WO2020133637A1

WO2020133637A1 - 并励式直流电机驱动装置以及电动设备

Info

Publication number: WO2020133637A1
Application number: PCT/CN2019/074395
Authority: WO
Inventors: 金爱娟; 李少龙
Original assignee: 上海理工大学
Priority date: 2018-12-29
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-07-02
Also published as: US11394278B2; US20220021282A1

Abstract

一种并励式直流电机驱动装置以及电动设备。其中并励式直流电机驱动装置（100），包括：并励直流电机（10）；直流电源（30）；以及斩波器（20），基于控制信号将恒定电压转换为可变电压并提供给并励直流电机，其中，斩波器具有m个斩波单元（21），控制信号包含分别与m个斩波单元相对应并且按照预定相位错开规则而形成的m个单元控制信号，每一个单元控制信号包含与对应的斩波单元中的w个开关控制端（2110）相对应的w个开关控制信号，所有斩波单元的m个第一电源输出端（2211）与所有斩波单元的m个第二电源输出端（2212）分别相对应地形成m对电源输出端子（221），并励直流电机的m对外部接线端子（151）与m对电源输出端子一一对应连接，m为不小于2的正整数，w为1、2或4。

Description

并励式直流电机驱动装置以及电动设备

技术领域

本发明属于直流电机驱动装置领域，特别涉及一种并励式直流电机驱动装置以及包含该并励式直流电机驱动装置的电动设备。

背景技术

并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组并联并共用同一电源，具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强等优点，被广泛地应用于轧钢机、电力机车、大型机床主轴传动系统和船舶等中。

如图6所示，纵观电机发展几百年的历史，传统的并励式直流电机驱动装置200是由并励直流电机以及斩波器构成，并励直流电机只有一对外部接线端子，该一对外部接线端子与斩波器的一对电源输出端子对应电气连接。为了保证系统可靠性，斩波器的最大输出电流一般是电机额定电流的2到3倍。大功率高性能并励直流电机，特别是低压大电流并励直流电机，需要连续工作电流很大的斩波器。然而相关斩波器中的开关元器件价格昂贵，且市场上能够采购到的高性能电机所用斩波器的最大输出电流也仅仅是在一千安培以下，这严重制约和影响了低压大电流并励直流电机的发展。

斩波器是采用脉冲宽度调制技术控制功率开关管的导通和关断来改变输出电压和输出电流的，其输出电流纹波的峰峰值与电机输出转矩纹波和转速纹波的峰峰值成正比，又与功率开关管的开关频率成反比，而功率开关管的开关损耗(或温升、故障率)却与其开关频率成正比。因此，为了减小电机输出电流、转矩与转速的纹波的峰峰值，必须提高开关频率；而为了减小功率开关管的开关损耗，又必须降低其开关频率。这一个矛盾关系影响了并励直流电机驱动装置的发展，导致其在数控机床等对转速和转矩纹波的峰峰值要求严格的装置上难以应用。例如应用于国防设备中的并励直流电动机，由于隐身的需求需大幅度降低自身振动和噪声，也就是说对其输出转矩和电流的纹波的峰峰值要求特别严格。而目前，应用于大功率国防电动设备的传统型并励直流电机已经难以应对技术日益发达的侦查技术。

基于上述原因，并励式直流电机驱动装置的发展受到了制约和影响，进而影响了包括电动车、电动船、电动飞行器，乃至于国防上的电动战车、电动军舰、电动飞行器和电驱动航空母舰等电动设备的发展，影响了经济建设和国防建设。

发明内容

本发明是为解决上述问题而进行的，目的在于提供一种并励式直流电机驱动装置以及包含该并励式直流电机驱动装置的电动设备。

为了实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：

<结构一>

本发明提供了一种并励式直流电机驱动装置，其特征在于，包括：并励直流电机，具有额定电压；直流电源，具有与额定电压相对应的恒定电压；以及斩波器，基于控制信号将恒定电压转换为可变电压并提供给并励直流电机，其中，斩波器具有m个斩波单元，每个斩波单元具有第一电源输出端、第二电源输出端以及w个开关控制端，控制信号包含分别与m个斩波单元相对应并且按照预定相位错开规则而形成的m个单元控制信号，每一个单元控制信号包含与对应的斩波单元中的w个开关控制端相对应的w个开关控制信号，w个开关控制端用于对应地接收w个开关控制信号，所有斩波单元的m个第一电源输出端与所有斩波单元的m个第二电源输出端分别相对应地形成m对电源输出端子，并励直流电机包括：机壳；m对电刷，固定在机壳内；定子，设置在机壳内，包含与m对电刷相对应的m对主磁极并且包含一个励磁绕组部；以及转子，设置在定子内，包含采用预定的联结方式进行相互联结的多个电枢绕组，每一对主磁极含有S极性主磁极和N极性主磁极，相邻的两个主磁极的极性不同，每一对电刷中的两个电刷的位置相邻，每一对电刷含有一个与S极性主磁极相对应的S极对应电刷和一个与N极性主磁极相对应的N极对应电刷，励磁绕组部含有m个励磁绕组单元，每一个励磁绕组单元通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在至少一对主磁极上分别制成励磁线圈而形成，每个励磁绕组单元中的绝缘导体条具有一端和另一端，所有绝缘导体条的m个一端与所有电刷中的m个S极对应电刷电气连接形成m个第一接线端，同时，所有绝缘导体条的m个另一端与所有电刷中的m个N极对应电刷电气连接形成m个第二接线端；或者，所有绝缘导体条的m个一端与所有电刷中的m个N极对应电刷电气连接形成m个第一接线端，同时，所有绝缘导体条的m个另一端与所有电刷中的m个S极对应电刷电气连接形成m个第二接线端，m个第一接线端与m个第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，m对外部接线端子与m对电源输出端子一一对应连接，m为不小于2的正整数，w为1、2或4。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，w为1，每个斩波单元还具有相互串联连接的上桥臂和下桥臂，上桥臂与直流电源的正极相连接，下桥臂与直流电源的负极相连接，上桥臂包含至少一个功率开关管以及开关控制端，每一个功率开关管具有一个控制极，开关控制端基于控制极而形成，下桥臂包含至少一个二极管，第一电源输出端设置在上桥臂与下桥臂之间，第二电源输出端设置在下桥臂与直流电源相连接的端部。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，预定相位错开规则是m个开关控制信号的相位分别依次错开m分之一开关周期；或者，m为偶数，预定相位错开规则是m个开关控制信号的相位分别依次错开m分之二开关周期。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，w为2，每个斩波单元还具有相互串联连接的上桥臂和下桥臂，上桥臂与直流电源的正极相连接，下桥臂与直流电源的负极相连接，上桥臂和下桥臂分别包含至少一个功率开关管、与功率开关管反向并联连接的至少一个二极管以及开关控制端，每一个功率开关管具有一个控制极，开关控制端基于控制极而形成，上桥臂中的开关控制端作为上桥臂开关控制端、下桥臂中的开关控制端作为下桥臂开关控制端用于对应地接收两个开关控制信号，第一电源输出端设置在上桥臂与下桥臂之间，第二电源输出端设置在下桥臂与直流电源相连接的端部。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，预定相位错开规则是m个单元控制信号分别对应的m个相位作为m个预定相位依次错开m分之一开关周期，在每一个斩波单元中，上桥臂开关控制端所对应的开关控制信号设定为基准开关控制信号，该基准开关控制信号的相位根据单元控制信号所对应的预定相位而定，下桥臂开关控制端所对应的开关控制信号与基准开关控制信号设定为互反；或者，m为偶数，预定相位错开规则是m个单元控制信号分别所对应的m个相位作为m个预定相位依次错开m分之二开关周期，在每一个斩波单元中，上桥臂开关控制端所对应的开关控制信号设定为基准开关控制信号，该基准开关控制信号的相位根据单元控制信号所对应的预定相位而定，下桥臂开关控制端所对应的开关控制信号与基准开关控制信号设定为互反。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，w为4，每个斩波单元还具有相互并联连接的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂包含相互串联连接的第一上桥臂和第一下桥臂，第二桥臂包含相互串联连接的第二上桥臂和第二下桥臂，第一上桥臂以及第二上桥臂都与直流电源的正极相连接，第一下桥臂以及第二下桥臂都与直流电源的负极相连接，第一上桥臂、第一下桥臂、第二上桥臂以及第二下桥臂分别包含至少一个功率开关管、与功率开关管反向并联连接的至少一个二极管以及开关控制端，每一个功率开关管具有一个控制极，开关控制端基于控制极而形成，第一上桥臂中的开关控制端作为第一上桥臂开关控制端、第一下桥臂中的开关控制端作为第一下桥臂开关控制端、第二上桥臂中的开关控制端作为第二上桥臂开关控制端、第二下桥臂中的开关控制端作为第二下桥臂开关控制端用于对应地接收四个开关控制信号，第一电源输出端设置在第一上桥臂与第一下桥臂之间，第二电源输出端设置在第二上桥臂与第二下桥臂之间。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，预定相位错开规则是m个单元控制信号分别所对应的m个相位作为m个预定相位依次错开m分之一开关周期，在每一个斩波单元中，第一上桥臂开关控制端和第二下桥臂开关控制端所对应的两个开关控制信号设定为基准开关控制信号，该基准开关控制信号的相位根据单元控制信号所对应的预定相位而定，第一下桥臂开关控制端和第二上桥臂开关控制端所对应的两个开关控制信号与基准开关控制信号设定为互反；或者，m为偶数，预定相位错开规则是m个单元控制信号分别所对应的m个相位作为m个预定相位依次错开m分之二开关周期，在每一个斩波单元中，第一上桥臂开关控制端和第二下桥臂开关控制端所对应的两个开关控制信号设定为基准开关控制信号，该基准开关控制信号的相位根据单元控制信号所对应的预定相位而定，第一下桥臂开关控制端和第二上桥臂开关控制端所对应的两个开关控制信号与基准开关控制信号设定为互反。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，直流电源具有m对与m个斩波单元分别相连接的供电输出端子。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，直流电源由相互独立的m个直流电源单元构成，每个直流电源单元具有一对供电输出端子。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：还包括：控制部，包括控制器和放大器，其中，控制器根据预定相位错开规则生成m个单元控制信号，放大器对每一个单元控制信号中的w个开关控制信号进行放大并提供给对应的斩波单元中的w个开关控制端。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，w为1，放大器由相互独立的m个放大单元构成，该m个放大单元分别与m个斩波单元相对应，每个放大单元都具有一个与开关控制端对应连接的放大信号输出端。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，w为2或4，放大器由相互独立的m个放大单元构成，该m个放大单元分别与m个斩波单元相对应，每个放大单元设有一个放大信号输出部，该放大信号输出部由w个放大信号输出端构成。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，控制器还生成与m个放大单元分别相对应的m个使能信号，每一个使能信号用于控制对应的放大单元的工作状态。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，m个励磁绕组单元与m对主磁极分别相对应，每一个励磁绕组单元中的绝缘导体条形成在相对应的一对主磁极上。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，各个主磁极上的励磁线圈的匝数相同，每一对主磁极与相对应的一对电刷的空间位置相对应，在每个励磁绕组单元中，两个励磁线圈的连接关系是串联和并联中的任意一种，各个励磁绕组单元中的两个励磁线圈的连接关系相同。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，每一个励磁绕组单元中的绝缘导体条形成在m对主磁极上。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，各个主磁极上的m个励磁线圈的绕制方向和匝数相同，在每个励磁绕组单元中，2m个励磁线圈的连接关系是串联、并联和串并联中的任意一种，各个励磁绕组单元中的2m个励磁线圈的连接关系相同。

