本實(shí)用新型屬于直流電機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、斬波電路、直流電機(jī)以及包含電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)設(shè)備。

背景技術(shù)：

隨著各大城市霧霾天數(shù)和持續(xù)時(shí)間的增加，國(guó)家對(duì)燃油設(shè)備的尾氣排放管理越來(lái)越嚴(yán)格；在封閉的室內(nèi)工作環(huán)境中，燃油設(shè)備基本上是禁止使用的；而且石油這種能源是不可再生的，幾十年后將面臨枯竭。因此，將電作為能源的電動(dòng)設(shè)備如電動(dòng)汽車、電動(dòng)工具、室內(nèi)電動(dòng)叉車等越來(lái)越受到生產(chǎn)商和消費(fèi)者的青睞，它不但污染小、可以通過(guò)可再生能源提供電能，而且，與燃油設(shè)備相比它還具有能源利用率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲小、動(dòng)態(tài)性能好和便攜性高等優(yōu)點(diǎn)。在石油資源越來(lái)越緊張的形勢(shì)下，大力發(fā)展電驅(qū)動(dòng)裝置，特別是大功率電驅(qū)動(dòng)裝置，對(duì)于國(guó)防安全具有深遠(yuǎn)的意義。

由于交流電機(jī)，特別是異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、重量輕、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。但是，它存在啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，啟動(dòng)電流很大，調(diào)速平滑性差，振動(dòng)和噪聲大以及控制算法復(fù)雜等缺點(diǎn)。即使采用最好的控制算法，依然無(wú)法杜絕電機(jī)中高次諧波的存在，導(dǎo)致在啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)試和低速時(shí)電機(jī)性能都劣于直流電機(jī)。因此，對(duì)電動(dòng)設(shè)備的性能要求很高的場(chǎng)合，例如家用變頻空調(diào)、升降客梯、電動(dòng)汽車等等，依然青睞于安裝直流電機(jī)的電動(dòng)設(shè)備。

以圖2所示的兩電刷直流電機(jī)為例，在兩電刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中，如圖2所示，控制器通過(guò)觸發(fā)信號(hào)控制橋式可逆斬波電路橋臂單元上的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷得到大小和方向可控的直流電壓，并將其加載到直流電機(jī)電樞繞組中。在整個(gè)過(guò)程中，控制器通過(guò)各種控制策略控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等目標(biāo)。

隨著帶反饋控制的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置及電動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備負(fù)載的增大，電機(jī)的輸入功率也隨著增大。當(dāng)斬波電路輸入端直流電壓大小因?yàn)楦鞣N原因的約束而無(wú)法隨著負(fù)載的增大而增大的情況下，電機(jī)的輸入電流必然增大，也就是說(shuō)，斬波電路的輸出電流必然增大，流過(guò)斬波電路功率開(kāi)關(guān)元件的電流必然增大。為了保證系統(tǒng)正常工作，功率開(kāi)關(guān)元件必須選用額定工作電流更大的。

然而，受各種條件的影響，能夠承受大功率電機(jī)所要求的大工作電流的功率開(kāi)關(guān)元件價(jià)格很高或者無(wú)法購(gòu)買，甚至不存在，在這種情況下，往往選用兩個(gè)或兩個(gè)以上的總價(jià)格偏低，容易購(gòu)買的額定工作電流相對(duì)較小的開(kāi)關(guān)元件代替一個(gè)大電流開(kāi)關(guān)元件，一般把這種方法稱之為并聯(lián)。

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的大電流直流電機(jī)和斬波電路的連接關(guān)系示意圖，由圖3可知，斬波電路采用并聯(lián)均流技術(shù)，直流電機(jī)每一個(gè)電刷引出線的線電流都由j個(gè)并聯(lián)的橋臂共同提供。理論上，每個(gè)斬波電路橋臂上的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件中所流過(guò)的電流值是直流電機(jī)電流的j分之一，也就是說(shuō)，這j個(gè)并聯(lián)的小電流半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件共同承擔(dān)電機(jī)的電流。

