CN109391196A - 电动驱动装置以及电动设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有多重控制方法的电动驱动装置以及电动设备。本发明提供的电动驱动装置，包括：多相电机；直流电源；控制部；驱动部；以及功率变换部，其中，多相电机具有m个多相绕组单元，控制部根据指令信号按照预定方法计算得到m组开关控制信号并输出到驱动部，驱动部形成驱动信号，功率变换部根据对应的驱动信号将直流电转换为多相电机的多相绕组需要的多相线电压，每个多相绕组单元根据多相线电压在多相电机的空间内产生一个旋转的原始磁链矢量，原始磁链矢量在多相电机空间内合成产生一个旋转的合成磁链矢量，合成磁链矢量与预定输出值相对应，控制部输出的m组开关控制信号使得合成磁链矢量的运动轨迹接近圆形。

Description

电动驱动装置以及电动设备

技术领域

本发明属于电机领域，特别涉及一种具有多重控制方法的电动驱动装置以及电动设备。

背景技术

在现今的社会，对环境保护的要求越来越高，各种设备的环保标准也随之提高。随着石油这种不可再生能源的日渐枯竭，促进了绿色能源的发展和应用。为了更好地保护环境，减少对石油资源的依赖，国家下发了各种政策并大力推广新能源以及可再生能源。

目前，将电能作为各种设备的动力已成为发展的主流。将电作为能源的电动设备如电动公交车、电动小轿车和电动叉车等等也越来越受到生产商和消费者的青睐。电动设备不但污染小，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，交流电机采用的是脉冲宽度调制控制的功率变换器供电，功率开关管的开关频率一般都是20千赫兹以上。电动驱动装置本质上是非线性的，存在高次谐波电流、转矩和转速脉动等现象。所以，在高性能电动驱动装置中，为了提高电机性能，减小高次谐波电流，减小转矩脉动，提高输出的稳定性能，一般都采用提高功率开关管开关频率的办法。而功率开关管的发热主要来源于导通和关断过程，发热量与开关频率成正比，因此，开关频率越高，发热量越大，温升越高。

另外，对于大功率电动驱动装置，输出功率与电机的额定电压和额定电流的乘积成正比。在某些对电源电压有限制的电动驱动装置，如安全电压、动力电池电压或者是民用电压级别的限制，都将导致大功率电动驱动装置中电机的额定电流很大，功率开关管的发热量与工作电流的平方成正比，导致温升急剧上升。

而在电动驱动装置中，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，功率开关管很容易损坏。另外，功率开关管的工作温度一般都远高于环境温度，随着工作时间的增加，功率开关管老化速度加快，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等故障，进而引发电动设备故障甚至安全事故。总而言之，工作温度越高，故障率越高。

在大功率的高性能电动驱动装置中，功率开关管工作电流和开关频率的提高，导致功率开关管的发热量和温升也随着增大，影响了电动驱动装置可靠性和安全性。

综上，这些问题已经严重影响了大功率高性能电动设备，包括电动工具、电动车、电动船、高速升降客梯、变频中央空调、电气化列车，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

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种具有多重控制方法的电动驱动装置以及电动设备。

<结构一>

本发明提供了一种电动驱动装置，具有这样的特征，包括：多相电机，用于输出驱动电动设备的预定输出值；直流电源，用于提供直流电；控制部，接收与多相电机输出预定输出值对应的指令信号，并根据指令信号计算并输出开关控制信号；驱动部，根据开关控制信号形成驱动信号；以及功率变换部，根据驱动信号将直流电转换为多相电机需要的工作功率，其中，控制部具有至少一个计算控制单元以及m个输出端，多相电机具有m个结构相互独立的多相绕组单元，每个多相绕组单元包含n个结构相互独立的多相绕组，驱动部具有m个驱动单元，每个驱动单元包含n个驱动器，功率变换部具有m个功率变换单元，每个功率变换单元包含n个功率变换器，每个输出端与对应的驱动单元中的n个驱动器相连接，每个驱动器与对应的功率变换器相连接，每个功率变换器与对应的多相绕组相连接，计算控制单元根据指令信号按照预定方法计算得到m组开关控制信号，并通过m个输出端输出m组开关控制信号到驱动部，每个驱动单元中的各个驱动器接收对应的开关控制信号，并根据该开关控制信号分别形成n组驱动信号，每个功率变换器根据对应的驱动信号将直流电转换为多相绕组需要的多相线电压，每个多相绕组单元根据多相线电压在多相电机的空间内产生一个旋转的原始磁链矢量，原始磁链矢量在多相电机空间内合成产生一个旋转的合成磁链矢量，合成磁链矢量与预定输出值相对应，控制部输出的m组开关控制信号使得合成磁链矢量的运动轨迹接近圆形，m为大于1的正整数，n为正整数。

