电动驱动装置、电动设备、逆变器以及多相交流电机制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种电动驱动装置、电动设备、逆变器以及多相交流电机，其中该电动驱动装置包括：多相交流电机，其相数为M，具有额定线电压和额定线电流；直流电源，具有与额定线电压相对应的恒定的电源电压，用于提供与额定线电流相对应的直流电；逆变器，根据控制信号将直流电转换为交流电并提供给多相交流电机。具有这样的技术特征：其中，多相交流电机具有N个相互独立的多相绕组，逆变器具有与N个多相绕组分别相对应的N个逆变单元，每个逆变单元具有M个相互并列连接的逆变桥臂向对应的多相绕组提供M路线电流，所述M和N均为2以上的正整数。

Electric driving device, electric equipment, inverter and polyphase alternating current motor

The invention provides an electric driving device, electric equipment, inverter and multi phase AC motor, wherein the electric driving device includes: multi phase AC motor, the number of M, with the rated line voltage and rated line current; DC power supply, power supply voltage with a constant voltage and the rated line corresponding to the direct current and rated current line corresponding to the inverter; according to the control signal to convert DC to AC and provide multi phase AC motor. With the technical characteristics of this: the multi phase AC motor with N multiple phase windings are independent of each other, and a N inverter with multiple phase windings of N inverter units corresponding respectively, each unit has a M inverter parallel inverter bridge arm is connected to its corresponding multiple phase windings provide M line current, the the M and N is an integer larger than 2.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于交流电机领域，特别涉及一种大电流多相交流电机、包含该多相交流电机以及逆变器的交流电机组件以及包含交流电机组件的电动驱动装置及电动驱动设备。
技术介绍
随着环保要求的提高，国家对将燃油作为能量来源的各种设备的尾气排放也管理的越来越严格，因此，将电作为能源的电动设备如电动汽车、电动工具等越来越受到生产商和消费者的青睐。另外，电动设备比燃油设备还具有能源利用率高、结构简单、噪声小、动态性能好和便携性高等优点。通常，电动设备以电池作为电源。当电动设备的功率较小(不大于800w)时，可以以直流电机作为驱动构件，电池通过斩波器向直流电机供电。但当电动设备的供电电压受限，功率较大时，直流电机的电流自然也就越大，受换向器和电刷的限制，换向器越容易产生火花，从而导致直流电机被烧坏。因此，大功率的电动设备往往选择能够承受较大电流的交流电机。以三相交流电机为例，在三相交流电机控制系统中，如图2所示，控制器通过触发信号控制三相逆变器桥臂上的半导体开关元件的导通和关断得到对称的三相交流电压，并将其加载到电机绕组中。在整个过程中，控制器通过各种控制策略控制电机的转速和转矩等目标。