基于可变磁通磁阻电机复用变压器的集成车载充电系统

1.本公开涉及电动汽车充电技术领域，更具体地，涉及一种基于可变磁通磁阻电机复用变压器的集成车载充电系统。


背景技术：

2.随着环保问题的日益突出，使用新能源替代传统的化石能源的需求不断增多。电动汽车的推广可有效缓解对环境的污染，但里程焦虑是电动汽车广泛应用的主要阻碍。
3.在相关技术中，车载充电系统受到体积、成本等因素的影响，车载充电系统的功率较小，无法满足快速充电的需求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本公开提供了一种基于可变磁通磁阻电机复用变压器的集成车载充电系统，包括：
5.第一逆变半桥、第二逆变半桥、第三逆变半桥、第一励磁半桥、第二励磁半桥、第一开关、第二开关和可变磁通磁阻电机；其中，上述第一开关的第一端被配置为分别连接电池的正极、上述第一逆变半桥的第一端、上述第二逆变半桥的第一端和上述第三逆变半桥的第一端，上述第一开关的第二端被配置为分别连接上述第一励磁半桥的第一端、上述第二励磁半桥的第一端和第一连接端；上述第二开关的第一端被配置为分别连接上述电池的负极、上述第一逆变半桥的第二端、上述第二逆变半桥的第二端和上述第三逆变半桥的第二端，上述第二开关的第二端被配置为分别连接上述第一励磁半桥的第二端、上述第二励磁半桥的第二端和第二连接端；上述第一逆变半桥的桥臂中点、上述第二逆变半桥的桥臂中点、上述第三逆变半桥的桥臂中点、上述第一励磁半桥的桥臂中点和上述第二励磁半桥的桥臂中点分别被配置为连接上述可变磁通磁阻电机，上述可变磁通磁阻电机被配置为响应于上述第一开关和上述第二开关均处于闭合状态，切换至电动机工作模式，并响应于上述第一开关和上述第二开关均处于断开状态，切换至变压器工作模式。
6.根据本公开的实施例，上述可变磁通磁阻电机包括多个电枢绕组、多个励磁绕组和切换组件；其中，上述切换组件被配置为响应于上述第一开关和上述第二开关的开关状态，切换上述多个电枢绕组与上述第一逆变半桥的桥臂中点、上述第二逆变半桥的桥臂中点、上述第三逆变半桥的桥臂中点之间的连接关系，和上述多个励磁绕组与上述第一励磁半桥的桥臂中点、上述第二励磁半桥的桥臂中点之间的连接关系，以控制上述可变磁通磁阻电机在上述电动机工作模式和上述变压器工作模式之间进行切换。
7.根据本公开的实施例，上述切换组件被配置为响应于上述第一开关和上述第二开关均处于上述闭合状态，控制上述多个电枢绕组组成并联的第一电枢绕组单元、第二电枢绕组单元和第三电枢绕组单元，控制上述多个励磁绕组组成第一励磁绕组单元，以控制上述可变磁通磁阻电机切换至上述电动机工作模式。
8.根据本公开的实施例，上述第一电枢绕组单元、上述第二电枢绕组单元和上述第
三电枢绕组单元均被配置为包括串联的至少一个上述电枢绕组，上述第一电枢绕组单元的第一端被配置为连接上述第一逆变半桥的桥臂中点，上述第二电枢绕组单元的第一端被配置为连接上述第二逆变半桥的桥臂中点，上述第三电枢绕组单元的第一端被配置为连接上述第三逆变半桥的桥臂中点，上述第一电枢绕组单元的第二端、上述第二电枢绕组单元的第二端和上述第三电枢绕组单元的第二端被配置为相互连接；上述第一励磁绕组单元被配置为包括串联的上述多个励磁绕组，上述第一励磁绕组单元的第一端被配置为连接上述第一励磁半桥的桥臂中点，上述第一励磁绕组单元的第二端被配置为连接上述第二励磁半桥的桥臂中点。
9.根据本公开的实施例，上述切换组件被配置为响应于上述第一开关和上述第二开关均处于上述断开状态，控制上述多个电枢绕组中的至少一个目标电枢绕组组成次级绕组单元，控制上述多个励磁绕组中的至少一个目标励磁绕组组成初级绕组单元，以控制上述可变磁通磁阻电机切换至上述变压器工作模式。
10.根据本公开的实施例，上述次级绕组单元被配置为包括串联的上述至少一个目标电枢绕组，上述次级绕组单元的第一端和第二端被配置为分别连接上述第一逆变半桥、第二逆变半桥和上述第三逆变半桥中任意两个逆变半桥各自的桥臂中点；上述初级绕组单元被配置为包括串联的上述至少一个目标励磁绕组，上述初级绕组单元的第一端被配置为连接上述第一励磁半桥的桥臂中点，上述初级绕组单元的第二端被配置为连接上述第二励磁半桥的桥臂中点。
11.根据本公开的实施例，上述至少一个目标电枢绕组和上述至少一个目标励磁绕组各自对应，每个上述目标电枢绕组和与上述目标电枢绕组对应的目标励磁绕组被配置为相邻绕制。
12.根据本公开的实施例，上述多个电枢绕组和上述多个励磁绕组各自对应，每个上述电枢绕组和与上述电枢绕组对应的励磁绕组被配置为双股并绕。
13.根据本公开的实施例，半桥包括第一三极管、第一二极管、第二三极管和第二二极管；其中，上述第一三极管的集电极被配置为分别连接上述半桥的第一端和上述第一二极管的阴极，上述第一三极管的发射极被配置为分别连接上述第一二极管的阳极、上述半桥的桥臂中点、上述第二三极管的集电极和上述第二二极管的阴极，上述第二三极管的发射极被配置为分别连接上述第二二极管的阳极和上述半桥的第二端；其中，上述半桥为上述第一逆变半桥、上述第二逆变半桥、上述第三逆变半桥、上述第一励磁半桥和上述第二励磁半桥中的任意一个。
14.根据本公开的实施例，在上述第一连接端和上述第二连接端分别被配置悬空的情况下，触发第一控制信号，上述第一开关和上述第二开关均被配置为响应于上述第一控制信号而切换至上述闭合状态；在上述第一连接端和上述第二连接端分别被配置为连接电源模块的两端的情况下，触发第二控制信号，上述第一开关和上述第二开关均被配置为响应于上述第二控制信号而切换至上述断开状态；其中，上述电源模块包括并联的整流电路和交流电源。
15.根据本公开的实施例，通过使用电动汽车的驱动电路作为充电系统，并添加第一开关和第二开关。在第一开关和第二开关闭合时，电池可以通过由第一逆变半桥、第二逆变半桥、第三逆变半桥、第一励磁半桥和第二励磁半桥构成的驱动电路向可变磁通磁阻电机
供电，可变磁通磁阻电机可以作为电动机使用。在第一开关和第二开关断开时，可变磁通磁阻电机可以作为变压器使用，第一逆变半桥、第二逆变半桥、第三逆变半桥、第一励磁半桥、第二励磁半桥和可变磁通磁阻电机可以构成双有源桥电路，外接的电源模块可以该双有源桥电路给电池充电。通过上述技术手段，实现了将原本的可变磁通磁阻电机向隔离变压器的分时复用，可以有效降低车载集成充电系统的成本及体积，同时可以提供电气隔离的功能，满足了在电动汽车上集成充电系统的安全需求。
附图说明
16.通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
17.图1a示意性示出了相关技术中的6槽4极可变磁通磁阻电机的结构示意图。
18.图1b示意性示出了相关技术中的6槽8极可变磁通磁阻电机的结构示意图。
19.图1c示意性示出了相关技术中的绕组为交替缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的结构示意图。
20.图1d示意性示出了相关技术中的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的结构示意图。
21.图2示意性示出了根据本公开实施例的基于可变磁通磁阻电机复用变压器的集成车载充电系统的示意图。
22.图3示意性示出了根据本公开实施例的半桥的示意图。
23.图4a示意性示出了根据本公开实施例的电动机工作模式下6槽4极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
24.图4b示意性示出了根据本公开实施例的6槽4极可变磁通磁阻电机的绕组示意图。
25.图4c示意性示出了根据本公开实施例的变压器工作模式下6槽4极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
26.图4d示意性示出了根据本公开另一实施例的6槽4极可变磁通磁阻电机的绕组示意图。
27.图4e示意性示出了根据本公开另一实施例的变压器工作模式下6槽4极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
28.图4f示意性示出了根据本公开又一实施例的6槽4极可变磁通磁阻电机的绕组示意图。
29.图4g示意性示出了根据本公开又一实施例的变压器工作模式下6槽4极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
