專利名稱：電動機驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電動機來驅(qū)動電動汽車或其他運輸裝置的電動機驅(qū) 動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
DC電動機是由逆變器控制進行驅(qū)動的。具體地說，檢測DC電動機 中轉(zhuǎn)子的位置，接著逆變器基于該位置信息來控制對DC電動機的電流 供應(yīng)。
在DC電動機中，通常通過圓柱形永磁鐵來構(gòu)造轉(zhuǎn)子的磁性材料。 另一方面，在面向所述圓柱形永磁鐵的一極(N極或S極)的定子側(cè)設(shè) 置一個(一相)繞組。于是，成為定子側(cè)的一個繞組與轉(zhuǎn)子側(cè)的一極相 對的形式。
當(dāng)使用這種DC電動機時，有時在制動期間對電動機充電以提高能 效。例如，專利文獻1公開了設(shè)置有充電電路和再生操作檢測/比較電路 等的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，該充電電路用于對基于恒壓系統(tǒng)的高速驅(qū)動時的 再生能量進行充電，再生操作檢測/比較電路用于檢測是否是高速驅(qū)動。 在該電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，再生的能量被存儲在雙層電容器中，或者該雙 層電容器僅在滿足預(yù)定條件時放電。此外，專利文獻2公開了在電容器 處回收高速驅(qū)動時的再生能量的電動機驅(qū)動系統(tǒng)。
專利文獻l:日本特開平6-276616號公報
專利文獻2:日本特開平7-143611號公報
然而，在專利文獻1和2中，當(dāng)電動機以低速運行時，換句話說， 當(dāng)電動機電動勢(負(fù)載電動勢)小的時候，該再生能量就不能回收。
因此，本發(fā)明的目的是要提供一種在能效上有改進的電動機驅(qū)動系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種電動機驅(qū)動系統(tǒng)，該電動機驅(qū)動系統(tǒng)具有電源裝
置、控制來自所述電源裝置的DC電流的方向并且產(chǎn)生矩形波AC電流的 逆變器、以及根據(jù)從所述逆變器流過定子繞組的矩形波AC電流對對象 進行驅(qū)動和制動的電動機，其中所述電源裝置具有用于提供DC電壓的 DC電源，以及電壓控制裝置，該電壓控制裝置接收來自所述DC電源的 DC電壓作為輸入，并根據(jù)所述電動機的電動勢來控制所述輸出電壓的極 性和幅值，從而使得輸出電流為DC恒定電流。
由于該結(jié)構(gòu)，電源裝置可以根據(jù)所述電動機的電動勢來控制所述輸 出電壓的極性和幅值。其對逆變器提供固定方向以及固定幅值的恒定電 流，在電動機驅(qū)動時放電，并在制動時利用再生電力進行充電，直到電 動機停止，換句話說，直到電動機電動勢變?yōu)榱?，并且可以提高能效?此外，該電動機是由DC電流驅(qū)動的DC電動機，因此可以實現(xiàn)較小的尺 寸和高扭矩效率。
此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，所述電壓控制裝置將所述輸 出電壓控制為電動機電動勢的電壓與后級電路的電壓降之和。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，所述電源裝置可以向逆變器提供對應(yīng)于輸出電壓與電 動機電動勢之差的DC恒定電流。
此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，所述電壓控制裝置具有連接 到所述DC電源的非對稱控制PWM橋，該非對稱控制PWM橋由根據(jù)所 述電動機電動勢執(zhí)行開關(guān)操作的多個開關(guān)構(gòu)成。
此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，在所述非對稱控制PWM橋 中，根據(jù)所述電動機的電動勢來在所述多個開關(guān)中選擇導(dǎo)通的開關(guān)并控 制導(dǎo)通周期。
由于該結(jié)構(gòu)，所述電源裝置的輸出電壓為矩形波?？梢詫ζ骄颠M 行適當(dāng)控制。
此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，所述電壓控制裝置具有開關(guān) 和電抗器，該開關(guān)與所述非對稱控制PWM橋的輸出側(cè)并聯(lián)連接，所述開關(guān)在非對稱控制PWM橋中的開關(guān)的截止周期中導(dǎo)通，并且所述電抗 器設(shè)置在所述電壓控制裝置的輸出端。
由于該結(jié)構(gòu)，即使在所述非對稱控制PWM橋中的開關(guān)處于斷開周 期時，也可以對所述逆變器不間斷地供應(yīng)DC恒定電流。
此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，所述DC電源具有充入所述 電動機的再生電力的功能。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以充入再生電力并提高能效。
從類似的觀點來看，本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)具有與所述DC電源 并聯(lián)連接的電容元件。
由于該結(jié)構(gòu)，當(dāng)DC電源沒有充電功能或其具有充電功能但是再生 電力在短時間內(nèi)劇烈波動時，即使無法適當(dāng)充電時，也可以通過再生電 力對所述電容裝置進行充電。
此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，所述電動機是多相恒流電動 機，其具有轉(zhuǎn)子，其在具有旋轉(zhuǎn)軸的圓柱結(jié)構(gòu)體的外周、以N極和S
極交替地位于外周側(cè)和內(nèi)周側(cè)的方式設(shè)置有構(gòu)成多個NS對的磁鐵，該磁 鐵被配置成使得半徑方向上的形狀和磁化強度是均勻的，并且在外周生 成的圓周方向的的磁通密度分布是矩形波狀，以及定子，其具有隔著空 隙圍繞所述轉(zhuǎn)子的外周側(cè)設(shè)置的環(huán)狀鐵芯，在該環(huán)狀鐵芯的內(nèi)周側(cè)，針 對所述轉(zhuǎn)子的每個NS對、對于各相串聯(lián)或并聯(lián)地連接有數(shù)目與相數(shù)對應(yīng) 的定子繞組，并且設(shè)置有數(shù)目與相數(shù)相應(yīng)的輸入端子。
此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，所述逆變器是多相恒流逆變 器，其對應(yīng)于各相設(shè)置，并且由數(shù)目與相數(shù)相應(yīng)的、與對應(yīng)相的所述定 子繞組連接的單相橋單元串聯(lián)連接而構(gòu)成。
此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，所述逆變器根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的 角位置來反轉(zhuǎn)切換向所述單相橋單元輸入的DC電流。
由于該結(jié)構(gòu)，可以提高電動機的扭矩效率。
此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，所述逆變器按電氣角(180Q/ 相數(shù))的相位差順次向所述定子繞組的各相提供具有18(^電氣角寬度的 矩形波AC電流。由于該結(jié)構(gòu)，可以使電動機中的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生由寬度為180e電氣角的矩 形波磁通密度和寬度為180Q的矩形波交流電流的協(xié)同作用產(chǎn)生的有效旋 轉(zhuǎn)力。此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，在所述電動機的驅(qū)動時和制 動時之間，所述逆變器將所述直流電流的反轉(zhuǎn)切換定時偏移所述轉(zhuǎn)子旋 轉(zhuǎn)與電氣角18()G相對應(yīng)的角度的時間。由于該結(jié)構(gòu)，可以使驅(qū)動電動機時和制動電動機時的扭矩效率最大化。此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，各單相橋單元可以具有連接 在輸入端與所述電動機中的一相的定子繞組的一端之間的、具有自截止 能力的第一開關(guān)元件，連接在所述電動機中一相的定子繞組的另一端與 輸出端之間的、具有自截止能力的第二開關(guān)元件，連接在所述輸入端與 所述電動機中一相的定子繞組的的另一端之間的、具有自截止能力的第 三開關(guān)元件，連接在所述電動機中一相的定子繞組的一端與輸出端之間 的、具有自截止能力的第四開關(guān)元件，以及開關(guān)控制裝置，該開關(guān)控制 裝置對所述第一開關(guān)元件到第四開關(guān)元件的驅(qū)動進行控制，使得在驅(qū)動 周期中，所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件組成的一組和所述第三開關(guān) 元件和第四開關(guān)元件組成的一組中至少有一組導(dǎo)通。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在各單向橋單元中，第一開關(guān)元件到第四開關(guān)元件 連接成單相橋狀，并且相對的兩個開關(guān)元件與另外兩個相對的開關(guān)元件 中的至少一組導(dǎo)通，從而總是形成有從輸入端到輸出端的電流路徑，防 止向開關(guān)元件施加過電壓，并且提高電動機驅(qū)動系統(tǒng)的實用性。此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，各單相橋單元具有分別串聯(lián) 連接到所述第一幵關(guān)元件到第四開關(guān)元件并且以來自所述電源裝置的 DC電流的上游側(cè)為陽極而以下游側(cè)為陰極的二極管。