本實用新型屬于電機領(lǐng)域，特別涉及一種電動驅(qū)動裝置、包含該電動驅(qū)動裝置的電動驅(qū)動系統(tǒng)以及電動設(shè)備。

背景技術(shù)：

我國作為制造業(yè)大國，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，在資源環(huán)境、人力成本等多方面受到的制約會越來越多，我國制造業(yè)正面臨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、升級換代的嚴峻挑戰(zhàn)。實現(xiàn)制造業(yè)的升級，必然需要發(fā)展先進的高端裝備制造業(yè)。與國際先進技術(shù)水平相比，我國在這一領(lǐng)域仍然存在一定差距。研究高性能電動驅(qū)動裝置，有利于支持和促進我國這一領(lǐng)域的發(fā)展進步。

在高性能電動驅(qū)動裝置中，為了獲得更快的動態(tài)響應(yīng)、更好的穩(wěn)態(tài)性能，增加電流負反饋控制，即、在控制轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的同時對流經(jīng)電機繞組的線電流進行控制。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，由于功率變換器、驅(qū)動器、控制器和傳感器等并不是連續(xù)的模擬系統(tǒng)，存在死區(qū)、時滯、不確定性、擾動和非線性等一系列影響因素，導致了線電流的變化不是連續(xù)的，存在電流最小變化量。而電機電流的最小變化量進一步影響了穩(wěn)態(tài)性能的優(yōu)劣。

在如圖2所示的三相電動驅(qū)動裝置中，電機的線電流是由功率變換器提供的，功率變換器中每相的上下橋臂都是由多個功率開關(guān)管并聯(lián)組成的，每個功率開關(guān)管均存在輸出電流最小變化量，所以電機的線電流的最小變化量是多個并聯(lián)功率開關(guān)管的輸出電流最小變化量的總和。

在電動驅(qū)動裝置中，功率越大，電流分辨率也越大。這個問題嚴重影響了大功率的電動設(shè)備，如高速電梯、數(shù)控機床、電驅(qū)動列車、電動汽車和電動飛行器的性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種具有進制式結(jié)構(gòu)的電動驅(qū)動裝置、電動驅(qū)動系統(tǒng)以及電動設(shè)備。

<結(jié)構(gòu)一>

本實用新型提供了一種電動驅(qū)動控制裝置，設(shè)置在電動設(shè)備中，用于驅(qū)動電動設(shè)備內(nèi)的多相電機，多相電機具有(i+j)個相互獨立且參數(shù)相同的多相繞組單元，包括：直流電源，具有與多相電機的額定線電壓相對應(yīng)的恒定電壓，用于提供與多相電機的額定線電流相對應(yīng)的線電流；指令發(fā)送部，發(fā)送與多相電機輸出的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的值相對應(yīng)的指令信號；電流傳感器，檢測多相繞組單元的線電流值，并發(fā)送對應(yīng)的電流反饋信號；輸出傳感器，檢測多相電機輸出的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩，并發(fā)送對應(yīng)的輸出反饋信號；控制器，根據(jù)指令信號、電流反饋信號和輸出反饋信號計算并輸出運行控制信號以及電機控制信號；驅(qū)動器，在運行控制信號作用下進入工作狀態(tài)或停止狀態(tài)，在工作狀態(tài)下根據(jù)電機控制信號產(chǎn)生驅(qū)動信號；以及功率變換器，在驅(qū)動信號的作用下將直流電轉(zhuǎn)換為多相電機需要的線電流，其特征在于：其中，功率變換器具有與(i+j)個多相繞組單元一一對應(yīng)連接的(i+j)個相互獨立且參數(shù)相同的功率變換單元，控制器包含至少兩個獨立輸出電機控制信號的控制單元，驅(qū)動器具有(i+j)個相互獨立且參數(shù)相同的驅(qū)動單元，分別與(i+j)個功率變換單元相連接，i個驅(qū)動單元接收一個控制單元輸出的電機控制信號，j個驅(qū)動單元接收其他的控制單元輸出的電機控制信號，j為大于1的正整數(shù)，i為1。