30.图5a示意性示出了根据本公开实施例的电动机工作模式下绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
31.图5b示意性示出了根据本公开实施例的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的绕组示意图。
32.图5c示意性示出了根据本公开实施例的变压器工作模式下绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
33.图5d示意性示出了根据本公开另一实施例的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁
通磁阻电机的绕组示意图。
34.图5e示意性示出了根据本公开另一实施例的变压器工作模式下绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
35.图5f示意性示出了根据本公开又一实施例的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的绕组示意图。
36.图5g示意性示出了根据本公开又一实施例的变压器工作模式下绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
37.图6示意性示出了根据本公开实施例的不同结构的可变磁通磁阻电机在不同电源频率下的传输效率的仿真结果示意图。
38.图7示意性示出了根据本公开实施例的不同的绕组重构方式下的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机在不同电源频率下的传输效率的实验结果示意图。
39.图8示意性示出了根据本公开实施例的不同的绕组重构方式下的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机在不同负载电阻下的传输效率的实验结果示意图。
40.图9示意性示出了根据本公开实施例的采用绕组重构方式1的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机在不同电源频率和不同负载电阻下的传输效率的实验结果示意图。
41.图10a示意性示出了根据本公开实施例的不同结构的可变磁通磁阻电机在不同电源频率和不同负载电阻下的电压增益的仿真结果示意图。
42.图10b示意性示出了根据本公开实施例的不同结构的可变磁通磁阻电机在不同电源频率和不同负载电阻下的输出功率的仿真结果示意图。
43.图10c示意性示出了根据本公开实施例的不同的绕组重构方式下的绕组为交替缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机在不同电源频率和不同负载电阻下的电压增益的仿真结果示意图。
44.图10d示意性示出了根据本公开实施例的不同的绕组重构方式下的绕组为交替缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机在不同电源频率和不同负载电阻下的输出功率的仿真结果示意图。
45.图11示意性示出了根据本公开实施例的6槽4极的可变磁通磁阻电机在不同缠绕方式下的交流电阻系数随电源频率的变化的实验结果示意图。
46.图12示意性示出了根据本公开实施例的采用绕组重构方式1的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机在不同电源频率下平均电磁转矩随转子位置变化的仿真结果示意图。
具体实施方式
47.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
48.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用
的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
49.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
50.在使用类似于“a、b和c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。
51.随着环保问题的日益突出，使用新能源替代传统的化石能源的需求不断增多。电动汽车的推广可有效缓解对环境的污染，但里程焦虑是电动汽车广泛应用的主要阻碍。
52.在相关技术中，车载充电系统受到体积、成本等因素的影响，车载充电系统的功率较小，无法满足快速充电的需求。
53.近年来，车载集成充电系统对电机及其驱动电路分时复用，该系统具有体积小、功率密度高、成本低、不依赖充电桩等优点，引起了学界和产业界的广泛关注。可变磁通磁阻电机(variable flux reluctance machine，vfrm)是一种电励磁的无刷同步电机。励磁绕组与电枢绕组均位于定子侧，其转子上没有绕组，散热性能良好，具有良好的应用前景。具体地，可变磁通磁阻电机包括同轴设置的定子铁心和转子铁心。定子铁心可以具有间隔分布的多个定子槽和多个定子齿，转子铁心可以具有间隔分布的多个转子槽和多个转子齿。定子铁心和转子铁心之间可以设置有一圈气隙。电机气隙磁场易于调节。可变磁通磁阻电机可以包括励磁绕组与电枢绕组，励磁绕组与电枢绕组可以分别被配置为绕制在定子铁心的多个定子齿上。可变磁通磁阻电机基于不同的电气需求，可以具有不同的结构，例如，可变磁通磁阻电机可以是6槽4极、6槽8极、12槽10极等结构。
54.图1a示意性示出了相关技术中的6槽4极可变磁通磁阻电机的结构示意图。
55.如图1a所示，6槽4极可变磁通磁阻电机的定子铁心110可以具有间隔分布的6个定子槽和6个定子齿，6槽4极可变磁通磁阻电机的转子铁心120可以具有间隔分布的4个转子槽和4个转子齿。励磁绕组与电枢绕组可以在6个定子齿上全齿缠绕。
56.图1b示意性示出了相关技术中的6槽8极可变磁通磁阻电机的结构示意图。
57.如图1b所示，6槽8极可变磁通磁阻电机的定子铁心110可以具有间隔分布的6个定子槽和6个定子齿，6槽8极可变磁通磁阻电机的转子铁心120可以具有间隔分布的8个转子槽和8个转子齿。励磁绕组与电枢绕组可以在6个定子齿上全齿缠绕。
58.图1c示意性示出了相关技术中的绕组为交替缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的结构示意图。
59.如图1c所示，交替缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的定子铁心110可以具有间隔分布的12个定子槽和12个定子齿，12槽10极可变磁通磁阻电机的转子铁心120可以具有间隔分布的10个转子槽和10个转子齿。励磁绕组与电枢绕组可以在12个定子齿上间隔缠绕。
60.图1d示意性示出了相关技术中的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的结构示意图。
61.如图1d所示，12槽10极可变磁通磁阻电机的定子铁心110可以具有间隔分布的12个定子槽和12个定子齿，12槽10极可变磁通磁阻电机的转子铁心120可以具有间隔分布的10个转子槽和10个转子齿。励磁绕组与电枢绕组可以在12个定子齿上全齿缠绕。
