电动驱动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采用多重控制方法的电动驱动装置以及电动设备。本发明专利技术的电动驱动装置，设置在电动设备中，用于驱动电动设备，包括：多相电机；控制部；驱动部；以及功率变换部，其中，控制部具有至少一个计算控制单元以及m个输出端，多相电机具有m个多相绕组单元，计算控制单元根据指令信号计算得到m组开关控制信号，并通过m个输出端输出m组开关控制信号到驱动部，每个驱动单元接收对应的开关控制信号，并根据该开关控制信号形成驱动信号，每个功率变换器根据对应的驱动信号将直流电转换为多相绕组需要的多相线电流，计算控制单元输出的m组开关控制信号使得m个多相绕组单元的同相线电流通过叠加形成的波形接近正弦波。

【技术实现步骤摘要】
电动驱动装置以及电动设备
本专利技术属于电机领域，特别涉及一种采用多重控制方法的电动驱动装置以及电动设备。
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。随着石油这种不可再生能源的日渐枯竭，促进了绿色能源的发展和应用。为了更好地保护环境，减少对石油资源的依赖，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成为发展的主流。将电作为能源的电动设备如电动公交车、电动小轿车和电动叉车等等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。由于交流电机，特别是异步电机，具有结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜的优点，所以它得到了广泛的应用。但是，交流电机采用的是脉冲宽度调制控制的功率变换器供电，功率开关管的开关频率一般都是20千赫兹以上。电动驱动装置本质上是非线性的，存在高次谐波电流、转矩和转速脉动等现象。所以，在高性能电动驱动装置中，为了提高电机性能，减小高次谐波电流，减小转矩脉动，提高输出的稳定性能，一般都采用提高功率开关管开关频率的办法。但是在正弦脉冲宽度调制控制技术中，即使开关频率达到200KHz以上，线电流的总谐波畸变率百分比仍然等于9左右。而功率开关管的发热主要来源于导通和关断过程，发热量与开关频率成正比，因此，开关频率越高，发热量越大，温升越高。另外，对于大功率电动驱动装置，输出功率与电机的额定电压和额定电流的乘积成正比。在某些对电源电压有限制的电动驱动装置，如安全电压、动力电池电压或者是民用电压级别的限制，都将导致大功率电动驱动装置中电机的额定电流很大，功率开关管的发热量与工作电流的平方成正比，导致温升急剧上升。而在电动驱动装置中，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，功率开关管很容易损坏。另外，功率开关管的工作温度一般都远高于环境温度，随着工作时间的增加，功率开关管老化速度加快，最大工作温度、最大工作电流和最大工作电压等性能指标都随之降低，极易发生功率开关管损坏等故障，进而引发电动设备故障甚至安全事故。总而言之，工作温度越高，故障率越高。在大功率的高性能电动驱动装置中，功率开关管工作电流和开关频率的提高，导致功率开关管的发热量和温升也随着增大，影响了电动驱动装置可靠性和安全性。综上，这些问题已经严重影响了大功率高性能电动设备，包括电动工具、电动车、电动船、高速升降客梯、变频中央空调、电气化列车，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，目的在于提供一种采用多重控制方法的电动驱动装置以及电动设备。<结构1>本专利技术提供了一种电动驱动装置，设置在电动设备中，用于驱动电动设备，其特征在于，包括：多相电机，用于输出驱动电动设备的预定输出值；直流电源，用于提供直流电；控制部，接收与多相电机输出预定输出值对应的指令信号，并根据指令信号计算并输出开关控制信号；驱动部，根据开关控制信号形成驱动信号；以及功率变换部，根据驱动信号将直流电转换为多相电机需要的工作功率，其中，控制部具有至少一个计算控制单元以及m个输出端，多相电机具有m个结构相互独立的多相绕组单元，每个多相绕组单元包含n个结构相互独立的多相绕组，驱动部具有m个驱动单元，每个驱动单元包含n个驱动器，功率变换部具有m个功率变换单元，每个功率变换单元包含n个功率变换器，每个输出端与对应的驱动单元中的n个驱动器相连接，每个驱动器与对应的功率变换器相连接，每个功率变换器与对应的多相绕组相连接，计算控制单元根据指令信号按照预定方法计算得到m组开关控制信号，并通过m个输出端输出m组开关控制信号到驱动部，每个驱动单元中的各个驱动器接收对应的开关控制信号，并根据该开关控制信号分别形成n组驱动信号，每个功率变换器根据对应的驱动信号将直流电转换为多相绕组需要的多相线电流，计算控制单元输出的m组开关控制信号使得m个多相绕组单元的同相线电流通过叠加形成的波形接近正弦波，预定输出值为位移值、转速值和转矩值中的一种，m为大于1的正整数，n为正整数。在本专利技术提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：其中，预定方法中包含一种矩形脉冲宽度调制方法，该矩形脉冲宽度调制方法是以矩形波为调制波，把该矩形波和载波进行调制从而形成矩形脉冲宽度调制波的方法，用于形成每一组开关控制信号，载波为三角波以及锯齿波中的任意一种，或者，矩形脉冲宽度调制方法是根据矩形波、每周期的矩形脉冲个数以及矩形脉冲的占空比直接计算得到矩形脉冲宽度调制波的方法，用于形成每一组开关控制信号。在本专利技术提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：其中，m组矩形脉冲宽度调制波对应的m个矩形波叠加以后的叠加波形是中心对称的且接近正弦波，叠加波形和正弦波幅值相等。在本专利技术提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：其中，矩形脉冲宽度调制方法采用一个预定公式对矩形脉冲宽度调制方法中的矩形波宽度进行设定，该预定公式为k＝1，…，p，Wk为与开关控制信号相对应的矩形脉冲宽度调制波的p个矩形波宽度，单位为弧度，另外(m-p)个矩形波宽度为零。p为小于等于m的正整数。在本专利技术提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：其中，当单个功率变换器输出的额定电流有效值均为I1，多相电机的额定电流有效值为IN时，个数m和n满足下述条件：m×n＞IN÷I1。在本专利技术提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：其中，多相电机为异步电机和同步电机中的任意一种，多相电机的相数大于2。在本专利技术提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：直流电源为电池组或整流电源，电池组包含由多个电池单体串并联而成的至少一个串并联电池组或由多个电池单体串联而成的m×n个结构相互独立且性能参数相同的串联电池组，每个串联电池组对应连接一个功率变换器，每个功率变换器接收对应连接的驱动器输出的驱动信号并根据该驱动信号将串联电池组的直流电转换为对应连接的一个多相绕组需要的多相线电流，性能参数包含额定容量、额定电压、额定电流和内阻。在本专利技术提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征，还包括：输出传感部，其中，输出传感部检测多相电机输出的预定输出值，并发送对应的输出反馈信号，控制部在根据指令信号的同时，还根据输出反馈信号计算并输出开关控制信号。在本专利技术提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征，还包括：内环传感部，其中，内环传感部检测多相电机的物理参数，并发送对应的内环反馈信号；控制部在根据指令信号和输出反馈信号的同时，还根据内环反馈信号计算并输出开关控制信号，物理参数为线电压、线电流、转速以及转矩中的至少一种。<结构二>进一步，本专利技术还提供了一种电动设备，具有这样的特征，包括：电动驱动装置，其中，电动驱动装置为<结构一>的电动驱动装置。专利技术的作用和效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于，包括：多相电机，用于输出驱动所述电动设备的预定输出值；直流电源，用于提供直流电；控制部，接收与所述多相电机输出所述预定输出值对应的指令信号，并根据所述指令信号计算并输出开关控制信号；驱动部，根据所述开关控制信号形成驱动信号；以及功率变换部，根据所述驱动信号将所述直流电转换为所述多相电机需要的工作功率，其中，所述控制部具有至少一个计算控制单元以及m个输出端，所述多相电机具有m个结构相互独立的多相绕组单元，每个所述多相绕组单元包含n个结构相互独立的多相绕组，所述驱动部具有m个驱动单元，每个所述驱动单元包含n个驱动器，所述功率变换部具有m个功率变换单元，每个功率变换单元包含n个功率变换器，每个输出端与对应的所述驱动单元中的n个所述驱动器相连接，每个所述驱动器与对应的所述功率变换器相连接，每个所述功率变换器与对应的所述多相绕组相连接，所述计算控制单元根据所述指令信号按照预定方法计算得到m组开关控制信号，并通过m个所述输出端输出所述m组开关控制信号到所述驱动部，每个所述驱动单元中的各个所述驱动器接收对应的所述开关控制信号，并根据该开关控制信号分别形成n组驱动信号，每个所述功率变换器根据对应的所述驱动信号将所述直流电转换为所述多相绕组需要的多相线电流，所述计算控制单元输出的所述m组开关控制信号使得m个所述多相绕组单元的同相线电流通过叠加形成的波形接近正弦波，所述预定输出值为位移值、转速值和转矩值中的一种，m为大于1的正整数，n为正整数。...

