多相交流电机、逆变器、电驱动组件以及电动装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种电驱动组件、电动装置、逆变器以及多相交流电机，其中该电驱动组件包括：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，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，其中，多相交流电机具有m个相互独立的多相绕组，每个多相绕组具有与k个的相数分别相对应的相互独立的k个绕组，m个多相绕组中同相的m个绕组通过m根并绕而形成，逆变器具有与m个多相绕组分别相对应的m个逆变单元，每个逆变单元具有与k个的相数分别相对应的k个相互并列连接的桥臂部用于向对应的多相绕组提供k路线电流，每个桥臂部含有w个相互并联连接的逆变桥臂。

Multiphase AC motors, inverters, electric drive components and electric devices

【技术实现步骤摘要】
多相交流电机、逆变器、电驱动组件以及电动装置
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、逆变器、包含该多相交流电机以及逆变器的电驱动组件以及包含该电驱动组件的电动装置。
技术介绍
大功率的电动装置通常选择交流电机作为驱动电机。交流电机和逆变器连接，逆变器和直流电源连接，当电机开始启动时，逆变器根据控制器和触发电路发出的控制信号将直流电转换成交流电，提供给交流电机。对于机车、舰艇或船舶等移动式电动装置而言，直流电源一般选择电池。出于安全的考虑，电池的电压不能太高，一般小于60伏，因此，为了满足大功率电机和负载的需求，逆变器的输出电流势必会非常大，功率开关元件也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。为了实现逆变器向大功率交流电机顺利提供交流电，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2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2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。由于单独的一个小电流半导体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半导体开关元件，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，成本越是急剧上升。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。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。基于目前的技术，一般能够实现2个开关元件并联，国外只有个别公司可以做到4-5个开关元件并联。为了解决上述问题，本专利技术的专利技术人提出了图3中所显示的三相交流电机和逆变器结构。由图3可知，根据所选择的逆变器22上的半导体开关元件(221a、221b)的额定工作电流，将三相交流电机21的大绕组分成j个独立安装的小绕组211，然后将逆变器22的每相逆变桥臂也分成j个小桥臂，同时将k个不同相的小桥臂进行组合，形成分别和j个小绕组一一对应连接的j个小逆变器221。每个小逆变器221独立向与之连接的小绕组211供电，其输出电流是电机额定线电流的1/j，只要j足够大，现有的小电流半导体开关元件完全能够承受任意大的电流强度。但是，图3中的这种结构也使得逆变器的输出电线接头由原来的三根激增成了3j根，交流电机的接头也由原来的三根激增成了3j根，增加了生产过程中分接、安装引出线的复杂程度、难度和成本，以至于工人极容易将接头接错，导致电机无法正常运转；逆变器输出线增多，导致电路板的面积也变大，成本上升；而且在日后的电机和逆变器维护或维修过程中，也很难对接头进行逐个检查，将出现故障的接头找出，造成维护或维修的难度较大。此外，数量如此庞大的接头不仅增加大生产商在接头上的投入，而且交流电机外部的用于容纳这些接头的铝质接线盒的体积也成倍增大，造成交流电机的体积变大，这些都会在一定程度上增加电机和逆变器的生产成本。
技术实现思路
本专利技术是为解决上述问题而进行的，采用折衷的方法，以提高多相交流电机、逆变器和电驱动组件的性价比。结合图2和图3中的逆变器以及多相交流电机的优点，提出了一种新的电驱动组件，既克服了半导体开关元件一致性差所带来的低压大电流电机难以实现的缺陷，又避免了图3中的交流电机和逆变器接头过多增加生产和维修的难度和成本。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驱动组件，设置在电动装置中，用于驱动电动装置，具有这样的技术特征：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。其中，多相交流电机具有m个相互独立的多相绕组，每个多相绕组具有与k个的相数分别相对应的相互独立的k个绕组，m个多相绕组中同相的m个绕组通过m根并绕而形成，逆变器具有与m个多相绕组分别相对应的m个逆变单元，每个逆变单元具有与k个的相数分别相对应的k个相互并列连接的桥臂部用于向对应的多相绕组提供k路线电流，每个桥臂部含有w个相互并联连接的逆变桥臂，k和m均为2以上的正整数，w为2～4之间的正整数。本专利技术提供的电驱动组件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。该电驱动组件还包括：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，向逆变器提供上述控制信号。本专利技术提供的电驱动组件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，多相交流电机的额定线电流为IN时，多相绕组的个数m满足下述条件：m＞1.2(IN÷wI1)本专利技术提供的电驱动组件还可以具有这样的特征：每个桥臂部含有两个相互并联连接的逆变桥臂，上桥臂半导体开关元件和下桥臂半导体开关元件的预定最大输出电流是桥臂部输出电流的0.6-0.8倍。本专利技术提供的电驱动组件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，k大于等于三，多相绕组的相数等于k。多相绕组呈星形连接，个数等于多相绕组相数的桥臂部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驱动组件还可以具有这样的特征：k等于三，多相绕组为三相绕组，该三相绕组呈三角形连接，三个桥臂部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驱动组件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、同步电机中的任意一种。半导体开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电驱动组件，设置在电动装置中，用于驱动所述电动装置，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m个相互独立的多相绕组，每个所述多相绕组具有与所述k个的相数分别相对应的相互独立的k个绕组，m个所述多相绕组中同相的m个所述绕组通过m根并绕而形成，所述逆变器具有与m个所述多相绕组分别相对应的m个逆变单元，每个所述逆变单元具有与所述k个的相数分别相对应的k个相互并列连接的桥臂部用于向对应的所述多相绕组提供k路线电流，每个所述桥臂部含有w个相互并联连接的逆变桥臂，所述k和所述m均为2以上的正整数，所述w为2～4之间的正整数。

【技术特征摘要】
1.一种电驱动组件，设置在电动装置中，用于驱动所述电动装置，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m个相互独立的多相绕组，每个所述多相绕组具有与所述k个的相数分别相对应的相互独立的k个绕组，m个所述多相绕组中同相的m个所述绕组通过m根并绕而形成，所述逆变器具有与m个所述多相绕组分别相对应的m个逆变单元，每个所述逆变单元具有与所述k个的相数分别相对应的k个相互并列连接的桥臂部用于向对应的所述多相绕组提供k路线电流，每个所述桥臂部含有w个相互并联连接的逆变桥臂，所述k和所述m均为2以上的正整数，所述w为2～4之间的正整数。2.根据权利要求1所述的电驱动组件，其特征在于，还包括：控制器，其中，w个所述逆变桥臂的特性一致，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所述的电驱动组件，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m满足下述条件：m＞1.2(IN÷wI1)。4.根据权利要求2所述的电驱动组件，其特征在于：其中，每个所述桥臂部由两个相互并联连接的所述逆变桥臂构成，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的所述预定最大输出电流是桥臂部输出电流的0.6～0.8倍。5.根据权利要求1所述的电驱动组件，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k大于等于三，所述多相绕组的相数等于所述k，所述多相绕组呈星形连接，个数等于多相绕组相数的所述桥臂部分别与对应的所述多相绕组的多个端点连接，从而提供所述线...

【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