62.车载集成充电系统的安全性同样是限制车载集成充电系统在电动汽车中应用的重要因素之一。为了实现车载集成充电系统的电气隔离功能，subotic i、bodo n、levi e等在文章《isolated chargers for evs incorporating six-phase machines》中提出了通过外接工频变压器以实现电气隔离的方案，但该方案要求在充电地点安装一个工频变压器，具有体积和质量方面的劣势，且不利于随时随地便捷的充电。plesko h、biela j、luomi等在文章《novel concepts for integrating the electric drive and auxiliary dc-dc converter for hybrid vehicles》中提出了在电机定子槽中增加一套辅助绕组，将永磁同步电机复用为一台高频变压器的方案，但辅助绕组挤占了一部分电枢绕组的空间，导致电机的转矩密度下降。haghbin s、lundmark s、alakula m等在文章《grid-connected integrated battery chargers in vehicle applications：review and new solutions》中提出了通过重构绕组，将永磁同步电机复用为一台旋转变压器的方案，但该方案中需要充电时电机处于旋转状态，存在安全隐患，且导致系统存在机械损耗。wang zheng、liu bochen、guan lei等在文章《a dual-channel magnetically integrated ev chargers based on double-stator-winding permanent-magnet synchronous machines》中提出了在整流电路与电池之间添加双有源桥电路的方案，用于实现电气隔离和电压匹配的功能，但该方案需要添加较多的额外器件，增加了体积与成本。
63.有鉴于此，本公开的实施例提供了一种基于可变磁通磁阻电机复用变压器的集成车载充电系统，用以至少部分地解决上述问题。具体地，该基于可变磁通磁阻电机复用变压器的集成车载充电系统包括：第一逆变半桥、第二逆变半桥、第三逆变半桥、第一励磁半桥、第二励磁半桥、第一开关、第二开关和可变磁通磁阻电机；其中，第一开关的第一端被配置为分别连接电池的正极、第一逆变半桥的第一端、第二逆变半桥的第一端和第三逆变半桥的第一端，第一开关的第二端被配置为分别连接第一励磁半桥的第一端、第二励磁半桥的第一端和第一连接端；第二开关的第一端被配置为分别连接电池的负极、第一逆变半桥的第二端、第二逆变半桥的第二端和第三逆变半桥的第二端，第二开关的第二端被配置为分别连接第一励磁半桥的第二端、第二励磁半桥的第二端和第二连接端；第一逆变半桥的桥臂中点、第二逆变半桥的桥臂中点、第三逆变半桥的桥臂中点、第一励磁半桥的桥臂中点和第二励磁半桥的桥臂中点分别被配置为连接可变磁通磁阻电机，可变磁通磁阻电机被配置为响应于第一开关和第二开关均处于闭合状态，切换至电动机工作模式，并响应于第一开关和第二开关均处于断开状态，切换至变压器工作模式。
64.图2示意性示出了根据本公开实施例的基于可变磁通磁阻电机复用变压器的集成车载充电系统的示意图。
65.如图2所示，基于可变磁通磁阻电机复用变压器的集成车载充电系统可以包括第一逆变半桥10、第二逆变半桥20、第三逆变半桥30、第一励磁半桥40、第二励磁半桥50、第一开关60、第二开关70和可变磁通磁阻电机80。
66.根据本公开的实施例，第一逆变半桥10、第二逆变半桥20、第三逆变半桥30、第一励磁半桥40和第二励磁半桥50均可以指由两个晶体管构成的半桥电路，相应的，第一逆变
半桥10、第二逆变半桥20、第三逆变半桥30、第一励磁半桥40或第二励磁半桥50的桥臂中点可以指构成该半桥的两个晶体管的连接点，半桥的具体结构在此不作限定。第一逆变半桥10、第二逆变半桥20、第三逆变半桥30、第一励磁半桥40和第二励磁半桥50可以均被配置为与电池90并联。电池90可以指电动汽车的蓄电池组。
67.根据本公开的实施例，第一开关60和第二开关70可以是同步动作的开关器件，即第一开关60和第二开关70可以同步地闭合或断开。开关器件的类型在此不作限定。例如，第一开关60和第二开关70可以是三极管，该三极管的基极可以接收控制信号，以切换第一开关60和第二开关70的开关状态。再例如，第一开关60和第二开关70可以使用一个继电器来实现，该继电器可以将接收的控制信号作为激励，来改变第一开关60和第二开关70的开关状态。
68.根据本公开的实施例，第一开关60的第一端可以被配置为分别连接电池90的正极、第一逆变半桥10的第一端、第二逆变半桥20的第一端和第三逆变半桥30的第一端，第一开关60的第二端可以被配置为分别连接第一励磁半桥40的第一端、第二励磁半桥50的第一端和第一连接端cn1。
69.根据本公开的实施例，第二开关70的第一端可以被配置为分别连接电池90的负极、第一逆变半桥10的第二端、第二逆变半桥20的第二端和第三逆变半桥30的第二端，第二开关70的第二端可以被配置为分别连接第一励磁半桥40的第二端、第二励磁半桥40的第二端和第二连接端cn2。
70.根据本公开的实施例，第一逆变半桥10的桥臂中点a、第二逆变半桥20的桥臂中点b、第三逆变半桥30的桥臂中点c、第一励磁半桥40的桥臂中点f1和第二励磁半桥50的桥臂中点f2可以分别被配置为连接可变磁通磁阻电机80。
71.根据本公开的实施例，可变磁通磁阻电机80可以被配置为响应于第一开关60和第二开关70均处于闭合状态，切换至电动机工作模式。即在此情况下，第一逆变半桥10、第二逆变半桥20和第三逆变半桥30可以构成三相逆变桥电路，为可变磁通磁阻电机80通入三相交流电流，第一励磁半桥40和第二励磁半桥50可以构成h桥励磁电路，为可变磁通磁阻电机80通入直流电流，该三相交流电流和直流电流可以驱动可变磁通磁阻电机80工作。
72.根据本公开的实施例，可变磁通磁阻电机80可以被配置为响应于第一开关60和第二开关70均处于断开状态，切换至变压器工作模式。在此情况下，第一连接端cn1和第二连接端cn2可以与外接电源相连接。第一励磁半桥40、第二励磁半桥50和外接电源部分可以与第一逆变半桥10、第二逆变半桥20、第三逆变半桥30和电池90部分实现隔离。此时可变磁通磁阻电机80可以作为隔离变压器使用，第一逆变半桥10、第二逆变半桥20、第三逆变半桥30、第一励磁半桥40、第二励磁半桥50和可变磁通磁阻电机80可以实现为双有源桥电路，外接电源可以通过双有源桥电路向电池90进行充电。
73.根据本公开的实施例，通过使用电动汽车的驱动电路作为充电系统，并添加第一开关和第二开关。在第一开关和第二开关闭合时，电池可以通过由第一逆变半桥、第二逆变半桥、第三逆变半桥、第一励磁半桥和第二励磁半桥构成的驱动电路向可变磁通磁阻电机供电，可变磁通磁阻电机可以作为电动机使用。在第一开关和第二开关断开时，可变磁通磁阻电机可以作为变压器使用，第一逆变半桥、第二逆变半桥、第三逆变半桥、第一励磁半桥、第二励磁半桥和可变磁通磁阻电机可以构成双有源桥电路，外接的电源模块可以该双有源
桥电路给电池充电。通过上述技术手段，实现了将原本的可变磁通磁阻电机向隔离变压器的分时复用，可以有效降低车载集成充电系统的成本及体积，同时可以提供电气隔离的功能，满足了在电动汽车上集成充电系统的安全需求。
74.下面结合附图和具体实施例对图2所示的系统做进一步说明。
75.图3示意性示出了根据本公开实施例的半桥的示意图。该半桥可以是第一逆变半桥10、第二逆变半桥20、第三逆变半桥30、第一励磁半桥40和第二励磁半桥50中的任意一个。
76.如图3所示，半桥可以包括第一三极管q1、第一二极管d1、第二三极管q2和第二二极管d2。
77.根据本公开的实施例，第一三极管q1的集电极可以被配置为分别连接半桥的第一端和第一二极管d1的阴极，第一三极管q1的发射极可以被配置为分别连接第一二极管d1的阳极、半桥的桥臂中点mid、第二三极管q2的集电极和第二二极管d2的阴极，第二三极管q2的发射极可以被配置为分别连接第二二极管d2的阳极和半桥的第二端。
78.根据本公开的实施例，第一三极管q1的基极和第二三极管q2的基极可以均被配置为连接外部的控制端，以便外部的控制端控制该半桥是否工作。
79.根据本公开的实施例，第一开关50和第二开关60的开关状态可以响应于第一连接端cn1和第二连接端cn2的连接状态的改变而改变。具体地，在第一连接端cn1和第二连接端cn2分别被配置悬空的情况下，可以触发第一控制信号，第一开关50和第二开关60可以均被配置为响应于第一控制信号而切换至闭合状态。在第一连接端cn1和第二连接端cn2分别被配置为连接电源模块的两端的情况下，可以触发第二控制信号，第一开关50和第二开关60可以均被配置为响应于第二控制信号而切换至断开状态。
80.根据本公开的实施例，电源模块可以包括并联的整流电路和交流电源。整流电路可以将交流电源提供的交流电压转换为直流电压，第一连接端可以被配置为连接整流电路的直流母线的正线，第二连接端可以被配置为连接整流电路的直流母线的回线，从而整流电路转换得到的直流电压可以为电池90充电。
81.根据本公开的实施例，可变磁通磁阻电机80可以包括多个电枢绕组、多个励磁绕组和切换组件。