由此可知，單獨(dú)的一個(gè)小電流開(kāi)關(guān)元件無(wú)法承擔(dān)一個(gè)大電流電機(jī)的電流，如果出現(xiàn)大電流流過(guò)單個(gè)的小電流開(kāi)關(guān)元件，超越了小電流開(kāi)關(guān)元件的承受能力，那么小電流開(kāi)關(guān)元件必然損壞。

功率開(kāi)關(guān)元件在完全導(dǎo)通和完全關(guān)斷時(shí)，特性的一致性一般都很好，能夠保證在所有功率開(kāi)關(guān)元件完全導(dǎo)通時(shí)，由它們來(lái)平均分擔(dān)電機(jī)的大電流，均流效果較好；在所有功率開(kāi)關(guān)元件完全關(guān)斷時(shí)，將不流過(guò)電流。然而功率開(kāi)關(guān)元件在導(dǎo)通和關(guān)斷過(guò)程時(shí)，特性的一致性卻很難保證，需要從大量的開(kāi)關(guān)元件中精挑細(xì)選才能得到，致使使用成本很高。并聯(lián)的開(kāi)關(guān)元件數(shù)量越多，成本越是急劇上升。此外，即使挑選出的這些開(kāi)關(guān)元件在使用前的測(cè)試過(guò)程中一致性高，然而隨著使用環(huán)境和器件老化的影響，也難以保證在使用過(guò)程中仍然能保持很高的一致性。基于這個(gè)考慮，所以并聯(lián)開(kāi)關(guān)元件總的額定工作電流要大于電機(jī)最大工作電流很多，一般是1.5-2倍。

受各種因素的影響，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時(shí)，如果并聯(lián)的小電流開(kāi)關(guān)元件無(wú)法同時(shí)導(dǎo)通將導(dǎo)致均流失敗，那么提前導(dǎo)通的單個(gè)開(kāi)關(guān)元件將流過(guò)很大的電機(jī)電流，從而開(kāi)關(guān)元件出現(xiàn)損壞；同樣的道理，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時(shí)，如果并聯(lián)的小電流開(kāi)關(guān)元件無(wú)法同時(shí)關(guān)斷將導(dǎo)致均流失敗，那么最后關(guān)斷的那個(gè)開(kāi)關(guān)元件也將流過(guò)很大的電機(jī)電流，從而開(kāi)關(guān)元件出現(xiàn)損壞。

隨著開(kāi)關(guān)元件并聯(lián)數(shù)量的增長(zhǎng)，其開(kāi)關(guān)特性的一致性更加難以保證，致使開(kāi)關(guān)過(guò)程中的均流效果越差，從而損壞的可能性越高，問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重。由于該并聯(lián)均流技術(shù)無(wú)法保證任意多個(gè)并聯(lián)的開(kāi)關(guān)元件同時(shí)導(dǎo)通和同時(shí)關(guān)斷，而嚴(yán)重影響和限制了大電流電機(jī)電流值的增大，使得大電流電機(jī)成為一個(gè)很難跨越的障礙。

進(jìn)一步，在斬波電路電壓由電池供電的情況下，人身安全的要求使得電池電壓幅值受限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于交流整流電源供電的情況，致使問(wèn)題更加嚴(yán)重，進(jìn)而嚴(yán)重影響了電池供電的電動(dòng)工具、電動(dòng)車尤其重型電動(dòng)車、電動(dòng)船，甚至國(guó)防上的電動(dòng)戰(zhàn)車、電動(dòng)軍艦和電驅(qū)動(dòng)航空母艦的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型是為解決上述問(wèn)題而進(jìn)行的，通過(guò)提供一種斬波橋臂獨(dú)立、輸出電流互不影響，實(shí)現(xiàn)電流完全解耦的斬波電路、包含多電刷直流電機(jī)以及包含該斬波電路和該多電刷直流電機(jī)的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)設(shè)備，取消了開(kāi)關(guān)元件的并聯(lián)均流技術(shù)，在使用普通的小電流開(kāi)關(guān)元件的情況下，電機(jī)的電流值可以任意增大。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了下述技術(shù)方案：