在本发明提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：其中，预定方法中包含一种空间电压矢量合成方法，该空间电压矢量合成方法是采用多相绕组单元根据多相线电压产生一组基本空间电压原始矢量，所有的基本空间电压原始矢量合成基本空间电压合成矢量，并采用相邻的基本空间电压合成矢量合成一个旋转的空间电压合成矢量的方法，基本空间电压合成矢量的总数至少是基本空间电压原始矢量的总数的m倍，空间电压合成矢量产生合成磁链矢量并使得合成磁链矢量的运动轨迹接近圆形。

在本发明提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：其中，m为2，2个多相绕组单元对应的非零的基本空间电压合成矢量的总数是一个多相绕组单元对应的非零的基本空间电压原始矢量的总数的2倍，所有非零的基本空间电压合成矢量均分整个复平面。

在本发明提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：其中，预定输出值为位移值、转速值和转矩值中的一种。

在本发明提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：其中，当单个功率变换器输出的额定电流有效值均为I₁，多相电机的额定电流有效值为I_N时，个数m和n满足下述条件：m×n＞I_N÷I₁。

在本发明提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：其中，多相电机为异步电机、同步电机中的任意一种，多相电机的相数大于2。

在本发明提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：其中，直流电源为电池组或整流电源，电池组包含由多个电池单体串并联而成的至少一个串并联电池组或由多个电池单体串联而成的m×n个结构相互独立且性能参数相同的串联电池组，每个串联电池组对应连接一个功率变换器，每个功率变换器接收对应连接的驱动器输出的驱动信号并根据该驱动信号将串联电池组的直流电转换为对应连接的一个多相绕组需要的多相线电流，性能参数包含额定容量、额定电压、额定电流和内阻。

在本发明提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征，还包括：输出传感部，其中，输出传感部检测多相电机输出的预定输出值，并发送对应的输出反馈信号，控制部在根据指令信号的同时，还根据输出反馈信号计算并输出开关控制信号，预定输出值为位移值、转速值和转矩值中的一种。

在本发明提供的电动驱动装置中，还可以具有这样的特征，还包括：内环传感部，其中，内环传感部检测多相电机的物理参数，并发送对应的内环反馈信号；控制部在根据指令信号和输出反馈信号的同时，还根据内环反馈信号计算并输出开关控制信号，物理参数为线电压、线电流、转速以及转矩中的至少一种。

<结构二>

本发明提供了一种电动设备，其特征在于，包括：电动驱动装置，其中，电动驱动装置为<结构一>的电动驱动装置。

发明的作用和效果

根据本发明所涉及的电动驱动装置以及电动设备，控制部具有至少一个计算控制单元以及m个输出端，多相电机具有m个结构相互独立的多相绕组单元，计算控制单元根据指令信号按照预定方法计算得到m组开关控制信号，并通过m个输出端输出m组开关控制信号到驱动部，每个驱动单元中的各个驱动器接收对应的开关控制信号，并根据该开关控制信号分别形成n组驱动信号，每个功率变换器根据对应的驱动信号将直流电转换为多相绕组需要的多相线电压，每个多相绕组单元根据多相线电压在多相电机的空间内产生一个旋转的原始磁链矢量，原始磁链矢量在多相电机空间内合成产生一个旋转的合成磁链矢量，合成磁链矢量与预定输出值相对应，控制部输出的m组开关控制信号使得合成磁链矢量的运动轨迹接近圆形，所以，多相电机输出的电磁力矩的脉动更小、稳定性能更好，进而多相电机输出的脉动也更小、更稳定。

而且，采用本发明的电动驱动装置以及电动设备，可以在维持或提高电动驱动装置性能的同时，减小功率开关管开关频率，进而减小功率开关管的发热量和功率变换部的温升，提高系统的可靠性和安全性。

