电动驱动容错控制装置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电动驱动容错控制装置以及电动设备。本发明专利技术提供的电动驱动容错控制装置，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，具有这样的特征：其中，多相电机绕组具有(k‑1)(i+j)个相互独立且参数相同的多相绕组单元，功率变换器具有与多相绕组单元对应连接的功率变换单元，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(k‑1)(i+j)个驱动单元，分别与功率变换单元相连接，电流传感器具有与功率变换单元对应连接的电流检测单元，检测每一相的输出线电流的电流检测单元的数量都等于(i+j)，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。

Electric drive fault-tolerant control device and electric equipment

The invention provides an electric drive fault-tolerant control device and an electric device. Electric drive fault tolerant control device provided by the invention comprises a multiphase motor; DC power supply; sending command; current sensor; sensor; controller; driver; power converter has such characteristics: the multiphase motor windings with (K 1) (i+j) and the independent parameters are the same multi phase winding unit, a power converter with power conversion unit and the corresponding multi phase winding unit is connected, each power converter unit with K power conversion circuit to the corresponding multi phase winding unit provides K line driver with current (K 1) (i+j) a drive unit, and a power conversion unit is connected respectively. And the current sensor has a current detection unit corresponding to the power conversion unit is connected, the number of current detection unit for each phase of the output line current detection is equal to (i+j), K is greater than 2 A positive integer, j is a positive integer greater than 1, and I is a redundant number and a natural number.

【技术实现步骤摘要】
电动驱动容错控制装置以及电动设备
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控制装置以及电动设备。
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。在高性能多相电机控制系统中，为了提高电机的控制精度和动态响应特性，一般都实施电流闭环控制，当电机电枢绕组的连接方式是星形联结或多角形环形联结时，需要检测k相电机至少(k-1)相的线电流，需要配备(k-1)个电流检测单元。在现行的电动驱动装置中，对功率开关管的要求极为苛刻，在正常工作时，功率开关管必须在最大工作温度、最大工作电流和最大工作电压以下工作，一旦超过任意一个条件，功率开关管就会损坏；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，可能在功率开关管中产生过电压或过电流，导致功率开关管损坏进而引起电动设备故障；另外，随着工作时间的增加，功率开关管发生老化，最大工作温度、最大工作电流和最大工作电压都随之降低，极易发生功率开关管损坏失效的情况，进而导致连接该功率开关管的电机电枢绕组断路或短路。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，电流值远超过功率开关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，高相数的电机的设计、制造和控制方法均有别于传统的设计、制造和控制方法，这不仅增加了生产的成本、难度和复杂性，而且在相关技术尚未成熟时，无法进行应用和普及，制约了大功率电机、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，这些问题已经严重影响了高性能大功率电动设备，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，目的在于提供一种电动驱动容错控制装置以及电动设备。本专利技术提供了一种电动驱动容错控制装置，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，具有这样的特征：其中，多相电机绕组具有(k-1)(i+j)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(k-1)(i+j)个多相绕组单元一一对应连接的(k-1)(i+j)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(k-1)(i+j)个相互独立且参数相同的驱动单元，分别与(k-1)(i+j)个功率变换单元相连接，电流传感器具有与(k-1)(i+j)个功率变换单元一一对应连接的(k-1)(i+j)个相互独立且参数相同的电流检测单元，检测每一相的输出线电流的电流检测单元的数量都等于(i+j)，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。在本专利技术提供的电动驱动容错控制装置中，还可以具有这样的特征：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：(k-1)j＞IN÷I1，k为大于2的正整数，j为大于1的正整数。在本专利技术提供的电动驱动容错控制装置中，还可以具有这样的特征：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(k-1)(i+j)整除，多相绕组单元在电枢上是对称分布的，多相绕组单元的连接方式可以是星形联结或多角形环形联结，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。在本专利技术提供的电动驱动容错控制装置中，还可以具有这样的特征：其中，直流电源是电池或整流电源。在本专利技术提供的电动驱动容错控制装置中，还可以具有这样的特征：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。进一步，本专利技术还提供了一种含有上述电动驱动容错控制装置的电动设备。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控制装置以及电动设备，(k-1)(i+j)个驱动单元都是相互独立且参数相同的，(k-1)(i+j)个功率变换单元都是相互独立且参数相同的，(k-1)(i+j)个多相绕组单元也是相互独立且参数相同的，(k-1)(i+j)个电流检测单元也是相互独立且参数相同的，功率变换单元中同一相的输出线电流的电流检测单元数相等且等于(i+j)，每一个驱动单元和对应连接的一个功率变换单元、一个多相绕组单元和一个电流检测单元构成一个主电路单元，正常状态下，只需要(k-1)j个主电路单元就可以保证电动驱动容错控制装置和电动设备正常工作，其他的(k-1)i个主电路单元是冗余的，有助于提高系统的可靠性和安全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动驱动容错控制装置，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(k‑1)(i+j)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(k‑1)(i+j)个多相绕组单元一一对应连接的(k‑1)(i+j)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(k‑1)(i+j)个相互独立且参数相同的驱动单元，分别与(k‑1)(i+j)个功率变换单元相连接，所述电流传感器具有与所述(k‑1)(i+j)个功率变换单元一一对应连接的(k‑1)(i+j)个相互独立且参数相同的电流检测单元，检测每一相的输出线电流的所述电流检测单元的数量都等于(i+j)，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控制装置，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(k-1)(i+j)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(k-1)(i+j)个多相绕组单元一一对应连接的(k-1)(i+j)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(k-1)(i+j)个相互独立且参数相同的驱动单元，分别与(k-1)(i+j)个功率变换单元相连接，所述电流传感器具有与所述(k-1)(i+j)个功率变换单元一一对应连接的(k-1)(i+j)个相互独立且参数相同的电流检测单元，检测每一相的输出线电流...

【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