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在電動機的再生制動時產(chǎn)生反向電動勢的情況下， 通過二極管使得逆變器能夠具有應(yīng)付該反向電動勢的反向耐壓。此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，所述單相橋單元可以具有與 所述定子繞組并聯(lián)連接的電容器。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)在定子繞組中存在電感時，可以使所述定子繞組 中由于開關(guān)元件的驅(qū)動而導(dǎo)致的電流方向變化更平緩，并防止對開關(guān)元 件施加過電壓。此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，所述定子繞組和所述電容器的諧振頻率可以為所述矩形波AC電流的頻率的10倍到20倍。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以使所述定子繞組中由于開關(guān)元件的驅(qū)動而導(dǎo)致 的電流方向變化更平緩，并在適當(dāng)?shù)臅r間結(jié)束這種變化。此外，在本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，所述單相橋單元可以具有與 所述電容器串聯(lián)連接的電阻器或線圈。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以使由于開關(guān)元件的驅(qū)動導(dǎo)致從電容器流出的電 流的上升更平緩，并防止開關(guān)元件被施加過電壓。此外，本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)可以具有多個所述逆變器和對應(yīng)于 所述多個逆變器設(shè)置的多個所述電動機。所述多個電動機可以被串聯(lián)連 接在所述電源裝置的端子之間，所述多個電動機可以分別被連接到對應(yīng) 的所述逆變器，并且所述電壓控制裝置可以輸入來自所述DC電源的DC 電壓，并根據(jù)所述多個電動機的電動勢之和來控制輸出電壓的極性和幅 值，使得輸出電流成為DC恒定電流。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，多個逆變器被連接到一個電源裝置，多個電動機被 連接到所述逆變器，并且一個電源裝置可以對所述多個電動機放電，并 且可以通過來自多個電動機的再生電力進行充電，因此與對于一個電源 裝置連接一個逆變器的情況相比，可以實現(xiàn)系統(tǒng)整體的小型化。此外， 各電動機的電動勢通常不一致，因此在各逆變器的端子之間出現(xiàn)的電動 勢也將不同，但是各逆變器串聯(lián)連接在電源裝置的端子之間，因此各逆 變器的端子之間出現(xiàn)的電動勢累加之和被施加給電源裝置，可以更有效 地向電源裝置提供再生電力。此外，本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)可以搭載在具有多個車輪的移動體 上，并且所述多個電動機分別針對所述多個車輪中的任意一個而設(shè)置。電動機驅(qū)動系統(tǒng)搭載在車輛上，并且針對每個車輪設(shè)置所述逆變器 和電動機時，由于由所述電動機驅(qū)動的左右車輪的轉(zhuǎn)速差、左右車輪的直徑差等，導(dǎo)致再生制動時各電動機的電動勢不一致，因此各逆變器的 端子之間出現(xiàn)的電動勢也將不同，但是因為各逆變器串聯(lián)連接，因此各 逆變器的端子之間出現(xiàn)的電動勢累加起來施加給電源裝置，可以更有效 地向電源裝置提供再生電力。本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)可以在電動機制動進行充電，直到電動機 停止為止，可以提高能效。


圖1是示出了電動汽車的結(jié)構(gòu)的圖；圖2是示出電動機驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖；圖3是多相恒流電動機的軸向剖視圖；圖4是多相恒流電動機的軸垂直方向的剖視圖；圖5是示出了定子繞組的實施方式(直線展開)的圖；圖6是示出了定子繞組的實施方式(弧形示出)的圖；圖7給出示出了多相恒流逆變器的實施方式的圖；圖8是角位置信號、驅(qū)動信號和制動指令信號之間的對應(yīng)關(guān)系的圖；圖9是示出了在驅(qū)動狀態(tài)下半導(dǎo)體開關(guān)的工作周期的圖；圖IO是示出了在驅(qū)動狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的位置和定子繞組電流的圖；圖11是示出了在制動狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的位置和定子繞組電流的圖；圖12給出了在多相恒流逆變器中產(chǎn)生的負(fù)載電動勢的圖；圖13給出示出了DC恒流電源裝置的實施方式的圖；圖14是示出了DC恒流電源裝置中的半導(dǎo)體開關(guān)的工作及其工作時的輸出電壓的圖；圖15是示出了車輛的驅(qū)動狀態(tài)和DC恒流電源裝置的工作的圖；圖16是示出了DC恒流電源裝置的另一實施方式的圖；圖17是示出了逆變器控制裝置的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖；圖18是示出了驅(qū)動信號相對于角位置信號的示例的圖；圖19是示出了半導(dǎo)體開關(guān)的切換動作的圖；圖20是示出了當(dāng)所有半導(dǎo)體開關(guān)都斷開時的狀態(tài)的圖；圖21是附加有二極管的單相橋單元的結(jié)構(gòu)的圖； 圖22是以往的單相橋單元的結(jié)構(gòu)的圖； 圖23是示出了單相橋單元的電流反向現(xiàn)象的圖； 圖24是示出了具有電容器的單相橋單元的結(jié)構(gòu)的圖； 圖25是示出了電容器的電流和電樞線圈的電流隨時間變化的圖； 圖26是示出了具有與電容器串聯(lián)連接的電阻器或線圈的單相橋單 元的結(jié)構(gòu)的圖；圖27是示出了以往的恒壓逆變器的具體結(jié)構(gòu)的圖；圖28是示出了具有二極管和電容器的多相恒流逆變器的具體結(jié)構(gòu)的圖；圖29是示出了電動汽車的另一結(jié)構(gòu)的圖。 標(biāo)號說明1DC恒流電源裝置2多相恒流逆變器3多相恒流電動機4差動齒輪5機械制動器6轉(zhuǎn)子鐵芯7車由8軸承9磁性材料10槽11遮光板12光傳感器13定子鐵芯14空隙15緊固配件16殼體17定子繞組18-1、 18-2端子19、 31、 41半導(dǎo)體開關(guān)20A相單相橋單元21 B相單相橋單元22 C相單相橋單元23 D相單相橋單元 24逆變器控制裝置 25角位置信號26、 32驅(qū)動信號 27制動指令信號29、 39 DC電源30、 40電抗器34電流設(shè)定指令信號35、 45恒流電源控制裝置46充電/放電開關(guān)47恒流斬波器51、 52延遲電路53、 54反轉(zhuǎn)電路60 二極管70電容器71電阻器72線圈80驅(qū)動輪具體實施方式
電動機驅(qū)動系統(tǒng)通過使在能效方面得到改進的電源裝置根據(jù)電動機 的電動勢來控制輸出電壓的極性和幅值來向逆變器供應(yīng)DC恒定電流， 在驅(qū)動電動機時放電，并在制動時直到電動機停止為止通過再生電力進 行充電。圖1是示出應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的恒流型電動機驅(qū)動系統(tǒng)的電動汽車 的構(gòu)造的圖。在圖1中，電動汽車具有DC恒流電源裝置1、多相恒流逆變器2、多相恒流電動機3、差動齒輪4和機械制動器5。根據(jù)本發(fā)明的 恒流型電動機驅(qū)動系統(tǒng)以其中的DC恒流電源裝置1、多相恒流逆變器2 和多相恒流電動機3為中心而構(gòu)成。應(yīng)該提到的是，在圖1中僅提供了 一個多相恒流電動機1，但是也可以在每個輪胎處均設(shè)置該多相恒流電動 機并且省略差動齒輪4。在根據(jù)本發(fā)明的恒流型電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，如下 所述在通常運轉(zhuǎn)中不需要機械制動器5，而是在車輛停止后的輪胎抱緊和 緊急制動時發(fā)揮作用。DC恒流電源裝置1的工作方式為與負(fù)載(即，多相恒流電動機3 側(cè))處的電動勢的正負(fù)和大小無關(guān)，在固定的方向上輸出固定大小的DC 恒定電流。此外，DC恒流電源裝置1的工作方式為在負(fù)載(即，多相 恒流電動機3)制動時(即，當(dāng)負(fù)載電動勢為負(fù)時)回收來自該負(fù)載側(cè)的 再生電力。多相恒流逆變器2具有接收來自前級的DC恒流電源裝置1的DC 恒流作為輸入、對流經(jīng)后面說明的多相恒流電動機3的定子繞組的電流 的方向進行反轉(zhuǎn)切換，并使所述定子繞組中流過矩形波AC電流的功能。 通過提供多個這種反轉(zhuǎn)切換功能，可以隨意地選擇相數(shù)，并且多相恒流 逆變器2可以流出多相的矩形波AC電流。多相恒流電動機3從前級的多相恒流逆變器2接收多相矩形波AC 電流，由此在內(nèi)部轉(zhuǎn)子的磁極處產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。迄今為止的半導(dǎo)體電動機 是以通過三相正弦波電流驅(qū)動的同步電動機或感應(yīng)電動機為原型，但是 本發(fā)明的多相恒流電動機3是以DC電動機為原型，在通過多相矩形波 AC電流工作這一點上是全新類型的電動機。在根據(jù)本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，由矩形波磁通密度和矩形波交 流電流二者的協(xié)同作用所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力與使用正弦波磁通密度和正弦波 電流的同步型電動機相比，在相同的尺寸下可以得到2倍的旋轉(zhuǎn)力，并 且可實現(xiàn)小型化。