六開關(guān)管s6反向并聯(lián)第六功率二極管d6；第三開關(guān)管s3的發(fā)射極和第六開關(guān)管s6的集電極之間串入b相繞組；第四橋臂包括第七開關(guān)管s7，第八開關(guān)管s8，第七功率二極管d7，第八功率二極管d8，第七開關(guān)管s7與第八開關(guān)管s8串聯(lián)，第七開關(guān)管s7反向并聯(lián)第七功率二極管d7，第八開關(guān)管s8反向并聯(lián)第八功率二極管d8；第五開關(guān)管s5的發(fā)射極和第八開關(guān)管s8的集電極之間串入c相繞組，第一開關(guān)管s1、第三開關(guān)管s3、第五開關(guān)管s5和第七開關(guān)管s7的集電極相并聯(lián)且連接到電源的正輸出端，第二開關(guān)管s2、第四開關(guān)管s4、第六開關(guān)管s6和第八開關(guān)管s8相發(fā)射極并聯(lián)且連接到電源的負(fù)輸出端。

在圖3所示的永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外電機(jī)功率變換電路結(jié)構(gòu)中，在0～t1時(shí)間內(nèi)，第一開關(guān)管s1和第四開關(guān)管s4導(dǎo)通，a相繞組通入正向電流，電流由a相繞組首端流向a相繞組末端，理想的電流波形如圖2中0～t1時(shí)間a相電流波形；在t1～t2時(shí)間內(nèi)，第一開關(guān)管s1關(guān)斷，第五開關(guān)管s5導(dǎo)通，第四開關(guān)管s4維持導(dǎo)通，a相繞組通過第二功率二極管d2和第三功率二極管d3續(xù)流，b相繞組通入負(fù)向電流，電流由b相繞組末端流向b相繞組首端，理想的電流波形如圖2中t1～t2時(shí)間b相電流波形；在t2～t3時(shí)間內(nèi)，第四開關(guān)管s4關(guān)斷，第八開關(guān)管s8導(dǎo)通，第五開關(guān)管s5維持導(dǎo)通，b相繞組通過第三功率二極管d3和第六功率二極管d6續(xù)流，c相繞組通入正向電流，電流由c相繞組首端流向c相繞組末端，理想的電流波形如圖2中t2～t3時(shí)間a相電流波形；在t3～t4時(shí)間內(nèi)，第三開關(guān)管s3和第二開關(guān)管s2導(dǎo)通，第四開關(guān)管s4關(guān)斷，第五開關(guān)管s5和第八開關(guān)管s8關(guān)斷，c相繞組通過第七功率二極管d7和第六功率二極管d6續(xù)流，a相繞組通入負(fù)向電流，電流由a相繞組末端流向a相繞組首端，理想的電流波形如圖2中t3～t4時(shí)間a相電流波形；在t4～t5時(shí)間內(nèi)，第六開關(guān)管s6導(dǎo)通，第二開關(guān)管s2關(guān)斷，第三開關(guān)管s3維持導(dǎo)通，a相繞組通過第四功率二極管d4和第一功率二極管d1續(xù)流，b相繞組通入正向電流，電流由b相繞組首端流向b相繞組末端，理想的電流波形如圖2中t4～t5時(shí)間b相電流波形；在t5～t6時(shí)間內(nèi)，第七開關(guān)管s7導(dǎo)通，第三開關(guān)管s3關(guān)斷，第六開關(guān)管s6維持導(dǎo)通，b相繞組通過第四功率二極管d4和第五功率二極管d5續(xù)流，c相繞組通入負(fù)向電流，電流由c相繞組末端流向c相繞組首端，理想的電流波形如圖2中t5～t6時(shí)間c相電流波形。