1〇1和（糾丨）〇1，关闭1〇4和（糾丨）〇4，实现第1个 绕组和第N+i个绕组的串联。4. 根据权利要求2或3所述的变结构电机系统，其特征在于，通过改变驱动拓扑结构实 现故障恢复的方式为：当驱动拓扑结构为N个H桥驱动拓扑结构，关闭故障所在支路的两个 绕组连接H桥臂（45)和关闭故障所在支路的两个绕组连接功率开关（51);当驱动拓扑结 构为2N个H桥驱动拓扑结构，关闭故障所在的支路上绕组连接的H桥臂（45)。5. 根据权利要求4所述的变结构电机系统，其特征在于，所述第一驱动器（20)还包括 过流保护模块和可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器接收主控制器发送的控制命令并发 送给H桥臂（45)和电源开关组（25);所述电流采集模块采集独立绕组电机（30)每相绕组 输出的电流还传输给第一驱动器（20)的过流保护模块，当某相某个绕组输出的电流超过 设定电流阈值时，过流保护模块将该绕组的过流信号输出给可编程逻辑控制器；当驱动拓 扑结构为N个H桥驱动拓扑结构，关闭故障所在支路的两个绕组连接H桥臂（45)和关闭故 障所在支路的两个绕组连接功率开关（51);当驱动拓扑结构为2N个H桥驱动拓扑结构，关 闭故障所在的支路上绕组连接的H桥臂（45)。6. 根据权利要求5所述的变结构电机系统，其特征在于，所述第一驱动器（20)还包括 过热保护模块，过热保护模块采集独立绕组电机（30)每相绕组的温度，当某相某个绕组输 出的温度超过设定温度阈值时，过热保护模块将该相绕组的过热信号输出给可编程逻辑控 制器，当驱动拓扑结构为N个H桥驱动拓扑结构，关闭故障所在支路的两个绕组连接H桥臂 (45)和关闭故障所在支路的两个绕组连接功率开关（51);当驱动拓扑结构为2N个H桥驱 动拓扑结构，关闭故障所在的支路上绕组连接的H桥臂（45)。7. 根据权利要求6所述的变结构电机系统，其特征在于，所述电流阈值为绕组额定输 出的电流值的2-5倍；优选的，所述温度阈值为150°~200°。8. 根据权利要求2或3所述的变结构电机系统，其特征在于：主控制器发送的控制指 令包括N个H桥驱动拓扑结构、H桥并联轻载驱动拓扑结构、H桥并联正常驱动拓扑结构、 H桥并联重载驱动拓扑结构；控制指令为H桥并联轻载驱动拓扑结构，开启4N个功率开关 (51)，开启绕组IW-NW两端连接的H桥臂（45)，或者开启绕组（N+1)W-2NW两端连接的H桥 臂（45);控制指令为H桥并联正常驱动拓扑结构时，开启4N个功率开关（51)，开启全部H 桥臂（45)，H桥臂（45)的开启时间为30% -60% ;控制指令为H桥并联重载驱动拓扑结构 时，开启4N个功率开关（51)，开启全部H桥臂（45)，H桥臂（45)的开启时间为70%以上。9. 根据权利要求1或2所述的变结构电机系统，其特征在于，故障诊断算法具体步骤 为： 1) 电流传感器实时采集的各相电流，将各相电流进行平方处理，并将相邻两相电流平 方进行做差求得各相电流相互残差； 2) 对正常时各相电流相互残差进行范数计算或数学期望计算，建立正常各相电流相互 残差时范数值表或数学期望值表； 3) 对步骤1)得到的各相电流相互残差进行范数计算或数学期望计算，通过实时对比 各相电流相互残差范数值或数学期望值与正常时各相电流相互残差时范数值或数学期望 值，判定故障类型和发生故障的具体位置，并实现故障识别和隔离。10. 根据权利要求9所述的变结构电机系统，其特征在于， 根据数学期望值判定故障类型和发生位置的具体方法为： 若电流相数为奇数，若电流相数为偶数，11. 根据权利要求10所述的变结构电机系统，其特征在于，根据范数值判定故障类型 和发生位置的具体方法为： 若电流相数为奇数，若电流相数为偶数，12. 