本發(fā)明屬于電機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種具有均流功能的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置以及電動(dòng)設(shè)備。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)今的社會(huì)，對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，各種設(shè)備的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)也隨之提高。為了更好地保護(hù)環(huán)境，國(guó)家下發(fā)了各種政策并大力推廣新能源以及可再生能源。

目前，將電能作為各種設(shè)備的動(dòng)力已是現(xiàn)今設(shè)備發(fā)展的主流。將電作為能源的電動(dòng)設(shè)備如電動(dòng)汽車、電動(dòng)叉車也越來越受到生產(chǎn)商和消費(fèi)者的青睞。電動(dòng)設(shè)備不但污染小、可以通過可再生能源提供電能，而且，與燃油設(shè)備相比，它還具有能源利用率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲小、動(dòng)態(tài)性能好和便攜性高等優(yōu)點(diǎn)。在石油資源越來越緊張的形勢(shì)下，大力發(fā)展電驅(qū)動(dòng)裝置，特別是大功率電驅(qū)動(dòng)裝置如電動(dòng)戰(zhàn)車、電動(dòng)軍艦、電動(dòng)飛行器和電驅(qū)動(dòng)航空母艦等等，對(duì)于國(guó)防安全具有深遠(yuǎn)的意義。

在高性能多相電機(jī)控制系統(tǒng)中，為了提高電機(jī)的控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，一般都實(shí)施電流閉環(huán)控制，當(dāng)電機(jī)電樞繞組的連接方式是星形聯(lián)結(jié)或多角形環(huán)形聯(lián)結(jié)時(shí)，需要檢測(cè)k相電機(jī)至少(k-1)相的線電流，需要配備(k-1)個(gè)電流檢測(cè)單元。

在現(xiàn)行的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置中，對(duì)功率開關(guān)管的要求極為苛刻，在正常工作時(shí)，功率開關(guān)管必須在最大工作溫度、最大工作電流和最大工作電壓以下工作，一旦超過任意一個(gè)條件，功率開關(guān)管就會(huì)損壞；此外，當(dāng)電子電路中的元器件參數(shù)的變化超出正常工作范圍時(shí)，可能在功率開關(guān)管中產(chǎn)生過電壓或過電流，導(dǎo)致功率開關(guān)管損壞進(jìn)而引起電動(dòng)設(shè)備故障；另外，隨著工作時(shí)間的增加，功率開關(guān)管發(fā)生老化，最大工作溫度、最大工作電流和最大工作電壓都隨之降低，極易發(fā)生功率開關(guān)管損壞失效的情況，進(jìn)而導(dǎo)致連接該功率開關(guān)管的電機(jī)電樞繞組斷路或短路。

大功率電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)設(shè)備，特別是低壓大電流電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)設(shè)備，需要連續(xù)工作電流很大的控制器或功率變換器，而相關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品被個(gè)別國(guó)家和公司控制和壟斷，導(dǎo)致價(jià)格很高，而且市場(chǎng)上能夠采購(gòu)到的高性能電機(jī)控制器或功率變換器輸出的線電流值也僅僅是在一千安培以下。歸根到底，就是生成制造水平限制了單個(gè)功率開關(guān)管的電流值、多個(gè)功率開關(guān)管的并聯(lián)均流技術(shù)無法滿足線性規(guī)律或者控制電路和算法過于復(fù)雜等原因，嚴(yán)重制約和影響了低壓大電流電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)設(shè)備的發(fā)展。

另外，在大功率、特別是兆瓦級(jí)電機(jī)中，電流值遠(yuǎn)超過功率開關(guān)管可承受的最大連續(xù)工作電流，所以采用通過增加電機(jī)的相數(shù)來減小電機(jī)的線電流。但是，高相數(shù)的電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和控制方法均有別于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和控制方法，這不僅增加了生產(chǎn)的成本、難度和復(fù)雜性，而且在相關(guān)技術(shù)尚未成熟時(shí)，無法進(jìn)行應(yīng)用和普及，制約了大功率電機(jī)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)設(shè)備特別是電動(dòng)軍事設(shè)備的發(fā)展。