此外，在以往類型的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，電源側(cè)和電 動機側(cè)并聯(lián)連接。為了向電源側(cè)返回制動時產(chǎn)生的電動勢，必須將電動勢提高為電源電壓或更高。如果在低速時產(chǎn)生的電動勢變小，則通過電 力再生對電源進行充電會變得困難。與這種情況相反的是，在根據(jù)本發(fā) 明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，電源側(cè)和電動機側(cè)串聯(lián)連接。與電動機側(cè)的電 動勢的大小無關(guān)地以自然形式進行電力再生。因此， 一直到停止為止都 可以進行再生制動，能量回收效率很高，并且在正常運轉(zhuǎn)時無需機械制 動器5工作。圖2是根據(jù)本發(fā)明的恒流型電動機驅(qū)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的框圖。圖2所示的電動機驅(qū)動系統(tǒng)具有DC恒流電源裝置1、多相恒流逆變器2和 多相恒流電動機3。下面，將對根據(jù)本發(fā)明的恒流型電動機驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)進行詳細(xì)說明。圖3和圖4示出了圖2中的多相恒流電動機3的實施方式。圖3是 軸向剖視圖，而圖4是軸垂直方向剖視圖。在圖3和圖4中，轉(zhuǎn)子鐵芯6 由磁阻小的純鐵構(gòu)成，并且可以通過由軸承8支撐的軸7自由旋轉(zhuǎn)。在 該實施例中，所使用的磁性材料是稀土類磁體構(gòu)成的強磁性材料。在所 述轉(zhuǎn)子鐵芯6的外周部，分別配置了 4組N極為內(nèi)周側(cè)、S極為外周側(cè) 的NS對、以及S極為內(nèi)周側(cè)、N極為外周側(cè)的NS對，成為8極結(jié)構(gòu)。對于轉(zhuǎn)子鐵芯6和磁性材料9的組合構(gòu)成的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，可以任意地 選擇層疊硅鋼板形成轉(zhuǎn)子鐵芯6，在轉(zhuǎn)子鐵芯6中嵌入磁性材料9，或 者由高張力部件覆蓋包有磁性材料9的轉(zhuǎn)子全體等。然而，必須使磁性 材料9的形狀和尺寸在徑向方向上均勻并且考慮到要使得空隙14中的磁 通密度分布盡可能地接近矩形波。定子鐵芯13形成為環(huán)形，其內(nèi)周面被配置為隔著微小空隙14面向 轉(zhuǎn)子鐵芯6并且被固定到稍后描述的殼體16上。在本實施例中通過層疊 硅鋼板而形成該定子鐵芯13。此外，在定子鐵芯13的內(nèi)周面上，形成有 用于插入稍后描述的定子繞組17的槽10。按照每一個磁極的相數(shù)形成這 些槽10。該實施例為四相結(jié)構(gòu)，因此每個磁極具有四個槽。因此，總共 存在8 (極)x4 (槽)=32個槽。緊固配件15用于將定子鐵芯13可靠 地固定到稍后描述的殼體16上?？紤]電絕緣而將定子繞組17安裝在槽 10的內(nèi)部。圖5和圖6示出了定子繞組17的實施例。圖5的上部示出了使轉(zhuǎn)子 鐵芯6停在特定的位置并使磁極陣列固定在特定位置并直線展開的情況。 如上所述，在每個磁極具有如虛線所示的四個槽10。磁極按旋轉(zhuǎn)方向的 順序被分配標(biāo)記a、 b、 c和d。定子繞組17由分別對應(yīng)于4相的A相線 圈、B相線圈、C相線圈和D相線圈構(gòu)成。A相線圈纏繞在一個磁極側(cè) 的槽a和相鄰磁極側(cè)的槽a之間。 一個A相線圈對應(yīng)于一對磁極。在本 實施例中，存在四對(8極)，在一周在相同的方向上纏繞了四個A相線 圈。這些線圈全部串聯(lián)連接或并聯(lián)連接，并在外部作為一對輸入/輸出端 而引出。B相線圈、C相線圈和D相線圈與A相線圈相同。圖6按圓弧狀原樣地示出了定子繞組17。插入到槽10中的定子繞 組17包括都具有相同纏繞方向的A相線圈、B相線圈、C相線圈和D相 線圈。各相按l個磁極的l/4節(jié)距偏移設(shè)置，并以1各NS對為單位重復(fù)相同的配置模式?？傮w上，定子繞組n對于每個相串聯(lián)連接或并聯(lián)連接，并具有數(shù)目對應(yīng)于相數(shù)的輸入/輸出端。返回圖3和圖4進行說明。遮光板11和光傳感器12檢測由轉(zhuǎn)子鐵 芯6和磁性材料9構(gòu)成的轉(zhuǎn)子的角位置。根據(jù)構(gòu)成轉(zhuǎn)子的磁性材料9的 極性在外緣部對遮光板11進行了切割。光傳感器12被設(shè)計為當(dāng)光經(jīng)過 遮光板11的切割部分時該光傳感器12能夠檢測到ON信號。這些信號 成為稍后描述的角位置信號。應(yīng)該指出的是，替代光傳感器12，通過按 磁性材料9的極性而磁化的磁性極板、或通過基于與轉(zhuǎn)子的磁極本身的 組合而構(gòu)成的磁機構(gòu)來檢測上述的角位置是公知的。圖7 (a)示出了圖2中的多相恒流逆變器2的四相結(jié)構(gòu)的實施例。 在圖7 (a)中，來自稍后描述的DC恒流電源裝置1的DC恒定電流從 端子18-1 (X)流入并且從端子lS-2 (Y)流出?？梢詮腎GBT、晶閘管、 功率晶體管等中自由地選擇半導(dǎo)體開關(guān)19。定子繞組17對應(yīng)于圖3中的 多相恒流電動機3的定子繞組17并且由四個相A、 B、 C和D構(gòu)成。單相橋單元20到23對應(yīng)于A相到D相。A相單相橋單元20由四 個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta、 Ta、 Ta'和Ta，)和一相的定子繞組17的A相線圈 構(gòu)成。B相單相橋單元21、 C相單相橋單元22、 D相單相橋單元23以類似方式配置。多相恒流逆變器2由數(shù)目與相數(shù)相應(yīng)的單相橋單元串聯(lián)連 接而構(gòu)成。苯實施例為4相結(jié)構(gòu)，因此通過串聯(lián)連接的四個單相橋單元20到23來構(gòu)成該多相恒流逆變器2。以A相的單相橋單元20為例來說明單相橋單元20到23的工作。在 構(gòu)成A相單相橋單元20的四個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta、 Ta、 Ta'和Ta')中， 兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta)的導(dǎo)通與兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta')的導(dǎo)通交替 進行。當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta)和半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta)導(dǎo)通時，定子繞組 17的A相線圈沿圖7 (a)中的a—a'方向流過電流，當(dāng)兩個半導(dǎo)體開關(guān) 19 (Ta，)導(dǎo)通時，定子繞組17的A相線圈沿相反的a'—a方向流過電流。 因此，從端子X流入的DC恒定電流成為振幅相等的矩形波AC電流而 流經(jīng)A相線圈。在這種情況下，單相橋單元20的出口側(cè)的合流點(圖7 (a)的X') 處的電流為與從端子X流入的電流完全相等的DC恒定電流。該DC恒 定電流變?yōu)楹蠹壍膯蜗鄻騿卧?1的輸入電流。同樣在單相橋單元21中， 進行與單相橋單元20同樣的工作。此外，同樣地在后級的單相橋單元22 和23中，進行與單相橋單元20相同的工作。圖7 (b)的逆變器控制裝置24用于控制上述四相的單相橋單元20 到23。在圖7 (b)中，根據(jù)上述多相恒流電動機3的轉(zhuǎn)子鐵芯6的角位 置從光傳感器12發(fā)出角位置信號25 (Sa、 Sb、 Sc和Sd)。逆變器控制裝 置24根據(jù)該角位置信號25輸出用于驅(qū)動單相橋單元20到23中的各半 導(dǎo)體開關(guān)19的驅(qū)動信號26。在對多相恒流電動機3進行制動時產(chǎn)生制動 指令信號27 (So)。逆變器控制裝置24輸入了該制動指令信號27時，將 驅(qū)動信號.26的相位反轉(zhuǎn)18()0的電氣角。圖8是角位置信號25、驅(qū)動信號26和制動指令信號27之間的對應(yīng) 關(guān)系的圖。轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)與電氣角180U目對應(yīng)的角度(幾何角45G)，角位 置檢測信號Sa到Sd在高電平(H)和低電平(0)之間交替反復(fù)。此外， 角位置檢測信號Sa到Sd的高低電平切換定時偏移轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與電氣角45D 相對應(yīng)的角度(幾何角12.25*3)的時間。在不存在制動指令信號時，用于驅(qū)動單相橋單元20中兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta)的驅(qū)動信號26在角位置檢測信號Sa為高電平時同樣地變?yōu)?高電平而在角位置檢測信號Sa為低電平時同樣地變?yōu)榈碗娖健４送?，?于驅(qū)動單相橋單元20中兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta，)的驅(qū)動信號26在角位 置檢測信號Sa為高電平時相反地變?yōu)榈碗娖蕉诮俏恢脵z測信號Sa為 低電平時相反地變?yōu)楦唠娖健Ｓ糜隍?qū)動其他單相橋單元21到23中半導(dǎo) 體開關(guān)19 (Tb、 Tb，、 Tc、 Tc，、 Td、 Td，)的驅(qū)動信號也同樣。另一方面，當(dāng)存在制動指令信號時，用于驅(qū)動單相橋單元20中兩個 半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta)的驅(qū)動信號26在角位置檢測信號Sa為高電平時相 反地變?yōu)榈碗娖蕉诮俏恢脵z測信號Sa為低電平時相反地變?yōu)楦唠娖健?