根据权利要求8所述的变结构电机系统，其特征在于，主控制器（10)发现存在绕 组或功率管组（24)中的功率管故障后，如果为N个H桥驱动拓扑结构，关闭故障所在支路 的两个绕组连接H桥臂（45)和关闭故障所在支路的两个绕组连接功率开关（51)，并采取保 持故障前后磁动势不变的策略，调整非故障相的输出电流幅值和相位；如果为H桥并联轻 载驱动拓扑结构，关闭故障所在的支路上绕组连接的H桥臂（45)，开启另一组中与该绕组 功能相同绕组连接的H桥臂（45)，或者将整组功率管关闭，开启另外一组H桥并联轻载驱 动拓扑结构；如果为H桥并联正常驱动拓扑结构，关闭故障所在的支路上绕组连接的H桥臂 (45)，调整与故障相功能相同的非故障相的输出电流幅值加倍，相位不变；如果为H桥并联 重载驱动拓扑结构，关闭故障所在的支路上绕组连接的H桥臂（45)，调整与故障相功能相 同的非故障相的输出电流幅值加倍，相位不变。13. 根据权利要求1所述的变结构电机系统，其特征在于，当第一驱动器（20)的体积或 重量超过设定阈值时，所述第一驱动器（20)替换为第二驱动器； 所述第二驱动器包括功率管驱动器（22_2)、开关驱动器（23_2)、功率开关组（25_2)和 2N个绕组驱动单元（24_2); 每个绕组驱动单元（24_2)连接一个绕组的第一连接端，提供绕组驱动电流； 所述功率开关组（25_2)包括多个功率开关（2_51)，构成N-I个开关串联单元和一个 独立开关（SO)，开关串联单元包括依次串联的第一开关（ISi)、第二开关（2Si)和第三开关 (3Si)，第一开关（ISi)的一端作为第一独立端，第一开关（ISi)另一端与第二开关（2Si) 一端连接，连接端作为第一公共端，第二开关（2Si)的另一端与第三开关（3Si)的一端连 接，连接端作为第二公共端，第三开关（3Si)的另一端作为第二独立端；第i个开关串联单 元的第一公共端连接第i+Ι个开关串联单元的第一独立端和第i+Ι个绕组的第二端；第i 个开关串联单元的第二公共端连接第i+l个开关串联单元的第二独立端和第Ν+i+l个绕组 的第二端；独立开关（SO)的第一端连接第一个开关串联单元的第一独立端和第1个绕组的 第二端，独立开关（SO)的第二端连接第1个开关串联单元的第二独立端和第N+1个绕组的 第二端；其中I<i彡N-I; 驱动单元控制器（22_2)，根据控制命令控制2N个绕组驱动单元是否提供绕组驱动电 流； 开关驱动器（23_2)根据控制命令控制功率开关组（25_2)中的功率开关（2_51)导通 或关断。14. 根据权利要求13所述的变结构电机系统，其特征在于，所述绕组驱动单元，包括第 一功率管和第二功率管，第一功率管的源极连接第二功率管的漏极，第一功率管的漏极连 接电源端，第二功率管的源极接地，第一功率管和第二功率管的栅极作为控制端，第一功率 管的源极还与独立绕组电机（30)的一个绕组的第一端相连。15. 根据权利要求13所述的变结构电机系统，其特征在于，第二驱动器还包括可编程 逻辑控制器，可编程逻辑控制器接收主控制器（10)发送的控制命令并发送给功率管驱动 器（22_2)和开关驱动器（23_2)。16. 根据权利要求13或14所述的变结构电机系统，其特征在于，所述的功率开关组 (25_2)根据控制指令，能够构成H桥驱动拓扑结构、星形驱动拓扑结构；构成H桥驱动拓扑 结构的方法为：开启一个独立开关（SO)和每个开关串联单元中的第二开关，关闭每个开关 串联单元中的第一开关和第三开关；构成星形驱动拓扑结构的方法为：开启每个开关串联 单元中的第一开关和/或第三开关，关闭一个独立开关（SO)和每个开关串联单元中的第二 开关。17. 根据权利要求13或14所述的变结构电机系统，其特征在于，通过改变驱动拓扑结 构实现故障恢复的方法为：当驱动拓扑结构为H桥驱动拓扑结构时，关闭故障所在支路的 绕组驱动单元（24_2)以及第二开关或独立开关（SO);当驱动拓扑结构为星形驱动拓扑结 构时，关闭故障所在的星形驱动拓扑上的绕组驱动单元以及第一开关或第三开关，或者将 星形驱动拓扑结构变更为H桥驱动拓扑结构，并关闭故障所在支路的绕组驱动单元以及第 二开关或独立开关（SO)。