电动驱动容错装置、功率变换器、多相电机以及电动设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种具有容错功能的电动驱动容错装置、功率变换器、多相电机以及电动设备。本发明专利技术提供的电动驱动容错装置，设置在电动设备中，用于驱动电动设备，包括：多相电机；直流电源；指令发送部；电流传感器；输出传感器；控制器；驱动器；功率变换器，其特征在于：其中，多相电机绕组具有j+i个相互独立且参数相同的多相绕组单元，功率变换器具有与j+i个多相绕组单元对应连接的相互独立且参数相同的功率变换单元，每个功率变换单元具有k个功率变换电路向对应的多相绕组单元提供k路线电流，驱动器具有j+i个相互独立且参数相同的驱动单元，分别与j+i个功率变换单元相连接，k为大于2的正整数，j为大于1的正整数，i是冗余数且为自然数。

【技术实现步骤摘要】
电动驱动容错装置、功率变换器、多相电机以及电动设备
本专利技术属于电机领域，特别涉及一种具有容错功能的电动驱动容错装置、功率变换器、多相电机以及电动设备。
技术介绍
在现今的社会，对环境保护的要求越来越高，各种设备的环保标准也随之提高。为了更好地保护环境，国家下发了各种政策并大力推广新能源以及可再生能源。目前，将电能作为各种设备的动力已是现今设备发展的主流。将电作为能源的电动设备如电动汽车、电动叉车也越来越受到生产商和消费者的青睐。电动设备不但污染小、可以通过可再生能源提供电能，而且，与燃油设备相比，它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。在石油资源越来越紧张的形势下，大力发展电驱动装置，特别是大功率电驱动装置如电动战车、电动军舰、电动飞行器和电驱动航空母舰等等，对于国防安全具有深远的意义。在现行的电动驱动装置中，对功率变换管的要求极为苛刻，在正常工作时，功率变换管必须工作在最大工作温度、最大工作电流和最大工作电压以下，一旦超越任意一个条件，功率变换管非常容易损坏；此外，当电子电路中的元器件参数的变化超出正常工作范围时，可能在功率变换管中产生过电压或过电流，导致功率变换管损坏进而引起电动设备故障；另外，随着工作时间的增加，功率变换管发生老化，最大工作温度、最大工作电流和最大工作电压都随之降低，极易导致功率变换管损坏进而失效，引发电动设备故障甚至安全事故。在电动驱动装置中，电机电枢绕组断路或短路以后，电机绕组中的线电流必然不平衡，导致其所产生的电磁力矩不平衡，引起力矩振荡、噪声或无法输出力矩，影响到设备的正常工作，甚至危害到财产和生命安全。如图2所示，在现有技术中常见的大电流多相电机和功率变换器的电路结构示意图中，功率变换器或者多相电机出现故障以后直接影响到了电动驱动装置和电动设备的可靠性和安全性，在高速工作状态下，危害更加严重。大功率电动驱动装置和电动设备，特别是低压大电流电动驱动装置和电动设备，需要连续工作电流很大的控制器或功率变换器，而相关的技术和产品被个别国家和公司控制和垄断，导致价格很高，而且市场上能够采购到的高性能电机控制器或功率变换器输出的线电流值也仅仅是在一千安培以下。归根到底，就是生成制造水平限制了单个功率开关管的电流值、多个功率开关管的并联均流技术无法满足线性规律或者控制电路和算法过于复杂等原因，严重制约和影响了低压大电流电动驱动装置和电动设备的发展。另外，在大功率、特别是兆瓦级电机中，电流值远超过功率变换管可承受的最大连续工作电流，所以采用通过增加电机的相数来减小电机的线电流。但是，相数的提高，因为有别于传统的设计、制造和控制方法，增加了生产的成本、难度和复杂性。在相关技术尚未成熟时，无法进行应用和普及，制约和影响了大功率电机、电动驱动装置和电动设备特别是电动军事设备的发展。综上所述，这些问题已经严重影响了大功率电动设备，包括低压大电流的电动车、电动船，甚至国防上的电动战车、电动军舰、电动飞行器和电驱动航空母舰的发展。