不仅如此，采用本发明的电动驱动装置以及电动设备，即使电动驱动装置中的m个输出端，m个驱动单元、m个功率变换单元和m个多相绕组单元中任意一个元件出现故障时，也可以通过控制部屏蔽故障元件对应的输出端，把故障元件对应的输出端、驱动单元、功率变换单元以及多相绕组单元进行隔离，保证其他单元的正常工作，保证电动驱动装置的不间断工作，有利于提高电动驱动装置的可靠性和安全性。

另外，功率变换部包含m个功率变换单元，每个功率变换单元包含n个功率变换器，每个功率变换器与对应的多相绕组相连接，而每个多相绕组又都是结构相互独立的，所以，在电路结构上，m×n个功率变换器都是相互独立工作、互不影响的，功率变换器包含的功率开关管不存在并联均流问题，从而消除了多个功率开关管并联均流对功率开关管性能一致性的要求，使用普通的功率开关管即可满足多相电机大电流的要求，避免了筛选功率开关管的一致性所带来的极大工作量，降低了生产成本，也避免了多个功率开关管因均流失败而引起的故障。另外，功率变换部的输出线电流是所有m×n个功率变换器输出线电流的总和，可以通过增加功率变换器或功率变换单元的个数而线性增加功率变换部的输出线电流，适用于包含超大额定电流的多相电机的电动设备，如航空母舰。

综上，本发明的电动驱动装置以及电动设备具有控制简单、合理，工作性能优越、安全可靠等优点。

附图说明

图1是本发明的实施例中电动驱动装置的电路结构示意图；

图2是现有技术中的一组多相绕组单元产生的基本空间电压矢量示意图；

图3是本发明的实施例中的两组多相绕组单元产生的基本空间电压矢量示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

电动驱动装置10设置在电动设备如电动工具、电动车、电动船、高速升降客梯、变频中央空调、电气化列车、电动战车、电动军舰、电动飞行器和电驱动航空母舰等电动设备内，用于驱动电动设备。

图1是本实施例中的电动驱动装置的电路结构示意图。

如图1所示，电动驱动装置10包括多相电机11、直流电源12、输出传感部14、内环传感部15、控制部16、驱动部18以及功率变换部19。

多相电机11的电枢绕组的套数大于等于1，等于1即是传统电机如三相电机，大于1时多相电机包含多套多相绕组，如双三相电机等。在本实施例中，电枢绕组的套数等于1。

多相电机11定子的个数大于等于1，当定子数目为两个及以上时，采用两套及以上的多相电机电枢绕组。在本实施例中，多相电机11具有一个定子以及安装在定子上的一套电枢绕组。

多相电机11的相数大于2，在本实施例中，相数为3，即多相电机11为三相电机，相应地，多相绕组1111为三相绕组，每个三相绕组具有三个独立的绕组。

多相电机11具有额定线电压以及额定线电流。

多相电机11为异步电机和同步电机中的任意一种。在本实施例中，多相电机11为三相异步电机。

多相电机11电枢绕组的连接方式可以是星形连接或环形连接。在本实施例中，为环形连接，即三角形连接。

多相电机11电枢绕组包括m个多相绕组单元111，每个多相绕组单元111包含n个多相绕组1111，多相电机11总共包含m×n个相互独立的多相绕组1111。m×n的个数可以通过多相电机电枢绕组的并绕根数进行拆分。拆分前后，多相电机电枢绕组和m×n个多相绕组单元的绕组相数、绕组相序和绕组连接方式保持不变。

直流电源12具有与多相电机11的额定线电压相对应的恒定电压，直流电源12是电池组或整流电源，电池组包含至少一个串联电池组或串并联电池组。在本实施例中，直流电源12采用电池组供电，电池组具有m×n个结构相互独立且性能参数相同的串联电池组并且和m×n个功率变换器一一对应连接。电池组和电容组共同为多相电机11提供功率。

指令信号13是与多相电机11输出的位移值、转速值或转矩值相对应的指令信号。

输出传感部14检测多相电机输出的位移值、转速值和转矩值中的一种并输出相对应的输出反馈信号。输出反馈信号被控制部16接收。在本实施例中，多相电机11输出的是转速值。

内环传感部15检测多相电机的线电压、线电流、转速以及转矩中的至少一种并输出相对应的内环反馈信号。输出反馈信号被控制部16接收。在本实施例中，检测多相电机的线电流，在每个多相电机绕组单元111中各抽取一个多相绕组1111的其中两相(取B相和C相)电流进行检测。