<結(jié)構(gòu)一>

本實(shí)用新型提供了一種直流電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)置在電動(dòng)設(shè)備中，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)設(shè)備，包括：直流電機(jī)，具有額定電壓以及額定電流；直流電源，具有與額定電壓相對(duì)應(yīng)的恒定電壓的電源，用于提供與額定電流相對(duì)應(yīng)的電壓恒定的直流電；斬波電路，根據(jù)控制信號(hào)將該直流電轉(zhuǎn)換為電壓可控的直流電并提供給直流電機(jī)；以及主磁極，為直流電機(jī)提供工作磁場(chǎng)，其特征在于：其中，直流電機(jī)具有2j個(gè)相互獨(dú)立并且由m個(gè)繞組組成的電樞繞組支路、與繞組連接的2j×m個(gè)換向片、分別與直流電機(jī)的兩組電源線連接且與換向片相接觸的2組電刷組，每個(gè)電刷組包含j個(gè)相互獨(dú)立的電刷，斬波電路具有與2組電刷組分別相對(duì)應(yīng)的2個(gè)橋臂部，每個(gè)橋臂部包含與j個(gè)電刷一一對(duì)應(yīng)的橋臂單元，每個(gè)橋臂單元含有一個(gè)斬波橋臂以及與該斬波橋臂反向并聯(lián)連接的續(xù)流二極管，向?qū)?yīng)的電刷提供線電流的，斬波橋臂包含了兩個(gè)串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，每個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件與一個(gè)續(xù)流二極管反向并聯(lián)連接，j和m均為不小于2的正整數(shù)。

本實(shí)用新型提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置還可以具有這樣的技術(shù)特征：其中，斬波電路為橋式可逆斬波電路或單極性斬波電路。

本實(shí)用新型提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置還可以具有這樣的特征，還包括：控制器，其中，每個(gè)斬波橋臂含有相互串聯(lián)連接的上橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件以及下橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，上橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件以及下橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件分別反向并聯(lián)連接一個(gè)續(xù)流二極管，上橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和下橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件具有相同的預(yù)定最大輸出電流，控制器根據(jù)上橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和下橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件之間的預(yù)定工作周期、以及根據(jù)與上橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件或者下橋臂半導(dǎo)體元件在相應(yīng)的工作時(shí)間內(nèi)的導(dǎo)通電流相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，向斬波電路提供控制信號(hào)。

本實(shí)用新型提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置還可以具有這樣的特征：其中，當(dāng)上橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件以及下橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的最大輸出電流為I₁，直流電機(jī)的額定電流為I_N時(shí)，電樞繞組支路的個(gè)數(shù)2j滿足下述條件：j＞I_N÷I₁。

本實(shí)用新型提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置還可以具有這樣的特征：其中，直流電源為電池或交流電源經(jīng)整流濾波后得到的直流電源。

本實(shí)用新型提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置還可以具有這樣的特征：其中，電樞繞組的連接方式是疊繞組，主磁極是永磁鐵、他勵(lì)、串勵(lì)、并勵(lì)或復(fù)勵(lì)。

本實(shí)用新型提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置還可以具有這樣的特征：其中，電樞繞組支路獨(dú)立安裝在一個(gè)電樞或多個(gè)電樞上，電樞為直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子，上橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件或下橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件為全控型器件，該全控型器件為電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、集成門(mén)極換流晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管以及電力雙極型晶體管中的任意一種。

<結(jié)構(gòu)二>

進(jìn)一步，本實(shí)用新型還提供了一種斬波電路，與具有額定電壓以及額定電流并且含有2j個(gè)相互獨(dú)立的電樞繞組支路、2j×m個(gè)換向片以及2j個(gè)電刷的直流電機(jī)，以及具有恒定電壓并且用于提供與額定電流相對(duì)應(yīng)的直流電的直流電源分別相連接，用于根據(jù)控制信號(hào)將恒定電壓的直流電轉(zhuǎn)換為電壓可控的直流電并提供給直流電機(jī)，具有這樣的特征，包括：與2j個(gè)電刷分別相對(duì)應(yīng)的2j個(gè)橋臂單元，其中，每個(gè)橋臂單元含有一個(gè)斬波橋臂以及與該斬波橋臂反向并聯(lián)連接的續(xù)流二極管，向?qū)?yīng)的電刷提供線電流，j和m均為不小于2的正整數(shù)。