綜上，這些問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了高性能大功率電動(dòng)設(shè)備，包括低壓大電流的電動(dòng)車、電動(dòng)船，甚至國(guó)防上的電動(dòng)戰(zhàn)車、電動(dòng)軍艦、電動(dòng)飛行器和電驅(qū)動(dòng)航空母艦的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述課題而進(jìn)行的，目的在于提供一種具有均流功能的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置以及電動(dòng)設(shè)備。

<結(jié)構(gòu)1>

本發(fā)明提供了一種電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)置在電動(dòng)設(shè)備中，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)設(shè)備，包括：多相電機(jī)，具有額定線電壓和額定線電流；直流電源，具有與多相電機(jī)的額定線電壓相對(duì)應(yīng)的恒定電壓，用于提供與額定線電流相對(duì)應(yīng)的線電流；指令發(fā)送部，發(fā)送與多相電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的值相對(duì)應(yīng)的指令信號(hào)；電流傳感器，檢測(cè)構(gòu)成多相電機(jī)繞組的多相繞組單元的線電流值，并發(fā)送對(duì)應(yīng)的電流反饋信號(hào)；輸出傳感器，檢測(cè)多相電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩，并發(fā)送對(duì)應(yīng)的輸出反饋信號(hào)；控制器，根據(jù)指令信號(hào)、電流反饋信號(hào)和輸出反饋信號(hào)計(jì)算并輸出運(yùn)行控制信號(hào)以及電機(jī)控制信號(hào)；驅(qū)動(dòng)器，在運(yùn)行控制信號(hào)作用下進(jìn)入工作狀態(tài)或停止?fàn)顟B(tài)，在工作狀態(tài)下根據(jù)電機(jī)控制信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)；功率變換器，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下將直流電轉(zhuǎn)換為多相電機(jī)需要的線電流，具有這樣的特征：其中，多相電機(jī)繞組具有j個(gè)相互獨(dú)立的多相繞組單元，功率變換器具有與j個(gè)多相繞組單元一一對(duì)應(yīng)連接的j個(gè)相互獨(dú)立的功率變換單元，控制器包含j個(gè)相互獨(dú)立的輸出電機(jī)控制信號(hào)的控制單元，驅(qū)動(dòng)器具有j個(gè)相互獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元，分別與j個(gè)功率變換單元相連接，j為大于1的正整數(shù)。

在本發(fā)明提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，當(dāng)功率變換單元的單個(gè)功率變換電路正常輸出的最大連續(xù)工作電流有效值為I₁，多相電機(jī)的最大線電流有效值為I_N時(shí)，多相繞組單元的個(gè)數(shù)j滿足下述條件：

j＞I_N÷I₁，

其中，j為大于1的正整數(shù)。

在本發(fā)明提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，多相電機(jī)為異步電機(jī)、同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、無刷直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)中的任意一種，多相電機(jī)繞組的并繞根數(shù)能被多相繞組單元的個(gè)數(shù)j整除。

在本發(fā)明提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，直流電源為電池組或整流電源，電池組包含至少一個(gè)串聯(lián)電池組或串并聯(lián)電池組。

在本發(fā)明提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，功率變換單元是由智能功率模塊構(gòu)成的或者包含多個(gè)功率開關(guān)管，功率開關(guān)管為電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Power MOSFET)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、集成門極換流晶閘管(IGCT)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、電力雙極型晶體管(GTR)和門極換流晶閘管(SGCT)中的任意一種。

<結(jié)構(gòu)二>

進(jìn)一步，本發(fā)明還提供了一種含有上述電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)設(shè)備。