控制部16根据指令信号13、输出传感部14的转速反馈信号和内环传感部15的电流反馈信号计算并通过控制部中m个结构独立的输出单元161输出m组开关控制信号17。

驱动部18根据开关控制信号17进行功率放大产生驱动功率变换部19的驱动信号。

驱动部18具有m个驱动单元181，每个驱动单元181包含n个驱动器1811，驱动部18具有m×n个结构独立的驱动器1811，每个驱动单元181中的n个驱动器1811接收对应连接的一个输出端162发出的开关控制信号17。

每个驱动器1811都可以发出A相驱动信号、B相驱动信号以及C相驱动信号，该三相驱动信号分别驱动对应连接的功率变换器1911中的A相功率变换电路1911a、B相功率变换电路1911b以及C相功率变换电路1911c中的功率开关管，使其导通或关闭。

功率变换部19包含m个功率变换单元191，每个功率变换单元191包含n个功率变换器1911，功率变换部19具有m×n个结构独立的功率变换器1911。

每个功率变换器1911接收对应连接驱动器1811发出的驱动信号并根据该驱动信号将直流电源的直流电转换为对应连接的多相绕组1111所需要的三相线电流。

每个功率变换器1911都具有三个相互并列连接的A相功率变换电路1911a、B相功率变换电路1911b以及C相功率变换电路1911c。A相功率变换电路1911a连接对应连接的多相绕组1111的A相输入端，B相功率变换电路1911b连接对应连接的多相绕组1111的B相输入端，C功率变换电路1911c连接对应连接的多相绕组1111的C相输入端。

每个功率变换电路含有至少两个功率开关管，当功率开关管多于两个时，是使用了串联均压或并联均流技术。在本实施例中，每个功率变换电路含有两个功率开关管，不采用串联均压和并联均流技术。

功率变换器1911可以由智能功率模块构成，也可以包含多个功率开关管。功率开关管为全控型器件，是电力场效应晶体管(Power MOSFET)、门极可关断晶闸管(GTO)、集成门极换流晶闸管(MGCT)、绝缘栅双极型晶体管(MGBT)、电力双极型晶体管(GTR)和门极换流晶闸管(SGCT)中的任意一种。在本实施例中，采用电力场效应晶体管。

在本实施例中，m×n个驱动器1811分别与m×n个功率变换器1911相连接并给m×n个结构独立的多相绕组1111供电。一个驱动单元181和对应连接的功率变换单元191、多相绕组单元111构成一个主电路单元201。一个输出端162连接对应的一个主电路单元201。m个主电路单元201共同构成主电路20。

本实施例中的驱动器1811、功率变换器1911和多相绕组1111的个数都为m×n，m为大于1的正整数，n为正整数，且满足如下条件：m×n＞I_N÷I₁，该式中I₁是单个功率变换单元输出的额定电流有效值，I_N是多相电机的额定电流有效值。

本实施例中采用的控制方法如下：

采用控制部接收与多相电机输出的预定输出值对应的指令信号，

采用输出传感部检测多相电机输出的预定输出值，并发送对应的输出反馈信号；

采用内环传感部检测多相电机的物理参数，并发送对应的内环反馈信号；

采用控制部中的至少一个计算控制单元根据指令信号、输出反馈信号以及内环反馈信号按照预定方法计算得到m组开关控制信号并通过控制部中的m个输出端输出；

采用驱动部的m个驱动单元接收开关控制信号并根据该开关控制信号形成驱动信号；

采用功率变换部的m个功率变换单元接收驱动信号并根据该驱动信号将直流电源的直流电转换为多相电机的m个结构相互独立的多相绕组单元需要的多相线电压；

采用多相电机的m个多相绕组单元根据多相线电压输出预定输出值，该预定输出值用于驱动电动驱动装置。

每个多相绕组单元根据多相线电压在多相电机的空间内产生一个旋转的原始磁链矢量，原始磁链矢量在多相电机空间内合成产生一个旋转的合成磁链矢量。合成磁链矢量与预定输出值相对应。

控制部输出的m组开关控制信号使得合成磁链矢量的运动轨迹接近圆形。

在本实施例中，多重控制方法是m重控制方法。

在本实施例中，预定方法中采用空间电压矢量合成方法。

该空间电压矢量合成方法是采用所有多相绕组单元根据多相线电压产生的一组基本空间电压原始矢量合成基本空间电压合成矢量，并采用相邻的基本空间电压合成矢量合成一个旋转的空间电压合成矢量的方法。