<結(jié)構(gòu)三>

進(jìn)一步，本實(shí)用新型還提供了一種具有額定電壓以及額定電流的直流電機(jī)，與具有2j個(gè)橋臂單元并且根據(jù)控制信號(hào)通過(guò)該2j個(gè)橋臂單元將來(lái)自于具有恒定電壓的直流電源的直流電轉(zhuǎn)換為電壓可控的直流電的斬波電路相連接，每個(gè)橋臂單元含有一個(gè)斬波橋臂向?qū)?yīng)的電刷提供線電流，以及與該斬波橋臂反向并聯(lián)連接的續(xù)流二極管，其特征在于，具有：2j個(gè)相互獨(dú)立并且由m個(gè)繞組組成的電樞繞組支路；2j×m個(gè)換向片，與繞組連接；以及2j個(gè)電刷，均勻分布在直流電機(jī)的由換向片構(gòu)成的換向器上，與直流電機(jī)主磁極的位置相對(duì)應(yīng)，每個(gè)電刷至少與一個(gè)換向片相接觸，其中，j和m均為不小于2的正整數(shù)。

<結(jié)構(gòu)四>

進(jìn)一步，本實(shí)用新型還提供了一種含有上述電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)設(shè)備。

實(shí)用新型的作用與效果

根據(jù)本實(shí)用新型提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、電動(dòng)設(shè)備、斬波電路以及多電刷直流電機(jī)，由于直流電機(jī)具有2j個(gè)相互獨(dú)立并且由m個(gè)繞組組成的電樞繞組支路、與繞組連接的2j×m個(gè)換向片、分別位于電樞繞組支路的兩側(cè)并且與換向片相接觸的2組電刷組，每個(gè)電刷組包含j個(gè)相互獨(dú)立的電刷，斬波電路具有與2組電刷組分別相對(duì)應(yīng)的2個(gè)橋臂部，每個(gè)橋臂部包含與j個(gè)電刷一一對(duì)應(yīng)的橋臂單元，每個(gè)橋臂單元含有一個(gè)斬波橋臂以及與該斬波橋臂反向并聯(lián)連接的續(xù)流二極管，向?qū)?yīng)的電刷提供線電流的，斬波橋臂包含了兩個(gè)串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，每個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件與一個(gè)續(xù)流二極管反向并聯(lián)連接，使得每個(gè)電樞繞組支路由對(duì)應(yīng)的橋臂單元單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，相鄰兩個(gè)多電刷電樞繞組支路是互不干擾的，進(jìn)而使得多電刷直流電機(jī)的電流可以根據(jù)需要任意增大，不僅保留了原來(lái)斬波電路的成熟控制算法和直流電機(jī)的成熟技術(shù)，而且降低了對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件性能一致性的要求，使用普通的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件即可滿足要求，避免了從大量的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件中精挑細(xì)選一致性高的開(kāi)關(guān)元件所帶來(lái)的大量人力和財(cái)力的耗費(fèi)。

此外，本實(shí)用新型的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置能夠打破國(guó)外對(duì)于大電流驅(qū)動(dòng)裝置的壟斷和封鎖，使得該直流電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置不僅能夠取代污染大、啟動(dòng)速度慢和能源利用率低的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)而應(yīng)用于目前無(wú)法采用電動(dòng)機(jī)的重型機(jī)車上，如卡車、推土機(jī)、挖土機(jī)等重型機(jī)車等，還能夠應(yīng)用于軍事上需要更大電流的電動(dòng)戰(zhàn)車、電動(dòng)軍艦和電驅(qū)動(dòng)航空母艦上，實(shí)現(xiàn)了低壓大電流的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的國(guó)產(chǎn)化。而且與交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置相比較，系統(tǒng)性能更加優(yōu)越。

