[发明专利]电动驱动装置以及电动设备

说明书

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以及包含该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；另外，在封闭的室内工作环境中，燃油设备是禁止使用的；此外，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、电动叉车等电动设备越来越受到生产商和消费者的青睐。它不但污染小、可以利用可再生能源提供的电能，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，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、调速和低速时交流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，依然青睐于安装有直流电机的电动设备。

在现行的直流电动驱动装置中，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，功率开关管就会损坏；此外，当电子电路中的元器件参数的变化超出正常工作范围时，可能会在功率开关管中产生过电压或过电流，导致功率开关管损坏进而引起电动设备故障；另外，随着工作时间的增加，功率开关管发生老化，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导致斩波器整体失效或短路等故障，进而引发电动设备故障甚至安全事故。

大功率电动驱动装置和电动设备，特别是低压大电流电动驱动装置和电动设备，需要连续工作电流很大的控制器或斩波器，而相关的技术和产品被个别国家和公司控制和垄断，导致价格很高，而且市场上能够采购到的高性能电机控制器或斩波器输出的电流值也仅仅是在一千安培以下。归根到底，生成制造水平、多个功率开关管的并联均流技术、控制电路和算法过于复杂等诸多原因，严重制约和影响了低压大电流电动驱动装置和电动设备的发展。

综上，这些问题已经严重影响了高性能大功率电动设备，包括低压大电流的电动车、电动船，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。

发明内容

本发明是为解决上述问题而进行的，提供了一种电驱动装置和电动设备。

<结构一>

本发明提供了一种直流电动驱动装置，设置在电动设备中，用于驱动电动设备，包括：直流电机，具有额定电压以及额定电流；直流电源，具有与额定电压相对应的恒定电压的电源，用于提供与额定电流相对应的直流电；指令发送部，发送与直流电机输出的转速或转矩的值相对应的指令信号；输出传感器，检测直流电机输出的转速或转矩，并发送对应的输出反馈信号；电流传感器，检测直流电源的引出线的电流值，并发送对应的电流反馈信号；控制器，根据指令信号、电流反馈信号和输出反馈信号计算并输出运行控制信号以及电机控制信号；驱动器，在运行控制信号作用下进入工作状态或停止状态，在工作状态下根据电机控制信号产生驱动信号；斩波器，在驱动信号的作用下将直流电转换为电压可控的直流电并提供给直流电机，具有这样的特征：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、与斩波器相连接并且与换向片相接触的2j个相互独立的电刷，驱动器具有j个相互独立的驱动单元，斩波器具有j个相互独立的桥臂单元，每个驱动单元分别与一个桥臂单元相连接，每个桥臂单元分别与一个电刷相连接，j和m均为不小于2的正整数。

在本发明提供的直流电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：其中，斩波器为半桥斩波器，每个桥臂单元含有一个斩波桥臂以及与该斩波桥臂反向并联连接的续流二极管，向对应的电刷提供线电流，斩波桥臂包含了两个串联连接的功率开关管，每个功率开关管与一个续流二极管反向并联连接，j为不小于2的正整数。

在本发明提供的直流电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：其中，当电刷引出线的额定电流为I₁，直流电机的额定电流为I_N时，电枢绕组支路的个数2j满足下述条件：