随着带反馈控制的电动驱动装置及电动驱动设备负载的增大，电机的输入功率也随着增大。如果电机的功率因数不变，当逆变器输入端直流电压大小因为各种原因的约束而无法随着负载的增大而增大的情况下，电机的输入电流必然增大，也就是说，逆变器的输出电流必然增大，流过逆变器功率开关元件的电流必然增大。为了保证系统正常工作，功率开关元件必须选用额定工作电流更大的。然而，受各种条件的影响，能够承受大功率电机所要求的大工作电流的功率开关元件价格很高或者无法购买，甚至不存在，在这种情况下，往往选用两个或两个以上的总价格偏低，容易购买的额定工作电流相对较小的开关元件代替一个大电流开关元件，一般把这种方法称之为并联。图3为现有技术中常见的大电流三相交流电机和逆变器的连接关系示意图，由图3可知，逆变器采用并联均流技术，交流电机每一相的线电流都由j个并联的同相逆变器桥臂共同提供。理论上，每个逆变器桥臂上的半导体开关元件中所流过的电流值是交流电机线电流的j分之一，也就是说，这j个并联的小电流半导体开关元件共同承担电机的一个线电流。由此可知，单独的一个小电流开关元件无法承担一个大电流电机的线电流，如果出现大电流流过单个的小电流开关元件，超越了小电流开关元件的承受能力的情况，小电流开关元件必然损坏。在开关特性一致性很高的情况下，并联的半导体开关元件能够同时导通和同时关断，从而在导通期间共同分担电机每一线的大电流，均流效果则会较好。但这种半导体开关元件需要从大量的开关元件中精挑细选才能得到，致使使用成本很高，并联的开关元件越多，成本越急剧上升。此外，即使挑选出的这些开关元件在使用前的测试过程中一致性高，随着使用环境和器件老化的影响，也难以保证在使用过程中仍然能保持这么高的一致性。基于这个考虑，所以并联开关元件总的额定工作电流要大于电机线电流很多，一般是2-3倍。受各种因素的影响，当开关元件从关断状态转变为导通状态时，如果并联的小电流开关元件无法同时导通将导致均流失败，那么提前导通的单个开关元件将流过很大的电机线电流，从而开关元件出现损坏；同样的道理，当开关元件从导通状态转变为关断状态时，如果并联的小电流开关元件无法同时关断将导致均流失败，那么最后关断的那个开关元件也将流过很大的电机线电流，从而开关元件出现损坏。随着开关元件并联数量的增长，其开关特性的一致性更加难以保证，致使均流效果越差，从而损坏的可能性越高，问题愈发严重。由于该并联均流技术无法保证任意多个并联的开关元件同时导通和同时关断，而严重影响和限制了大电流电机电流值的增大，使得大电流电机成为一个很难跨越的障碍。进一步，在逆变器电压由电池供电的情况下，由于电池电压幅值受限，远远低于交流供电的情况，致使问题更加严重，进而严重影响了电池供电的电动工具、电动车尤其重型电动车、电动船，甚至国防上的电动战车、电动军舰和电驱动航空母舰的发展。
技术实现思路
本专利技术是为解决上述问题而进行的，通过提供一种同一相的逆变桥臂独立且电流解耦的逆变器、包含多个独立安装在电枢上的多相绕组的多相交流电机以及包含该逆变器和该多相交流电机的电动驱动装置和电动设备，取消了开关元件的并联均流技术，在使用普通的小电流开关元件的情况下，电机的电流值可以任意增大。为了实现上述目的，本专利技术采用了下述技术方案：<结构一>本专利技术提供了一种电动驱动装置，设置在电动设备中，用于驱动所述电动设备，包括：多相交流电机，其相数为k，具有额定线电压以及额定线电流；直流电源，具有与额定线电压相对应的恒定电压的电源，用于提供与额定线电流相对应的直流电；逆变器，根据控制信号将直流电转换为交流电并提供给多相交流电机。具有这样的技术特征：其中，多相交流电机具有j个相互独立的多相绕组，逆变器具有与j个多相绕组分别相对应的j个逆变单元，每个逆变单元具有k个相互并列连接的逆变桥臂向对应的多相绕组提供k路线电流，k和所述j均为2以上的正整数。本专利技术提供的电动驱动装置还可以具有这样的技术特征：每个逆变桥臂含有相互串联连接的上桥臂半导体开关元件以及下桥臂半导体开关元件，上桥臂半导体开关元件和下桥臂半导体开关元件具有相同的预定最大输出电流。该电动驱动装置还包括：控制器，根据上桥臂半导体开关元件和下桥臂半导体元件之间的预定工作周期，以及根据与上桥臂半导体开关元件或者下桥臂半导体元件在相应的工作时间内的导通电流相对应的脉冲信号，向逆变器提供所述控制信号。