基本空间电压合成矢量的总数至少是基本空间电压原始矢量的总数的m倍，空间电压合成矢量产生合成磁链矢量并使得合成磁链矢量的运动轨迹接近圆形。

每个多相绕组的多相线电压在多相电机的空间内产生一组基本空间电压小矢量，每个多相绕组单元包含的n个多相绕组对应的n组基本空间电压小矢量在多相电机的空间内叠加产生一组基本空间电压原始矢量。

从m个多相绕组单元对应的m组基本空间电压原始矢量中提取方向相同或相近的m个基本空间电压原始矢量合成得到基本空间电压合成矢量，并采用相邻的基本空间电压合成矢量合成一个旋转的空间电压合成矢量。

因此，每组基本空间电压合成矢量相较于每个多相绕组产生的一组基本空间电压小矢量，不但在幅值上增加了，数量也增加了，它们在空间上的最小跨度值(最小夹角)变得更小，所产生的磁链矢量的运动轨迹越接近圆形，使得电磁力矩的脉动越小、稳定性能越好。

图2是现有技术中的一组多相绕组单元产生的基本空间电压矢量示意图。

如图2所示，在现有技术的电动驱动装置中只有一组多相绕组单元，多相绕组单元对应生成的基本空间电压原始矢量有6个非零的有效矢量，非零基本空间电压原始矢量在空间上的最小跨度为60度。

两个零矢量u₀、u₇和六个非零基本空间电压矢量u₁、u₂、u₃、u₄、u₅、u₆，六个非零基本空间电压矢量均分了整个复平面。为了得到一个任意的合成矢量，需要利用这八个基本矢量进行合成。在图2中，为了得到合成矢量u_s，需要利用u₁、u₂和u₀、u₇进行合成。在一个开关周期T内，T＝T₁+T₂+T₀，假设u₁的作用时间是T₁，u₂的作用时间是T₂，u₀和u₇的作用时间总共是T₀，那么如图所示，利用平行四边形法则可以得到等效的u_s。但是，等效仅仅是从作用的效果上来看达到近似而已。实际上，功率变换器输出的空间电压矢量作用位置不在u_s的所在空间位置上，而是在u_s所在扇形区域Ⅰ最近的两个矢量u₁、u₂和原点的空间位置上交替出现，而输出转矩与空间电压矢量相关，所以，输出转矩一直在u₁和u₂的空间位置60电角度之间交替摆动，引起输出转矩较大的脉动，输出位移或转速也会出现较大的纹波或脉动，降低了系统的性能。为了得到输出位移和转速更好的等效效果，必须把开关周期T减小，也就是说需要提高功率开关管的开关频率，但是输出转矩的脉动依然存在。

图3是本发明的实施例中的两组多相绕组单元产生的基本空间电压矢量示意图。

如图3所示，两组多相绕组单元对应生成的基本空间电压原始矢量有12个非零的有效矢量，它们均分了整个复平面，在空间上的最小跨度为30度，比图2所示的小，因此所产生的电磁力矩的脉动更小，进而使得电机输出值更稳定。

2个多相绕组单元对应的基本空间电压合成矢量的总数是一个多相绕组单元对应的基本空间电压合成矢量的总数的2倍(图中有4个基本空间电压合成矢量为零矢量)。

电动驱动装置具有2个主电路单元，每个主电路单元中的功率变换单元都可以输出两个零矢量u₀、u₇和六个非零基本空间电压矢量u₁、u₂、u₃、u₄、u₅、u₆，而且，两个主电路的12个非零基本空间电压矢量可以合成12个空间位置互不相同的非零基本空间电压矢量2u₁、u₁+u₂、2u₂、u₂+u₃、2u₃、u₃+u₄、2u₄、u₄+u₅、2u₅、u₅+u₆、2u₆、u₆+u₁，这12个矢量把空间分割成12个扇形，每个扇形是30电角度，比图2减小了一半，也就是说，在同等情况下，图3的输出转矩脉动比图2的减小了一半，从而输出位移或转速的纹波或脉动也减小了一半，系统性能随着得到提高。

即当m为2时，2个多相绕组单元对应的非零的基本空间电压合成矢量的总数是一个多相绕组单元对应的非零的基本空间电压合成矢量的总数的2倍，所有非零的基本空间电压合成矢量均分整个复平面。