此外，用于驅(qū)動單相橋單元20中兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta')的驅(qū)動信號 26在角位置檢測信號Sa為高電平時同樣地變?yōu)楦唠娖蕉诮俏恢脵z測信 號Sa為低電平時同樣地變?yōu)榈碗娖健Ｓ糜隍?qū)動其他單相橋單元21到23 中半導(dǎo)體開關(guān)19 (Tb、 Tb，、 Tc、 Tc，、 Td、 Td')的驅(qū)動信號也同樣。圖9示出了在圖8中，把無制動指令信號的條件下的基準(zhǔn)角位置設(shè) 為轉(zhuǎn)子的角位置模式1、且每隔45G電氣角設(shè)為轉(zhuǎn)子角位置1到8的情況 下半導(dǎo)體開關(guān)19的工作。轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)對應(yīng)于36(^電氣角的角度(即，一 個NS對的角度(幾何角度90")，就重復(fù)一次圖9所示的工作。應(yīng)該提 到的是，在有制動指令信號的情況下，讀取圖9的轉(zhuǎn)子的角位置模式5 作為起始點即可。圖IO是用于說明在沒有制動指令信號的狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度、定 子繞組17的電流方向和旋轉(zhuǎn)力的圖。在圖10中，假設(shè)轉(zhuǎn)子表面的磁性 材料9和遮光板11 一起順時針旋轉(zhuǎn)。光傳感器12由Pa、 Pb、 Pc、 Pd表 示以對A相、B相、C相和D相進行檢測。光信號在遮光板ll的切割部 分處穿過而產(chǎn)生角位置信號Sa、 Sb、 Sc、 Sd。圖10中的a和a'對應(yīng)于圖 7的a和a，。當(dāng)兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta)導(dǎo)通時，在定子繞組17中電流 沿a)a'方向流動，而當(dāng)兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta，)導(dǎo)通時，在定子繞組 17中電流沿a'-〉a方向流動。這對于B相、C相和D相也同樣。圖10的轉(zhuǎn)子的角位置與在圖8的無制動指令的情況下的基準(zhǔn)角位置 和圖9的轉(zhuǎn)子的角位置模式1相對應(yīng)。流經(jīng)所有槽10中的定子繞組17的電流與最大磁通密度正交而有效地產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。此外，如果轉(zhuǎn)子從圖10的位置旋轉(zhuǎn)一個槽10的間距(電氣角45 幾何角度12.25G)，則穿過 定子繞組17的A相線圈的磁通的極性反轉(zhuǎn)，但是與此同時，光傳感器 19 (Pa)被遮住，角位置信號Sa變成OFF，并且圖7 (a)的A相單相 橋單元20中的兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta，)導(dǎo)通。因此，A相線圈的電流 反向，并且流經(jīng)所有槽10中的定子繞組17的電流繼續(xù)產(chǎn)生有效的旋轉(zhuǎn) 力。此后同樣地，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)與電氣角45。相對應(yīng)的角度(幾何角度 12.25Q)，定子繞組17的各相線圈的電流依次反轉(zhuǎn)，并且在8次反轉(zhuǎn)后回 到原狀。此外，不管轉(zhuǎn)子的角位置如何，槽10中的所有定子繞組17的 電流都能有效地產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。另一方面，圖11是示出了在存在制動指令信號的情況下轉(zhuǎn)子的角位 置信號和定子繞組17的電流方向的圖。與圖IO相比，對于相同的磁場 方向，電流方向完全相反，產(chǎn)生了有效的制動力。當(dāng)圖7 (b)所示的逆 變器控制裝置24接收到制動指令信號27時存在兩種處理方式。第一種 處理方式是逆變器控制裝置24將根據(jù)角位置信號25產(chǎn)生的驅(qū)動信號26 的相位反轉(zhuǎn)18()G的電氣角。第二種處理方式是如圖11所示，在相對于光 傳感器12的位置偏移了與18()G電氣角相對應(yīng)的角度(幾何角度45"的 位置處設(shè)置別的光傳感器12' (Pa'、 Pb'、 Pc'、 Pd，)并使逆變器控制裝 置24輸入來自該光傳感器12'的角位置信號。無論使用第一和第二處理 方式中的哪一種，當(dāng)逆變器控制裝置24接收到制動指令信號27時，驅(qū) 動信號26相對于轉(zhuǎn)子位置的相位產(chǎn)生電氣角18(^的偏移，結(jié)果，對于同 一轉(zhuǎn)子位置的定子繞組17的電流的相位相反，轉(zhuǎn)子被施加制動力。接下來對進行了上述制動控制時的電能轉(zhuǎn)移進行說明。圖12是用于 說明圖7 (a)的多相恒流逆變器2的端子(X)和端子(Y)之間的電動 勢的圖。圖7 (a)的多相恒流逆變器2為四相結(jié)構(gòu)，但是這里為了簡化 說明，將對圖12 (a)所示的A相單相橋單元20的電能轉(zhuǎn)移進行說明。 由于多相恒流電動機3中的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，來自磁性材料9的磁通切割定 子繞組17，從而在該定子繞組17中產(chǎn)生電動勢。多相恒流電動機3中的 空隙14中的磁通密度分布為矩形波狀，因此在定子繞組17中產(chǎn)生的電動勢ed如圖12 (b)所示成為矩形波交流電壓。圖12 (c)示出了在如下情況下的X點-X'點間的電動勢的波形在 定子繞組17中產(chǎn)生的電動勢ed的波形的"正"定時處圖12 (a)所示的A 相單相橋單元20的半導(dǎo)體幵關(guān)Ta導(dǎo)通，以及在電動勢ed的波形的"負(fù)" 定時處圖12 (a)所示的A相單相橋單元20的半導(dǎo)體開關(guān)Ta，導(dǎo)通。X 點到X，點的電壓具有平均值為ed的正值。如果DC恒定電流I從DC恒 流電源裝置1流向X點，則A相線圈被從電源側(cè)供應(yīng)edxl的功率，并且 轉(zhuǎn)子產(chǎn)生對應(yīng)于該值的旋轉(zhuǎn)能。應(yīng)該提到的是，由于定子繞組17的電阻 導(dǎo)致的功率損耗和轉(zhuǎn)子的機械損耗被忽略不計。圖12 (d)示出了如下情況下的X點-X'點間的電動勢ed的波形 圖12 (a)所示的A相單相橋單元20中的半導(dǎo)體開關(guān)Ta、 Ta'針對于定 子繞組17中產(chǎn)生的電動勢ed波形的切換動作從圖12 (c)的情況延遲了 電氣角180Q。該X點-X'間的電壓具有平均值為-ed的負(fù)值。因此，如果 DC恒定電流I從電源側(cè)流向X點，則A相線圈被從電源側(cè)供應(yīng)-edxI的 功率。這意味著從A相線圈向電源側(cè)返回了edxI的功率，轉(zhuǎn)子被施加制 動力，通過制動回收的能量被回收到DC恒流電源裝置1中。B相單相橋單元21、 C相單相橋單元22、 D相單相橋單元23基本 相同，全都重疊作用。這樣，根據(jù)本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)通過使恒定幅值的電流(DC恒 定電流)以恒定方向流過多相恒流逆變器2，在驅(qū)動時以及制動時僅通過 多相恒流逆變器2的相位控制來進行多相恒流電動機3的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)力 控制。此外，通過使負(fù)載電動勢在正區(qū)域和負(fù)區(qū)域中變化，可以與速度 無關(guān)地自動進行電力的供應(yīng)和再生。圖13 (a)是示出了DC恒流電源裝置1的電路結(jié)構(gòu)的圖。DC恒流 電源裝置1與單純地把輸出電流控制為恒定的電源裝置的區(qū)別在于，該 DC恒流電源裝置1被控制為與負(fù)載側(cè)電動勢的正負(fù)、大小無關(guān)地在固定 方向上輸出固定大小的電流(DC恒流)，并且其區(qū)別還在于該DC恒流 電源裝置l具有從負(fù)載側(cè)(多相恒流電動機3)接收再生電力的功能。DC恒流電源裝置1以非對稱控制PWM (脈沖寬度控制)橋(以下，稱之為"非對稱PWM橋")為中心構(gòu)成?？梢詮腎GBT、晶閘管、功率晶 體管等中自由地選擇該非對稱PWM橋中的半導(dǎo)體開關(guān)31。此外，非對 稱PWM橋中與所謂的AC端子相對應(yīng)的部分處連接有DC電源29，同 時非對稱PWM橋中與所謂的DC端子相對應(yīng)的部分處連接有多相恒流逆 變器2的端子X和端子Y (見圖7 (a))。在圖13 (a)的DC恒流電源裝置1中，構(gòu)成非對稱PWM橋的半導(dǎo) 體開關(guān)31 (Sl、 S2、 S3和S4)根據(jù)預(yù)定的載頻信號進行導(dǎo)通和截止動 作，能夠控制導(dǎo)通周期。兩個半導(dǎo)體開關(guān)31 (Sl， S4)構(gòu)成的對和兩個 半導(dǎo)體開關(guān)31 (S2， S3)構(gòu)成的對不像通常的橋那樣對稱地工作，而是 根據(jù)負(fù)載電動勢的正或負(fù)各自一體非對稱地工作。具體地說，如果半導(dǎo) 體開關(guān)31 (Sl， S4)構(gòu)成的對工作，則向端子X、 Y的兩端輸入正平均 值的電壓。該值由半導(dǎo)體開關(guān)31 (Sl， S4)的導(dǎo)通周期的長度控制。此 外，如果半導(dǎo)體開關(guān)31 (S2， S3)構(gòu)成的對工作，則向端子X、 Y的兩 端輸入負(fù)平均值的電壓，該值由半導(dǎo)體開關(guān)31 (S2， S3)的導(dǎo)通周期的 長度控制。半導(dǎo)體開關(guān)31 (S5)并聯(lián)連接到非對稱PWM橋的輸出側(cè)并形成經(jīng) 過電抗器30和后面的多相恒流逆變器2的循環(huán)電路。半導(dǎo)體開關(guān)3KS5) 的工作方式為在半導(dǎo)體開關(guān)31 (Sl， S4)構(gòu)成的對的截止周期和半導(dǎo) 體開關(guān)31 (S2， S3)構(gòu)成的對的截止周期中導(dǎo)通。因此，即使在半導(dǎo)體 開關(guān)31 (Sl， S4)構(gòu)成的對的截止周期和半導(dǎo)體開關(guān)31 (S2， S3)構(gòu)成 的對的截止周期中，也可以不間斷地向多相恒流逆變器2供應(yīng)DC恒定 電流。