82.根据本公开的实施例，切换组件可以被配置为响应于第一开关60和第二开关70的开关状态，切换多个电枢绕组与第一逆变半桥10的桥臂中点a、第二逆变半桥20的桥臂中点b、第三逆变半桥30的桥臂中点c之间的连接关系，和多个励磁绕组与第一励磁半桥40的桥臂中点f1、第二励磁半桥50的桥臂中点f2之间的连接关系，以控制可变磁通磁阻电机80在电动机工作模式和变压器工作模式之间进行切换。
83.根据本公开的实施例，具体地，切换组件可以被配置为响应于第一开关60和第二开关均70处于闭合状态，控制多个电枢绕组组成并联的第一电枢绕组单元、第二电枢绕组单元和第三电枢绕组单元，控制多个励磁绕组组成第一励磁绕组单元，以控制可变磁通磁阻电机80切换至电动机工作模式。
84.根据本公开的实施例，在第一开关60和第二开关70均处于闭合状态时，可以生成第一模式切换信号，切换模组可以响应该第一模式切换信号控制可变磁通磁阻电机80切换至电动机工作模式。
85.根据本公开的实施例，第一电枢绕组单元、第二电枢绕组单元和第三电枢绕组单元均被配置为包括串联的至少一个电枢绕组，第一电枢绕组单元的第一端被配置为连接第一逆变半桥10的桥臂中点a，第二电枢绕组单元的第一端被配置为连接第二逆变半桥20的桥臂中点b，第三电枢绕组单元的第一端被配置为连接第三逆变半桥30的桥臂中点c，第一电枢绕组单元的第二端、第二电枢绕组单元的第二端和第三电枢绕组单元的第二端被配置为相互连接。
86.根据本公开的实施例，第一励磁绕组单元被配置为包括串联的多个励磁绕组，第一励磁绕组单元的第一端被配置为连接第一励磁半桥40的桥臂中点f1，第一励磁绕组单元的第二端被配置为连接第二励磁半桥50的桥臂中点f2。
87.根据本公开的实施例，切换组件可以被配置为响应于第一开关60和第二开关70均处于断开状态，控制多个电枢绕组中的至少一个目标电枢绕组组成次级绕组单元，控制多个励磁绕组中的至少一个目标励磁绕组组成初级绕组单元，以控制可变磁通磁阻电机80切换至变压器工作模式。
88.根据本公开的实施例，类似地，在第一开关60和第二开关70均处于断开状态时，可以生成第二模式切换信号，切换模组可以响应该第二模式切换信号控制可变磁通磁阻电机80切换至变压器工作模式。
89.根据本公开的实施例，次级绕组单元被配置为包括串联的至少一个目标电枢绕组，次级绕组单元的第一端和第二端被配置为分别连接第一逆变半桥10、第二逆变半桥20和第三逆变半桥30中任意两个逆变半桥各自的桥臂中点。即次级绕组单元的第一端和第二端被配置为分别连接桥臂中点a、桥臂中点b和桥臂中点c中的任意两个桥臂中点。
90.根据本公开的实施例，初级绕组单元被配置为包括串联的至少一个目标励磁绕组，初级绕组单元的第一端被配置为连接第一励磁半桥40的桥臂中点f1，初级绕组单元的第二端被配置为连接第二励磁半桥50的桥臂中点f2。
91.根据本公开的实施例，作为一种可选实施方式，切换组件还可以被配置为响应于第一开关60和第二开关70均处于断开状态，控制多个电枢绕组中的至少一个目标电枢绕组组成初级绕组单元，控制多个励磁绕组中的至少一个目标励磁绕组组成次级绕组单元，以控制可变磁通磁阻电机80切换至变压器工作模式，在此不再赘述。
92.根据本公开的实施例，励磁绕组和电枢绕组可以均绕制在可变磁通磁阻电机的定子齿上。复用为初级绕组的至少一个目标励磁绕组和复用为次级绕组的至少一个目标电枢绕组的位置关系在此不作限定。可选地，至少一个目标电枢绕组可以和至少一个目标励磁绕组各自对应，每个目标电枢绕组和与目标电枢绕组对应的目标励磁绕组被配置为相邻绕制，从而可以有效提升可变磁通磁阻电机作为变压器工作时的工作效率。
93.根据本公开的实施例，切换组件可以由多个开关器件构成，多个开关器件可以同步动作。切换组件可以通过切换多个开关器件的开关状态，以实现绕组重构，从而控制可变磁通磁阻电机80在电动机工作模式和变压器工作模式之间进行切换。
94.根据本公开的实施例，绕组重构的方式可以有多种，在每种绕组重构方式中，切换组件包括的开关器件的数量及位置可以存在区别。
95.以可变磁通磁阻电机80为如图1a所示的6槽4极可变磁通磁阻电机为例，对绕组重构方式进行举例说明。其中，6槽4极可变磁通磁阻电机可以包括电枢绕组wa、电枢绕组wb、
电枢绕组wc、励磁绕组wfa、励磁绕组wfb和励磁绕组wfc。
96.图4a示意性示出了根据本公开实施例的电动机工作模式下6槽4极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
97.如图4a所示，电枢绕组wa可以是以点a+为起点，以点a-为终点，可以表示为{a+，a-}。类似地，电枢绕组wb可以表示为{b+，b-}，电枢绕组wc可以表示为{c+，c-}。点a+可以连接第一逆变半桥10的桥臂中点a，点b+可以连接第二逆变半桥20的桥臂中点b，点c+可以连接第三逆变半桥30的桥臂中点c。点a-、点b-和点c-可以连接在一起作为该可变磁通磁阻电机的中性点。
98.励磁绕组wfa可以表示为{fa+，fa-}，励磁绕组wfb可以表示为{fb+，fb-}，励磁绕组wfc可以表示为{fc+，fc-}，在电动机工作模式下，励磁绕组wfa、励磁绕组wfb和励磁绕组wfc可以被配置为依次串联，点fa+可以连接第一励磁半桥40的桥臂中点f1，点fc-可以连接第二励磁半桥50的桥臂中点f2。
99.根据本公开的实施例，在绕组展开示意图中，实线与虚线可以用于表示绕组的缠绕方向。
100.根据本公开的实施例，在将6槽4极可变磁通磁阻电机复用为变压器时，可以使用电枢绕组wa、电枢绕组wb和电枢绕组wc中的任意一个电枢绕组复用为次级绕组，使用励磁绕组wfa、励磁绕组wfb和励磁绕组wfc中的任意一个励磁绕组复用为初级绕组。
101.图4b示意性示出了根据本公开实施例的6槽4极可变磁通磁阻电机的绕组示意图。
102.如图4b所示，切换组件在6槽4极可变磁通磁阻电机中可以表示为开关器件k1和开关器件k2，开关器件k1和开关器件k2可以同步动作。
103.在接收到第一开关60和第二开关70均处于断开状态而生成的第一模式切换信号时，开关器件k1可以拨动至与触点a1连接，开关器件k2可以拨动至与触点a2连接，以将可变磁通磁阻电机80切换至电动机工作模式。
104.在接收到第一开关60和第二开关70均处于断开状态而生成的第二模式切换信号时，开关器件k1可以拨动至与触点b1连接，开关器件k2可以波动至与触点b2连接，以将可变磁通磁阻电机80切换至变压器工作模式。
105.图4c示意性示出了根据本公开实施例的变压器工作模式下6槽4极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
106.如图4c所示，点a+可以连接第一逆变半桥10的桥臂中点a，点a-可以连接第二逆变半桥20的桥臂中点b，电枢绕组wa可以作为变压器的次级绕组使用。点fa+可以连接第一励磁半桥40的桥臂中点f1，点fa-可以连接第二励磁半桥50的桥臂中点f2，励磁绕组wfa可以作为变压器的初级绕组使用。励磁绕组wfa、电枢绕组wa及原可变磁通磁阻电机的铁心可以实现隔离变压器的功能。第一逆变半桥10、第二逆变半桥20、第一励磁半桥40、第二励磁半桥50和可变磁通磁阻电机80可以复用为双有源桥电路，电源模块可以通过该双有源桥电路向电池90进行充电。
107.需要注意的是，在如上实施例中，通过切换组件的切换使得电枢绕组wa复用为次级绕组，励磁绕组wfa复用为初级绕组仅是示意性的，根据应用场景的需要，可以通过配置切换组件中开关器件的数量及位置，使得电枢绕组wb复用为次级绕组，励磁绕组wfb复用为初级绕组，或者，使得电枢绕组wc复用为次级绕组，励磁绕组wfc复用为初级绕组，在此不作
限定。
108.根据本公开的实施例，作为一种可选实施方式，也可以使用电枢绕组wa、电枢绕组wb、电枢绕组wc中的任意两个电枢绕组依次串联复用为次级绕组，使用励磁绕组wfa、励磁绕组wfb和励磁绕组wfc中的任意两个励磁绕组依次串联复用为初级绕组。
109.图4d示意性示出了根据本公开另一实施例的6槽4极可变磁通磁阻电机的绕组示意图。
110.如图4d所示，切换组件在6槽4极可变磁通磁阻电机中可以表示为开关器件k3、开关器件k4和开关器件k5，开关器件k3、开关器件k4和开关器件k5可以同步动作。