在功率开关管开关频率相等的条件下，在相同的时间内，本实施例的多相电机输出的空间电压合成矢量比现有技术中的多相电机输出的空间电压合成矢量更多，所形成的合成磁链矢量更多，进而使得合成磁链矢量的运动轨迹更接近圆形，电磁力矩的脉动更小、稳定性能更好，多相电机的输出脉动更小、更稳定，电动驱动装置或电动设备的工作性能更优越。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的电动驱动装置以及电动设备，控制部具有至少一个计算控制单元以及m个输出端，多相电机具有m个结构相互独立的多相绕组单元，计算控制单元根据指令信号按照预定方法计算得到m组开关控制信号，并通过m个输出端输出m组开关控制信号到驱动部，每个驱动单元中的各个驱动器接收对应的开关控制信号，并根据该开关控制信号分别形成n组驱动信号，每个功率变换器根据对应的驱动信号将直流电转换为多相绕组需要的多相线电压，每个多相绕组单元根据多相线电压在多相电机的空间内产生一个旋转的原始磁链矢量，原始磁链矢量在多相电机空间内合成产生一个旋转的合成磁链矢量，合成磁链矢量与预定输出值相对应，控制部输出的m组开关控制信号使得合成磁链矢量的运动轨迹接近圆形，所以，多相电机输出的电磁力矩的脉动更小、稳定性能更好，进而多相电机输出的脉动也更小、更稳定。

而且，采用本实施例的电动驱动装置以及电动设备，可以在维持或提高电动驱动装置性能的同时，减小功率开关管开关频率，进而减小功率开关管的发热量和功率变换部的温升，提高系统的可靠性和安全性。

不仅如此，采用本实施例的电动驱动装置以及电动设备，即使电动驱动装置中的m个输出端，m个驱动单元、m个功率变换单元和m个多相绕组单元中任意一个元件出现故障时，也可以通过控制部屏蔽故障元件对应的输出端，把故障元件对应的输出端、驱动单元、功率变换单元以及多相绕组单元进行隔离，保证其他单元的正常工作，保证电动驱动装置的不间断工作，有利于提高电动驱动装置的可靠性和安全性。

另外，功率变换部包含m个功率变换单元，每个功率变换单元包含n个功率变换器，每个功率变换器与对应的多相绕组相连接，而每个多相绕组又都是结构相互独立的，所以，在电路结构上，m×n个功率变换器都是相互独立工作、互不影响的，功率变换器包含的功率开关管不存在并联均流问题，从而消除了多个功率开关管并联均流对功率开关管性能一致性的要求，使用普通的功率开关管即可满足多相电机大电流的要求，避免了筛选功率开关管的一致性所带来的极大工作量，降低了生产成本，也避免了多个功率开关管因均流失败而引起的故障。另外，功率变换部的输出线电流是所有m×n个功率变换器输出线电流的总和，可以通过增加功率变换器或功率变换单元的个数而线性增加功率变换部的输出线电流，适用于包含超大额定电流的多相电机的电动设备，如航空母舰。

综上，本实施例的电动驱动装置以及电动设备具有控制简单、合理，工作性能优越、安全可靠等优点。

以上实施例仅为本发明构思下的基本说明，不对本发明进行限制。而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均属于本发明的保护范围。

在上述实施例中，输出传感部检测多相电机输出的预定输出值，并发送对应的输出反馈信号，内环传感器检测多相电机的物理参数，并发送对应的内环反馈信号，控制部在根据指令信号、输出反馈信号以及内环反馈信号计算并输出开关控制信号，但作为本发明的装置，控制部可以仅根据指令信号计算并输出开关控制信号，还可以仅根据指令信号和输出反馈信号计算并输出开关控制信号。

Claims (10)