本发明提供的并励式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，预定的联结方式是单叠、复叠和复波中的任意一种。

<结构二>

本发明还提供了一种电动设备，其特征在于，包括：并励式直流电机驱动装置，其中，并励式直流电机驱动装置为<结构一>的并励式直流电机驱动装置。

本发明提供的电动设备，还可以具有这样的特征：其中，电动设备为轧钢机、电力机车、大型机床主轴传动系统以及船舶中的任意一种。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的并励式直流电机驱动装置以及包含该并励式直流电机驱动装置的电动设备，因为斩波器具有m个斩波单元，每个斩波单元具有第一电源输出端、第二电源输出端以及w个开关控制端，控制信号包含分别与m个斩波单元相对应并且按照预定相位错开规则而形成的m个单元控制信号，每一个单元控制信号包含与对应的斩波单元中的w个开关控制端相对应的w个开关控制信号，w个开关控制端用于对应地接收w个开关控制信号，所有斩波单元的m个第一电源输出端与所有斩波单元的m个第二电源输出端分别相对应地形成m对电源输出端子，励磁绕组部含有m个励磁绕组单元，每一个励磁绕组单元通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在至少一对主磁极上分别制成励磁线圈而形成，每个励磁绕组单元中的绝缘导体条具有一端和另一端，所有绝缘导体条的m个一端与所有电刷中的m个S极对应电刷电气连接形成m个第一接线端，同时，所有绝缘导体条的m个另一端与所有电刷中的m个N极对应电刷电气连接形成m个第二接线端；或者，所有绝缘导体条的m个一端与所有电刷中的m个N极对应电刷电气连接形成m个第一接线端，同时，所有绝缘导体条的m个另一端与所有电刷中的m个S极对应电刷电气连接形成m个第二接线端，m个第一接线端与m个第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，m对外部接线端子与m对电源输出端子一一对应连接，也就是说，每对外部接线端子连接了相互并励连接的一个励磁绕组单元和一对电刷，所以，每个励磁绕组单元和对应连接的一对电刷所构成的支路是相互独立的，每条支路的电流也是独立的，每条支路都能够独立工作并由相对应的一对电源输出端子独立供电，即：每对电源输出端子只要承担一条支路的工作电流，只有电机额定输入电流的m分之一。因此，即使对于额定输入电流很大的电机，只要m足够大，每条支路的工作电流或者每对电源输出端子的输出电流就会相对应的减小，使得电源输出端子的输出电流可以小到不需要采用功率模块或并联均流技术而使用普通的功率开关管即可满足大功率高性能电机的要求，不仅降低了直流电源的成本，还降低了外部接线端子与电源输出端子之间的连接线和连接件对接触电阻和绝缘的要求，降低了生产制造的难度，有助于提高系统的可靠性和安全性。

并且，因为控制信号包含分别与m个斩波单元相对应并且按照预定相位错开规则而形成的m个开关控制信号，所以，每对电源输出端子的电流纹波的相位互不相同，从而使得m个电流纹波叠加后的纹波的峰峰值减小，进而减小了输出转矩和转速的纹波的峰峰值，提高了并励直流电机的性能和寿命。

综上，本发明的并励式直流电机驱动装置结构简单、连接线短、生产工艺简单，制造容易，维修方便，生产成本和维护成本低，具有结构设计合理、简单、可靠性和安全性高等优点，使得该发明不但可以应用于电动汽车、电动搬运车、轨道车、观光游览车、货车、船舶等大负荷电动设备，而且还可以应用于数控机床和潜艇等高性能电动设备。

附图说明

图1为本发明实施例一中的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；

图2为本发明实施例一中m＝3的状态下的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；

图3为本发明实施例中的并励直流电机的纵向剖面示意图；

图4为本发明实施例中的并励直流电机的横向剖面电路连接示意图；

图5为本发明实施例中的并励直流电机的电枢绕组单叠联结展开示意图；

图6为传统的并励直流电机驱动装置的电路连接示意图；

图7为本发明实施例中的并励直流电机三对电刷的输入电流波形图；

图8为本发明实施例中的并励直流电机三个励磁绕组单元的输入电流波形图；

图9为本发明实施例中的并励直流电机的电枢电流和传统的并励直流电机的电枢电流比较图；

图10为本发明实施例中的并励直流电机的励磁电流和传统的并励直流电机的励磁电流比较图；

图11为本发明实施例中的并励直流电机的转矩和传统的并励直流电机的转矩比较图；

图12为本发明实施例中的并励直流电机的转速和传统的并励直流电机的转速比较图；

图13为本发明变形例一中的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；

图14为本发明实施例二中的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；

图15为本发明实施例二中m＝3的状态下的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；

图16为本发明变形例二中的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；

图17为本发明实施例三中的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；

图18为本发明实施例三中m＝3的状态下的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；

图19为本发明变形例三中的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；

图20为本发明变形例中的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；

图21为本发明变形例中m＝3的状态下的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；以及

图22为本发明变形例中的并励直流电机的横向剖面电路连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

<实施例一>

图1为本发明实施例一中的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；图2为本发明实施例一中m＝3的状态下的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图。

如图1和图2所示，本实施例一中的并励式直流电机驱动装置100设置在电动设备如轧钢机、电力机车、大型机床主轴传动系统以及船舶内，用于驱动电动设备。该并励式直流电机驱动装置100包括并励直流电机10、斩波器20、直流电源30、传感部40以及控制部50。

图3为本发明实施例中的并励直流电机的纵向剖面示意图；图4为本发明实施例中的并励直流电机的横向剖面电路连接示意图。

如图1至图4所示，并励直流电机10具有额定电压和额定电流，包括机壳11、定子12、电刷13、转子14以及接线盒(图未示)。如图1所示，根据额定电流的值将电刷13的对数设置为m，m为不小于2的整数。如图2和图4所示，本实施例一中m设置为3。

如图1至图4所示，定子12设置在机壳11内，包含3对共6个主磁极121以及一个励磁绕组部122；每个主磁极121上包含3个励磁线圈12211，每个励磁线圈12211通过由包裹有绝缘层的导体构成的绝缘导体在主磁极121上分别绕制而成，绝缘导体条为漆包线和绝缘铜导条中的任意一种，本实施例中，绝缘导体条为漆包线。本实施例一中，每个主磁极121上的3个励磁线圈12211的绕制方向和匝数相同。

如图2至图4所示，每一个主磁极121上分别提取一个励磁线圈12211共6个励磁线圈12211连接成一个励磁绕组单元1221，励磁绕组部122含有3个励磁绕组单元1221，每个励磁绕组单元1221中的绝缘导体条具有根据励磁线圈12211的预设电流方向而区分的一端和另一端，每一对主磁极含有与励磁线圈12211绕制方向和励磁线圈12211的预设电流方向相对应的S极性主磁极1211和N极性主磁极1212。

在每个励磁绕组单元1221中，6个励磁线圈12211的连接关系是串联、并联和串并联中的任意一种，而且各个励磁绕组单元1221中的6个励磁线圈12211的连接关系相同，本实施例一中，6个励磁线圈12211的连接关系是串联。

如图3和图4所示，3对共6个电刷13设置在机壳11内，每一对电刷13含有一个与S极性主磁极1211相对应的S极对应电刷131和一个与N极性主磁极1212相对应的N极对应电刷132。

电刷13是窄电刷和宽电刷中的任意一种，本实施例一中电刷13是窄电刷。每个电刷13包含一个电刷本体或至少两个沿电机轴向布置并在电气上并联的分开成形的电刷本体；当电刷13包含至少两个电刷本体时，能够使得每个电刷与换向器的实际接触面积增大，从而改善了电刷的换向性能。如图2至图4所示，本实施例一中电刷13包含一个电刷本体。

如图1所示，所有励磁绕组单元1221的绝缘导体条的m个一端与所有电刷13中的m个N极对应电刷132电气连接形成m个第一接线端1511，同时，所有励磁绕组单元1221的绝缘导体条的m个另一端与所有电刷13中的m个S极对应电刷131电气连接形成m个第二接线端1512，m个第一接线端1511与m个第二接线端1512分别相对应地形成m对外部接线端子。当然，也可根据需要，所有励磁绕组单元1221的绝缘导体条的m个一端与所有电刷13中的m个S极对应电刷131电气连接形成m个第一接线端1511，同时，所有励磁绕组单元1221的所有绝缘导体条的m个另一端与所有电刷中的m个N极对应电刷132电气连接形成m个第二接线端1512。