18. 根据权利要求13或14所述的变结构电机系统，其特征在于，主控制器（10)发送 的控制指令包括轻载H桥驱动拓扑结构、正常H桥驱动拓扑结构、重载H桥驱动拓扑结构、 轻载星形驱动拓扑结构、正常星形驱动拓扑结构或重载星形驱动拓扑结构；控制指令为轻 载H桥驱动拓扑结构时，控制开启一个独立开关（SO)和每个开关串联单元中的第二开关， 开启时间为30%以下，关闭每个开关串联单元中的第一开关和第三开关；控制指令为正 常H桥驱动拓扑结构时，控制开启一个独立开关（SO)和每个开关串联单元中的第二开关， 开启时间为30% -60%，关闭每个开关串联单元中的第一开关和第三开关；控制指令为重 载H桥驱动拓扑结构时，控制开启一个独立开关（SO)和每个开关串联单元中的第二开关， 开启时间为70%以上，关闭每个开关串联单元中的第一开关和第三开关；控制指令为轻载 星形驱动拓扑结构时，控制开启每个开关串联单元中的第一开关或第三开关，开启时间为 30%以下，关闭一个独立开关（SO)和每个开关串联单元中的第二开关；控制指令为正常 星形驱动拓扑结构时，控制开启每个开关串联单元中的第一开关和第三开关，开启时间为 30% -60%，关闭一个独立开关（SO)和每个开关串联单元中的第二开关；控制指令为重载 星形驱动拓扑结构时，控制开启每个开关串联单元中的第一开关和第三开关，开启时间为 70%以上，关闭一个独立开关（SO)和每个开关串联单元中的第二开关。19. 根据权利要求18所述的变结构电机系统，其特征在于，主控制器发现存在绕组或 绕组驱动单元（24_2)中的功率管故障后，当驱动拓扑结构为H桥驱动拓扑结构时，关闭故 障所在支路的绕组驱动单元以及第二开关或独立开关（SO)，并采取保持故障前后磁动势不 变的策略，调整非故障支路的输出电流幅值和相位； 当驱动拓扑结构为星形驱动拓扑结构时，关闭故障所在的星形驱动拓扑上的绕组驱动 单元以及第一开关或第三开关，调整非故障支路的输出电流幅值加倍，相位不变；或者将星 形驱动拓扑结构变更为H桥驱动拓扑结构，并采取保持故障前后磁动势不变的策略，调整 非故障支路的输出电流幅值和相位，再关闭故障所在支路的绕组驱动单元以及第二开关或 独立开关（SO)，调整非故障支路的输出电流幅值加倍，相位不变。20. 根据权利要求13所述的变结构电机系统，其特征在于，对驱动器体积和重量无限 制，同时要求每个绕组相互冗余备份时，采用第一驱动器（20);对驱动器体积和重量受限， 同时要求每组绕组相互冗余备份时，采用第二驱动器。21. 根据权利要求1所述的变结构电机系统，其特征在于， 所述主控制器（10)包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元和第二控 制单元互为冗余备份。
【专利摘要】本发明涉及一种变结构电机系统，包括主控制器、可变结构式驱动器和独立绕组电机；主控制器接收控制指令和永磁独立绕组电机的反馈信息，并生成功率驱动和驱动拓扑变结构指令，可变结构式驱动器根据驱动拓扑变结构指令将驱动拓扑结构进行变换，可变结构式驱动器将独立绕组电机的绕组驱动方式变换为N个星形结构或者独立H桥结构，其中采用独立H桥结构时，将电机的多个绕组串联起来，可变结构式驱动器根据功率驱动指令驱动独立绕组电机。本发明的变结构电机系统，可满足不同的工况需求，相比多电机+离合器结构，能够有效地降低电机驱动系统重量和体积，并有效地提高功率密度，消除机械噪声。
【IPC分类】H02P21/22
【公开号】CN105391366
【申请号】CN201510981655
【发明人】司宾强, 黄玉平, 曾广商
【申请人】北京精密机电控制设备研究所
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月23日