圖13 (b)示出了 DC恒流電源裝置1內(nèi)的恒流電源控制裝置35， 其用于控制上述半導(dǎo)體開關(guān)31 (Sl、 S2、 S3、 S4和S5)。恒流電源控制 裝置35接收輸出電流、負(fù)載電動勢等的控制信息，并輸出用于驅(qū)動半導(dǎo) 體開關(guān)31 (Sl到S5)的驅(qū)動信號32，從而使得DC恒流電源裝置1的 輸出電流變?yōu)橛呻娏髟O(shè)定指令信號34指示的恒定電流值。圖14是示出了在負(fù)載電動勢的四種條件下(正大、正小、負(fù)大和負(fù) 小)的半導(dǎo)體開關(guān)19 (si到S5)的工作以及在工作時的輸出電壓的圖。當(dāng)負(fù)載電動勢為正大時，選擇半導(dǎo)體開關(guān)31 (Sl， S4)構(gòu)成的對并且使 導(dǎo)通周期更長。因此，在端子X和Y的兩端輸出正大平均值的電壓。此 外，當(dāng)負(fù)載電動勢為正小時，選擇半導(dǎo)體開關(guān)31 (Sl， S4)構(gòu)成的對并 且使導(dǎo)通周期更短。因此在端子X和Y的兩端輸出正小平均值的電壓。 另一方面，當(dāng)負(fù)載電動勢為負(fù)且絕對值較大時，選擇半導(dǎo)體開關(guān)31 (S2， S3)構(gòu)成的對并且使導(dǎo)通周期更長。因此，在端子X和Y的兩端輸出絕 對值較大的負(fù)平均值的電壓。此外，當(dāng)負(fù)載電動勢I為負(fù)小時，選擇半導(dǎo) 體開關(guān)31 (Sl， S4)構(gòu)成的對并且導(dǎo)通周期較短。因此，在端子X和Y 的兩端輸出絕對值較小的負(fù)平均值的電壓。圖15示出了與多相恒流電動機3的啟動加速、定速旋轉(zhuǎn)、再生制動 和停止的一系列工作相對應(yīng)的DC恒流電源裝置1的工作。如圖15 (a) 所示，在多相恒流電動機3工作時，如圖15 (b)所示，DC恒流電源裝 置1必須在驅(qū)動和制動多相恒流電動機3時向多相恒流逆變器2供應(yīng)比 定速旋轉(zhuǎn)時大的恒定電流。從多相恒流逆變器2的端子X看到的負(fù)載電動勢在驅(qū)動狀態(tài)時為正 而在制動狀態(tài)時為負(fù)。幅值大致上與多相恒流電動機3的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成 比例。如圖15 (c)的虛線所示，DC恒流電源裝置1輸出正或負(fù)的負(fù)載 電動勢與由于負(fù)載電路的電阻而產(chǎn)生的電壓降(電阻壓降)相加而得的 電壓，并從而向多相恒流逆變器2供應(yīng)DC恒定電流。因此，在多相恒 流電動機3制動時，直到停止之前都可以進行再生制動，并且不需要使 用機械制動。當(dāng)負(fù)載側(cè)的多相恒流電動機3處于制動狀態(tài)時，負(fù)載電動勢為負(fù)。 在這種情況下，在DC恒流電源裝置1中，半導(dǎo)體開關(guān)19 (S2， S3)構(gòu) 成的對動作，輸出電壓變?yōu)樨?fù)值，并且來自負(fù)載側(cè)的再生電流從DC電 源29的正端子流入。這種現(xiàn)象與電池充電類似。DC電源29具有充電功 能并且通過再生電力進行充電。另一方面，當(dāng)DC電源29為燃料電池等 并不具有充電功能時，為了實現(xiàn)能量回收，需要對DC電源29并聯(lián)連接 超電容器(ultracapacitor)。此外，即使DC電源29像鋰離子電池那樣具 有充電功能，在再生電力以數(shù)十秒為單位劇烈波動而無法進行適當(dāng)?shù)某潆姇r，也最好對DC電源29并聯(lián)連接超電容器。應(yīng)該提到的是，可以通過圖13所示的情形以外的多種方式來配置 DC恒流電源裝置1。圖16 (a)示出了 DC恒流電源裝置1的電路結(jié)構(gòu) 的另一實施例。圖16 (a)所示的DC恒流電源裝置1具有DC電源39、 電抗器40、充電/放電切換器46以及恒流斬波器47。其中，充電/放電切 換器46由四個半導(dǎo)體開關(guān)41 (Sll， S12， S13, S14)構(gòu)成。此外，恒 流斬波器47由兩個半導(dǎo)體開關(guān)41 (S15， S16)構(gòu)成。半導(dǎo)體開關(guān)41 (S11 到S14)以與圖13 (a)所示的半導(dǎo)體開關(guān)31 (S1到S4)相同的方式工 作，同時半導(dǎo)體開關(guān)41 (S16)以與圖13 (a)所示的半導(dǎo)體開關(guān)31 (S5) 相同的方式工作。另一方面，圖13 (b)示出了配置在DC恒流電源裝置 1內(nèi)部并通過驅(qū)動信號42來控制上述半導(dǎo)體開關(guān)31 (S1到S6)的恒流 電源控制裝置45。充電/放電切換器46從恒流電源控制裝置45接收驅(qū)動信號42，并將 兩個半導(dǎo)體開關(guān)41 (Sl， S4)構(gòu)成的對或兩個半導(dǎo)體開關(guān)41 (S2， S3) 構(gòu)成的對導(dǎo)通，以切換DC電源39的極性。位于恒流斬波器47中的半導(dǎo)體開關(guān)41 (S15)從恒流電源控制裝置 45接收驅(qū)動信號42并高速地進行導(dǎo)通/截止切換。導(dǎo)通周期的長度被控 制為使得輸出預(yù)定的DC恒定電流。位于恒流斬波器47中的半導(dǎo)體開關(guān)41 (S16)從恒流電源控制裝置 45接收驅(qū)動信號42并在半導(dǎo)體開關(guān)41 (S15)的截止期間導(dǎo)通，從而構(gòu) 成經(jīng)由電抗器40和后級的多相恒流逆變器2的循環(huán)電路。接下來，將對逆變器控制裝置24的詳細(xì)結(jié)構(gòu)進行說明。這里，逆變 器控制裝置24執(zhí)行控制，使得在A相單相橋單元20內(nèi)的兩個半導(dǎo)體開 關(guān)19 (Ta)和兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta，)中，半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta)和半 導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta')中的至少一個在驅(qū)動周期中導(dǎo)通。應(yīng)該提到的是，逆 變器控制裝置24對于B相單相橋單元21內(nèi)的兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Tb) 和兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Tb')、 C相單相橋單元22內(nèi)的兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Tc)和兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Tc，)、 D相單相橋單元23內(nèi)的兩個半導(dǎo)體 開關(guān)19 (Td)和兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Td')進行同樣的控制。圖17是示出了逆變器控制裝置24的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。逆變器控制裝 置24由延遲電路51和52與反轉(zhuǎn)電路53和54構(gòu)成。延遲電路51接收 角位置檢測信號Sa以及制動指令信號So，并且基于這些信號來執(zhí)行延遲 處理，并向反轉(zhuǎn)電路53輸出預(yù)定信號。同樣，延遲電路52輸入角位置 檢測信號Sa以及制動指令信號So，并且基于這些信號來執(zhí)行延遲處理， 并向反轉(zhuǎn)電路54輸出預(yù)定信號。反轉(zhuǎn)電路53輸入來自延遲電路51的信號和制動指令信號So，并基 于制動指令信號So對來自延遲電路51的信號執(zhí)行反轉(zhuǎn)處理，并輸出用 于驅(qū)動兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta)的驅(qū)動信號Ta。同樣，反轉(zhuǎn)電路54輸 入來自延遲電路52的信號和制動指令信號So，并基于制動指令信號So 對來自延遲電路52的信號執(zhí)行反轉(zhuǎn)處理，并輸出用于驅(qū)動兩個半導(dǎo)體開 關(guān)19 (Ta')的驅(qū)動信號Ta'。下面，將對逆變器控制裝置24的工作進行說明。首先，將對制動指 令信號So為低電平(無制動指令)的情況進行說明。在無制動指令的情 況下，延遲電路51在輸入的角位置檢測信號Sa上升(從低電平轉(zhuǎn)換為 高電平)時輸出與輸入的角位置檢測信號Sa同時上升的信號。此外，延 遲電路51在輸入的角位置檢測信號Sa下降(從高電平轉(zhuǎn)換為低電平) 時輸出相對于所輸入的角位置檢測信號Sa延遲預(yù)定時間后上升的信號。 此外，在無制動指令的情況下，反轉(zhuǎn)電路53原樣地輸出來自延遲電路51 的信號作為用于驅(qū)動兩個半導(dǎo)體幵關(guān)19 (Ta)的驅(qū)動信號Ta。另一方面，在無制動指令的情況下，延遲電路52在輸入的角位置檢 測信號Sa上升時輸出相對于所輸入的角位置檢測信號Sa延遲預(yù)定時間 后上升的信號。此外，延遲電路52在輸入的角位置檢測信號Sa下降時 輸出與所輸入的角位置檢測信號Sa同時下降的信號。此外，在無制動指 令的情況下，反轉(zhuǎn)電路53對來自延遲電路51的信號進行反轉(zhuǎn)，并作為 用于驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta')的驅(qū)動信號Ta'輸出。由于該工作，在無制動指令的情況下，針對圖18 (a)所示的制動指 令信號So，生成圖18 (b)所示的用于驅(qū)動兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta)的 驅(qū)動信號Ta和圖18 (c)所示的用于驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta')的驅(qū)動信號Ta'。