本实施例一中，如图2和图4所示，第一接线端1511与第二接线端1512相对应地形成1对外部接线端子151，第一接线端1521与第二接线端1522相对应地形成1对外部接线端子152，第一接线端1531与第二接线端1532相对应地形成1对接线端子153。

图5为本发明实施例中的并励直流电机的电枢绕组单叠联结展开示意图。

如图1至图4所示，转子14设置在定子12内，包含采用预定的联结方式进行相互联结的多个电枢绕组141，电枢绕组141的数目设置为2m×q个，预定的联结方式是单叠、复叠和复波中的任意一种。本实施例一中，如图5所示，多个电枢绕组141的联结方式是单叠，相邻2个电刷13连接一条电枢绕组支路，每条电枢绕组支路含有q个电枢绕组141。

接线盒(图未示)固定在机壳11上，如图2和图4所示，3对外部接线端子151、152和153被设置在接线盒内。

如图1所示，斩波器20是基于控制部50发出的控制信号将直流电源30的恒压电压转换为平均电压可控的可变电压，并提供给并励直流电机10。该斩波器20包括与m对电刷13分别相对应的m个斩波单元21。本实施例一中，如图2所示，斩波器20包括3个斩波单元21。

每个斩波单元21包含相互串联连接的上桥臂211和下桥臂212、以及第一电源输出端2211和第二电源输出端2212。

上桥臂211包含1个功率开关管2111以及开关控制端2110，下桥臂212包含1个续流二极管2121。功率开关管2111具有一个控制极，该控制极形成开关控制端2110。

当所有功率开关管2111具有相同的最大输出电流I ₁，并励直流电机10的最大电流为I _max 时，m满足下述条件：m＞I _max÷I ₁。最大输出电流是功率开关管的一个重要参数，只有在这个电流值以下时，功率开关管才有可能稳定运行，如果工作电流超过这个电流值，功率开关管就会由于过流而被击穿，从而损坏。

本实施例一中，所有功率开关管均为半控型或全控型器件，半控型器件为普通晶闸管，全控型器件为电力场效应晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管、绝缘栅双极型晶体管以及电力双极型晶体管中的任意一种。

如图1所示，第一电源输出端2211设置在上桥臂211与下桥臂212之间，第二电源输出端2212设置在下桥臂211与直流电源30相连接的端部。所有斩波单元21的m个第一电源输出端2211与所有斩波单元21的m个第二电源输出端2212分别相对应地形成m对电源输出端子221，该m对电源输出端子221与m对外部接线端子151一一对应连接。

本实施例一中，如图2所示，第一电源输出端2211与第二电源输出端2212相对应地形成1对电源输出端子221，第一电源输出端2221与第二电源输出端2222相对应地形成1对电源输出端子222，第一电源输出端2231与第二电源输出端2232相对应地形成1对电源输出端子223，3对电源输出端子221、222和223与3对外部接线端子151、152和153一一对应连接。

如图1和图2所示，直流电源30具有与并励直流电机10的额定电压相对应的恒定电压，具有与m个斩波单元21一一对应连接的m对供电输出端子。每一对供电输出端子包含正极311和负极312，正极311与对应的斩波单元21中的上桥臂211相连接，负极312与对应的斩波单元21中的下桥臂212相连接。

如图1和图2所示，控制部50接收一个与并励直流电机10输出的位移、转速或转矩相对应的外部指令信号。

传感部40用于对并励直流电机10的物理量进行检测并输出反馈信号给控制部50。该传感部40包括输出传感器41以及电流传感器42。

输出传感器41对并励直流电机10输出的位移、转速或转矩进行检测并输出相对应的输出反馈信号给控制部50。

电流传感器42对并励直流电机10中的电刷引出线的线电流值进行检测并输出相对应的电流反馈信号给控制部50。

控制部50包括控制器51和放大器52。

控制器51根据外部指令信号以及传感部40的输出反馈信号和电流反馈信号计算生成并输出控制信号511和使能信号512给放大器52。控制信号511包含分别与m个斩波单元21相对应且按照预定相位错开规则而形成的m个开关控制信号，使能信号512用于控制放大器52的工作状态。

放大器52在使能信号512的控制下进入工作状态，并对m个开关控制信号进行放大并对应地提供给m个开关控制端2110。该放大器52具有分别与m个斩波单元21相对应的m个放大信号输出端521，m个放大信号输出端521与m个开关控制端2110一一对应连接。

本实施例一中，预定相位错开规则是m个开关控制信号的相位分别依次错开m分之一开关周期，使得m个斩波单元的电源输出端子的输出电流的电流纹波叠加后的纹波的峰峰值减小，从而减小输出转矩和转速的纹波的峰峰值，进而提高并励直流电机的性能和寿命。当然，也可根据需要，在m为偶数时，预定相位错开规则是m个开关控制信号的相位分别依次错开m分之二开关周期，使得空间相对的每两对电刷所对应的每两个斩波单元的电源输出端子的输出电流的电流纹波相同，从而在电机中产生力偶矩，避免由于电机输出转矩纹波不能形成力偶矩所引起的轴与轴承之间的摩擦力矩，减小轴与轴承之间的磨损，提高电机的性能和使用寿命。

图7为本发明实施例中的并励直流电机三对电刷的输入电流波形图；图8为本发明实施例中的并励直流电机三个励磁绕组单元的输入电流波形图；图9为本发明实施例中的并励直流电机的电枢电流和传统的并励直流电机的电枢电流比较图；图10为本发明实施例中的并励直流电机的励磁电流和传统的并励直流电机的励磁电流比较图；图11为本发明实施例中的并励直流电机的转矩和传统的并励直流电机的转矩比较图；图12为本发明实施例中的并励直流电机的转速和传统的并励直流电机的转速比较图。

在稳定状态下，电流纹波的峰峰值为最大值和最小值之差，纹波系数为峰峰值与平均值的百分比。下面以输出电流的电流纹波的频率都相同但相位依次错开1/3开关周期的三对电刷A1B1、A2B2和A3B3并且斩波器的开关频率均为1千赫兹为例，进行说明。

如图7所示，本实施例一中的并励直流电机三对电刷A1B1、A2B2和A3B3的输入电流纹波的峰峰值都等于99.31-87.33＝11.99安培，平均值都等于93.32安培，纹波系数都等于11.99/93.32×100％＝12.84％。

如图8所示，本实施例一中的并励直流电机的三个励磁绕组单元1221、1222和1223的输入电流纹波的峰峰值都等于61.97-61.37＝0.60安培，平均值都等于61.67安培，纹波系数都等于0.60/61.67×100％＝0.97％。

如图9所示，在稳定状态下，本实施例一中的并励直流电机的电枢电流等于三对电刷A1B1、A2B2和A3B3的电流之和，电枢电流的纹波的峰峰值为281.95-277.98＝3.97安培，平均值等于279.97安培，纹波系数都等于3.97/279.97×100％＝1.42％。传统的并励直流电机的电枢电流纹波的峰峰值等于297.94-261.98＝35.96安培，平均值等于279.97安培，纹波系数等于35.96/279.97×100％＝12.84％。虽然本实施例一中的并励直流电机和传统的并励直流电机的电枢电流平均值相同，但是本实施例中的并励直流电机的电枢电流纹波和纹波系数都只有传统电机的九分之一。

如图10所示，在稳定状态下，本实施例一中的并励直流电机的励磁电流等于三个励磁绕组单元1221、1222和1223的电流之和，励磁电流的纹波的峰峰值为185.10-184.90＝0.2安培，平均值等于185.0安培，纹波系数都等于0.2/185×100％＝0.11％。传统的并励直流电机的电枢电流纹波的峰峰值等于185.9-184.1＝1.8安培，平均值等于185.0安培，纹波系数等于1.8/185.0×100％＝0.97％。虽然本实施例一中的并励直流电机和传统的并励直流电机的励磁电流平均值相同，但是本实施例一中的并励直流电机的励磁电流纹波和纹波系数都只有传统电机的九分之一。

已知，并励直流电机的电磁转矩和运动方程如下

其中，T _em为电磁转矩；C _T为转矩常数；Φ为主磁场的磁通；L _af为励磁绕组部和电枢绕组的互感，为常数；I _f为励磁电流；I _a为电枢电流；T _load为负载转矩；J为负载的转动惯量，为常数；Ω为输出角速度。

在本实施例一中，并励直流电机的输入电流等于电枢电流和励磁电流之和，并励直流电机的额定输入电流是电机在额定工作状态下的最大输入电流。

在式(1)中，电磁转矩T _em与电枢电流I _a和主磁场的磁通Φ乘积成正比，直流电机的主磁场是由斩波器供电的励磁绕组部激励的，根据式(1)可知，电磁转矩T _em与电枢电流I _a和励磁电流I _f的乘积成正比，励磁电流I _f的纹波系数和电枢电流I _a的纹波系数将导致电磁转矩T _em产生更大的纹波系数、输出角速度Ω的脉动或纹波更大，驱动装置和电动设备的性能更差。

在本实施例一中，L _af取为1，在稳定状态下，如图11所示，本实施例中的并励直流的电机转矩纹波的峰峰值等于52188.25-51398.38＝789.87N.m，平均值等于51793.56N.m，纹波系数等于1.53％。传统的并励直流电机的转矩纹波的峰峰值等于55386.15-48229.93＝7156.21N.m，平均值等于51798.89N.m，纹波系数等于13.82％。

如图12所示，在稳定状态下，本实施例一中的并励直流电机10的转速纹波的峰峰值等于1725.5157-1725.5142＝0.0015转/分钟，平均值等于1725.515转/分钟，纹波系数等于0.000087％。传统的并励直流电机的转速纹波的峰峰值等于1725.535-1725.4949＝0.0401转/分钟，平均值等于1725.515转/分钟，纹波系数等于0.002324％。虽然本实施例一中的并励直流电机10和传统的并励直流电机的转速平均值相同，但是本实施例一中的并励直流电机10的转速纹波的峰峰值和纹波系数与传统的并励直流电机的比值为1/26.7。