發(fā)明的作用和效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置以及電動(dòng)設(shè)備，控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、功率變換單元、多相繞組單元、電流檢測(cè)單元均是相互獨(dú)立的，功率變換單元中同一相的輸出線電流的電流檢測(cè)單元數(shù)均為j，每一個(gè)控制單元和對(duì)應(yīng)連接的一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元、一個(gè)功率變換單元、一個(gè)多相繞組單元和一個(gè)電流檢測(cè)單元構(gòu)成一個(gè)主電路單元，所以不僅保留原來功率變換器的成熟控制算法、電機(jī)的成熟技術(shù)、成熟的少數(shù)幾個(gè)開關(guān)元件并聯(lián)的技術(shù)，而且降低了對(duì)很多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件性能一致性的要求，使用普通的半導(dǎo)體開關(guān)元件即可滿足要求，避免了從大量的半導(dǎo)體開關(guān)元件中精挑細(xì)選一致性高的很多個(gè)開關(guān)元件所帶來的大量人力和財(cái)力的耗費(fèi)。

另外，也解決了在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置中，由于電機(jī)、功率變換器、驅(qū)動(dòng)器、控制器和傳感器等器件存在死區(qū)、時(shí)滯、不確定性、擾動(dòng)和非線性等影響因素、各個(gè)功率開關(guān)管之間存在開關(guān)特性不一致以及各個(gè)多相繞組單元由于在電機(jī)結(jié)構(gòu)中物理位置不一致和磁場(chǎng)強(qiáng)度不一致導(dǎo)致線電流難以保持一致的問題，所以，在本發(fā)明中，每一個(gè)主電路單元中的電機(jī)線電流由獨(dú)立的控制單元控制。控制器根據(jù)指令信號(hào)、輸出反饋信號(hào)計(jì)算分配到每一個(gè)主電路單元中的線電流指令值；各個(gè)控制單元根據(jù)線電流指令值、電流反饋信號(hào)計(jì)算分配到對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的電機(jī)控制信號(hào)，保證每個(gè)多相繞組單元的電流值相等，避免了個(gè)別多相繞組單元的電流值過大，引起對(duì)應(yīng)功率開關(guān)單元的過熱、老化加速和壽命降低，導(dǎo)致電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的故障率增加，壽命降低。

而且，在本發(fā)明中，針對(duì)不同功率變換單元中的不同功率開關(guān)管，不需要精挑細(xì)選一致性高的很多個(gè)開關(guān)元件，進(jìn)一步節(jié)約了挑選時(shí)人力和物力。

綜上，本發(fā)明的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理，成本低，工作性能穩(wěn)定、安全可靠，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中常見的大電流多相電機(jī)和功率變換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置10設(shè)置在電動(dòng)設(shè)備如電動(dòng)工具、四軸飛行器、電動(dòng)汽車、電動(dòng)船舶、電動(dòng)叉車、電動(dòng)軍事設(shè)備內(nèi)，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)設(shè)備。

圖1是本實(shí)施例中的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置10包括多相電機(jī)11、直流電源12、指令發(fā)送部13、電流傳感器14、輸出傳感器15、控制器16、驅(qū)動(dòng)器19以及功率變換器20。

多相電機(jī)11的相數(shù)為k，具有額定線電壓以及額定線電流。多相電機(jī)11為異步電機(jī)、同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、無刷直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)中的任意一種。在本實(shí)施例中，多相電機(jī)11為異步電機(jī)。

多相電機(jī)11具有一個(gè)電樞以及安裝在電樞上的多相電機(jī)繞組。在本實(shí)施例中，多相電機(jī)繞組的組數(shù)與電樞的個(gè)數(shù)相同，當(dāng)電樞數(shù)目為兩個(gè)及以上時(shí)，采用兩組及以上的多相電機(jī)繞組。每組多相電機(jī)繞組包括j個(gè)相互獨(dú)立的多相繞組單元111，j的個(gè)數(shù)可以通過多相電機(jī)11繞組的并繞根數(shù)進(jìn)行平均拆分，j的個(gè)數(shù)大于等于2。拆分前后，多相電機(jī)繞組和j個(gè)多相繞組單元的繞組相數(shù)、繞組相序和繞組連接方式保持不變。

在本實(shí)施例中，k為三，即多相電機(jī)11為三相電機(jī)，相應(yīng)地，多相繞組單元111為三相繞組單元，每個(gè)三相繞組單元具有三個(gè)獨(dú)立的繞組A、B、C。