1.一种电动驱动装置，设置在电动设备中，用于驱动所述电动设备，其特征在于，包括：

多相电机，用于输出驱动所述电动设备的预定输出值；

直流电源，用于提供直流电；

控制部，接收与所述多相电机输出所述预定输出值对应的指令信号，并根据所述指令信号计算并输出开关控制信号；

驱动部，根据所述开关控制信号形成驱动信号；以及

功率变换部，根据所述驱动信号将所述直流电转换为所述多相电机需要的工作功率，

其中，所述控制部具有至少一个计算控制单元以及m个输出端，

所述多相电机具有m个结构相互独立的多相绕组单元，每个所述多相绕组单元包含n个结构相互独立的多相绕组，

所述驱动部具有m个驱动单元，每个所述驱动单元包含n个驱动器，

所述功率变换部具有m个功率变换单元，每个功率变换单元包含n个功率变换器，

每个输出端与对应的所述驱动单元中的n个所述驱动器相连接，每个所述驱动器与对应的所述功率变换器相连接，每个所述功率变换器与对应的所述多相绕组相连接，

所述计算控制单元根据所述指令信号按照预定方法计算得到m组开关控制信号，并通过m个所述输出端输出所述m组开关控制信号到所述驱动部，

每个所述驱动单元中的各个所述驱动器接收对应的所述开关控制信号，并根据该开关控制信号分别形成n组驱动信号，

每个所述功率变换器根据对应的所述驱动信号将所述直流电转换为所述多相绕组需要的多相线电压，

每个所述多相绕组单元根据所述多相线电压在所述多相电机的空间内产生一个旋转的原始磁链矢量，所述原始磁链矢量在所述多相电机空间内合成产生一个旋转的合成磁链矢量，

所述合成磁链矢量与所述预定输出值相对应，

所述控制部输出的所述m组开关控制信号使得所述合成磁链矢量的运动轨迹接近圆形，

m为大于1的正整数，

n为正整数。

2.根据权利要求1所述的电动驱动装置，其特征在于：

其中，所述预定方法中包含一种空间电压矢量合成方法，

该空间电压矢量合成方法是采用所述多相绕组单元根据所述多相线电压产生一组基本空间电压原始矢量，所有的所述基本空间电压原始矢量合成基本空间电压合成矢量，并采用相邻的基本空间电压合成矢量合成一个旋转的空间电压合成矢量的方法，

所述基本空间电压合成矢量的总数至少是所述基本空间电压原始矢量的总数的m倍，

所述空间电压合成矢量产生所述合成磁链矢量并使得所述合成磁链矢量的运动轨迹接近圆形。

3.根据权利要求2所述的多重控制方法，其特征在于：

其中，所述m为2，

2个所述多相绕组单元对应的所述基本空间电压合成矢量的总数是一个所述多相绕组单元对应的所述基本空间电压原始矢量的总数的2倍，

所有非零的所述基本空间电压合成矢量均分整个复平面。

4.根据权利要求1所述的电动驱动装置，其特征在于：

其中，所述预定输出值为位移值、转速值和转矩值中的一种。

5.根据权利要求1所述的电动驱动装置，其特征在于：

其中，当所述单个功率变换器输出的额定电流有效值均为I₁，所述多相电机的额定电流有效值为I_N时，所述个数m和n满足下述条件：m×n＞I_N÷I₁。

6.根据权利要求1所述的电动驱动装置，其特征在于：

其中，所述多相电机为异步电机、同步电机中的任意一种，

所述多相电机的相数大于2。

7.根据权利要求1所述的电动驱动装置，其特征在于：

其中，所述直流电源为电池组或整流电源，

所述电池组包含由多个电池单体串并联而成的至少一个串并联电池组或由多个电池单体串联而成的m×n个结构相互独立且性能参数相同的串联电池组，

每个所述串联电池组对应连接一个所述功率变换器，每个所述功率变换器接收对应连接的所述驱动器输出的所述驱动信号并根据该驱动信号将所述串联电池组的直流电转换为对应连接的一个多相绕组需要的多相线电流，

所述性能参数包含额定容量、额定电压、额定电流和内阻。

8.根据权利要求1所述的电动驱动装置，其特征在于，还包括：

输出传感部，

其中，所述输出传感部检测所述多相电机输出的预定输出值，并发送对应的输出反馈信号，

所述控制部在根据所述指令信号的同时，还根据所述输出反馈信号计算并输出开关控制信号，

所述预定输出值为位移值、转速值和转矩值中的一种。

9.根据权利要求8所述的电动驱动装置，其特征在于，还包括：

内环传感部，

其中，内环传感部检测所述多相电机的物理参数，并发送对应的内环反馈信号；

所述控制部在根据所述指令信号和所述输出反馈信号的同时，还根据所述内环反馈信号计算并输出开关控制信号，

所述物理参数为线电压、线电流、转速以及转矩中的至少一种。

10.一种电动设备，其特征在于，包括：

电动驱动装置，

其中，所述电动驱动装置为权利要求1～9中任一项所述的电动驱动装置。