因此，本實(shí)用新型的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、簡(jiǎn)單，成本低，性能優(yōu)越、振動(dòng)和噪聲小，工作穩(wěn)定、可靠，使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、平均開(kāi)關(guān)損耗小等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的小電流雙電刷直流電機(jī)和斬波電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的大電流雙電刷直流電機(jī)和斬波電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。

圖1是本實(shí)施例中的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置10設(shè)置在電動(dòng)設(shè)備如電動(dòng)工具、四軸飛行器、電動(dòng)汽車、電動(dòng)船舶、工業(yè)用電動(dòng)叉車、電動(dòng)軍事設(shè)備內(nèi)，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)設(shè)備。如圖1所示，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置10包括直流電機(jī)11、直流電源、橋式可逆斬波電路12、主磁極13、控制器14以及觸發(fā)電路15。

直流電機(jī)11具有額定電壓以及額定電流。直流電機(jī)11具有2j個(gè)相互獨(dú)立的電樞繞組支路16、2j×m個(gè)換向片(圖中未顯示)以及2組電刷組17。

電樞繞組支路16獨(dú)立安裝在一個(gè)電樞或多個(gè)電樞上，電樞為直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子。電樞繞組支路16是由m個(gè)纏繞在電樞上的繞組16a組成的，m為2以上的正整數(shù)。電樞繞組支路16中繞組的連接方式是疊繞組。在正常工作時(shí)，所有的電樞繞組支路的電流互不影響，相互獨(dú)立。

2組電刷組17按照其空間位置所對(duì)應(yīng)的主磁極的極性不同分成兩組，分別連接直流電機(jī)的兩組電源線，并且與換向器的換向片相接觸。每個(gè)電刷組包含j個(gè)相互獨(dú)立的電刷18。2j個(gè)電刷18均勻分布在直流電機(jī)的由換向片構(gòu)成的換向器上，與直流電機(jī)主磁極的位置相對(duì)應(yīng)，每個(gè)電刷至少可與一個(gè)換向片相接觸。同組的電刷18沿電機(jī)的圓周方向均勻分布，異組的電刷18的空間位置對(duì)應(yīng)于同組相鄰的兩個(gè)電刷18之間的空隙。在本實(shí)施例中，電刷18采用窄電刷，其尺寸略小于換向片的尺寸。在直流電機(jī)11中，每個(gè)電刷18至少可與一個(gè)以上的換向片同時(shí)接觸。

直流電源具有與額定電壓相對(duì)應(yīng)的恒定電壓的電源，用于提供與額定電流相對(duì)應(yīng)的電壓恒定的直流電，也為斬波電路12提供直流電。直流電源為電池或交流電源經(jīng)整流濾波后得到的直流電源，在本實(shí)施例中，直流電源選用電池。

斬波電路12是根據(jù)控制器14通過(guò)觸發(fā)電路15發(fā)出的控制信號(hào)將恒壓直流電轉(zhuǎn)換為平均電壓可控的直流電提供給直流電機(jī)11的。在本實(shí)施例中，斬波電路為橋式可逆斬波電路。斬波電路12的直流端電壓為U_dc。

斬波電路12具有與2組電刷組分別相對(duì)應(yīng)的2個(gè)橋臂部19。橋臂部19包含與j個(gè)電刷一一對(duì)應(yīng)的橋臂單元20。

橋臂單元20含有一個(gè)向?qū)?yīng)的電刷提供線電流的斬波橋臂21以及與該斬波橋臂反向并聯(lián)連接的續(xù)流二極管22。

斬波橋臂21含有相互串聯(lián)連接的上橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件21a以及下橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件21b。也就是說(shuō)，每個(gè)電刷引出線電流由4個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成的2個(gè)橋臂單元20(圖中左右兩側(cè)的橋臂部19各一個(gè))單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。

上橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件21a以及下橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件21b分別并聯(lián)連接一個(gè)續(xù)流二極管22。上橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件21a和下橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件21b具有相同的預(yù)定最大輸出電流。最大輸出電流也稱為最大連續(xù)工作電流，或者稱額定工作電流，是半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的一個(gè)重要參數(shù)，只有在這個(gè)電流值以下時(shí)，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件才有可能穩(wěn)定運(yùn)行，如果工作電流超過(guò)這個(gè)電流值，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件就會(huì)由于過(guò)流而被擊穿，從而損壞。

上橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件21a或下橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件21b為全控型器件，該全控型器件為電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、集成門(mén)極換流晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管以及電力雙極型晶體管中的任意一種。

主磁極13為直流電機(jī)11提供工作磁場(chǎng)。主磁極是永磁鐵、他勵(lì)、串勵(lì)、并勵(lì)或復(fù)勵(lì)。如果主磁極為他勵(lì)，則他勵(lì)的繞組為單獨(dú)供電，與電樞繞組獨(dú)立。如果主磁極為并勵(lì)，則并勵(lì)的繞組由單獨(dú)的橋式可逆斬波電路以及與電樞對(duì)應(yīng)的直流電源和觸發(fā)電路供電。在本實(shí)施例中，主磁極13采用串勵(lì)的勵(lì)磁方式。

控制器14根據(jù)上橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件21a和下橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件21b之間的預(yù)定工作周期、以及根據(jù)與上橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件21a或者下橋臂半導(dǎo)體元件21b在相應(yīng)的工作時(shí)間內(nèi)的導(dǎo)通電流相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，向觸發(fā)電路15提供信號(hào)。

觸發(fā)電路15可以產(chǎn)生令電機(jī)正傳和反轉(zhuǎn)的兩組不同觸發(fā)信號(hào)，為左上橋臂單元和右下橋臂單元、左下橋臂單元和右上橋臂單元提供觸發(fā)信號(hào)，讓其導(dǎo)通或關(guān)閉。

當(dāng)上橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件21a以及下橋臂半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件21b的最大輸出電流為I₁，直流電機(jī)11的額定電流為I_N時(shí)，電樞繞組支路16的個(gè)數(shù)2j滿足下述條件：j＞I_N÷I₁，j為不小于2的正整數(shù)。

j的確定思路如下：首先選擇合適的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，確定其單元件的連續(xù)工作電流值(考慮到各種因素的影響，小于額定工作電流)，然后根據(jù)上式計(jì)算并向上取整得到j(luò)。

把電機(jī)電樞繞組群拆分成含有2j個(gè)電刷的電樞繞組支路，如果電刷數(shù)只有2個(gè)，可以利用等效原理，考慮電刷會(huì)短接一個(gè)到兩個(gè)相鄰的換向片而減小電機(jī)的有效繞組個(gè)數(shù)降低電機(jī)輸出功率的影響，重新設(shè)計(jì)電樞繞組為疊繞組排列方式，定義電刷個(gè)數(shù)。

當(dāng)然，也可以不根據(jù)I₁來(lái)確定j，而是直接設(shè)定j，然后再來(lái)選擇合適的開(kāi)關(guān)元件，只要保證單個(gè)橋臂能夠穩(wěn)定提供電樞電刷引出線的線電流即可。

任意一個(gè)斬波橋臂的輸出電流僅僅與其相連接的電刷引出線電流有關(guān)系，與其他電刷引出線電流沒(méi)有任何電的耦合聯(lián)系。即使某一橋臂單元的所有斬波橋臂的開(kāi)關(guān)元件存在開(kāi)關(guān)特性不一致的情況，導(dǎo)致每個(gè)電刷對(duì)應(yīng)的電樞繞組所產(chǎn)生的力矩在開(kāi)關(guān)瞬間的大小不一致，由于開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通和關(guān)斷過(guò)程的時(shí)間非常小，而電機(jī)及其負(fù)載又是一個(gè)相對(duì)很大的慣性物體，這個(gè)力矩不一致的影響微乎其微，完全可以忽略不計(jì)。