直流電源12具有與多相電機(jī)11的額定線電壓相對(duì)應(yīng)的恒定電壓，直流電源12是電池組或整流電源，電池組包含至少一個(gè)串聯(lián)電池組或串并聯(lián)電池組。

指令發(fā)送部13發(fā)送與多相電機(jī)11輸出的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的值相對(duì)應(yīng)的指令信號(hào)。

電流傳感器14檢測(cè)功率變換單元輸出的C相線電流并輸出相對(duì)應(yīng)的電流反饋信號(hào)。電流反饋信號(hào)被控制器16中的控制單元162接收。

輸出傳感器15檢測(cè)多相電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速或力矩并輸出相對(duì)應(yīng)的輸出反饋信號(hào)。輸出反饋信號(hào)被控制器16接收。

控制器16根據(jù)指令發(fā)送部13的指令信號(hào)和輸出傳感器15的輸出反饋信號(hào)計(jì)算驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)行控制信號(hào)17和平均分配到每一個(gè)正常工作的主電路單元中的線電流指令161；各個(gè)控制單元162根據(jù)線電流指令161、電流傳感器14的反饋信號(hào)計(jì)算分配到對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的電機(jī)控制信號(hào)18，保證每個(gè)多相繞組單元的電流值獨(dú)立控制并且都對(duì)應(yīng)于同一個(gè)線電流指令161的值。

驅(qū)動(dòng)器19在運(yùn)行控制信號(hào)17控制下進(jìn)入工作狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)器19產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)功率變換電路工作的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器19根據(jù)電機(jī)控制信號(hào)18產(chǎn)生控制功率變換器20的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

驅(qū)動(dòng)器19具有j個(gè)相互獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元191，驅(qū)動(dòng)單元191接收控制單元162發(fā)出的電機(jī)控制信號(hào)181，j個(gè)驅(qū)動(dòng)單元191分別與j個(gè)功率變換單元201相連接。驅(qū)動(dòng)單元191根據(jù)運(yùn)行控制信號(hào)17進(jìn)入工作狀態(tài)或是停止?fàn)顟B(tài)。每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元191都可以發(fā)出A相驅(qū)動(dòng)信號(hào)、B相驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及C相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該三相驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)A相功率變換電路、B相功率變換電路以及C相功率變換電路中的功率開關(guān)管，使其導(dǎo)通或關(guān)閉。

功率變換器20在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下將直流電轉(zhuǎn)換為多相電機(jī)11所需要的電壓和電流。功率變換器20包括分別與j個(gè)多相繞組單元111相對(duì)應(yīng)的j個(gè)功率變換單元201。

每個(gè)功率變換單元201都具有三個(gè)相互并列連接、結(jié)構(gòu)和參數(shù)都相同的A相功率變換電路、B相功率變換電路以及C相功率變換電路。A相功率變換電路連接著繞組單元中A相繞組和C相繞組的連接點(diǎn)，B相功率變換電路連接著繞組單元中B相繞組和A相繞組的連接點(diǎn)，功率變換電路連接著繞組單元中C相繞組和B相繞組的連接點(diǎn)，分別向?qū)?yīng)的多相繞組單元提供線電流。

每個(gè)功率變換電路含有至少兩個(gè)功率開關(guān)管，當(dāng)功率開關(guān)管多于兩個(gè)時(shí)，是使用了并聯(lián)均流技術(shù)。在本實(shí)施例中，每個(gè)功率變換電路含有兩個(gè)功率開關(guān)管。兩個(gè)功率開關(guān)管具有相同的最大連續(xù)工作電流。工作電流必須小于最大連續(xù)工作電流，功率開關(guān)管才有可能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，如果工作電流超過這個(gè)電流值，功率開關(guān)管就會(huì)由于過流而被擊穿損壞。