本专利技术提供的电动驱动装置还可以具有这样的特征：当上桥臂半导体开关元件以及下桥臂半导体开关元件的最大输出电流为I1，多相交流电机的所述额定线电流为IN时，多相绕组的个数j满足下述条件：j＞IN÷I1本专利技术提供的电动驱动装置还可以具有这样的特征：直流电源为电池或交流电源经整流滤波后得到的直流电源，多相交流电机的相数大于等于三，多相绕组的相数等于多相交流电机的相数。本专利技术提供的电动驱动装置还可以具有这样的特征：多相绕组的相数等于三时，三相绕组呈三角形连接，三个逆变桥臂分别与对应的三相绕组的三个首尾接点连接，从而提供线电流。本专利技术提供的电动驱动装置还可以具有这样的特征：多相绕组呈星形连接，多个逆变桥臂分别与对应的多相绕组的多个端点连接，从而提供线电流。本专利技术提供的电动驱动装置还可以具有这样的特征：多相绕组独立安装在一个电枢或多个电枢上，电枢为所述多相交流电机的定子或转子。多相交流电机为异步电机、同步电机、开关磁阻电机以及无刷直流电机中的任意一种。半导体开关元件为全控型器件，该全控型器件为电力场效应晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管、绝缘栅双极型晶体管以及电力双极型晶体管中的任意一种。<结构二>进一步，本专利技术还提供了一种逆变器，含有j个相互独立的具有额定线电压以及额定线电流且相数为k的多相绕组的多相交流电机，以及具有恒定的电源电压并且用于提供与所述额定线电流相对应的直流电的直流电源分别相连接，用于根据控制信号将直流电转换为交流电并提供给所述多相交流电机，具有这样的技术特征：包括与j个多相绕组分别相对应的j个逆变单元。其中，每个逆变单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动驱动装置，设置在电动设备中，用于驱动所述电动设备，包括：多相交流电机，其相数为k，具有额定线电压以及额定线电流；直流电源，具有与所述额定线电压相对应的恒定电压的电源，用于提供与所述额定线电流相对应的直流电；逆变器，根据控制信号将所述直流电转换为交流电并提供给所述多相交流电机，其特征在于：其中，所述多相交流电机具有j个相互独立的多相绕组，所述逆变器具有与所述j个多相绕组分别相对应的j个逆变单元，每个所述逆变单元具有k个相互并列连接的逆变桥臂向对应的所述多相绕组提供k路线电流，所述k和所述j均为2以上的正整数。

【技术特征摘要】
1.一种电动驱动装置，设置在电动设备中，用于驱动所述电动设备，包括：多相交流电机，其相数为k，具有额定线电压以及额定线电流；直流电源，具有与所述额定线电压相对应的恒定电压的电源，用于提供与所述额定线电流相对应的直流电；逆变器，根据控制信号将所述直流电转换为交流电并提供给所述多相交流电机，其特征在于：其中，所述多相交流电机具有j个相互独立的多相绕组，所述逆变器具有与所述j个多相绕组分别相对应的j个逆变单元，每个所述逆变单元具有k个相互并列连接的逆变桥臂向对应的所述多相绕组提供k路线电流，所述k和所述j均为2以上的正整数。2.根据权利要求1所述的电动驱动装置，其特征在于：其中，每个所述逆变桥臂含有相互串联连接的上桥臂半导体开关元件以及下桥臂半导体开关元件，所述上桥臂半导体开关元件和所述下桥臂半导体开关元件具有相同的预定最大输出电流，所述电动驱动装置还包括：控制器，根据所述上桥臂半导体开关元件和所述下桥臂半导体开关元件之间的预定工作周期、以及根据与所述上桥臂半导体开关元件或者所述下桥臂半导体元件在相应的工作时间内的导通电流相对应的脉冲信号，向所述逆变器提供所述控制信号。3.根据权利要求2所述的电动驱动装置，其特征在于：其中，当所述上桥臂半导体开关元件以及所述下桥臂半导体开关元件的最大输出电流为I1，所述多相交流电机的所述额定线电流为IN时，所述多相绕组的个数j满足下述条件：j＞IN÷I1。4.根据权利要求1所述的电动驱动装置，其特征在于：其中，所述直流电源为电池或交流电源经整流滤波后得到的直流电源，所述多相交流电机的相数大于等于三，所述多相绕组的相数等于多相交流电机的相数。5.根据权利要求4所述的电动驱动装置，其特征在于：其中，所述多相绕组的相数等于三，所述多相绕组为三相绕组，该三相绕组呈三角形连接，三个所述逆变桥臂分别与对应的所述三相绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：金爱娟，李少龙，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31