也就是说，本实施例一中的并励直流电机10尽管和传统的并励直流电机的转矩平均值基本相同，但是本实施例一中的并励直流电机10的转矩的纹波的峰峰值和纹波系数都只有传统的并励直流电机的九分之一，减小电机的输出转矩的纹波的峰峰值和纹波系数，进而减小电机输出转速的纹波的峰峰值和纹波系数，本实施例一中的并励直流电机转速纹波系数只有传统的并励直流电机的二十六分之一，最终实现减小电机的电磁干扰、振动和噪声，提高并励直流电机和驱动装置的性能的目的。

<变形例一>

在本变形例一中，对于和实施例一相同的结构，给予相同的符号并省略相同的说明。

图13为本发明变形例一中的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图。

如图13所示，本变形例一中的并励式直流电机驱动装置100′包括包括并励直流电机10、斩波器20′、直流电源30′、传感部40以及控制部50′。

如图13所示，斩波器20′由与m对电刷13分别相对应的m个斩波单元21′所构成。

每个斩波单元21′包含相互串联连接的上桥臂211′和下桥臂212′以及第一电源输出端2211′和第二电源输出端2212′。

上桥臂211′包含相互并联连接的p个功率开关管2111′以及开关控制端2110′，p为不小于2的正整数，下桥臂212′包含1个续流二极管2121′。每一个功率开关管2111′都具有一个控制极，每个上桥臂211′中的所有控制极形成开关控制端2110′。

当所有功率开关管2111′具有相同的最大输出电流I ₁，并励直流电机10的最大电流为I _max，m满足下述条件：m＞I _max÷(k×p×I ₁)，k为并联系数，1/p<k<1。

在本变形例一中，p为2-4，并联的技术成熟、可靠，可以适当减少m的数量，减少生产制造中的工作量和复杂程度，提高产品的性价比。

第一电源输出端2211′设置在上桥臂211′与下桥臂212′之间，第二电源输出端2212′设置在下桥臂211′与直流电源30′相连接的端部。所有斩波单元21′的m个第一电源输出端2211′与所有斩波单元21′的m个第二电源输出端2212′分别相对应地形成m对电源输出端子221′，该m对电源输出端子221′与m对外部接线端子151一一对应连接。

如图13所示，直流电源30′具有相互独立的m个直流电源单元31′以及从每一个直流电源单元31′所引出的m对供电输出端子，该m对供电输出端子与m个斩波单元21′一一对应连接。每一对供电输出端子包含正极311′和负极312′，正极311′与对应的斩波单元21′中的上桥臂211′相连接，负极312′与对应的斩波单元21′中的下桥臂212′相连接。

如图13所示，控制部50′包括控制器51′和放大器52′。

控制器51′根据外部指令信号以及传感部40的输出反馈信号和电流反馈信号计算生成并输出控制信号511′和使能信号512′给放大器52′。控制信号511′包含分别与m个斩波单元21′相对应且按照预定相位错开规则而形成的m个开关控制信号，使能信号512′用于控制放大器52′的工作状态。

放大器52′在使能信号512′的控制下进入工作状态，并对m个开关控制信号进行放大并对应地提供给m个开关控制端2110′。该放大器52′由相互独立的m个放大单元521′构成，该m个放大单元521′分别与m个斩波单元21′相对应，每个放大单元521′具有一个放大信号输出端5211′，m个放大信号输出端5211′与m个开关控制端2110′一一对应连接。

<实施例二>

在本实施例二中，对于和实施例一相同的结构，给予相同的符号并省略相同的说明。

图14为本发明实施例二中的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；图15为本发明实施例二中m＝3的状态下的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图。

如图14和图15所示，本实施例二中的并励式直流电机驱动装置100a包括并励直流电机10、斩波器20a、直流电源30、传感部40以及控制部50a。

如图14所示，斩波器20a是基于控制部50a发出的控制信号将直流电源30的恒压电压转换为平均电压可控的可变电压，并提供给并励直流电机10。该斩波器20a包括与m对电刷13分别相对应的m个斩波单元21a。本实施例二中，如图15所示，斩波器20a包括3个斩波单元21a。

每个斩波单元21a包含相互串联连接的上桥臂211a和下桥臂212a、以及第一电源输出端2211a和第二电源输出端2212a。

上桥臂211a包含1个功率开关管2111a、与功率开关管2111a反向并联联结的二极管210a以及上桥臂开关控制端2110a，下桥臂212a包含1个功率开关管2121a、与功率开关管2121a反向并联连接的二极管210a以及下桥臂开关控制端2120a。

当所有上桥臂211a的功率开关管2111a以及所有下桥臂212a的功率开关管2121a具有相同的最大输出电流I ₁，并励直流电机10的最大电流为I _max时，m满足下述条件：m＞I _max÷I ₁。

本实施例二中，所有功率开关管均为半控型或全控型器件，半控型器件为普通晶闸管，全控型器件为电力场效应晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管、绝缘栅双极型晶体管以及电力双极型晶体管中的任意一种。

如图14所示，第一电源输出端2211a设置在上桥臂211a与下桥臂212a之间，第二电源输出端2212a设置在下桥臂212a与直流电源30相连接的端部。所有斩波单元21a的m个第一电源输出端2211a与所有斩波单元21a的m个第二电源输出端2212a分别相对应地形成m对电源输出端子221a，该m对电源输出端子221a与m对外部接线端子151一一对应连接。

本实施例二中，如图15所示，第一电源输出端2211a与第二电源输出端2212a相对应地形成1对电源输出端子221a，第一电源输出端2221a与第二电源输出端2222a相对应地形成1对电源输出端子222a，第一电源输出端2231a与第二电源输出端2232a相对应地形成1对电源输出端子223a，3对电源输出端子221a、222a和223a与3对外部接线端子151、152和153一一对应连接。

如图14和图15所示，直流电源30具有与m个斩波单元21a一一对应连接的m对供电输出端子。每一对供电输出端子中的正极311与对应的斩波单元21a中的上桥臂211a相连接，负极312与对应的斩波单元21a中的下桥臂212a相连接。

如图14和图15所示，控制部50a包括控制器51a和放大器52a。

控制器51a根据外部指令信号以及传感部40的输出反馈信号和电流反馈信号计算生成并输出控制信号511a和使能信号512a给放大器52a。控制信号511a包含分别与m个斩波单元21a相对应且按照预定相位错开规则而形成的m个单元控制信号，每一个单元控制信号包含与对应的斩波单元21a中的两个开关控制端2110a、2120a相对应的两个开关控制信号521a、522a。使能信号512a用于控制放大器52a的工作状态。

放大器52a在使能信号512a的控制下进入工作状态，对每一个单元控制信号中的两个开关控制信号进行放大并提供给两个开关控制端2110a、2120a。该放大器52a具有分别与m个斩波单元21a相对应的m个放大信号输出部，每一个放大信号输出部由两个放大信号输出端521a、522a构成。每一个放大信号输出部的两个放大信号输出端521a、522a分别与对应的斩波单元21a中的两个开关控制端2110a、2120a对应连接，具体为：放大信号输出端521a与上桥臂开关控制端2110a相连接，放大信号输出端522a与下桥臂开关控制端2120a相连接。

本实施例二中，预定相位错开规则是m个单元控制信号分别对应的m个相位作为m个预定相位依次错开m分之一开关周期，在每一个斩波单元中，上桥臂开关控制端所对应的开关控制信号设定为基准开关控制信号，该基准开关控制信号的相位根据单元控制信号所对应的预定相位而定，下桥臂开关控制端所对应的开关控制信号与基准开关控制信号设定为互反，使得m个斩波单元的电源输出端子的输出电流的电流纹波叠加后的纹波的峰峰值减小，从而减小输出转矩和转速的纹波的峰峰值，进而提高并励直流电机的性能和寿命。当然，也可根据需要，在m为偶数时，预定相位错开规则是m个单元控制信号分别所对应的m个相位作为m个预定相位依次错开m分之二开关周期，使得空间相对的每两对电刷所对应的每两个斩波单元的电源输出端子的输出电流的电流纹波相同，从而在电机中产生力偶矩，避免由于电机输出转矩纹波不能形成力偶矩所引起的轴与轴承之间的摩擦力矩，减小轴与轴承之间的磨损，提高电机的性能和使用寿命。

下面以输出电流的电流纹波的频率都相同但相位依次错开1/3开关周期的三对电刷A1B1、A2B2和A3B3并且斩波器的开关频率均为1千赫兹为例，进行说明。

如图7所示，本实施例二中的并励直流电机三对电刷A1B1、A2B2和A3B3的输入电流纹波的峰峰值都等于99.31-87.33＝11.99安培，平均值都等于93.32安培，纹波系数都等于11.99/93.32×100％＝12.84％。

如图8所示，本实施例二中的并励直流电机的三个励磁绕组单元1221、1222和1223的输入电流纹波的峰峰值都等于61.97-61.37＝0.60安培，平均值都等于61.67安培，纹波系数都等于0.60/61.67×100％＝0.97％。

如图9所示，在稳定状态下，本实施例二中的并励直流电机的电枢电流等于三对电刷A1B1、A2B2和A3B3的电流之和，电枢电流的纹波的峰峰值为281.95-277.98＝3.97安培，平均值等于279.97安培，纹波系数都等于3.97/279.97×100％＝1.42％。传统的并励直流电机的电枢电流纹波的峰峰值等于297.94-261.98＝35.96安培，平均值等于279.97安培，纹波系数等于35.96/279.97×100％＝12.84％。虽然本实施例二中的并励直流电机和传统的并励直流电机的电枢电流平均值相同，但是本实施例二中的并励直流电机的电枢电流纹波和纹波系数都只有传统电机的九分之一。

