[发明专利]电动驱动装置、斩波电路、直流电机以及电动设备

说明书

本发明提供了一种电动驱动装置、斩波电路、直流电机以及包含电动驱动装置的电动设备，其中电动驱动装置包括：直流电机；直流电源；斩波电路，根据控制信号将直流电并提供给直流电机；以及励磁部，提供工作磁场。其中，直流电机具有2j个相互独立并且由m个绕组组成的电枢绕组支路、与绕组连接的2j×m个换向片、分别与直流电机两组的电源线连接并且至少与2j个换向片相接触的2组电刷组，每个电刷组包含j个相互独立的电刷，斩波电路具有与2组电刷组分别相对应的2个桥臂部，每个桥臂部包含与j个电刷一一对应的桥臂单元，每个桥臂单元含有一个向对应的电刷提供线电流的斩波桥臂和反向并联连接的续流二极管，j和m为2以上的正整数。

技术领域

本发明属于直流电机领域，特别涉及一种电动驱动装置、斩波电路、直流电机以及包含电动驱动装置的电动设备。

背景技术

随着各大城市雾霾天数和持续时间的增加，国家对燃油设备的尾气排放管理越来越严格；在封闭的室内工作环境中，燃油设备基本上是禁止使用的；而且石油这种能源是不可再生的，几十年后将面临枯竭。因此，将电作为能源的电动设备如电动汽车、电动工具、室内电动叉车等越来越受到生产商和消费者的青睐，它不但污染小、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，对于国防安全具有深远的意义。

由于交流电机，特别是异步电机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜的优点，得到了广泛的应用。但是，它存在启动转矩小，启动电流很大，调速平滑性差，振动和噪声大以及控制算法复杂等缺点。即使采用最好的控制算法，依然无法杜绝电机中高次谐波的存在，导致在启动、制动、调试和低速时电机性能都劣于直流电机。因此，对电动设备的性能要求很高的场合，例如家用变频空调、升降客梯、电动汽车等等，依然青睐于安装直流电机的电动设备。

以图2所示的两电刷直流电机为例，在两电刷直流电机控制系统中，如图2所示，控制器通过触发信号控制桥式可逆斩波电路桥臂单元上的半导体开关元件的导通和关断得到大小和方向可控的直流电压，并将其加载到直流电机电枢绕组中。在整个过程中，控制器通过各种控制策略控制电机的转速和转矩等目标。

随着带反馈控制的电动驱动装置及电动驱动设备负载的增大，电机的输入功率也随着增大。当斩波电路输入端直流电压大小因为各种原因的约束而无法随着负载的增大而增大的情况下，电机的输入电流必然增大，也就是说，斩波电路的输出电流必然增大，流过斩波电路功率开关元件的电流必然增大。为了保证系统正常工作，功率开关元件必须选用额定工作电流更大的。

然而，受各种条件的影响，能够承受大功率电机所要求的大工作电流的功率开关元件价格很高或者无法购买，甚至不存在，在这种情况下，往往选用两个或两个以上的总价格偏低，容易购买的额定工作电流相对较小的开关元件代替一个大电流开关元件，一般把这种方法称之为并联。

图3为现有技术中常见的大电流直流电机和斩波电路的连接关系示意图，由图3可知，斩波电路采用并联均流技术，直流电机每一个电刷引出线的线电流都由j个并联的桥臂共同提供。理论上，每个斩波电路桥臂上的半导体开关元件中所流过的电流值是直流电机电流的j分之一，也就是说，这j个并联的小电流半导体开关元件共同承担电机的电流。

由此可知，单独的一个小电流开关元件无法承担一个大电流电机的电流，如果出现大电流流过单个的小电流开关元件，超越了小电流开关元件的承受能力，那么小电流开关元件必然损坏。