111.在接收到第一开关60和第二开关70均处于断开状态而生成的第一模式切换信号时，开关器件k3可以拨动至与触点a3连接，开关器件k4可以拨动至与触点a4连接，开关器件k5可以拨动至与触点a5连接，以将可变磁通磁阻电机80切换至电动机工作模式。
112.在接收到第一开关60和第二开关70均处于断开状态而生成的第二模式切换信号时，开关器件k3可以拨动至与触点b3连接，开关器件k4可以拨动至与触点b4连接，开关器件k5可以拨动至与触点b5连接，以将可变磁通磁阻电机80切换至变压器工作模式。
113.图4e示意性示出了根据本公开另一实施例的变压器工作模式下6槽4极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
114.如图4e所示，点a+可以连接第一逆变半桥10的桥臂中点a，点a-可以连接点b+，点b-可以连接第三逆变半桥30的桥臂中点c，电枢绕组wa和电枢绕组wb可以作为变压器的次级绕组使用。点fa+可以连接第一励磁半桥40的桥臂中点f1，点fa-可以连接点fb+，点fb-可以连接第二励磁半桥50的桥臂中点f2，励磁绕组wfa和励磁绕组wfb可以作为变压器的初级绕组使用。励磁绕组wfa、励磁绕组wfb、电枢绕组wa、电枢绕组wb及原可变磁通磁阻电机的铁心可以实现隔离变压器的功能。第一逆变半桥10、第三逆变半桥30、第一励磁半桥40、第二励磁半桥50和可变磁通磁阻电机80可以复用为双有源桥电路，电源模块可以通过该双有源桥电路向电池90进行充电。
115.需要注意的是，在如上实施例中，通过切换组件的切换使得电枢绕组wa和电枢绕组wb依次串联复用为次级绕组，励磁绕组wfa和励磁绕组wfb依次串联复用为初级绕组仅是示意性的，根据应用场景的需要，可以通过配置切换组件中开关器件的数量及位置，使得电枢绕组wb和电枢绕组wa依次串联复用为次级绕组，励磁绕组wfb和励磁绕组wfa依次串联复用为初级绕组；或者，使得电枢绕组wa和电枢绕组wc依次串联复用为次级绕组，励磁绕组wfa和励磁绕组wfc依次串联复用为初级绕组；或者，使得电枢绕组wb和电枢绕组wc依次串联复用为次级绕组，励磁绕组wfb和励磁绕组wfc依次串联复用为初级绕组，等等，在此不作限定。
116.根据本公开的实施例，作为一种可选实施方式，还可以使用电枢绕组wa、电枢绕组wb和电枢绕组wc按任意顺序依次串联复用为次级绕组，使用励磁绕组wfa、励磁绕组wfb和励磁绕组wfc按任意顺序依次串联复用为初级绕组。
117.图4f示意性示出了根据本公开又一实施例的6槽4极可变磁通磁阻电机的绕组示意图。
118.如图4f所示，切换组件在6槽4极可变磁通磁阻电机中可以表示为开关器件k6、开关器件k7和开关器件k8，开关器件k6、开关器件k7和开关器件k8可以同步动作。
119.在接收到第一开关60和第二开关70均处于断开状态而生成的第一模式切换信号时，开关器件k6可以拨动至与触点a6连接，开关器件k7可以拨动至与触点a7连接，开关器件k8可以拨动至与触点a8连接，以将可变磁通磁阻电机80切换至电动机工作模式。
120.在接收到第一开关60和第二开关70均处于断开状态而生成的第二模式切换信号时，开关器件k6可以拨动至与触点b6连接，开关器件k7可以拨动至与触点b7连接，开关器件k8可以拨动至与触点b8连接，以将可变磁通磁阻电机80切换至变压器工作模式。
121.图4g示意性示出了根据本公开又一实施例的变压器工作模式下6槽4极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
122.如图4g所示，点a+可以连接第一逆变半桥10的桥臂中点a，点a-可以连接点b+，点b-可以连接点c+，点c-可以连接第三逆变半桥30的桥臂中点c，电枢绕组wa、电枢绕组wb和电枢绕组wc可以作为变压器的次级绕组使用。点fa+可以连接第一励磁半桥40的桥臂中点f1，点fc-可以连接第二励磁半桥50的桥臂中点f2，励磁绕组wfa、励磁绕组wfb和励磁绕组wfc可以作为变压器的初级绕组使用。励磁绕组wfa、励磁绕组wfb、励磁绕组wfc、电枢绕组wa、电枢绕组wb、电枢绕组wc及原可变磁通磁阻电机的铁心可以实现隔离变压器的功能。第一逆变半桥10、第三逆变半桥30、第一励磁半桥40、第二励磁半桥50和可变磁通磁阻电机80可以复用为双有源桥电路，电源模块可以通过该双有源桥电路向电池90进行充电。
123.需要注意的是，在如上实施例中，通过切换组件的切换使得电枢绕组wa、电枢绕组wb和电枢绕组wc依次串联复用为次级绕组，励磁绕组wfa、励磁绕组wfb和励磁绕组wfc依次串联复用为初级绕组仅是示意性的。根据应用场景的需要，可以通过配置切换组件中开关器件的数量及位置，使得电枢绕组wa、电枢绕组wc和电枢绕组wb依次串联复用为次级绕组，励磁绕组wfa、励磁绕组wfc和励磁绕组wfb依次串联复用为初级绕组；或者，使得电枢绕组wb、电枢绕组wa和电枢绕组wc依次串联复用为次级绕组，励磁绕组wfb、励磁绕组wfa和励磁绕组wfc依次串联复用为初级绕组，等等，在此不作限定。
124.以可变磁通磁阻电机80为如图1d所示的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机为例，对绕组重构方式进行举例说明。其中，绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机可以包括电枢绕组wa1、电枢绕组wa2、电枢绕组wb1、电枢绕组wb2、电枢绕组wc1、电枢绕组wc2、励磁绕组wfa1、励磁绕组wfa2、励磁绕组wfb1、励磁绕组wfb2、励磁绕组wfc1和励磁绕组wfc2。
125.图5a示意性示出了根据本公开实施例的电动机工作模式下绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
126.如图5a所示，电枢绕组wa1可以是以点a1+为起点，以点a3-为终点，可以表示为{a1+，a3-}。类似地，电枢绕组wa2可以表示为{a2+，a4-}，电枢绕组wb1可以表示为{b1+，b3-}，电枢绕组wb2可以表示为{b2+，b4-}，电枢绕组wc1可以表示为{c1+，c3-}，电枢绕组wc2可以表示为{c2+，c4-}。点a1+可以连接第一逆变半桥10的桥臂中点a，点b2+可以连接第二逆变半桥20的桥臂中点b，点c1+可以连接第三逆变半桥30的桥臂中点c。点a4-、点b3-和点c4-可以连接在一起作为该可变磁通磁阻电机的中性点。点a3-和点a2+、点b4-和点b1+、点c3-和点c2+分别相连。
127.励磁绕组wfa1可以表示为{fa1+，fa3-}，励磁绕组wfa2可以表示为{fa4-，fa2+}，励磁绕组wfb1可以表示为{fb3-，fb1+}，励磁绕组wfb2可以表示为{fb2+，fb4-}，励磁绕组
wfc1可以表示为{fc1+，fc3-}，励磁绕组wfc2可以表示为{fc4-，fc2+}。在电动机工作模式下，励磁绕组wfa1、励磁绕组wfb2、励磁绕组wfc1、励磁绕组wfa2、励磁绕组wfb1和励磁绕组wfc2可以被配置为依次串联。点fa1+可以连接第一励磁半桥40的桥臂中点f1，点fc2+可以连接第二励磁半桥50的桥臂中点f2。
128.根据本公开的实施例，在将绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机复用为变压器时，可以使用电枢绕组wa1、电枢绕组wa2、电枢绕组wb1、电枢绕组wb2、电枢绕组wc1和电枢绕组wc2中的任意一个电枢绕组复用为次级绕组，使用励磁绕组wfa1、励磁绕组wfa2、励磁绕组wfb1、励磁绕组wfb2、励磁绕组wfc1和励磁绕组wfc2中的任意一个励磁绕组复用为初级绕组。
129.图5b示意性示出了根据本公开实施例的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的绕组示意图。
130.如图5b所示，切换组件在绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机中可以表示为开关器件k9和开关器件k10，开关器件k9和开关器件k10可以同步动作。
131.在接收到第一开关60和第二开关70均处于断开状态而生成的第一模式切换信号时，开关器件k9可以拨动至与触点a9连接，开关器件k10可以拨动至与触点a10连接，以将可变磁通磁阻电机80切换至电动机工作模式。