如图10所示，在稳定状态下，本实施例二中的并励直流电机的励磁电流等于三个励磁绕组单元1221、1222和1223的电流之和，励磁电流的纹波的峰峰值为185.10-184.90＝0.2安培，平均值等于185.0安培，纹波系数都等于0.2/185×100％＝0.11％。传统的并励直流电机的电枢电流纹波的峰峰值等于185.9-184.1＝1.8安培，平均值等于185.0安培，纹波系数等于1.8/185.0×100％＝0.97％。虽然本实施例二中的并励直流电机和传统的并励直流电机的励磁电流平均值相同，但是本实施例二中的并励直流电机的励磁电流纹波和纹波系数都只有传统电机的九分之一。

在本实施例二中，L _af取为1，在稳定状态下，如图11所示，本实施例二中的并励直流的电机转矩纹波的峰峰值等于52188.25-51398.38＝789.87N.m，平均值等于51793.56N.m，纹波系数等于1.53％。传统的并励直流电机的转矩纹波的峰峰值等于55386.15-48229.93＝7156.21N.m，平均值等于51798.89N.m，纹波系数等于13.82％。

如图12所示，在稳定状态下，本实施例二中的并励直流电机10的转速纹波的峰峰值等于1725.5157-1725.5142＝0.0015转/分钟，平均值等于1725.515转/分钟，纹波系数等于0.000087％。传统的并励直流电机的转速纹波的峰峰值等于1725.535-1725.4949＝0.0401转/分钟，平均值等于1725.515转/分钟，纹波系数等于0.002324％。虽然本实施例二中的并励直流电机10和传统的并励直流电机的转速平均值相同，但是本实施例二中的并励直流电机10的转速纹波的峰峰值和纹波系数与传统的并励直流电机的比值为1/26.7。

也就是说，本实施例二中的并励直流电机10尽管和传统的并励直流电机的转矩平均值基本相同，但是本实施例二中的并励直流电机10的转矩的纹波的峰峰值和纹波系数都只有传统的并励直流电机的九分之一，减小电机的输出转矩的纹波的峰峰值和纹波系数，进而减小电机输出转速的纹波的峰峰值和纹波系数，本实施例二中的并励直流电机转速纹波系数只有传统的并励直流电机的二十六分之一，最终实现减小电机的电磁干扰、振动和噪声，提高并励直流电机和驱动装置的性能的目的。

<变形例二>

在本变形例二中，对于和实施例二相同的结构，给予相同的符号并省略相同的说明。

图16为本发明变形例二中的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图。

如图16所示，本变形例中的并励式直流电机驱动装置100a′包括包括并励直流电机10、斩波器20a′、直流电源30′、传感部40以及控制部50a′。

如图16所示，斩波器20a′由与m对电刷13分别相对应的m个斩波单元21a′所构成。

每个斩波单元21a′包含相互串联连接的上桥臂211a′和下桥臂212a′以及第一电源输出端2211a′和第二电源输出端2212a′。

上桥臂211a′包含相互并联连接的p个功率开关管2111a′、与功率开关管2111a′反向并联连接的二极管210a′以及上桥臂开关控制端2110a′，下桥臂212a′包含相互并联连接的p个功率开关管2121a′、与功率开关管2121a′反向并联连接的二极管210a′以及下桥臂开关控制端2120a′，p为不小于2的整数。每一个功率开关管都具有一个控制极，每个上桥臂211a′中的所有控制极形成上桥臂开关控制端2110a′，每个下桥臂212a′中的所有控制极形成下桥臂开关控制端2120a′。

当所有上桥臂211a′的功率开关管2111a′以及所有下桥臂212a′的功率开关管2121a′具有相同的最大输出电流I ₁，并励直流电机10的最大电流为I _max，m满足下述条件：m＞I _max÷(k×p×I ₁)，k为并联系数，1/p<k<1。

在本变形例二中，p为2-4，并联的技术成熟、可靠，可以适当减少m的数量，减少生产制造中的工作量和复杂程度，提高产品的性价比。

第一电源输出端2211a′设置在上桥臂211a′与下桥臂212a′之间，第二电源输出端2212a′设置在下桥臂211a′与直流电源30′相连接的端部。所有斩波单元21a′的m个第一电源输出端2211a′与所有斩波单元21a′的m个第二电源输出端2212a′分别相对应地形成m对电源输出端子221a′，该m对电源输出端子221a′与m对外部接线端子151一一对应连接。

如图16所示，直流电源30′具有相互独立的m个直流电源单元31′以及从每一个直流电源单元31′所引出的m对供电输出端子，该m对供电输出端子与m个斩波单元21a′一一对应连接。每一对供电输出端子包含正极311′和负极312′，正极311′与对应的斩波单元21a′中的上桥臂211a′相连接，负极312′与对应的斩波单元21a′中的下桥臂212a′相连接。

如图16所示，控制部50a′包括控制器51a′和放大器52a′。

控制器51a′根据外部指令信号以及传感部40的输出反馈信号和电流反馈信号计算生成并输出控制信号511a′和使能信号512a′给放大器52a′。控制信号511a′包含分别与m个斩波单元21a′相对应且按照预定相位错开规则而形成的m个单元控制信号，每一个单元控制信号包含与对应的斩波单元21a′中的两个开关控制端2110a′、2120a′相对应的两个开关控制信号5211a′、5212a′。使能信号512a′用于控制放大器52a′的工作状态。

放大器52a′在使能信号512a′的控制下进入工作状态，对每一个单元控制信号中的两个开关控制信号进行放大并提供给两个开关控制端2110a′、2120a′。该放大器52a′由相互独立的m个放大单元521a′构成，该m个放大单元521a′分别与m个斩波单元21a′相对应，每个放大单元521a′具有一个放大信号输出部，每一放大信号输出部由两个放大信号输出端5211a′、5212a′构成。每一个放大信号输出部的两个放大信号输出端5211a′、5212a′分别与对应的斩波单元21a′中的两个开关控制端2110a′、2120a′对应连接，具体为：放大信号输出端5211a′与上桥臂开关控制端2110a′相连接，放大信号输出端5212a′与下桥臂开关控制端2120a′相连接。

<实施例三>

在本实施例三中，对于和实施例一相同的结构，给予相同的符号并省略相同的说明。

图17为本发明实施例三中的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；图18为本发明实施例三中m＝3的状态下的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图。

如图17和图18所示，本实施例三中的并励式直流电机驱动装置100b包括并励直流电机10、斩波器20b、直流电源30、传感部40以及控制部50b。

如图17所示，斩波器20b是基于控制部50b发出的控制信号将直流电源30的恒压电压转换为平均电压可控的可变电压，并提供给并励直流电机10。该斩波器20b包括与m对电刷13分别相对应的m个斩波单元21b。本实施例中，如图18所示，斩波器20b包括3个斩波单元21b。

每个斩波单元21b包含的第一桥臂211b和第二桥臂212b、以及第一电源输出端2211b和第二电源输出端2212b，第一桥臂211b包含相互串联连接的第一上桥臂2111b和第一下桥臂2112b，第二桥臂212b包含相互串联连接的第二上桥臂2121b和第二下桥臂2122b，第一桥臂211b与第二桥臂212b相互并联连接。第一上桥臂2111b包含一个功率开关管21111b、与功率开关管反向并联联结的二极管210b以及开关控制端21110b，第一下桥臂2112b包含一个功率开关管21121b、与功率开关管反向并联联结的二极管210b以及开关控制端21120b，第二上桥臂2121b包含一个功率开关管21211b、与功率开关管反向并联连接的二极管210b以及开关控制端21210b，第二下桥臂2122b包含一个功率开关管21221b、与功率开关管反向并联联结的二极管210b以及开关控制端21220b。

当所有第一上桥臂2111b的功率开关管21111b、所有第一下桥臂2112b的功率开关管21121b、所有第二上桥臂2121b的功率开关管21211b以及所有第二下桥臂2122b的功率开关管21221b具有相同的最大输出电流I ₁，并励直流电机10的最大电流为I _max时，m满足下述条件：m＞I _max÷I ₁。

本实施例三中，所有功率开关管均为半控型或全控型器件，半控型器件为普通晶闸管，全控型器件为电力场效应晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管、绝缘栅双极型晶体管以及电力双极型晶体管中的任意一种。

如图17所示，第一电源输出端2211b设置在第一上桥臂2111b与第一下桥臂2112b之间，第二电源输出端2212b设置在第二上桥臂2121b与第二下桥臂2122b之间。所有斩波单元21b的m个第一电源输出端2211b与所有斩波单元21b的m个第二电源输出端2212b分别相对应地形成m对电源输出端子221b，该m对电源输出端子221b与m对外部接线端子151一一对应连接。

本实施例中，如图18所示，第一电源输出端2211b与第二电源输出端2212b相对应地形成1对电源输出端子221b，第一电源输出端2221b与第二电源输出端2222b相对应地形成1对电源输出端子222b，第一电源输出端2231b与第二电源输出端2232b相对应地形成1对电源输出端子223b，3对电源输出端子221b、222b和223b与3对外部接线端子151、152和153一一对应连接。

如图17和图18所示，直流电源30具有与并励直流电机10的额定电压相对应的恒定电压，具有与m个斩波单元21b一一对应连接的m对供电输出端子。每一对供电输出端子包含正极311和负极312，正极311与对应的斩波单元21b中的第一上桥臂2111b和第二上桥臂2121b相连接，负极312与对应的斩波单元21b中的第一下桥臂2112b和第二下桥臂2122b相连接。

如图17和图18所示，控制部50b包括控制器51b和放大器52b。

控制器51b根据外部指令信号以及传感部40的输出反馈信号和电流反馈信号计算生成并输出控制信号511b和使能信号512b给放大器52b。控制信号511b包含分别与m个斩波单元21b相对应且按照预定相位错开规则而形成的m个单元控制信号，每一个单元控制信号包含与对应的斩波单元21b中的四个开关控制端21110b、21120b、21210b、21220b相对应的四个开关控制信号5211b、5212b、5221b、5222b。使能信号512b用于控制放大器52b的工作状态。