在本實用新型提供的電動驅(qū)動裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，當功率變換單元的單個功率變換電路正常輸出的最大連續(xù)工作電流有效值為I₁，多相電機的最大線電流有效值為I_N時，多相繞組單元的個數(shù)j滿足下述條件：

(i+j)＞I_N÷I₁，

其中，j為大于1的正整數(shù)，i為1。

在本實用新型提供的電動驅(qū)動裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，多相電機為異步電機、同步電機、開關(guān)磁阻電機、無刷直流電機中的任意一種，多相電機繞組的并繞根數(shù)能被多相繞組單元的個數(shù)(i+j)整除，多相電機繞組和多相繞組單元的繞組相數(shù)、繞組相序、繞組匝數(shù)、繞組連接方式和額定電壓相同。

在本實用新型提供的電動驅(qū)動裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，直流電源為電池組或整流電源。

在本實用新型提供的電動驅(qū)動裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，功率變換單元是由至少一個智能功率模塊構(gòu)成的或者包含多個類型和參數(shù)相同的功率開關(guān)管，功率開關(guān)管為電力場效應(yīng)晶體管、門極可關(guān)斷晶閘管、集成門極換流晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管、電力雙極型晶體管和門極換流晶閘管中的任意一種。

<結(jié)構(gòu)二>

進一步，本實用新型還提供了一種電動驅(qū)動系統(tǒng)，設(shè)置在電動設(shè)備中，用于驅(qū)動電動設(shè)備，其特征在于，包括：多相電機，具有額定線電壓和額定線電流，具有(i+j)個相互獨立且參數(shù)相同的多相繞組單元；以及電動驅(qū)動控制裝置，用于驅(qū)動多相電機，其中，電動驅(qū)動控制裝置為<結(jié)構(gòu)一>中的電動驅(qū)動控制裝置，j為大于1的正整數(shù)，i為1。

<結(jié)構(gòu)三>

進一步，本實用新型還提供了一種含有上述電動驅(qū)動系統(tǒng)的電動設(shè)備。

實用新型的作用與效果

根據(jù)本實用新型所涉及的電動驅(qū)動裝置、電動驅(qū)動系統(tǒng)以及電動設(shè)備，多相電機繞組具有(i+j)個多相繞組單元，功率變換器具有(i+j)個功率變換單元，控制器包含至少兩個獨立輸出電機控制信號的控制單元，驅(qū)動器具有(i+j)個驅(qū)動單元，分別與(i+j)個功率變換單元相連接，i個驅(qū)動單元接收一個控制單元輸出的電機控制信號，j個驅(qū)動單元接收其他的控制單元輸出的電機控制信號，即、一個控制單元與對應(yīng)連接的i個驅(qū)動單元、i個功率變換單元和i個多相繞組單元組成第一位調(diào)節(jié)單元，其它的控制單元與對應(yīng)連接的j個驅(qū)動單元、j個功率變換單元和j個多相繞組單元組成第二位調(diào)節(jié)單元，所以，當控制單元控制功率變換單元輸出的線電流改變時，電流最小變化量減小到原來只有一個控制單元的電動驅(qū)動裝置的(i+j)分之一，迅速地降低了輸出的最小電流，提高電動驅(qū)動裝置的精度和穩(wěn)態(tài)性能。

綜上，本實用新型的電動驅(qū)動裝置、電動驅(qū)動系統(tǒng)以及電動設(shè)備具有結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、合理，分辨率高、性能優(yōu)越等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本實用新型的實施例中電動驅(qū)動系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中常見的多相電機和功率變換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下結(jié)合附圖來說明本實用新型的具體實施方式。

電動驅(qū)動系統(tǒng)10設(shè)置在電動設(shè)備如高速電梯、數(shù)控機床、電驅(qū)動列車、電動汽車和電動飛行器中，用于驅(qū)動電動設(shè)備。

圖1是本實施例中的電動驅(qū)動系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，電動驅(qū)動系統(tǒng)10包括多相電機11以及電動驅(qū)動裝置。

多相電機11的相數(shù)為k，具有額定線電壓以及額定線電流。多相電機11為異步電機、同步電機、開關(guān)磁阻電機、無刷直流電機的任意一種。在本實施例中，多相電機11為異步電機，而且多相電機11為進制式電機。