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种具有容错功能的电动驱动容错装置、功率变换器、多相电机以及电动设备。<结构一>本专利技术提供了一种电动驱动容错装置，设置在电动设备中，用于驱动电动设备，包括：多相电机，其多相电机绕组的相数为k，具有额定线电压和额定线电流；直流电源，具有与多相电机的额定线电压相对应的恒定电压，用于提供与额定线电流相对应的线电流；指令发送部，发送与多相电机输出的转速或转矩的值相对应的指令信号；电流传感器，检测构成多相电机绕组的多相绕组单元的线电流值，并发送对应的电流反馈信号；输出传感器，检测多相电机输出的转速或转矩，并发送对应的输出反馈信号；控制器，根据指令信号、电流反馈信号和输出反馈信号计算并输出电机控制信号，根据电流反馈信号并按预定控制规则输出运行控制信号；驱动器，在运行控制信号作用下进入工作状态或停止状态，在工作状态下根据运行控制信号产生驱动信号；功率变换器，在驱动信号的作用下将直流电转换为多相电机需要的线电流，其特征在于：其中，多相电机绕组具有j+i个相互独立且参数相同的多相绕组单元，功率变换器具有与j+i个多相绕组单元一一对应连接的j+i个相互独立且参数相同的功率变换单元，每个功率变换单元具有k个功率变换电路向对应的多相绕组单元提供k路线电流，驱动器具有j+i个相互独立且参数相同的驱动单元，分别与j+i个功率变换单元相连接，k为大于2的正整数，j为大于1的正整数，i是冗余数且为自然数。本专利技术提供的电动驱动容错装置还可以具有这样的技术特征：其中，当功率变换单元的单个功率变换电路正常输出的最大连续工作电流有效值为I1，多相电机的最大线电流有效值为IN时，多相绕组单元的个数j满足下述条件：j＞IN÷I1，其中，j为大于1的正整数。本专利技术提供的电动驱动容错装置还可以具有这样的技术特征：其中，直流电源是电池或整流电源。本专利技术提供的电动驱动容错装置还可以具有这样的技术特征：其中，多相电机为异步电机、同步电机、开关磁阻电机、无刷直流电机、步进电机中的任意一种，多相电机绕组的并绕根数能被多相绕组单元的个数j+i整除，多相电机绕组和多相绕组单元的绕组相数、绕组相序、绕组匝数、绕组连接方式和额定电压相同。本专利技术提供的电动驱动容错装置还可以具有这样的技术特征：其中，功率变换单元是由智能功率模块构成的或者包含多个类型和参数相同的功率开关管，功率开关管为电力场效应晶体管(PowerMOSFET)、门极可关断晶闸管(GTO)、集成门极换流晶闸管(IGCT)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、电力双极型晶体管(GTR)和门极换流晶闸管(SGCT)中的任意一种。<结构二>进一步，本专利技术还提供了一种具有容错功能的功率变换器，与相数为k、具有额定线电压和额定线电流并且含有j+i个相互独立且参数相同的多相绕组单元的多相电机，以及具有恒定电压并且用于提供与额定线电流相对应的直流电源分别相连接，用于根据驱动器输出的驱动信号将直流电源提供给多相电机，其特征在于，包括：j+i个功率变换单元，与j+i个多相绕组单元分别相对应，其中，每个功率变换单元具有k个相互独立且参数相同的功率变换电路，从而向对应的多相绕组单元提供k路线电流，k为大于2的正整数，j为大于1的正整数，i是冗余数且为自然数。<结构三>进一步，本专利技术还提供了一种具有容错功能的多相电机，具有额定线电压和额定线电流，与具有j+i个相互独立且参数相同的功率变换单元相连接，功率变换单元根据驱动信号将来自于具有恒定电压的直流电源输出的直流电转换为额定线电流，其特征在于，包括：至少一组多相电机绕组，其相数为k，具有与j+i个功率变换单元分别相对应的j+i个相互独立且参数相同的的多相绕组单元，其中，每个多相绕组单元接收每个功率变换单元中的k个相互并列连接的功率变换电路提供的k路线电流，k为大于2的正整数，j为大于1的正整数，i是冗余数且为自然数。