放大器52b在使能信号512b的控制下进入工作状态，对每一个单元控制信号中的四个开关控制信号进行放大并提供给四个开关控制端21110b、21120b、21210b、21220b。该放大器52b具有分别与m个斩波单元21b相对应的m个放大信号输出部，每一个放大信号输出部由四个放大信号输出端构成。每一个放大信号输出部的四个放大信号输出端5211b、5212b、5221b、5222b分别与对应的斩波单元21b中的四个开关控制端21110b、21120b、21210b、21220b连接，具体为：放大信号输出端5211b与第一上桥臂开关控制端21110b相连接，放大信号输出端5212b与第一下桥臂开关控制端21120b相连接，放大信号输出端5221b与第二上桥臂开关控制端21210b相连接，放大信号输出端5222b与第二下桥臂开关控制端21220b相连接。

本实施例三中，预定相位错开规则是m个单元控制信号分别对应的m个相位作为m个预定相位依次错开m分之一开关周期，在每一个斩波单元中，第一上桥臂开关控制端和第二下桥臂开关控制端所对应的两个开关控制信号设定为基准开关控制信号，该基准开关控制信号的相位根据单元控制信号所对应的预定相位而定，第一下桥臂开关控制端和第二上桥臂开关控制端所对应的两个开关控制信号与基准开关控制信号设定为互反，使得m个斩波单元的电源输出端子的输出电流的电流纹波叠加后的纹波的峰峰值减小，从而减小输出转矩和转速的纹波的峰峰值，进而提高并励直流电机的性能和寿命。当然，也可根据需要，在m为偶数时，预定相位错开规则是m个单元控制信号分别所对应的m个相位作为m个预定相位依次错开m分之二开关周期，使得空间相对的每两对电刷所对应的每两个斩波单元的电源输出端子的输出电流的电流纹波相同，从而在电机中产生力偶矩，避免由于电机输出转矩纹波不能形成力偶矩所引起的轴与轴承之间的摩擦力矩，减小轴与轴承之间的磨损，提高电机的性能和使用寿命。

如图7所示，本实施例三中的并励直流电机三对电刷A1B1、A2B2和A3B3的输入电流纹波的峰峰值都等于99.31-87.33＝11.99安培，平均值都等于93.32安培，纹波系数都等于11.99/93.32×100％＝12.84％。

如图8所示，本实施例三中的并励直流电机的三个励磁绕组单元1221、1222和1223的输入电流纹波的峰峰值都等于61.97-61.37＝0.60安培，平均值都等于61.67安培，纹波系数都等于0.60/61.67×100％＝0.97％。

如图9所示，在稳定状态下，本实施例三中的并励直流电机的电枢电流等于三对电刷A1B1、A2B2和A3B3的电流之和，电枢电流的纹波的峰峰值为281.95-277.98＝3.97安培，平均值等于279.97安培，纹波系数都等于3.97/279.97×100％＝1.42％。传统的并励直流电机的电枢电流纹波的峰峰值等于297.94-261.98＝35.96安培，平均值等于279.97安培，纹波系数等于35.96/279.97×100％＝12.84％。虽然本实施例三中的并励直流电机和传统的并励直流电机的电枢电流平均值相同，但是本实施例三中的并励直流电机的电枢电流纹波和纹波系数都只有传统电机的九分之一。

如图10所示，在稳定状态下，本实施例三中的并励直流电机的励磁电流等于三个励磁绕组单元1221、1222和1223的电流之和，励磁电流的纹波的峰峰值为185.10-184.90＝0.2安培，平均值等于185.0安培，纹波系数都等于0.2/185×100％＝0.11％。传统的并励直流电机的电枢电流纹波的峰峰值等于185.9-184.1＝1.8安培，平均值等于185.0安培，纹波系数等于1.8/185.0×100％＝0.97％。虽然本实施例三中的并励直流电机和传统的并励直流电机的励磁电流平均值相同，但是本实施例三中的并励直流电机的励磁电流纹波和纹波系数都只有传统电机的九分之一。

在本实施例三中，L _af取为1，在稳定状态下，如图11所示，本实施例三中的并励直流的电机转矩纹波的峰峰值等于52188.25-51398.38＝789.87N.m，平均值等于51793.56N.m，纹波系数等于1.53％。传统的并励直流电机的转矩纹波的峰峰值等于55386.15-48229.93＝7156.21N.m，平均值等于51798.89N.m，纹波系数等于13.82％。

如图12所示，在稳定状态下，本实施例三中的并励直流电机10的转速纹波的峰峰值等于1725.5157-1725.5142＝0.0015转/分钟，平均值等于1725.515转/分钟，纹波系数等于0.000087％。传统的并励直流电机的转速纹波的峰峰值等于1725.535-1725.4949＝0.0401转/分钟，平均值等于1725.515转/分钟，纹波系数等于0.002324％。虽然本实施例三中的并励直流电机10和传统的并励直流电机的转速平均值相同，但是本实施例三中的并励直流电机10的转速纹波的峰峰值和纹波系数与传统的并励直流电机的比值为1/26.7。

也就是说，本实施例三中的并励直流电机10尽管和传统的并励直流电机的转矩平均值基本相同，但是本实施例三中的并励直流电机10的转矩的纹波的峰峰值和纹波系数都只有传统的并励直流电机的九分之一，减小电机的输出转矩的纹波的峰峰值和纹波系数，进而减小电机输出转速的纹波的峰峰值和纹波系数，本实施例三中的并励直流电机转速纹波系数只有传统的并励直流电机的二十六分之一，最终实现减小电机的电磁干扰、振动和噪声，提高并励直流电机和驱动装置的性能的目的。

<变形例三>

在本变形例三中，对于和实施例三相同的结构，给予相同的符号并省略相同的说明。

图19为本发明变形例三中的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图。

如图19所示，本变形例三中的并励式直流电机驱动装置100b′包括并励直流电机10、斩波器20b′、直流电源30′、传感部40以及控制部50b′。

如图19所示，斩波器20b′由与m对电刷13分别相对应的m个斩波单元21b′所构成。

每个斩波单元21b′包含的第一桥臂211b′和第二桥臂212b′、以及第一电源输出端2211b′和第二电源输出端2212b′。

第一上桥臂2111b′包含相互并联连接的p个功率开关管21111b′、与功率开关管反向并联联结的二极管210b′以及开关控制端21110b′，第一下桥臂2112b′包含相互并联连接的p个功率开关管21121′、与功率开关管反向并联联结的二极管210b′以及开关控制端21120b′，第二上桥臂2121b′包含相互并联连接的p个功率开关管21211b′、与功率开关管反向并联联结的二极管210b′以及开关控制端21210b′，第二下桥臂2122b′包含相互并联连接的p个功率开关管21221b′、与功率开关管反向并联联结的二极管210b′以及开关控制端21220b′，p为不小于2的整数。每一个功率开关管都具有一个控制极，每个第一上桥臂2111b′中的所有控制极形成第一上桥臂开关控制端21110b′，每个第一下桥臂2112b′中的所有控制极形成第一下桥臂开关控制端21120b′，每个第二上桥臂2121b′中的所有控制极形成第二上桥臂开关控制端21210b′，每个第二下桥臂2122b′中的所有控制极形成第二下桥臂开关控制端21220b′。

当所有第一上桥臂2111b′的功率开关管21111b′、所有第一下桥臂2112b′的功率开关管21121b′、所有第二上桥臂2121b′的功率开关管21211b′以及所有第二下桥臂2122b′的功率开关管21221b′具有相同的最大输出电流I ₁，并励直流电机的最大电流为I _max，m满足下述条件：m＞I _max÷(k×p×I ₁)，k为并联系数，1/p<k<1。

在本变形例三中，p为2-4，并联的技术成熟、可靠，可以适当减少m的数量，减少生产制造中的工作量和复杂程度，提高产品的性价比。

第一电源输出端2211b′设置在第一上桥臂2111b′与第一下桥臂2112b′之间，第二电源输出端2212b′设置在第二上桥臂2121b′与第二下桥臂2122b′之间。所有斩波单元21b′的m个第一电源输出端2211b′与所有斩波单元21b′的m个第二电源输出端2212b′分别相对应地形成m对电源输出端子221b′，该m对电源输出端子221b′与m对外部接线端子151一一对应连接。

如图19所示，直流电源30′具有相互独立的m个直流电源单元31′以及从每一个直流电源单元31′所引出的m对供电输出端子，该m对供电输出端子与m个斩波单元21b′一一对应连接。每一对供电输出端子包含正极311′和负极312′，正极311′与对应的斩波单元21b′中的第一上桥臂2111b′和第二上桥臂2121b′相连接，负极312′与对应的斩波单元21b′中的第一下桥臂2112b′和第二下桥臂2122b′相连接。

如图19所示，控制部50b′包括控制器51b′和放大器52b′。

控制器51b′根据外部指令信号以及传感部40的输出反馈信号和电流反馈信号计算生成并输出控制信号511b′和使能信号512b′给放大器52b′。控制信号511b′包含分别与m个斩波单元21b′相对应且按照预定相位错开规则而形成的m个单元控制信号，每一个单元控制信号包含与对应的斩波单元21b′中的四个开关控制端21110b′、21120b′、21210b′、21220b′相对应的四个开关控制信号5211b′、5212b′、5221b′、5222b′。使能信号512b′用于控制放大器52b′的工作状态。

放大器52b′在使能信号512b′的控制下进入工作状态，对每一个单元控制信号中的四个开关控制信号进行放大并提供给四个开关控制端21110b′、21120b′、21210b′、21220b′。该放大器52b′具有分别与m个斩波单元21b′相对应的m个放大信号输出部，每一个放大信号输出部由四个放大信号输出端5211b′、5212b′、5221b′、5222b′构成。每一个放大信号输出部的四个放大信号输出端5211b′、5212b′、5221b′、5222b′分别与对应的斩波单元21b′中的四个开关控制端21110b′、21120b′、21210b′、21220b′对应连接，具体为：放大信号输出端5211b′与第一上桥臂开关控制端21110b′相连接，放大信号输出端5212b′与第一下桥臂开关控制端21120b′相连接，放大信号输出端5221b′与第二上桥臂开关控制端21210b′相连接，放大信号输出端5222b′与第二下桥臂开关控制端21220b′相连接。