132.在接收到第一开关60和第二开关70均处于断开状态而生成的第二模式切换信号时，开关器件k9可以拨动至与触点b9连接，开关器件k10可以波动至与触点b10连接，以将可变磁通磁阻电机80切换至变压器工作模式。
133.图5c示意性示出了根据本公开实施例的变压器工作模式下绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
134.如图5c所示，点a1+可以连接第一逆变半桥10的桥臂中点a，点a3-可以连接第二逆变半桥20的桥臂中点b，电枢绕组wa1可以作为变压器的次级绕组使用。点fa1+可以连接第一励磁半桥40的桥臂中点f1，点fa3-可以连接第二励磁半桥50的桥臂中点f2，励磁绕组wfa1可以作为变压器的初级绕组使用。励磁绕组wfa1、电枢绕组wa1及原可变磁通磁阻电机的铁心可以实现隔离变压器的功能。第一逆变半桥10、第二逆变半桥20、第一励磁半桥40、第二励磁半桥50和可变磁通磁阻电机80可以复用为双有源桥电路，电源模块可以通过该双有源桥电路向电池90进行充电。
135.需要注意的是，在如上实施例中，通过切换组件的切换使得电枢绕组wa1复用为次级绕组，励磁绕组wfa1复用为初级绕组仅是示意性的。根据应用场景的需要，可以通过配置切换组件中开关器件的数量及位置，使得电枢绕组wa2复用为次级绕组，励磁绕组wfa2复用为初级绕组；或者，使得电枢绕组wb1复用为次级绕组，励磁绕组wfb1复用为初级绕组；或者，使得电枢绕组wb2复用为次级绕组，励磁绕组wfb2复用为初级绕组；或者，使得电枢绕组wc1复用为次级绕组，励磁绕组wfc1复用为初级绕组；或者，使得电枢绕组wc2复用为次级绕组，励磁绕组wfc2复用为初级绕组，在此不作限定。
136.根据本公开的实施例，作为一种可选实施方式，也可以使用电枢绕组wa1、电枢绕组wa2、电枢绕组wb1、电枢绕组wb2、电枢绕组wc1和电枢绕组wc2中的任意两个电枢绕组依次串联复用为次级绕组，使用励磁绕组wfa1、励磁绕组wfa2、励磁绕组wfb1、励磁绕组wfb2、励磁绕组wfc1和励磁绕组wfc2中的任意两个励磁绕组依次串联复用为初级绕组。
137.图5d示意性示出了根据本公开另一实施例的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的绕组示意图。
138.如图5d所示，切换组件在绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机中可以表示为开关器件k11、开关器件k12和开关器件k13，开关器件k11、开关器件k12和开关器件k13可以同步动作。
139.在接收到第一开关60和第二开关70均处于断开状态而生成的第一模式切换信号时，开关器件k11可以拨动至与触点a11连接，开关器件k12可以拨动至与触点a12连接，开关器件k13可以拨动至与触点a13连接，以将可变磁通磁阻电机80切换至电动机工作模式。
140.在接收到第一开关60和第二开关70均处于断开状态而生成的第二模式切换信号时，开关器件k11可以拨动至与触点b11连接，开关器件k12可以拨动至与触点b12连接，开关器件k13可以拨动至与触点b13连接，以将可变磁通磁阻电机80切换至变压器工作模式。
141.图5e示意性示出了根据本公开另一实施例的变压器工作模式下绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
142.如图5e所示，点a1+可以连接第一逆变半桥10的桥臂中点a，点a3-可以连接点b2+，点b4-可以连接第三逆变半桥30的桥臂中点c，电枢绕组wa1和电枢绕组wb2可以作为变压器的次级绕组使用。点fa1+可以连接第一励磁半桥40的桥臂中点f1，点fa3-可以连接点fb2+，点fb4-可以连接第二励磁半桥50的桥臂中点f2，励磁绕组wfa1和励磁绕组wfb2可以作为变压器的初级绕组使用。励磁绕组wfa1、励磁绕组wfb2、电枢绕组wa1、电枢绕组wb2及原可变磁通磁阻电机的铁心可以实现隔离变压器的功能。第一逆变半桥10、第三逆变半桥30、第一励磁半桥40、第二励磁半桥50和可变磁通磁阻电机80可以复用为双有源桥，电源模块可以通过该双有源桥电路向电池90进行充电。
143.需要注意的是，在如上实施例中，通过切换组件的切换使得电枢绕组wa1和电枢绕组wb2依次串联复用为次级绕组，励磁绕组wfa1和励磁绕组wfb2依次串联复用为初级绕组仅是示意性的。根据应用场景的需要，可以通过配置切换组件中开关器件的数量及位置，使得电枢绕组wb2和电枢绕组wa1依次串联复用为次级绕组，励磁绕组wfb2和励磁绕组wfa1依次串联复用为初级绕组；或者，使得电枢绕组wa1和电枢绕组wc1复用为次级绕组，励磁绕组wfa1和励磁绕组wfc1复用为初级绕组，等等，在此不作限定。
144.根据本公开的实施例，作为一种可选实施方式，还可以使用电枢绕组wa1、电枢绕组wa2、电枢绕组wb1、电枢绕组wb2、电枢绕组wc1和电枢绕组wc2中的任意三个电枢绕组依次串联复用为次级绕组，使用励磁绕组wfa1、励磁绕组wfa2、励磁绕组wfb1、励磁绕组wfb2、励磁绕组wfc1和励磁绕组wfc2中的任意三个励磁绕组依次串联复用为初级绕组。
145.图5f示意性示出了根据本公开又一实施例的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的绕组示意图。
146.如图5f所示，切换组件在绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机中可以表示为开关器件k14、开关器件k15、开关器件k16和开关器件k17，开关器件k14、开关器件k15、开关器件k16和开关器件k17可以同步动作。
147.在接收到第一开关60和第二开关70均处于断开状态而生成的第一模式切换信号时，开关器件k14可以拨动至与触点a14连接，开关器件k15可以拨动至与触点a15连接，开关器件k16可以拨动至与触点a16连接，开关器件k17可以拨动至与触点a17连接，以将可变磁
通磁阻电机160切换至电动机工作模式。
148.在接收到第一开关60和第二开关70均处于断开状态而生成的第二模式切换信号时，开关器件k14可以拨动至与触点b14连接，开关器件k15可以拨动至与触点b15连接，开关器件k16可以拨动至与触点b16连接，开关器件k17可以拨动至与触点b17连接，以将可变磁通磁阻电机160切换至变压器工作模式。
149.图5g示意性示出了根据本公开又一实施例的变压器工作模式下绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机的绕组展开示意图。
150.如图5g所示，点a1+可以连接第一逆变半桥10的桥臂中点a，点a3-可以连接点b2+，点b4-可以连接点c1+，点c3-可以连接第三逆变半桥30的桥臂中点c，电枢绕组wa1、电枢绕组wb2和电枢绕组wc1可以作为变压器的次级绕组使用。点fa1+可以连接第一励磁半桥40的桥臂中点f1，点fc3-可以连接第二励磁半桥50的桥臂中点f2，励磁绕组wfa1、励磁绕组wfb2和励磁绕组wfc1可以作为变压器的初级绕组使用。励磁绕组wfa1、励磁绕组wfb2、励磁绕组wfc1、电枢绕组wa1、电枢绕组wb2、电枢绕组wc1及原可变磁通磁阻电机的铁心可以实现隔离变压器的功能。第一逆变半桥10、第三逆变半桥30、第一励磁半桥40、第二励磁半桥50和可变磁通磁阻电机80可以复用为双有源桥电路，电源模块可以通过该双有源桥电路向电池90进行充电。
151.需要注意的是，在如上实施例中，通过切换组件的切换使得电枢绕组wa1、电枢绕组wb2和电枢绕组wc1依次串联复用为次级绕组，励磁绕组wfa1、励磁绕组wfb2和励磁绕组wfc1依次串联复用为初级绕组仅是示意性的。根据应用场景的需要，可以通过配置切换组件中开关器件的数量及位置，使得电枢绕组wb2、电枢绕组wc1和电枢绕组wa2依次串联复用为次级绕组，励磁绕组wfb2、励磁绕组wfc1和励磁绕组wfa2依次串联复用为初级绕组；或者，使得电枢绕组wc1、电枢绕组wa2和电枢绕组wb1依次串联复用为次级绕组，励磁绕组wfc1、励磁绕组wfa2和励磁绕组wfb1依次串联复用为初级绕组，等等，在此不作限定。