在這些驅(qū)動信號Ta和Ta'中，存在僅驅(qū)動信號Ta為高電平的情 況以及驅(qū)動信號Ta和Ta'二者都為高電平的情況。不存在驅(qū)動信號Ta和 Ta，二者都為低電平的情況。即，兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta)和兩個半導(dǎo)體 開關(guān)19 (Ta')中的至少一方導(dǎo)通，不存在雙方都截止的期間。接下來，將對制動指令信號So為高電平的情況(存在制動指令)進 行說明。在存在制動指令的情況下，延遲電路51在輸入的角位置檢測信 號Sa上升時輸出相對于所述輸入的角位置檢測信號Sa延遲預(yù)定時間后 上升的信號。此外，延遲電路51在所述輸入的角位置檢測信號Sa上升 時輸出與所述輸入的角位置檢測信號Sa同時上升的信號。此外，在存在 制動指令的情況下，反轉(zhuǎn)電路53對來自延遲電路51的信號進行反轉(zhuǎn)， 并作為用于驅(qū)動兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta)的驅(qū)動信號Ta輸出。另一方面，在存在制動指令的情況下，延遲電路52在輸入的角位置 檢測信號Sa上升時輸出與該輸入的角位置檢測信號Sa同時上升的信號。 此外，延遲電路52在輸入的角位置檢測信號Sa下降時輸出相對于該輸 入的角位置檢測信號Sa延遲預(yù)定時間后下降的信號。此外，在存在制動 指令的情況下，反轉(zhuǎn)電路53原樣地輸出來自延遲電路51的信號作為用 于驅(qū)動兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta')的驅(qū)動信號Ta'。由于該工作，在存在制動指令的情況下，針對圖18 (a)所示的制動 指令信號So生成圖18 (d)所示的用于驅(qū)動兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta)的 驅(qū)動信號Ta和圖18 (e)所示的用于驅(qū)動兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta')的驅(qū) 動信號Ta'。在這些驅(qū)動信號Ta和Ta'中，存在僅驅(qū)動信號Ta，為高電平 的情況以及驅(qū)動信號Ta和Ta'二者都為高電平的情況，不存在驅(qū)動信號 Ta和Ta，二者都為低電平的情況。SP，兩個半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta)和兩個 半導(dǎo)體開關(guān)19 (Ta')中至少有一組導(dǎo)通，不存在兩組都截止的期間。圖19示出了當(dāng)逆變器控制裝置24執(zhí)行控制、使得兩個半導(dǎo)體開關(guān) 19-1禾P 19-2 (Ta)與兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-3禾口 19-4 (Ta，)中的至少一組 導(dǎo)通時這些半導(dǎo)體開關(guān)19的切換動作的圖。應(yīng)該提到的是，在圖19中， 將對存在制動指令且角位置檢測信號Sa下降的情況進行說明。首先，逆變器控制裝置24將驅(qū)動信號Ta設(shè)為高電平并將驅(qū)動信號Ta，設(shè)為低電平。由此，如圖19 (a)所示，兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-1和19-2 (Ta)導(dǎo)通，兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-3和19-4 (Ta')截止，并且來自DC恒 流電源裝置1的電流I流過半導(dǎo)體開關(guān)19-KTa)、A相定子繞組17(a—a， 方向)和半導(dǎo)體開關(guān)19-2 (Ta)。接著，當(dāng)角位置檢測信號Sa下降時，逆變器控制裝置24將驅(qū)動信 號Ta和將驅(qū)動信號Ta'都轉(zhuǎn)換為高電平。由此，如圖19 (b)所示，兩個 半導(dǎo)體開關(guān)19-1和19-2 (Ta)與兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-3和19-4 (Ta，)都 導(dǎo)通，來自DC恒流電源裝置1的電流I的一半流過半導(dǎo)體開關(guān)19-1 (Ta) 和半導(dǎo)體開關(guān)19-4 (Ta')，而另一半流過半導(dǎo)體開關(guān)19-3 (Ta，)和半導(dǎo) 體開關(guān)19-2 (Ta)。此外，在經(jīng)過預(yù)定時間以后，逆變器控制裝置24將驅(qū)動信號Ta設(shè) 為低電平并將驅(qū)動信號Ta'設(shè)為高電平。由此，如圖19 (c)所示，兩個 半導(dǎo)體開關(guān)19-1和19-2 (Ta)截止，兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-3和19-4 (Ta，) 導(dǎo)通，來自DC恒流電源裝置1的電流I流過半導(dǎo)體開關(guān)19-3 (Ta')、 A 相定子繞組17 (a'—a方向)和半導(dǎo)體開關(guān)19-4 (Ta，)。例如，當(dāng)從兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-1和19-2 (Ta)導(dǎo)通而兩個半導(dǎo)體開 關(guān)19-3和19-4 (Ta，)截止的狀態(tài)變?yōu)閮蓚€半導(dǎo)體開關(guān)19-1和19-2 (Ta) 截止而兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-3和19-4 (Ta')導(dǎo)通的狀態(tài)時，如圖20所示， 存在兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-1和19-2 (Ta)與兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-3和19-4 (Ta')都截止的狀態(tài)，兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-1和19-2 (Ta)被施加有過電 壓，從而受到損害。然而，如圖19所示，通過從兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-1和19-2 (Ta)導(dǎo) 通而兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-3和19-4 (Ta')截止的狀態(tài)變?yōu)閮蓚€半導(dǎo)體開關(guān) 19-1和19-2 (Ta)與兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-3和19-4 (Ta')都導(dǎo)通的狀態(tài)， 并且再經(jīng)過預(yù)定時間以后，變?yōu)閮蓚€半導(dǎo)體開關(guān)19-1和19-2 (Ta)截止 而兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-3和19-4 (Ta')導(dǎo)通的狀態(tài)，可以防止兩個半導(dǎo)體 開關(guān)19-1和19-2 (Ta)被施加過電壓。然而，優(yōu)選地是，兩個半導(dǎo)體開 關(guān)19-1和19-2 (Ta)與兩個半導(dǎo)體開關(guān)19-3和19-4 (Ta，)都導(dǎo)通的時 段盡可能地短，以保持多相恒流電動機3的驅(qū)動效率和制動效率。圖21是附裝有二極管的單相橋單元20的結(jié)構(gòu)的圖。圖21所示的A 相單相橋單元20是圖7所示的A相單相橋單元20加上四個二極管60而 成的結(jié)構(gòu)。B相單相橋單元21、 C相單相橋單元22、 D相單相橋單元23也是同樣的結(jié)構(gòu)。二極管60-1以輸入端子X側(cè)為陽極而半導(dǎo)體開關(guān)19-1側(cè)為陰極的 方式與半導(dǎo)體開關(guān)19-1串聯(lián)連接。二極管60-2以半導(dǎo)體開關(guān)19-2側(cè)為 陽極而輸出端子X，側(cè)為陰極的方式與半導(dǎo)體開關(guān)19-2串聯(lián)連接。此外， 二極管60-3以輸入端子X側(cè)為陽極而半導(dǎo)體開關(guān)19-3側(cè)為陰極的方式 與半導(dǎo)體開關(guān)19-3串聯(lián)連接。二極管60-4以半導(dǎo)體開關(guān)19-4側(cè)為陽極 而輸出端子X'側(cè)為陰極的方式與半導(dǎo)體開關(guān)19-4串聯(lián)連接。另一方面，圖22是以往的單相橋單元的結(jié)構(gòu)的圖。在圖22所示的 單相橋單元90中，二極管60-1以輸入端子X側(cè)為陰極的方式與半導(dǎo)體 開關(guān)19-1并聯(lián)連接。二極管60-2以輸出端子X'側(cè)為陽極的方式與半導(dǎo) 體開關(guān)19-2并聯(lián)連接。二極管60-3以輸入端子X側(cè)為陰極的方式與半 導(dǎo)體開關(guān)19-3并聯(lián)連接。二極管60-4以輸出端子X'側(cè)為陽極的方式與 半導(dǎo)體開關(guān)19-4并聯(lián)連接。在圖22所示的單相橋單元90中，當(dāng)在多相恒流電動機3再生制動 時產(chǎn)生反向電動勢時，半導(dǎo)體開關(guān)19-1和二極管60-1、定子繞組17、以 及半導(dǎo)體開關(guān)19-3和二極管60-3形成短路，并且流過短路電流。同樣， 半導(dǎo)體開關(guān)19-2和二極管60-2、定子繞組17、以及半導(dǎo)體開關(guān)19-4和 二極管60-4形成短路，并且流過短路電流。由此，半導(dǎo)體開關(guān)19和二極 管60不能使用并聯(lián)連接成一體的公知的IGBT、晶閘管功率晶體管、可 關(guān)斷晶閘管(tumoffthyrister)等。