实施例作用与效果

根据本实施例一至三所涉及的并励式直流电机驱动装置以及包含该并励式直流电机驱动装置的电动设备，因为斩波器具有m个斩波单元，每个斩波单元具有第一电源输出端、第二电源输出端以及w个开关控制端，控制信号包含分别与m个斩波单元相对应并且按照预定相位错开规则而形成的m个单元控制信号，每一个单元控制信号包含与对应的斩波单元中的w个开关控制端相对应的w个开关控制信号，w个开关控制端用于对应地接收w个开关控制信号，所有斩波单元的m个第一电源输出端与所有斩波单元的m个第二电源输出端分别相对应地形成m对电源输出端子，励磁绕组部含有m个励磁绕组单元，每一个励磁绕组单元通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在至少一对主磁极上分别制成励磁线圈而形成，每个励磁绕组单元中的绝缘导体条具有一端和另一端，所有绝缘导体条的m个一端与所有电刷中的m个S极对应电刷电气连接形成m个第一接线端，同时，所有绝缘导体条的m个另一端与所有电刷中的m个N极对应电刷电气连接形成m个第二接线端；或者，所有绝缘导体条的m个一端与所有电刷中的m个N极对应电刷电气连接形成m个第一接线端，同时，所有绝缘导体条的m个另一端与所有电刷中的m个S极对应电刷电气连接形成m个第二接线端，m个第一接线端与m个第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，m对外部接线端子与m对电源输出端子一一对应连接，也就是说，每对外部接线端子连接了相互并励连接的一个励磁绕组单元和一对电刷，所以，每个励磁绕组单元和对应连接的一对电刷所构成的支路是相互独立的，每条支路的电流也是独立的，每条支路都能够独立工作并由相对应的一对电源输出端子独立供电，即：每对电源输出端子只要承担一条支路的工作电流，只有电机额定输入电流的m分之一。因此，即使对于额定输入电流很大的电机，只要m足够大，每条支路的工作电流或者每对电源输出端子的输出电流就会相对应的减小，使得电源输出端子的输出电流可以小到不需要采用功率模块或并联均流技术而使用普通的功率开关管即可满足大功率高性能电机的要求，不仅降低了直流电源的成本，还降低了外部接线端子与电源输出端子之间的连接线和连接件对接触电阻和绝缘的要求，降低了生产制造的难度，有助于提高系统的可靠性和安全性。

此外，因为每一个励磁绕组单元中的绝缘导体条形成在m对主磁极上，所以，在电机中的电刷、励磁绕组单元、连接线出现故障时，只需要把故障所在部分屏蔽即可，其他正常部分依然可以工作，避免出现传统并励直流电机的突然失控现象，提高了系统的可靠性和安全性。

另外，因为实施例一中的上桥臂包含一个功率开关管、下桥臂包含一个二极管，实施例二中的上桥臂、下桥臂只包含一个功率开关管以及与功率开关管反向并联连接的二极管，实施例三中的第一上桥臂、第一下桥臂、第二上桥臂以及第二下桥臂都只包含一个功率开关管以及与功率开关管反向并联连接的二极管，所以，实施例一至三中的斩波器结构简单，可靠，安全性高，控制容易实现，成本低。

此外，因为变形例一中的上桥臂包含相互并联连接的p个功率开关管，变形例二中的上桥臂、下桥臂分别包含相互并联连接的p个功率开关管，变形例三中的第一上桥臂、第一下桥臂、第二上桥臂以及第二下桥臂分别包含相互并联连接的p个功率开关管，p为不小于2的正整数，所以，在电机的额定电流一定的情况下，相对于p等于1的情况，特别是p为2-4这种情况，由于技术相对可靠稳定，能够在一定程度上增大每个斩波单元的输出电流，进而能够相应的减小m的数值，不仅可以减少电刷个数，减少电机的电源线数量和斩波单元输出线的数量，减轻维修和维护难度，而且还适当降低生产成本。而且还可以增加散热面积，减小温升，提高可靠性和寿命。

另外，因为变形例一至三中的直流电源具有相互独立的m个直流电源单元，每个直流电源单元引出一对供电输出端子，所以，当某一个直流电源单元的供电输出端子或者连接线出现故障时，只需要把故障所在部分屏蔽即可，其他正常部分依然可以工作，不但可以避免传统并励直流电机在故障情况下的突然失控现象，提高系统的可靠性和安全性，而且在故障中，并励直流电机还可以输出较大的有效转矩，使其仍维持在工作状态。并且，在供电方面，由多个独立相对小容量的直流电源单元代替了单个的大容量直流电源，与传统并联电池组相比，在电源单体数量相同的情况下，减小了电源由于并联引起的整体性能衰减，提高了能量密度、功率、性能、耐久性和安全性，可以为电动设备的续航和性能提供更好的保障。

此外，因为变形例一至三中的放大器由相互独立的m个放大单元构成，每一个放大单元对应连接着一个斩波单元、一个励磁绕组单元和一对电刷，所以，当任意一个放大单元、斩波单元、电刷、励磁绕组产生故障时，本发明的并励式直流电机驱动装置通过计算电流传感器检测到的电流值并判断出发生故障的放大单元、斩波单元、电刷、励磁绕组后，控制部输出使能信号令对应的放大单元停止工作，从而将损坏的放大单元、斩波单元、电刷、励磁绕组进行屏蔽隔离，避免故障的进一步扩大，保证电动驱动装置和电动设备可以继续正常工作或轻载运行，大幅度地减小了电动设备、特别是高速运行的电动设备安全事故发生的概率。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

例如，在上述实施方式中，并励直流电机中的励磁绕组单元是通过绝缘导体条在m对主磁极上分别制成励磁线圈而形成的，然而，励磁绕组单元也可以通过绝缘导体条在一对主磁极上分别制成励磁线圈而形成。下面以对实施例一中的励磁绕组部的变形为例，进行说明。

图20为本发明变形例中的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；图21为本发明变形例中m＝3的状态下的并励式直流电机驱动装置的电路连接示意图；图22为本发明变形例中的并励直流电机的横向剖面电路连接示意图。

如图20至图22所示，并励式直流电机驱动装置100c中的定子12c包含m对主磁极121并且包含一个励磁绕组部122c。

每一对主磁极121含有S极性主磁极1211和N极性主磁极1212。在所有主磁极121中，相邻的两个主磁极121的极性相反。

励磁绕组部122c含有m个励磁绕组单元1221c，该m个励磁绕组单元1221c与m对主磁极121分别相对应。每一个励磁绕组单元1221c通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在相对应的一对主磁极121上分别制成励磁线圈12211c而形成。绝缘导体条为漆包线和绝缘铜导条中的任意一种，绝缘导体条为漆包线。各个主磁极121上的励磁线圈12211c的匝数相同，使得电机在正常工作时的磁场均匀，力矩恒定。

每个励磁绕组单元1221c中的绝缘导体条具有沿励磁线圈12211c的预设电流方向而区分的一端和另一端，每一对主磁极121中的S极性主磁极1211和N极性主磁极1212与励磁线圈12211c的绕制方向和励磁线圈12211c的预设电流方向相对应。相邻两个主磁极121的励磁线圈12211c的电流环绕方向相反。

在每个励磁绕组单元1221c中，两个励磁线圈12211c的连接关系是串联和并联中的任意一种，而且各个励磁绕组单元1221c中的两个励磁线圈12211c的连接关系相同。本实施例四中，两个励磁线圈12211c的连接关系是串联。

每一对电刷13与相对应的每一对主磁极121的空间位置相对应，能够使得电枢绕组中的磁场强度在非对应的其他励磁绕组单元发生故障时保持最大，从而可以产生最大的力矩。

因为m个励磁绕组单元与m对主磁极分别相对应，每一个励磁绕组单元中的绝缘导体条形成在相对应的一对主磁极上，在电机中的电刷、励磁绕组单元、连接线出现故障时，只需要把故障所在部分屏蔽即可，其他正常部分依然可以工作，并且由于非故障部分的励磁绕组单元所激励磁场主要作用于相对应的电刷所连接的电枢绕组支路，不但可以避免传统并励直流电机在故障情况下的突然失控现象，提高系统的可靠性和安全性，而且在故障中，并励直流电机还可以输出较大的有效转矩，使其仍维持在工作状态。

又如，实施例一和变形例一中的下桥臂包含1个续流二极管，实施例二和变形例二中的上桥臂、下桥臂分别包含一个与功率开关管反向并联的二极管，实施例三和变形例三中的第一上桥臂、第一下桥臂、第二上桥臂以及第二下桥臂分别包含一个与功率开关管反向并联的二极管。但是，在本发明中，对应的上桥臂、下桥臂、第一上桥臂、第一下桥臂、第二上桥臂以及第二下桥臂也可以包含相互并联联结的多个续流二极管，在这种情况下，当任意一个续流二极管发生故障时，其余二极管也可正常工作，有助于提高系统的可靠性和安全性。

又如，在实施例一至三中，若需要本发明的并励式直流电机驱动系统正常工作，放大器必须处于工作模式，因此，也可以不对放大器施加使能信号。

又如，在对并励直流电机稳态运行时的电枢电流、转速以及转矩要求精度较高的场合下，m也可根据相应的电枢电流、转速以及转矩纹波的峰峰值与纹波系数设置。

再如，实施例二和变形例二中的上桥臂和下桥臂以及实施例三和变形例三中的第一上桥臂、第一下桥臂、第二上桥臂以及第二下桥臂也可以为功率开关器件，该功率开关器件等效于功率开关管以及与该功率开关管反向并联的二极管。