152.根据本公开的实施例，作为一种可选实施方式，还可以使用电枢绕组wa1、电枢绕组wa2、电枢绕组wb1、电枢绕组wb2、电枢绕组wc1和电枢绕组wc2中的任意四个电枢绕组依次串联复用为次级绕组，使用励磁绕组wfa1、励磁绕组wfa2、励磁绕组wfb1、励磁绕组wfb2、励磁绕组wfc1和励磁绕组wfc2中的任意四个励磁绕组依次串联复用为初级绕组。或者，还可以使用电枢绕组wa1、电枢绕组wa2、电枢绕组wb1、电枢绕组wb2、电枢绕组wc1和电枢绕组wc2中的任意五个电枢绕组依次串联复用为次级绕组，使用励磁绕组wfa1、励磁绕组wfa2、励磁绕组wfb1、励磁绕组wfb2、励磁绕组wfc1和励磁绕组wfc2中的任意五个励磁绕组依次串联复用为初级绕组。或者，还可以使用电枢绕组wa1、电枢绕组wa2、电枢绕组wb1、电枢绕组wb2、电枢绕组wc1和电枢绕组wc2按任意顺序依次串联复用为次级绕组，使用励磁绕组wfa1、励磁绕组wfa2、励磁绕组wfb1、励磁绕组wfb2、励磁绕组wfc1和励磁绕组wfc2按任意顺序依次串联复用为初级绕组。上述情况下切换组件中开关器件的数量及位置可以根据具体应用场景进行设置，在此不再赘述。
153.根据本公开的实施例，在将可变磁通磁阻电机80复用为变压器后，在对电池90进行充电时，该可变磁通磁阻电机80的工作效率可以使用传输效率来评价，基于复用变压器互感模型确定的传输效率可以如公式(1)所示：
[0154][0155]
在公式(1)中，η可以为传输效率；r
p
与l
p
可以分别为表示初级绕组的一个或多个励磁绕组各自的电阻之和与各自的自感之和；rs与ls可以分别为表示次级绕组的一个或多个电枢绕组各自的电阻之和与各自的自感之和；m可以为初级绕组和次级绕组之间的互感；r
l
可以为负载电阻；u
p
可以为初级绕组的电源电压幅值；ω可以为交流电源的电源频率；p
fe
可以为可变磁通磁阻电机的铁心损耗。
[0156]
根据公式(1)，存在一个负载电阻值使得传输效率达到最大值。为了降低最大值点附近传输效率随负载的变化趋势，增大高传输效率的负载区间，对公式(1)的分母求偏导数，以得到公式(2)：
[0157][0158]
根据公式(2)分析可知，提高电源频率可减缓复用变压器传输效率在最大值点附近降低的趋势。
[0159]
以下结合具体的应用场景，对本公开实施例的基于可变磁通磁阻电机复用变压器的集成车载充电系统的性能进行说明。
[0160]
根据本公开的实施例，对于不同结构的可变磁通磁阻电机，例如可变磁通磁阻电机分别为6槽4极可变磁通磁阻电机(6槽4极vfrm)、6槽8极可变磁通磁阻电机(6槽8极vfrm)和绕组为交替缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机(12槽10极vfrm)，在电源电压幅值u
p
为20v的正弦波电压，负载电阻r
l
为20ω时，基于不同电源频率ω的传输效率η的有限元仿真结果可以如图6所示。
[0161]
图6示意性示出了根据本公开实施例的不同结构的可变磁通磁阻电机在不同电源频率下的传输效率的仿真结果示意图。
[0162]
如图6所示，在不同电源频率下，不同结构的可变磁通磁阻电机均可以取得较高的传输效率，其中，绕组为交替缠绕的12槽10极vfrm的传输效率最高。
[0163]
根据本公开的实施例，图4a～图4g和图5a～图5g所示的绕组重构方式可以分为三种，分别可以表示为绕组重构方式1：将a相励磁绕组与a相电枢绕组分别复用为变压器的初级绕组与次级绕组，如图4b～图4c和图4b～图4c所示。绕组重构方式2：将a相、b相、c相励磁绕组与a相、b相、c相电枢绕组依次串联，分别复用为变压器的初级绕组与次级绕组，如图4f～图4g和图5f～图5g所示；绕组重构方式3：将a相、b相励磁绕组与a相、b相电枢绕组分别依次串联复用为变压器的初级绕组与次级绕组，如图4d～图4e和图5d～图5e所示。以如图4a～图4g所示的绕组重构方式为例，具体地，a相励磁绕组可以指励磁绕组wfa，a相电枢绕组可以指电枢绕组wa，b相励磁绕组可以指励磁绕组wfb，b相电枢绕组可以指电枢绕组wb，c相励磁绕组可以指励磁绕组wfc，c相电枢绕组可以指电枢绕组wc。
[0164]
根据本公开的实施例，对于不同的绕组重构方式下的绕组为全齿缠绕的12槽10极vfrm，在电源电压幅值u
p
为20v的方波电压，负载电阻r
l
为20ω时，基于不同电源频率ω的传
输效率η的实验结果可以如图7所示。
[0165]
图7示意性示出了根据本公开实施例的不同的绕组重构方式下的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机在不同电源频率下的传输效率的实验结果示意图。
[0166]
如图7所示，在不同电源频率下，经绕组重构方式1实现的变压器可以取得较高的传输效率。
[0167]
根据本公开的实施例，对于不同的绕组重构方式下的绕组为全齿缠绕的12槽10极vfrm，在电源电压幅值u
p
为20v的方波电压，电源频率ω为5khz时，基于不同的负载电阻r
l
的传输效率η的实验结果可以如图8所示。
[0168]
图8示意性示出了根据本公开实施例的不同的绕组重构方式下的绕组为全齿交替缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机在不同负载电阻下的传输效率的实验结果示意图。
[0169]
如图8所示，在不同负载电阻下，经绕组重构方式1实现的变压器可以取得较高的传输效率。在电源频率不变时，存在一个负载电阻使得复用实现的变压器的传输效率达到最大值，且不同绕组重构方式下的最大传输效率的负载电阻点不同。
[0170]
根据本公开的实施例，对于采用绕组重构方式1的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机，在电源电压幅值u
p
为20v的方波电压，电源频率ω分别为5khz和10khz时，基于不同的负载电阻r
l
的传输效率η的实验结果可以如图9所示。
[0171]
图9示意性示出了根据本公开实施例的采用绕组重构方式1的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机在不同电源频率和不同负载电阻下的传输效率的仿真结果示意图。
[0172]
如图9所示，可以通过提高电源频率，降低传输效率在最大值点的变化趋势，从而扩大复用变压器高效率的负载区间。
[0173]
根据本公开的实施例，对于不同绕组重构方式下不同结构的可变磁通磁阻电机，在电源电压幅值u
p
为20v的正弦波电压时，基于不同的电源频率ω和不同的负载电阻r
l
的传输效率η和电压增益的有限元仿真结果可以分别如图10a～图10d所示。
[0174]
图10a示意性示出了根据本公开实施例的不同结构的可变磁通磁阻电机在不同电源频率和不同负载电阻下的电压增益的仿真结果示意图。
[0175]
图10b示意性示出了根据本公开实施例的不同结构的可变磁通磁阻电机在不同电源频率和不同负载电阻下的输出功率的仿真结果示意图。
[0176]
图10c示意性示出了根据本公开实施例的不同的绕组重构方式下的绕组为交替缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机在不同电源频率和不同负载电阻下的电压增益的仿真结果示意图。
[0177]
图10d示意性示出了根据本公开实施例的不同的绕组重构方式下的绕组为交替缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机在不同电源频率和不同负载电阻下的输出功率的仿真结果示意图。
[0178]
如图10a～图10d所示，相较于6槽4极可变磁通磁阻电机和6槽8极可变磁通磁阻电机复用为变压器时的传输效率，绕组为交替缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机复用为变压器时的传输效率较高，且利用a相电枢绕组与a相励磁绕组分别作为初级绕组、次级绕组的重构方式，即绕组重构方式1的传输效率最高。
[0179]
根据本公开的实施例，进一步地，可以通过将初级绕组、次级绕组采用双股并绕的