多相電機11具有一個電樞以及安裝在電樞上的多相電機繞組。在本實施例中，多相電機繞組的組數(shù)與電樞的個數(shù)相同，當電樞數(shù)目為兩個及以上時，采用兩組及以上的多相電機繞組。每組多相電機繞組包括(i+j)個相互獨立且參數(shù)相同的多相繞組單元111，(i+j)的個數(shù)可以通過多相電機11繞組的并繞根數(shù)進行平均拆分，j的個數(shù)大于等于2，i的個數(shù)等于1。拆分前后，多相電機繞組和(i+j)個多相繞組單元的繞組相數(shù)、繞組相序、繞組匝數(shù)、繞組連接方式和額定電壓保持不變。

在本實施例中，k為三，即多相電機11為三相電機，相應(yīng)地，多相繞組單元111為三相繞組單元，每個三相繞組單元具有三個獨立的繞組A、B、C。

電動驅(qū)動裝置為進制式驅(qū)動裝置，包括直流電源12、指令發(fā)送部13、電流傳感器14、輸出傳感器15、控制器16、驅(qū)動器19以及功率變換器20。

直流電源12具有與多相電機11的額定線電壓相對應(yīng)的恒定電壓，直流電源12是電池組或整流電源，電池組包含至少一個串聯(lián)電池組或串并聯(lián)電池組。在本實施例中，直流電源12采用的是電池組，該電池組包含一個串并聯(lián)電池組。

指令發(fā)送部13發(fā)送與多相電機11輸出的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的值相對應(yīng)的指令信號。

電流傳感器14檢測功率變換單元輸出的線電流并輸出相對應(yīng)的電流反饋信號。電流反饋信號被控制器16接收。

輸出傳感器15檢測多相電機輸出的轉(zhuǎn)速或力矩并輸出相對應(yīng)的輸出反饋信號。輸出反饋信號被控制器16接收。

控制器16根據(jù)指令發(fā)送部13的指令信號、電流傳感器14的電流反饋信號、輸出傳感器15的輸出反饋信號和控制器16的電池反饋信號計算輸出驅(qū)動單元的運行控制信號17和電機控制信號18。

驅(qū)動器19在運行控制信號17控制下進入工作狀態(tài)，驅(qū)動器19產(chǎn)生驅(qū)動功率變換電路工作的驅(qū)動信號。驅(qū)動器19根據(jù)電機控制信號18產(chǎn)生控制功率變換器20的驅(qū)動信號。

功率變換器20在驅(qū)動信號的作用下將直流電轉(zhuǎn)換為多相電機11所需要的電壓和電流。功率變換器20包括分別與(i+j)個多相繞組單元111相對應(yīng)的i個功率變換單元201和j個功率變換單元202。

驅(qū)動器19具有1個獨立的驅(qū)動單元191和j個相互獨立且參數(shù)相同的驅(qū)動單元192，驅(qū)動單元191只接收控制單元161發(fā)出的電機控制信號181，每個驅(qū)動單元192同時接收到控制單元162發(fā)出的相同信號，1個驅(qū)動單元191與1個功率變換單元201相連接，j個驅(qū)動單元192分別與j個功率變換單元202相連接。驅(qū)動單元192根據(jù)運行控制信號17進入工作狀態(tài)或是停止狀態(tài)。每個驅(qū)動單元191和192都可以發(fā)出A相驅(qū)動信號、B相驅(qū)動信號以及C相驅(qū)動信號，該三相驅(qū)動信號分別驅(qū)動A相功率變換電路、B相功率變換電路以及C相功率變換電路中的功率開關(guān)管，使其導通或關(guān)閉。

每個功率變換單元201和202都具有三個相互并列連接、結(jié)構(gòu)和參數(shù)都相同的A相功率變換電路、B相功率變換電路以及C相功率變換電路。A相功率變換電路連接著繞組單元中A相繞組和C相繞組的連接點，B相功率變換電路連接著繞組單元中B相繞組和A相繞組的連接點，功率變換電路連接著繞組單元中C相繞組和B相繞組的連接點，分別向?qū)?yīng)的多相繞組單元提供線電流。

