[發明專利]電動驅動容錯裝置、多相電機、功率變換器以及電動設備

有效

• 申請號: 201710092087.3
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106788104B
• 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: H02P25/22
• 分類號: H02P25/22;H02P29/028;H02K3/04
• 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

本發明提供了一種具有容錯功能的電動驅動容錯裝置、多相電機、功率變換器以及電動設備。本發明提供的電動驅動容錯裝置，用于驅動電動設備，包括：多相電機；直流電源；指令發送部；電流傳感器；輸出傳感器；電池管理單元；控制器；驅動器；功率變換器，其特征在于：其中，多相電機繞組具有j+i個多相繞組單元，直流電源具有j+i個電池單元，功率變換器具有與j+i個多相繞組單元和j+i個電池單元對應連接的功率變換單元，每個功率變換單元具有k個功率變換電路向對應的多相繞組單元提供k路線電流，驅動器具有j+i個驅動單元，分別與j+i個功率變換單元相連接，k為大于2的正整數，j為大于1的正整數，i是冗余數且為自然數。

技術領域

本發明屬于電機領域，特別涉及一種具有容錯功能的電動驅動容錯裝置、多相電機、功率變換器以及電動設備。

背景技術

在現今的社會，對環境保護的要求越來越高，各種設備的環保標準也隨之提高。為了更好地保護環境，國家下發了各種政策并大力推廣新能源以及可再生能源。

目前，將電能作為各種設備的動力已是現今設備發展的主流。將電作為能源的電動設備如電動汽車、電動叉車也越來越受到生產商和消費者的青睞。電動設備不但污染小、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如電動戰車、電動軍艦、電動飛行器和電驅動航空母艦等等，對于國防安全具有深遠的意義。

電池是電動設備的核心部件，由于目前電池制造技術水平的限制，一般都將電池單體采用串并聯結合的方式成組使用，以滿足負載較大的功率需求。當個別電池單體出現故障后，將導致整個電池組的性能劣化，嚴重時可能導致電池的爆炸或燃燒等安全事故。

大容量電池組，特別是在低壓系統中，由于電流很大將導致輸出線和連接件發熱嚴重。這對輸出線和連接件的電阻、絕緣保護都提出了較高的要求，增加了生產成本，降低了系統的可靠性和安全性。

另外，大容量串并聯電池組的整體性能并不是通過電池單體的容量和數量進行線性疊加而增強的。所以，電池組容量越大，需要的電池單體數量大幅度增加，增加了電動驅動裝置和電動設備的重量、體積和成本，降低了系統的可靠性和安全性。

在現行的電動驅動裝置中，對功率變換管的要求極為苛刻，在正常工作時，功率變換管必須工作在最大工作溫度、最大工作電流和最大工作電壓以下，一旦超越任意一個條件，功率變換管非常容易損壞；此外，當電子電路中的元器件參數變化超出正常工作范圍時，可能在功率變換管中產生過電壓或過電流，導致功率變換管損壞進而引起電動設備故障；另外，隨著工作時間的增加，功率變換管發生老化，最大工作溫度、最大工作電流和最大工作電壓都隨之降低，極易導致功率變換管損壞進而失效，引發電動設備故障甚至安全事故。

在電動驅動裝置中，電機電樞繞組斷路或短路以后，電機繞組中的線電流必然不平衡，導致其所產生的電磁力矩不平衡，引起力矩振蕩、噪聲或無法輸出力矩，影響到設備的正常工作，甚至危害到財產和生命安全。

如圖2所示，在現有技術中常見的大電流多相電機和功率變換器的電路結構示意圖中，電池單元、功率變換器或者多相電機出現故障以后直接影響到了電動驅動裝置和電動設備的可靠性和安全性，在高速工作狀態下，危害更加嚴重。

大功率電動驅動裝置和電動設備，特別是低壓大電流電動驅動裝置和電動設備，需要連續工作電流很大的控制器或功率變換器，而相關的技術和產品被個別國家和公司控制和壟斷，導致價格很高，而且市場上能夠采購到的電動汽車的高性能電機控制器或功率變換器的線電流值一般也只是在一千安培以下。歸根到底，就是生成制造水平限制了單個功率開關管的電流值、多個功率開關管的并聯均流技術無法滿足線性規律或者控制電路和算法過于復雜等原因，嚴重制約和影響了低壓大電流電動驅動裝置和電動設備的發展。