在本實(shí)施例中，功率變換單元201和202可以由智能功率模塊構(gòu)成，也可以采用多個(gè)功率開關(guān)管組合而成。

功率開關(guān)管為電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Power MOSFET)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、集成門極換流晶閘管(IGCT)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、電力雙極型晶體管中(GTR)和門極換流晶閘管(SGCT)中的任意一種。

在本實(shí)施例中，j個(gè)相互獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元191分別與j個(gè)相互獨(dú)立的功率變換單元201相連接并給j個(gè)相互獨(dú)立的多相繞組單元111供電。

本實(shí)施例中的多相繞組單元的個(gè)數(shù)為j，j為整數(shù)，且滿足如下條件：j＞I_N÷I₁，該式中I₁是功率變換單元的單個(gè)功率變換電路正常輸出的最大連續(xù)工作電流有效值，I_N是多相電機(jī)的最大線電流有效值。

本發(fā)明中每一個(gè)多相繞組單元的線電流都由獨(dú)立的控制單元控制，且每個(gè)控制單元的線電流指令值都相等，在控制單元的作用下可以保證每個(gè)多相繞組單元的電流值相等，達(dá)到均流的目的，避免了個(gè)別多相繞組單元的電流值過大，引起對(duì)應(yīng)功率開關(guān)單元的過熱、老化加速和壽命降低，增加了電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的安全性和可靠性，提高了使用壽命。

實(shí)施例的作用與效果

根據(jù)本實(shí)施例所涉及的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置以及電動(dòng)設(shè)備，控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、功率變換單元、多相繞組單元、電流檢測(cè)單元均是相互獨(dú)立的，功率變換單元中同一相的輸出線電流的電流檢測(cè)單元數(shù)均為j，每一個(gè)控制單元和對(duì)應(yīng)連接的一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元、一個(gè)功率變換單元、一個(gè)多相繞組單元和一個(gè)電流檢測(cè)單元構(gòu)成一個(gè)主電路單元，所以不僅保留原來功率變換器的成熟控制算法、電機(jī)的成熟技術(shù)、成熟的少數(shù)幾個(gè)開關(guān)元件并聯(lián)的技術(shù)，而且降低了對(duì)很多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件性能一致性的要求，使用普通的半導(dǎo)體開關(guān)元件即可滿足要求，避免了從大量的半導(dǎo)體開關(guān)元件中精挑細(xì)選一致性高的很多個(gè)開關(guān)元件所帶來的大量人力和財(cái)力的耗費(fèi)。

另外，也解決了在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置中，由于電機(jī)、功率變換器、驅(qū)動(dòng)器、控制器和傳感器等器件存在死區(qū)、時(shí)滯、不確定性、擾動(dòng)和非線性等影響因素、各個(gè)功率開關(guān)管之間存在開關(guān)特性不一致以及各個(gè)多相繞組單元由于在電機(jī)結(jié)構(gòu)中物理位置不一致和磁場(chǎng)強(qiáng)度不一致導(dǎo)致線電流難以保持一致的問題，所以，在本實(shí)施例中，每一個(gè)主電路單元中的電機(jī)線電流由獨(dú)立的控制單元控制?？刂破鞲鶕?jù)指令信號(hào)、輸出反饋信號(hào)計(jì)算分配到每一個(gè)主電路單元中的線電流指令值；各個(gè)控制單元根據(jù)線電流指令值、電流反饋信號(hào)計(jì)算分配到對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元的電機(jī)控制信號(hào)，保證每個(gè)多相繞組單元的電流值相等，避免了個(gè)別多相繞組單元的電流值過大，引起對(duì)應(yīng)功率開關(guān)單元的過熱、老化加速和壽命降低，導(dǎo)致電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的故障率增加，壽命降低。

而且，在本實(shí)施例中，針對(duì)不同功率變換單元中的不同功率開關(guān)管，不需要精挑細(xì)選一致性高的很多個(gè)開關(guān)元件，進(jìn)一步節(jié)約了挑選時(shí)人力和物力。

綜上，本實(shí)施例的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理，成本低，工作性能穩(wěn)定、安全可靠，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

以上實(shí)施例僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，不對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。