Claims

一种并励式直流电机驱动装置，其特征在于，包括：

并励直流电机，具有额定电压；

直流电源，具有与所述额定电压相对应的恒定电压；以及

斩波器，基于控制信号将所述恒定电压转换为可变电压并提供给所述并励直流电机，

其中，所述斩波器具有m个斩波单元，

每个所述斩波单元具有第一电源输出端、第二电源输出端以及w个开关控制端，

所述控制信号包含分别与所述m个斩波单元相对应并且按照预定相位错开规则而形成的m个单元控制信号，

每一个所述单元控制信号包含与对应的所述斩波单元中的所述w个开关控制端相对应的w个开关控制信号，

所述w个开关控制端用于对应地接收所述w个开关控制信号，

所有所述斩波单元的m个所述第一电源输出端与所有所述斩波单元的m个所述第二电源输出端分别相对应地形成m对电源输出端子，

所述并励直流电机包括：

机壳；

m对电刷，固定在所述机壳内；

定子，设置在所述机壳内，包含与m对所述电刷相对应的m对主磁极并且包含一个励磁绕组部；以及

转子，设置在所述定子内，包含采用预定的联结方式进行相互联结的多个电枢绕组，

每一对所述主磁极含有S极性主磁极和N极性主磁极，

相邻的两个所述主磁极的极性不同，

每一对所述电刷中的两个所述电刷的位置相邻，

每一对所述电刷含有一个与S极性主磁极相对应的S极对应电刷和一个与N极性主磁极相对应的N极对应电刷，

所述励磁绕组部含有m个励磁绕组单元，

每一个所述励磁绕组单元通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在至少一对所述主磁极上分别制成励磁线圈而形成，

每个所述励磁绕组单元中的所述绝缘导体条具有一端和另一端，

所有所述绝缘导体条的m个所述一端与所有所述电刷中的m个所述S极对应电刷电气连接形成m个第一接线端，同时，所有所述绝缘导体条的m个所述另一端与所有所述电刷中的m个所述N极对应电刷电气连接形成m个第二接线端；或者，所有所述绝缘导体条的m个所述一端与所有所述电刷中的m个所述N极对应电刷电气连接形成m个第一接线端，同时，所有所述绝缘导体条的m个所述另一端与所有所述电刷中的m个所述S极对应电刷电气连接形成m个第二接线端，

所述m个第一接线端与所述m个第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，

所述m对外部接线端子与所述m对电源输出端子一一对应连接，

所述m为不小于2的正整数，所述w为1、2或4。
根据权利要求1所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，所述w为1，

每个斩波单元还具有相互串联连接的上桥臂和下桥臂，

所述上桥臂与所述直流电源的正极相连接，所述下桥臂与所述直流电源的负极相连接，

所述上桥臂包含至少一个功率开关管以及所述开关控制端，

每一个所述功率开关管具有一个控制极，

所述开关控制端基于所述控制极而形成，

所述下桥臂包含至少一个二极管，

所述第一电源输出端设置在所述上桥臂与所述下桥臂之间，所述第二电源输出端设置在所述下桥臂与所述直流电源相连接的端部。
根据权利要求2所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，所述预定相位错开规则是所述m个开关控制信号的相位分别依次错开m分之一开关周期；或者，

所述m为偶数，

所述预定相位错开规则是所述m个开关控制信号的相位分别依次错开m分之二开关周期。
根据权利要求1所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，所述w为2，

每个斩波单元还具有相互串联连接的上桥臂和下桥臂，

所述上桥臂与所述直流电源的正极相连接，所述下桥臂与所述直流电源的负极相连接，

所述上桥臂和所述下桥臂分别包含至少一个功率开关管、与所述功率开关管反向并联连接的至少一个二极管以及所述开关控制端，

每一个所述功率开关管具有一个控制极，

所述开关控制端基于所述控制极而形成，

所述上桥臂中的所述开关控制端作为上桥臂开关控制端、所述下桥臂中的所述开关控制端作为下桥臂开关控制端用于对应地接收两个所述开关控制信号，

所述第一电源输出端设置在所述上桥臂与所述下桥臂之间，所述第二电源输出端设置在所述下桥臂与所述直流电源相连接的端部。
根据权利要求4所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，所述预定相位错开规则是所述m个单元控制信号分别对应的m个相位作为m个预定相位依次错开m分之一开关周期，

在每一个斩波单元中，所述上桥臂开关控制端所对应的所述开关控制信号设定为基准开关控制信号，该基准开关控制信号的相位根据所述单元控制信号所对应的所述预定相位而定，所述下桥臂开关控制端所对应的所述开关控制信号与所述基准开关控制信号设定为互反；或者，

所述m为偶数，

所述预定相位错开规则是所述m个单元控制信号分别所对应的m个相位作为m个预定相位依次错开m分之二开关周期，

在每一个斩波单元中，所述上桥臂开关控制端所对应的所述开关控制信号设定为基准开关控制信号，该基准开关控制信号的相位根据所述单元控制信号所对应的所述预定相位而定，所述下桥臂开关控制端所对应的所述开关控制信号与所述基准开关控制信号设定为互反。
根据权利要求1所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，所述w为4，

每个所述斩波单元还具有相互并联连接的第一桥臂和第二桥臂，

所述第一桥臂包含相互串联连接的第一上桥臂和第一下桥臂，所述第二桥臂包含相互串联连接的第二上桥臂和第二下桥臂，

所述第一上桥臂以及所述第二上桥臂都与所述直流电源的正极相连接，所述第一下桥臂以及所述第二下桥臂都与所述直流电源的负极相连接，

所述第一上桥臂、所述第一下桥臂、所述第二上桥臂以及所述第二下桥臂分别包含至少一个功率开关管、与所述功率开关管反向并联连接的至少一个二极管以及所述开关控制端，

每一个所述功率开关管具有一个控制极，

所述开关控制端基于所述控制极而形成，

所述第一上桥臂中的所述开关控制端作为第一上桥臂开关控制端、所述第一下桥臂中的所述开关控制端作为第一下桥臂开关控制端、所述第二上桥臂中的所述开关控制端作为第二上桥臂开关控制端、所述第二下桥臂中的所述开关控制端作为第二下桥臂开关控制端用于对应地接收四个所述开关控制信号，

所述第一电源输出端设置在所述第一上桥臂与所述第一下桥臂之间，所述第二电源输出端设置在所述第二上桥臂与所述第二下桥臂之间。
根据权利要求6所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，所述预定相位错开规则是所述m个单元控制信号分别所对应的m个相位作为m个预定相位依次错开m分之一开关周期，

在每一个斩波单元中，所述第一上桥臂开关控制端和所述第二下桥臂开关控制端所对应的两个所述开关控制信号设定为基准开关控制信号，该基准开关控制信号的相位根据所述单元控制信号所对应的所述预定相位而定，所述第一下桥臂开关控制端和所述第二上桥臂开关控制端所对应的两个所述开关控制信号与所述基准开关控制信号设定为互反；或者，

所述m为偶数，

所述预定相位错开规则是所述m个单元控制信号分别所对应的m个相位作为m个预定相位依次错开m分之二开关周期，

在每一个斩波单元中，所述第一上桥臂开关控制端和所述第二下桥臂开关控制端所对应的两个所述开关控制信号设定为基准开关控制信号，该基准开关控制信号的相位根据所述单元控制信号所对应的所述预定相位而定，所述第一下桥臂开关控制端和所述第二上桥臂开关控制端所对应的两个所述开关控制信号与所述基准开关控制信号设定为互反。
根据权利要求1所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，所述直流电源具有m对与所述m个斩波单元分别相连接的供电输出端子。
根据权利要求8所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，所述直流电源由相互独立的m个直流电源单元构成，每个直流电源单元具有一对所述供电输出端子。
根据权利要求1所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于，还包括：

控制部，包括控制器和放大器，

其中，所述控制器根据所述预定相位错开规则生成所述m个单元控制信号，

所述放大器对每一个所述单元控制信号中的所述w个开关控制信号进行放大并提供给对应的所述斩波单元中的w个所述开关控制端。
根据权利要求10所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，所述w为1，

所述放大器由相互独立的m个放大单元构成，该m个放大单元分别与所述m个斩波单元相对应，

每个所述放大单元都具有一个与所述开关控制端对应连接的放大信号输出端。
根据权利要求10所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，所述w为2或4，

所述放大器由相互独立的m个放大单元构成，该m个放大单元分别与所述m个斩波单元相对应，

每个所述放大单元设有一个放大信号输出部，该放大信号输出部由w个放大信号输出端构成。
根据权利要求10所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，所述控制器还生成与所述m个放大单元分别相对应的m个使能信号，每一个所述使能信号用于控制对应的所述放大单元的工作状态。
根据权利要求1所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，所述m个励磁绕组单元与m对所述主磁极分别相对应，

每一个所述励磁绕组单元中的所述绝缘导体条形成在相对应的一对主磁极上。
根据权利要求14所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，各个所述主磁极上的所述励磁线圈的匝数相同，

每一对所述主磁极与相对应的一对所述电刷的空间位置相对应，

在每个所述励磁绕组单元中，两个所述励磁线圈的连接关系是串联和并联中的任意一种，

各个所述励磁绕组单元中的两个所述励磁线圈的连接关系相同。
根据权利要求1所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，每一个所述励磁绕组单元中的所述绝缘导体条形成在所述m对主磁极上。
根据权利要求16所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，各个所述主磁极上的m个所述励磁线圈的绕制方向和匝数相同，

在每个所述励磁绕组单元中，2m个所述励磁线圈的连接关系是串联、并联和串并联中的任意一种，

各个所述励磁绕组单元中的2m个所述励磁线圈的连接关系相同。
根据权利要求1所述的并励式直流电机驱动装置，其特征在于：

其中，所述预定的联结方式是单叠、复叠和复波中的任意一种。
一种电动设备，其特征在于，包括：

并励式直流电机驱动装置，

其中，所述并励式直流电机驱动装置为权利要求1～18中任意一项所述的并励式直流电机驱动装置。
根据权利要求19所述的电动设备，其特征在于：

其中，所述电动设备为轧钢机、电力机车、大型机床主轴传动系统以及船舶中的任意一种。