每個功率變換電路含有兩個功率開關(guān)管。兩個功率開關(guān)管具有相同的最大連續(xù)工作電流。工作電流必須小于最大連續(xù)工作電流，功率開關(guān)管才有可能長期穩(wěn)定運行，如果工作電流超過這個電流值，功率開關(guān)管就會由于過流而被擊穿損壞。

在本實施例中，功率變換單元201和202可以由智能功率模塊構(gòu)成，也可以采用多個類型和參數(shù)相同的功率開關(guān)管組合而成。

功率開關(guān)管為電力場效應(yīng)晶體管(Power MOSFET)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、集成門極換流晶閘管(IGCT)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、電力雙極型晶體管中(GTR)和門極換流晶閘管(SGCT)中的任意一種。

在本實施例中，(i+j)個相互獨立的驅(qū)動單元192分別與(i+j)個相互獨立且參數(shù)相同的功率變換單元202相連接并給(i+j)個相互獨立且參數(shù)相同的多相繞組單元111供電。

本實施例中的多相繞組單元的個數(shù)為i+j，j為整數(shù)，i為1，且滿足如下條件：(i+j)＞I_N÷I₁，該式中I₁是功率變換單元的單個功率變換電路正常輸出的最大連續(xù)工作電流有效值，I_N是多相電機的最大線電流有效值。

本實施例中，控制單元161與對應(yīng)連接的1個驅(qū)動單元191和1個功率變換單元201組成第一位調(diào)節(jié)單元211，另一個控制單元162與對應(yīng)連接的j個驅(qū)動單元192、和j個功率變換單元202組成第二位調(diào)節(jié)單元212。第一位調(diào)節(jié)單元211和第二位調(diào)節(jié)單元212共同構(gòu)成了電動驅(qū)動裝置的進制式結(jié)構(gòu)。

控制單元161和162可分別獨立輸出電機控制信號181和182，因此，功率變換單元201和202輸出的線電流的最小電流變化量是不同的，而且對應(yīng)于功率變換單元201輸出的最小電流變化量是對應(yīng)于功率變換單元202輸出的最小電流變化量的j分之一。

當電機的線電流所需變化量中小于電流最小變化量j倍的部分，控制單元161生成電機控制信號181；電機線電流所需變化量中等于電流最小變化量j倍的整數(shù)倍部分，控制單元162生成電機控制信號182。與只有一個控制單元的電動驅(qū)動裝置相比較，本實用新型中多相電機的線電流分辨率減小到原先的(1+j)分之一。

實施例的作用與效果

根據(jù)本實施例所涉及的電動驅(qū)動裝置、電動驅(qū)動系統(tǒng)以及電動設(shè)備，多相電機繞組具有(i+j)個多相繞組單元，功率變換器具有(i+j)個功率變換單元，控制器包含至少兩個獨立輸出電機控制信號的控制單元，驅(qū)動器具有(i+j)個驅(qū)動單元，分別與(i+j)個功率變換單元相連接，i個驅(qū)動單元接收一個控制單元輸出的電機控制信號，j個驅(qū)動單元接收其他的控制單元輸出的電機控制信號，即、一個控制單元與對應(yīng)連接的i個驅(qū)動單元、i個功率變換單元和i個多相繞組單元組成第一位調(diào)節(jié)單元，其它的控制單元與對應(yīng)連接的j個驅(qū)動單元、j個功率變換單元和j個多相繞組單元組成第二位調(diào)節(jié)單元，所以，當控制單元控制功率變換單元輸出的線電流改變時，電流最小變化量減小到原來只有一個控制單元的電動驅(qū)動裝置的(i+j)分之一，迅速地降低了輸出的最小電流，提高電動驅(qū)動裝置的精度和穩(wěn)態(tài)性能。

綜上，本實施例的電動驅(qū)動裝置、電動驅(qū)動系統(tǒng)以及電動設(shè)備具有結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、合理，分辨率高、性能優(yōu)越等優(yōu)點。

上述實施方式為本實用新型的優(yōu)選案例，并不用來限制本實用新型的保護范圍。