[發明專利]電動驅動裝置、斬波電路、直流電機以及電動設備

有效

• 申請號: 201611236236.0
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106602947B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 金愛娟;李少龍
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: H02P7/292
• 分類號: H02P7/292;H02M3/155;H02K23/36;H02K11/33
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉;黃貞君

本發明提供了一種電動驅動裝置、斬波電路、直流電機以及包含電動驅動裝置的電動設備，其中電動驅動裝置包括：直流電機；直流電源；斬波電路，根據控制信號將直流電并提供給直流電機；以及勵磁部，提供工作磁場。其中，直流電機具有2j個相互獨立并且由m個繞組組成的電樞繞組支路、與繞組連接的2j×m個換向片、分別與直流電機兩組的電源線連接并且至少與2j個換向片相接觸的2組電刷組，每個電刷組包含j個相互獨立的電刷，斬波電路具有與2組電刷組分別相對應的2個橋臂部，每個橋臂部包含與j個電刷一一對應的橋臂單元，每個橋臂單元含有一個向對應的電刷提供線電流的斬波橋臂和反向并聯連接的續流二極管，j和m為2以上的正整數。

技術領域

本發明屬于直流電機領域，特別涉及一種電動驅動裝置、斬波電路、直流電機以及包含電動驅動裝置的電動設備。

背景技術

隨著各大城市霧霾天數和持續時間的增加，國家對燃油設備的尾氣排放管理越來越嚴格；在封閉的室內工作環境中，燃油設備基本上是禁止使用的；而且石油這種能源是不可再生的，幾十年后將面臨枯竭。因此，將電作為能源的電動設備如電動汽車、電動工具、室內電動叉車等越來越受到生產商和消費者的青睞，它不但污染小、可以通過可再生能源提供電能，而且，與燃油設備相比它還具有能源利用率高、結構簡單、噪聲小、動態性能好和便攜性高等優點。在石油資源越來越緊張的形勢下，大力發展電驅動裝置，特別是大功率電驅動裝置，對于國防安全具有深遠的意義。

由于交流電機，特別是異步電機結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜的優點，得到了廣泛的應用。但是，它存在啟動轉矩小，啟動電流很大，調速平滑性差，振動和噪聲大以及控制算法復雜等缺點。即使采用最好的控制算法，依然無法杜絕電機中高次諧波的存在，導致在啟動、制動、調試和低速時電機性能都劣于直流電機。因此，對電動設備的性能要求很高的場合，例如家用變頻空調、升降客梯、電動汽車等等，依然青睞于安裝直流電機的電動設備。

以圖2所示的兩電刷直流電機為例，在兩電刷直流電機控制系統中，如圖2所示，控制器通過觸發信號控制橋式可逆斬波電路橋臂單元上的半導體開關元件的導通和關斷得到大小和方向可控的直流電壓，并將其加載到直流電機電樞繞組中。在整個過程中，控制器通過各種控制策略控制電機的轉速和轉矩等目標。

隨著帶反饋控制的電動驅動裝置及電動驅動設備負載的增大，電機的輸入功率也隨著增大。當斬波電路輸入端直流電壓大小因為各種原因的約束而無法隨著負載的增大而增大的情況下，電機的輸入電流必然增大，也就是說，斬波電路的輸出電流必然增大，流過斬波電路功率開關元件的電流必然增大。為了保證系統正常工作，功率開關元件必須選用額定工作電流更大的。

然而，受各種條件的影響，能夠承受大功率電機所要求的大工作電流的功率開關元件價格很高或者無法購買，甚至不存在，在這種情況下，往往選用兩個或兩個以上的總價格偏低，容易購買的額定工作電流相對較小的開關元件代替一個大電流開關元件，一般把這種方法稱之為并聯。

圖3為現有技術中常見的大電流直流電機和斬波電路的連接關系示意圖，由圖3可知，斬波電路采用并聯均流技術，直流電機每一個電刷引出線的線電流都由j個并聯的橋臂共同提供。理論上，每個斬波電路橋臂上的半導體開關元件中所流過的電流值是直流電機電流的j分之一，也就是說，這j個并聯的小電流半導體開關元件共同承擔電機的電流。

由此可知，單獨的一個小電流開關元件無法承擔一個大電流電機的電流，如果出現大電流流過單個的小電流開關元件，超越了小電流開關元件的承受能力，那么小電流開關元件必然損壞。