【技术特征摘要】
2017.08.08 CN 20171067247631.一种电动驱动装置，设置在电动设备中，用于驱动所述电动设备，其特征在于，包括：多相电机，用于输出驱动所述电动设备的预定输出值；直流电源，用于提供直流电；控制部，接收与所述多相电机输出所述预定输出值对应的指令信号，并根据所述指令信号计算并输出开关控制信号；驱动部，根据所述开关控制信号形成驱动信号；以及功率变换部，根据所述驱动信号将所述直流电转换为所述多相电机需要的工作功率，其中，所述控制部具有至少一个计算控制单元以及m个输出端，所述多相电机具有m个结构相互独立的多相绕组单元，每个所述多相绕组单元包含n个结构相互独立的多相绕组，所述驱动部具有m个驱动单元，每个所述驱动单元包含n个驱动器，所述功率变换部具有m个功率变换单元，每个功率变换单元包含n个功率变换器，每个输出端与对应的所述驱动单元中的n个所述驱动器相连接，每个所述驱动器与对应的所述功率变换器相连接，每个所述功率变换器与对应的所述多相绕组相连接，所述计算控制单元根据所述指令信号按照预定方法计算得到m组开关控制信号，并通过m个所述输出端输出所述m组开关控制信号到所述驱动部，每个所述驱动单元中的各个所述驱动器接收对应的所述开关控制信号，并根据该开关控制信号分别形成n组驱动信号，每个所述功率变换器根据对应的所述驱动信号将所述直流电转换为所述多相绕组需要的多相线电流，所述计算控制单元输出的所述m组开关控制信号使得m个所述多相绕组单元的同相线电流通过叠加形成的波形接近正弦波，所述预定输出值为位移值、转速值和转矩值中的一种，m为大于1的正整数，n为正整数。2.根据权利要求1所述的电动驱动装置，其特征在于：其中，所述预定方法中包含一种矩形脉冲宽度调制方法，该矩形脉冲宽度调制方法是以矩形波为调制波，把该矩形波和载波进行调制从而形成矩形脉冲宽度调制波的方法，用于形成每一组所述开关控制信号，所述载波为三角波以及锯齿波中的任意一种，或者，所述矩形脉冲宽度调制方法是根据所述矩形波、每周期的矩形脉冲个数以及所述矩形脉冲的占空比直接计算得到矩形脉冲宽度调制波的方法，用于形成每一组所述开关控制信号。3.根据权利要求2所述的电动驱动装...

【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