與此相反，在圖21所示的單相橋單元20中，當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)19和二 極管60串聯(lián)連接并且由此在多相恒流電動機3再生制動時產(chǎn)生反向電動 勢時，由于二極管60-1到60-4而使單相橋單元20具有能夠應(yīng)付該反向 電動勢的反向耐壓。圖23是示出了在定子繞組17中存在電感的情況下的單相橋單元20 的電流反向現(xiàn)象的圖。首先，在半導(dǎo)體開關(guān)19-1和19-2導(dǎo)通而半導(dǎo)體開關(guān)19-3和19-4截止的狀態(tài)下，形成了如圖23中實線所示的電流路徑。 接下來，在保持半導(dǎo)體開關(guān)19-1和19-2中的至少一個以及半導(dǎo)體開關(guān) 19-3和19-4中的至少一個導(dǎo)通的狀態(tài)的同時進行切換、以使得半導(dǎo)體開 關(guān)19-1和19-2導(dǎo)通而半導(dǎo)體開關(guān)19-3和19-4截止，形成圖23中虛線所 示的電流路徑。然而，當(dāng)在定子繞組17中存在電感時，如果流過所述定子繞組17 的電流的方向被瞬間切換，則在定子繞組17中會出現(xiàn)由于電流變化而導(dǎo) 致的過電壓。設(shè)定子繞組17的電感為L，流過所述定子繞組17的電流為 iL，并且時間為t，則該過電壓由iL對t取微分并乘以L的L (diL/dt) 表示。當(dāng)對半導(dǎo)體開關(guān)19施加過電壓時，所述半導(dǎo)體開關(guān)19可能損壞。 因此，理想地是，要想辦法使定子繞組17中的電流變化更平緩。圖24是示出了具有電容器的單相橋單元20的結(jié)構(gòu)的圖。圖24所示 的A相單相橋單元20是在與圖7所示的A相單相橋單元20連接的定子 繞組17上并聯(lián)地連接了電容器70的結(jié)構(gòu)。應(yīng)該提到的是，B相單相橋 單元21、 C相單相橋單元22、 D相單相橋單元23也是同樣的結(jié)構(gòu)。圖25是示出了電容器70的電流ic和定子繞組17的電流iL隨時間 變化的圖。注意，負(fù)載電動勢為0。首先，半導(dǎo)體開關(guān)19-1和19-2處于 導(dǎo)通狀態(tài)，半導(dǎo)體開關(guān)19-3和19-4處于截止?fàn)顟B(tài)，因此流入的電流I流 過半導(dǎo)體開關(guān)19-1、定子繞組17和半導(dǎo)體開關(guān)19-2構(gòu)成的路徑。此后， 在時刻t=0時，半導(dǎo)體開關(guān)19-1和19-2轉(zhuǎn)為截止，半導(dǎo)體開關(guān)19-3和 19-4轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。在這種情況下，流入的電流I流過導(dǎo)體開關(guān)19-3和半導(dǎo) 體開關(guān)19-4，但是如圖25 (a)所示，電容器70的電流ic變?yōu)樵摿魅腚?流I與來自定子繞組17的電流I的疊加，即21。此后，其降低為O。另 一方面，如圖25 (b)所示，定子繞組17的電流iL變?yōu)镮。此后，它在 電容器70的電流ic變?yōu)?的同時變?yōu)?I。在定子繞組17的電感為L并且電容器70的電容為C的情況下，電 容器70的電流ic從21減小到0的時間和定子繞組17的電流iL從I變?yōu)?-I的時間(下降時間)由諧振頻率(fo=l/(2;rV^))的倒數(shù)的l/2決定。因此，電容器70的電容C越大，諧振頻率fo越小并且下降時間越長，換句話說，定子繞組17的電流變化越平緩并且向半導(dǎo)體開關(guān)19施加的 過電壓越小。然而，如果諧振頻率fo變得小于矩形波AC電流的頻率(基 本頻率)f，則無法再保持所述矩形波AC電流的形狀，因此優(yōu)選地是， 以諧振頻率fo大約是基本頻率f的10倍到20倍的方式設(shè)置電容器70的電^* c 。此外，如圖26(a)所示，通過將電阻器71與電容器70串聯(lián)連接，以 及如圖26(b)所示將線圈72與電容器70串聯(lián)連接，與提高電容器70的 電容C的情況同樣地，可以減少諧振頻率fo并延長下降時間，換句話說， 使定子繞組17的電流變化更平緩并且減小向半導(dǎo)體開關(guān)19施加的過電 壓。注意在圖25中，是在做出如下假設(shè)的情況下給出的說明在時刻t=0 時，半導(dǎo)體開關(guān)19-1和19-2從導(dǎo)通變?yōu)榻刂共⑶彝瑫r半導(dǎo)體開關(guān)19-3 和19-4從截止變?yōu)閷?dǎo)通。但是在時刻t-O時，當(dāng)通過如下方式進行控制 時半導(dǎo)體開關(guān)19-3和19-4從截止變?yōu)閷?dǎo)通，經(jīng)過預(yù)定定時以后，半導(dǎo) 體開關(guān)19-1和19-2從導(dǎo)通變?yōu)榻刂梗梢愿煽康販p少向半導(dǎo)體開關(guān) 19施加的過電壓。圖27示出了以往的恒壓逆變器的具體結(jié)構(gòu)，同時圖28示出了添加 有上述二極管60和電容器70的多相恒流逆變器2的具體結(jié)構(gòu)。圖27所示的以往的恒壓逆變器具有三相結(jié)構(gòu)并且以相互120度的相 位差向R相定子線圈、S相定子線圈和T相定子線圈施加電壓和電流。 開關(guān)元件19-1、 19-2和19-3并聯(lián)連接并且開關(guān)元件19-4、 19-5和19-6 并聯(lián)連接。此外，開關(guān)元件19-1到19-6上分別反向并聯(lián)連接有二極管 60-1到60-6。另一方面，圖28所示的多相恒流逆變器2具有四相結(jié)構(gòu)，由A相單 相橋單元20、 B相單相橋單元21、 C相單相橋單元22、 D相單相橋單元 23串聯(lián)連接而構(gòu)成，并按90度的相位差分別向1相的定子繞組17施加 電壓和電流。單相橋單元20到23均由四個半導(dǎo)體開關(guān)19-l到19-4、與 所述半導(dǎo)體開關(guān)19-1到19-4串聯(lián)連接的二極管60-1到60-4、以及與定 子繞組17并聯(lián)連接的電容器70構(gòu)成。以往的恒壓逆變器和多相恒流逆變器2如上所述具有不同的結(jié)構(gòu)并 從而在作用方面具有區(qū)別。即，關(guān)于定子繞組的電感的磁能處理，以往的恒壓逆變器通過與半導(dǎo)體開關(guān)19反向并聯(lián)連接的二極管60在電源測 回收電力，而多相恒流逆變器2在與定子繞組17并聯(lián)連接的電容器70 中存儲電力。此外，對于在電動機的再生制動時在定子繞組中產(chǎn)生的負(fù) 電動勢，以往的恒壓逆變器與再生無關(guān)地使用單獨設(shè)置的AC/DC轉(zhuǎn)換器 和升壓斬波器(booster chopper)在電源側(cè)進行再生，而多相恒流逆變器 2可以進行再生直到電動機停止，提高了再生效率。圖29是示出應(yīng)用了恒流型電動機驅(qū)動系統(tǒng)的電動汽車的第二結(jié)構(gòu) 的圖。在圖29中，電動汽車具有DC恒流電源裝置1、對應(yīng)于車輪80-l 到80-4設(shè)置的多相恒流逆變器2-1到2-4 (以下，適當(dāng)?shù)乜偡Q為"多相恒 流逆變器2")、多相恒流電動機3-l到3-4 (以下，適當(dāng)?shù)乜偡Q為"多相恒 流電動機3")以及機械制動器5-l到5-4。如稍后所述，與多相恒流逆變 器2-1到2-4的各相對應(yīng)的輸入電路串聯(lián)連接。此外，多相恒流逆變器 2-1至U2-4按照多相恒流逆變器2-l、多相恒流逆變器2-2、多相恒流逆變 器2-3和多相恒流逆變器2-4的順序串聯(lián)連接在DC恒流電源裝置1的端 子之間。多相恒流電動機3-1被連接至多相恒流逆變器2-1并旋轉(zhuǎn)車輪 S0-1。此外，多相恒流電動機3-2被連接至多相恒流逆變器2-2并旋轉(zhuǎn)車 輪80-2。同樣地，多相恒流電動機3-3被連接至多相恒流逆變器2-3并旋 轉(zhuǎn)車輪80-3。而多相恒流電動機3-4被連接至多相恒流逆變器2-4并旋轉(zhuǎn) 車輪80-4。即，圖4所示的電動汽車為四輪驅(qū)動型汽車。當(dāng)圖29所示的電動汽車沿曲線行駛時，左、右車輪的轉(zhuǎn)速差、直徑 差和滑動的發(fā)生等導(dǎo)致在再生制動時多相恒流電動機3-l到3-4的電動勢 存在差異并且在多相恒流逆變器2-l到2-4的端子之間產(chǎn)生的電動勢也不 同。為此，多相恒流逆變器2-l到2-4不能并聯(lián)連接。然而，如上所述， 在本實施方式的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，多相恒流逆變器2-1到2-4串聯(lián)連接 在DC恒流電源裝置1的端子之間，因此DC恒流電源裝置1被提供這些 多相恒流逆變器2-l到2-4的端子間產(chǎn)生的電動勢之和，并且再生電力可 以更有效地提供給DC恒流電源裝置1。此外，對于一個DC恒流電源裝置1連接了多個多相恒流逆變器2-l到2-4，并且對于多相恒流逆變器2-1到2-4分別連接了多個多相恒流電 動機3-1到3-4，該一個DC恒流電源裝置1向多個多相恒流電動機3-1 到3-4進行放電，并且可以通過來自多個多相恒流電動機3-l到3-4的再 生電力進行充電，因此與對于一個DC恒流電源裝置連接一個多相恒流 逆變器的情況相比，總體上減小了電動機驅(qū)動系統(tǒng)的尺寸。此外，因為 對應(yīng)于車輪80-1到80-4分別設(shè)置有多相恒流電動機3-1到3-4，所以如 圖l所示的電動汽車那樣，不需要差動齒輪4，并且可以在電動汽車中應(yīng) 用車輪與多相恒流電動機一體化結(jié)構(gòu)的部件。應(yīng)該提到的是，不必將所有的多相恒流逆變器都連接到一個DC恒 流電源裝置上。例如，可以只將多相恒流逆變器2-1和2-2串聯(lián)連接在 DC恒流電源裝置1的端子之間，并且將多相恒流逆變器2-3和2-4串聯(lián) 連接在未示出的其他DC恒流電源裝置的端子之間?；蛘撸?dāng)僅車輪80-1 和80-2是驅(qū)動輪時，可以在不設(shè)置與車輪80-3相對應(yīng)的多相恒流逆變器 2-3和多相恒流電動機3-3以及與車輪80-4相對應(yīng)的多相恒流逆變器2-4 和多相恒流電動機3-4的情況下配置電動機驅(qū)動系統(tǒng)，并且該電動機驅(qū)動 系統(tǒng)僅具有串聯(lián)連接在DC恒流電源裝置1的端子之間的多相恒流逆變 器2-1和2-2。同樣，當(dāng)僅車輪80-3和80-4是驅(qū)動輪時，可以在不設(shè)置 與車輪80-1相對應(yīng)的多相恒流逆變器2-1和多相恒流電動機3-1以及與 車輪80-2相對應(yīng)的多相恒流逆變器2-2和多相恒流電動機3-2的情況下 配置電動機驅(qū)動系統(tǒng)，并且該電動機驅(qū)動系統(tǒng)僅具有串聯(lián)連接在DC恒 流電源裝置1的端子之間的多相恒流逆變器2-3和2-4。應(yīng)該提到的是， 該電動機驅(qū)動系統(tǒng)不但可應(yīng)用于電動汽車，而且還可以用于火車、卡車 或各種其他運動物體。如圖29所示，當(dāng)多個多相恒流逆變器3-1到3-4被串聯(lián)連接在DC 恒流電源裝置1的端子之間，并且對于多相恒流逆變器3-1到3-4分別地 連接多個多相恒流電動機3-1到3-4時，該DC恒流電源裝置1被控制為 與負(fù)載側(cè)多相恒流電動機3-l至i」3-4的電動勢之和的正負(fù)和大小無關(guān)地輸 出DC恒定電流，并且具有從多相恒流電動機3-1到3-4接收再生電力之和的功能。工業(yè)應(yīng)用性如上，根據(jù)本發(fā)明的電動機驅(qū)動系統(tǒng)可以在能效方面得到改進并且 作為電動機驅(qū)動系統(tǒng)有用。