方式，以降低交流电阻系数，从而较低高频下的绕组损耗。具体地，多个电枢绕组可以和多个励磁绕组各自对应，每个电枢绕组和与电枢绕组对应的励磁绕组被配置为双股并绕。
[0180]
图11示意性示出了根据本公开实施例的6槽4极的可变磁通磁阻电机在不同缠绕方式下的交流电阻系数随电源频率的变化的实验结果示意图。
[0181]
如图11所示，双股并绕的缠绕方式相较于依次缠绕的缠绕方式，可以有效降低交流电阻系数，从而可以有效降低高频涡流效应，提高复用的变压器传输效率。
[0182]
图12示意性示出了根据本公开实施例的采用绕组重构方式1的绕组为全齿缠绕的12槽10极可变磁通磁阻电机在不同电源频率下平均电磁转矩随转子位置变化的仿真结果示意图。
[0183]
如图12所示，在转子位置角为0
°
、18
°
或36
°
时，电磁转矩接近于0，即在转子位置角为0
°
、18
°
或36
°
时对电池90进行充电，可变磁通磁阻电机80中的转子铁心可以不转动。而转子位置角在0
°
至18
°
之间、或者在18
°
至36
°
之间时对电池90进行充电，可变磁通磁阻电机80中的转子铁心会由于电磁转矩的存在而转动，进而会影响充电效率，并带来安全隐患。
[0184]
根据本公开的实施例，可以通过提高电源频率或者将调整转子位置实现解决充电转矩的问题。例如，可以为可变磁通磁阻电机80添加机械制动装置，在可变磁通磁阻电机80处于变压器工作模式下，该机械制动装置可以防止转子铁心的转动。再例如，可以为可变磁通磁阻电机80添加离合器，在可变磁通磁阻电机80处于变压器工作模式下，该离合器可以将转子铁心与定子铁心分离，以防止转子铁心的转动。
[0185]
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
[0186]
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

技术特征：
1.一种基于可变磁通磁阻电机复用变压器的集成车载充电系统，包括：第一逆变半桥、第二逆变半桥、第三逆变半桥、第一励磁半桥、第二励磁半桥、第一开关、第二开关和可变磁通磁阻电机；其中，所述第一开关的第一端被配置为分别连接电池的正极、所述第一逆变半桥的第一端、所述第二逆变半桥的第一端和所述第三逆变半桥的第一端，所述第一开关的第二端被配置为分别连接所述第一励磁半桥的第一端、所述第二励磁半桥的第一端和第一连接端；所述第二开关的第一端被配置为分别连接所述电池的负极、所述第一逆变半桥的第二端、所述第二逆变半桥的第二端和所述第三逆变半桥的第二端，所述第二开关的第二端被配置为分别连接所述第一励磁半桥的第二端、所述第二励磁半桥的第二端和第二连接端；所述第一逆变半桥的桥臂中点、所述第二逆变半桥的桥臂中点、所述第三逆变半桥的桥臂中点、所述第一励磁半桥的桥臂中点和所述第二励磁半桥的桥臂中点分别被配置为连接所述可变磁通磁阻电机，所述可变磁通磁阻电机被配置为响应于所述第一开关和所述第二开关均处于闭合状态，切换至电动机工作模式，并响应于所述第一开关和所述第二开关均处于断开状态，切换至变压器工作模式。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述可变磁通磁阻电机包括多个电枢绕组、多个励磁绕组和切换组件；其中，所述切换组件被配置为响应于所述第一开关和所述第二开关的开关状态，切换所述多个电枢绕组与所述第一逆变半桥的桥臂中点、所述第二逆变半桥的桥臂中点、所述第三逆变半桥的桥臂中点之间的连接关系，和所述多个励磁绕组与所述第一励磁半桥的桥臂中点、所述第二励磁半桥的桥臂中点之间的连接关系，以控制所述可变磁通磁阻电机在所述电动机工作模式和所述变压器工作模式之间进行切换。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述切换组件被配置为响应于所述第一开关和所述第二开关均处于所述闭合状态，控制所述多个电枢绕组组成并联的第一电枢绕组单元、第二电枢绕组单元和第三电枢绕组单元，控制所述多个励磁绕组组成第一励磁绕组单元，以控制所述可变磁通磁阻电机切换至所述电动机工作模式。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第一电枢绕组单元、所述第二电枢绕组单元和所述第三电枢绕组单元均被配置为包括串联的至少一个所述电枢绕组，所述第一电枢绕组单元的第一端被配置为连接所述第一逆变半桥的桥臂中点，所述第二电枢绕组单元的第一端被配置为连接所述第二逆变半桥的桥臂中点，所述第三电枢绕组单元的第一端被配置为连接所述第三逆变半桥的桥臂中点，所述第一电枢绕组单元的第二端、所述第二电枢绕组单元的第二端和所述第三电枢绕组单元的第二端被配置为相互连接；所述第一励磁绕组单元被配置为包括串联的所述多个励磁绕组，所述第一励磁绕组单元的第一端被配置为连接所述第一励磁半桥的桥臂中点，所述第一励磁绕组单元的第二端被配置为连接所述第二励磁半桥的桥臂中点。5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述切换组件被配置为响应于所述第一开关和所述第二开关均处于所述断开状态，控制所述多个电枢绕组中的至少一个目标电枢绕组组成次级绕组单元，控制所述多个励磁绕组中的至少一个目标励磁绕组组成初级绕组单元，以控制所述可变磁通磁阻电机切换至所述变压器工作模式。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述次级绕组单元被配置为包括串联的所述至少一个目标电枢绕组，所述次级绕组单元的第一端和第二端被配置为分别连接所述第一逆变半桥、第二逆变半桥和所述第三逆变半桥中任意两个逆变半桥各自的桥臂中点；所述初级绕组单元被配置为包括串联的所述至少一个目标励磁绕组，所述初级绕组单元的第一端被配置为连接所述第一励磁半桥的桥臂中点，所述初级绕组单元的第二端被配置为连接所述第二励磁半桥的桥臂中点。7.根据权利要求5或6所述的系统，其中，所述至少一个目标电枢绕组和所述至少一个目标励磁绕组各自对应，每个所述目标电枢绕组和与所述目标电枢绕组对应的目标励磁绕组被配置为相邻绕制。8.根据权利要求2～6中任一项所述的系统，其中，所述多个电枢绕组和所述多个励磁绕组各自对应，每个所述电枢绕组和与所述电枢绕组对应的励磁绕组被配置为双股并绕。9.根据权利要求1所述的系统，其中，半桥包括第一三极管、第一二极管、第二三极管和第二二极管；其中，所述第一三极管的集电极被配置为分别连接所述半桥的第一端和所述第一二极管的阴极，所述第一三极管的发射极被配置为分别连接所述第一二极管的阳极、所述半桥的桥臂中点、所述第二三极管的集电极和所述第二二极管的阴极，所述第二三极管的发射极被配置为分别连接所述第二二极管的阳极和所述半桥的第二端；其中，所述半桥为所述第一逆变半桥、所述第二逆变半桥、所述第三逆变半桥、所述第一励磁半桥和所述第二励磁半桥中的任意一个。10.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述第一连接端和所述第二连接端分别被配置悬空的情况下，触发第一控制信号，所述第一开关和所述第二开关均被配置为响应于所述第一控制信号而切换至所述闭合状态；在所述第一连接端和所述第二连接端分别被配置为连接电源模块的两端的情况下，触发第二控制信号，所述第一开关和所述第二开关均被配置为响应于所述第二控制信号而切换至所述断开状态；其中，所述电源模块包括并联的整流电路和交流电源。

技术总结
本公开提供了一种基于可变磁通磁阻电机复用变压器的集成车载充电系统，可以应用于电动汽车充电技术领域。该基于可变磁通磁阻电机复用变压器的集成车载充电系统包括：第一逆变半桥、第二逆变半桥、第三逆变半桥、第一励磁半桥、第二励磁半桥、第一开关、第二开关和可变磁通磁阻电机；第一逆变半桥的桥臂中点、第二逆变半桥的桥臂中点、第三逆变半桥的桥臂中点、第一励磁半桥的桥臂中点和第二励磁半桥的桥臂中点分别被配置为连接可变磁通磁阻电机，可变磁通磁阻电机被配置为响应于第一开关和第二开关均处于闭合状态，切换至电动机工作模式，并响应于第一开关和第二开关均处于断开状态，切换至变压器工作模式。切换至变压器工作模式。切换至变压器工作模式。


技术研发人员：刘旭 陈国梁
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：2023.08.04
技术公布日：2023/9/19