<结构四>进一步，本专利技术还提供了一种含有上述电动驱动容错装置的电动设备。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的电动驱动容错装置以及电动设备，j+i个驱动单元都是相互独立且参数相同的，j+i个功率变换单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动驱动容错装置，设置在电动设备中，用于驱动所述电动设备，包括：多相电机，其多相电机绕组的相数为k，具有额定线电压和额定线电流；直流电源，具有与所述多相电机的所述额定线电压相对应的恒定电压，用于提供与所述额定线电流相对应的线电流；指令发送部，发送与所述多相电机输出的转速或转矩的值相对应的指令信号；电流传感器，检测构成所述多相电机绕组的多相绕组单元的线电流值，并发送对应的电流反馈信号；输出传感器，检测所述多相电机输出的转速或转矩，并发送对应的输出反馈信号；控制器，根据所述指令信号、所述电流反馈信号和所述输出反馈信号计算并输出电机控制信号，根据所述电流反馈信号并按预定控制规则输出运行控制信号；驱动器，在所述运行控制信号作用下进入工作状态或停止状态，在工作状态下根据所述运行控制信号产生驱动信号；功率变换器，在所述驱动信号的作用下将所述直流电转换为所述多相电机需要的线电流，其特征在于：其中，所述多相电机绕组具有j+i个相互独立且参数相同的多相绕组单元，所述功率变换器具有与所述j+i个多相绕组单元一一对应连接的j+i个相互独立且参数相同的功率变换单元，每个所述功率变换单元具有k个功率变换电路向对应的所述多相绕组单元提供k路线电流，所述驱动器具有j+i个相互独立且参数相同的驱动单元，分别与j+i个功率变换单元相连接，所述k为大于2的正整数，所述j为大于1的正整数，所述i是冗余数且为自然数。...

【技术特征摘要】
1.一种电动驱动容错装置，设置在电动设备中，用于驱动所述电动设备，包括：多相电机，其多相电机绕组的相数为k，具有额定线电压和额定线电流；直流电源，具有与所述多相电机的所述额定线电压相对应的恒定电压，用于提供与所述额定线电流相对应的线电流；指令发送部，发送与所述多相电机输出的转速或转矩的值相对应的指令信号；电流传感器，检测构成所述多相电机绕组的多相绕组单元的线电流值，并发送对应的电流反馈信号；输出传感器，检测所述多相电机输出的转速或转矩，并发送对应的输出反馈信号；控制器，根据所述指令信号、所述电流反馈信号和所述输出反馈信号计算并输出电机控制信号，根据所述电流反馈信号并按预定控制规则输出运行控制信号；驱动器，在所述运行控制信号作用下进入工作状态或停止状态，在工作状态下根据所述运行控制信号产生驱动信号；功率变换器，在所述驱动信号的作用下将所述直流电转换为所述多相电机需要的线电流，其特征在于：其中，所述多相电机绕组具有j+i个相互独立且参数相同的多相绕组单元，所述功率变换器具有与所述j+i个多相绕组单元一一对应连接的j+i个相互独立且参数相同的功率变换单元，每个所述功率变换单元具有k个功率变换电路向对应的所述多相绕组单元提供k路线电流，所述驱动器具有j+i个相互独立且参数相同的驱动单元，分别与j+i个功率变换单元相连接，所述k为大于2的正整数，所述j为大于1的正整数，所述i是冗余数且为自然数。2.根据权利要求1所述的电动驱动容错装置，其特征在于：其中，当所述功率变换单元的单个功率变换电路正常输出的最大连续工作电流有效值为I1，所述多相电机的最大线电流有效值为IN时，所述多相绕组单元的个数j满足下述条件：j＞IN÷I1，其中，j为大于1的正整数。3.根据权利要求1所述的电动驱动容错装置，其特征在于：其中，所述直流电源是电池或整流电源。4.根据权利要求1所述的电动驱动容错装置，其特征在于：其中，所述多相电机为异步电机、同步电机、开关磁阻电机、无刷直流电机...

【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