權(quán)利要求
1、一種電動機驅(qū)動系統(tǒng)，該電動機驅(qū)動系統(tǒng)具有電源裝置、控制來自所述電源裝置的直流電流的方向并生成矩形波交流電流的逆變器、以及進行與來自所述逆變器、流過定子繞組的矩形波交流電流相應(yīng)的驅(qū)動和制動的電動機，其中所述電源裝置具有用于提供直流電壓的直流電源，以及電壓控制裝置，該電壓控制裝置輸入來自所述直流電源的直流電壓，并根據(jù)所述電動機的電動勢來控制輸出電壓的極性和幅值，使得輸出電流成為直流恒定電流。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓 控制裝置將所述輸出電壓控制為所述電動機的電動勢與后級電路的電壓 降相加后的電壓。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓 控制裝置具有非對稱控制PWM橋，該非對稱控制PWM橋被連接到所述 直流電源，并由根據(jù)所述電動機的電動勢執(zhí)行開關(guān)動作的多個開關(guān)構(gòu)成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，在所述非 對稱控制PWM橋中，根據(jù)所述電動機的電動勢來在所述多個開關(guān)中選 擇導(dǎo)通的開關(guān)并控制導(dǎo)通周期。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓 控制裝置具有開關(guān)，該開關(guān)與所述非對稱控制PWM橋的輸出側(cè)并聯(lián)連接，在所 述非對稱控制PWM橋中的開關(guān)的截止期間導(dǎo)通，以及 電抗器，其設(shè)置在所述電壓控制裝置的輸出端。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任意一項所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征 在于，所述直流電源具有充入來自所述電動機的再生電力的功能。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1到6中任意一項所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征 在于，該電動機驅(qū)動系統(tǒng)具有與所述直流電源并聯(lián)連接的電容元件。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1到7中任意一項所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述電動機是多相恒流電動機，具有轉(zhuǎn)子，其在具有旋轉(zhuǎn)軸的圓柱結(jié)構(gòu)體的外周、以N極和S極交替地 位于外周側(cè)和內(nèi)周側(cè)的方式設(shè)置有構(gòu)成多個NS對的磁鐵，該磁鐵被配置 成使得半徑方向上的形狀和磁化強度是均勻的，并且在外周生成的圓周 方向的磁通密度分布是矩形波狀，以及定子，其具有隔著空隙圍繞所述轉(zhuǎn)子的外周側(cè)設(shè)置的環(huán)狀鐵芯，在 該環(huán)狀鐵芯的內(nèi)周側(cè)，針對所述轉(zhuǎn)子的每個NS對、對于各相串聯(lián)或并聯(lián) 地連接有數(shù)目與相數(shù)對應(yīng)的定子繞組，并且設(shè)置有數(shù)目與相數(shù)相應(yīng)的輸 入端子。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述逆變 器是多相恒流逆變器，其對應(yīng)于各相設(shè)置，并且由數(shù)目與相數(shù)相應(yīng)的、 與對應(yīng)相的所述定子繞組連接的單相橋單元串聯(lián)連接而構(gòu)成。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述逆 變器根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的角位置使輸入所述單相橋單元的直流電流反轉(zhuǎn)切 換。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述逆 變器按電氣角(180°/相數(shù))的相位差順次向各相的所述定子繞組提供寬 度為電氣角180°的矩形波交流電流。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于， 在所述電動機的驅(qū)動時和制動時之間，所述逆變器將所述直流電流的反 轉(zhuǎn)切換定時偏移所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與電氣角1800相對應(yīng)的角度的時間。
13、 根據(jù)權(quán)利要求9到12中任意一項所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特 征在于，所述單相橋單元具有第一開關(guān)元件，其具有自截止能力，并連接在輸入端與所述電動機 中一相的定子繞組的一端之間，第二幵關(guān)元件，其具有自截止能力，并連接在所述電動機中一相的 定子繞組的另一端與輸出端之間，第三開關(guān)元件，其具有自截止能力，并連接在所述輸入端與所述電動機中 一相的定子繞組的另一端之間，第四開關(guān)元件，其具有自截止能力，并且連接在所述電動機中一相 的定子繞組的一端與輸出端之間，以及開關(guān)控制裝置，該開關(guān)控制裝置對所述第一開關(guān)元件至第四開關(guān)元 件的驅(qū)動進行控制，使得在驅(qū)動周期中，所述第一和第二開關(guān)元件、與 所述第三和第四開關(guān)元件中的至少一方導(dǎo)通。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述單 相橋單元具有分別與所述第一開關(guān)元件至第四開關(guān)元件串聯(lián)連接、并且以來自所述電源裝置的直流電流的上游側(cè)為陽極而以下游側(cè)為陰極的二 極管。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述單相橋單元具有與所述定子繞組并聯(lián)連接的電容器。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述定 子繞組和所述電容器的諧振頻率是所述矩形波交流電流的頻率的10倍到 20倍。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于， 所述單相橋單元具有與所述電容器串聯(lián)連接的電阻器或線圈。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1到17中任意一項所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特 征在于，所述電動機驅(qū)動系統(tǒng)具有多個所述逆變器和對應(yīng)于所述多個逆變器設(shè)置的多個所述電動機，所述多個逆變器被串聯(lián)連接在所述電源裝置的端子之間，所述多個電動機被分別連接到對應(yīng)的所述逆變器，并且所述電壓控制裝置輸入來自所述直流電源的直流電壓，并根據(jù)所述多個電動機的電動勢之和來控制輸出電壓的極性和幅值，使得輸出電流成為直流恒定電流。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于， 該電動機驅(qū)動系統(tǒng)搭載在具有多個車輪的移動體上，并且 所述多個電動機分別針對所述多個車輪中的任意一個而設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動機驅(qū)動系統(tǒng)，該電動機驅(qū)動系統(tǒng)能夠提高能效。該電動機驅(qū)動系統(tǒng)具有DC恒流電源裝置(1)、控制來自所述DC恒流電源裝置(1)的DC電流的方向而生成矩形波AC電流的多相恒流逆變器(2)、以及進行與從所述多相恒流逆變器(2)流過定子繞組的矩形波AC電流相應(yīng)的驅(qū)動和制動的多相恒流電動機(3)，DC恒流電源裝置(1)具有用于供應(yīng)DC電壓的DC電源(29)以及輸入來自所述DC電源(29)的DC電壓并根據(jù)所述多相恒流電動機(3)的電動勢來控制輸出電壓的極性和幅值以輸出DC恒定電流的半導(dǎo)體開關(guān)(31)。
文檔編號H02P27/06GK101223686SQ200680025620
公開日2008年7月16日 申請日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月14日
發(fā)明者梅森肅, 田仲允 申請人:梅森肅;田仲允