實(shí)施例的作用與效果

根據(jù)本實(shí)施例提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、電動(dòng)設(shè)備、斬波電路以及多電刷直流電機(jī)，由于直流電機(jī)具有2j個(gè)相互獨(dú)立并且由m個(gè)繞組組成的電樞繞組支路、與繞組連接的2j×m個(gè)換向片、分別位于電樞繞組支路的兩側(cè)并且至少與2j個(gè)換向片相接觸的2組電刷組，每個(gè)電刷組包含j個(gè)相互獨(dú)立的電刷，斬波電路具有與2組電刷組分別相對(duì)應(yīng)的2個(gè)橋臂部，每個(gè)橋臂部包含與j個(gè)電刷分別相對(duì)應(yīng)的橋臂單元，每個(gè)橋臂單元含有一個(gè)斬波橋臂向?qū)?yīng)的電刷提供線電流，以及與該斬波橋臂反向并聯(lián)連接的續(xù)流二極管，使得每個(gè)多電刷電樞繞組由對(duì)應(yīng)的橋臂單元單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，相鄰兩個(gè)多電刷電樞繞組支路是互不干擾的，進(jìn)而使得多電刷直流電機(jī)的電流可以根據(jù)需要任意增大，不僅保留了原來(lái)斬波電路的成熟控制算法和直流電機(jī)的成熟技術(shù)，而且降低了對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件性能一致性的要求，使用普通的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件即可滿足要求，避免了從大量的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件中精挑細(xì)選一致性高的開(kāi)關(guān)元件所帶來(lái)的大量人力和財(cái)力的耗費(fèi)。

此外，本實(shí)施例的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置能夠打破國(guó)外對(duì)于大電流驅(qū)動(dòng)裝置的壟斷和封鎖，使得該直流電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置不僅能夠取代污染大、啟動(dòng)速度慢和能源利用率低的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)而應(yīng)用于目前無(wú)法采用電動(dòng)機(jī)的重型機(jī)車上，如卡車、推土機(jī)、挖土機(jī)等重型機(jī)車等，還能夠應(yīng)用于軍事上需要更大電流的電動(dòng)戰(zhàn)車、電動(dòng)軍艦和電驅(qū)動(dòng)航空母艦上，實(shí)現(xiàn)了低壓大電流的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的國(guó)產(chǎn)化。而且與交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置相比較，系統(tǒng)性能更加優(yōu)越。

此外，從另外一個(gè)角度來(lái)看，也可以認(rèn)為，本實(shí)施例的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置把斬波橋臂的并聯(lián)關(guān)系和斬波橋臂輸出電流的疊加關(guān)系轉(zhuǎn)移到2j個(gè)相互獨(dú)立的電樞繞組支路磁動(dòng)勢(shì)的合成關(guān)系。由于磁動(dòng)勢(shì)不會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)元件過(guò)流，從而解決了大電流電機(jī)的瓶頸問(wèn)題，從理論上來(lái)看，電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)所需要的任意大電流。

在上述實(shí)施例中，主磁極采用的是串勵(lì)勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組與斬波電路串聯(lián)連接。作為本實(shí)用新型的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，主磁極還可以是永磁鐵；勵(lì)磁繞組也可以是他勵(lì)方式，與電樞繞組相互獨(dú)立，由單獨(dú)的電壓可調(diào)的直流電源供電；勵(lì)磁繞組也可以是并勵(lì)方式，由單獨(dú)的橋式可逆斬波電路以及與電樞對(duì)應(yīng)的直流電源和觸發(fā)電路供電；勵(lì)磁繞組也可以是包含串勵(lì)和并勵(lì)繞組的復(fù)勵(lì)繞組。

當(dāng)電驅(qū)動(dòng)裝置僅需要單一的運(yùn)動(dòng)方向，不需要正反轉(zhuǎn)控制時(shí)，可以采用更加簡(jiǎn)潔的單極性斬波電路。

在上述實(shí)施例中，電刷是窄電刷，但作為本實(shí)用新型的電刷，也可以是寬電刷。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。