專利名稱：電動機串并聯(lián)混合轉(zhuǎn)態(tài)驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
一種電動機串并聯(lián)混合轉(zhuǎn)態(tài)驅(qū)動系統(tǒng)，借助特定創(chuàng)新的電路結(jié)構(gòu)提供一種簡捷及具有實用性復(fù)數(shù)組被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置串并聯(lián)控制功能以及進一步的連續(xù)線性控制。
直流電動機或使用直流輔助激磁磁極的交流或直流同步電動機，由于成本低、運轉(zhuǎn)性良好、效率高且功率操控容易而廣泛運用于機械及產(chǎn)業(yè)設(shè)備的驅(qū)動以及驅(qū)動各種電動載具或大眾運輸載具；本申請人發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)中，多組電動機組作串并聯(lián)切換可靠性高、效果良好，常見于有軌電車的速控，但其僅能提供串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)混合等多階變化而無法提供連續(xù)線性的調(diào)控運轉(zhuǎn)，其間亦有通過可變電阻以調(diào)整其中間的不連續(xù)段，但電阻熱損大及對電機特性會存有負(fù)面影響。
所以，本申請人希望開發(fā)在串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)混合等各階段間能具有良好連續(xù)調(diào)整并具有經(jīng)濟效率及良好結(jié)構(gòu)的電路，并以固態(tài)主動操控元件改善傳統(tǒng)串并聯(lián)切換機電式開關(guān)元件壽命短、成本高的缺點，基于上述背景而開發(fā)此電動機串并聯(lián)混合轉(zhuǎn)態(tài)驅(qū)動系統(tǒng)，此項電路主要結(jié)構(gòu)含—直流電源為來自蓄電瓶、太陽能、發(fā)電機或由交流電源整流而得到的物理能或化學(xué)能所轉(zhuǎn)換為電能；—被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置為由兩組或兩組以上獨立電動機組或由同組電動機具有兩組或兩組以上磁場繞組或具有兩組或兩組以上電樞所構(gòu)成，供接受開關(guān)元件組的操控以進行串聯(lián)或并聯(lián)或兩者間可控比例的混合調(diào)控，其接受調(diào)控的電能驅(qū)動裝置含具有永磁式磁場直流電機或繞組激磁式磁場直流分激電動機的電驅(qū)；或具有串激或換向繞組復(fù)激電機的串激磁場繞組或電樞或兩者同時接受操控；或由串激電動機的串激磁場繞組或電樞個別接受操控；或兩者同時接受操控或由其他具有整流子式電動機所構(gòu)成；或由具有直流輔助激磁磁場的交流或直流同步電動機所構(gòu)成；—開關(guān)元件組為由固態(tài)開關(guān)元件或可作線性操控的開關(guān)固態(tài)元件所構(gòu)成，特定場合含引用機電式開關(guān)元件或兩者混合使用；—二極管組為提供分流阻隔或逆極性阻隔或作為續(xù)流二極管；—操控指令輸入單元為由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成，以發(fā)出對電動機組運轉(zhuǎn)狀態(tài)操控指令；—中央控制單元為由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成的信號指令處理單元，為接受操控指令輸入單元指令經(jīng)驅(qū)動電路操控開關(guān)元件組；—驅(qū)動電路為由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成，以接受中央控制單元的指令而相對驅(qū)動開關(guān)元件組。
通過操控上述開關(guān)元件作ON及OFF開關(guān)切換以操控被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置作串聯(lián)或并聯(lián)切換；以及通過開關(guān)組作PWM的操控以構(gòu)成串聯(lián)與并聯(lián)間兩者混合型態(tài)的中間段作無級操控調(diào)整；此外，開關(guān)元件組若選用可控內(nèi)阻的線性開關(guān)元件所構(gòu)成及操控時亦可構(gòu)成無級操控運轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的主要目的，旨在提供一種電動機串并聯(lián)混合轉(zhuǎn)態(tài)驅(qū)動系統(tǒng)，為針對傳統(tǒng)以直流激磁的交流或直流同步電動機或直流整流子式電動機的直流電能驅(qū)動裝置(含電樞或磁場繞組)作串聯(lián)或并聯(lián)的階梯式操控以及串聯(lián)到并聯(lián)連續(xù)性混合運轉(zhuǎn)狀態(tài)以操控所屬電動機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向扭力及輸出功率。
以下配合附圖詳細(xì)說明
具體實施例方式圖式簡單說明

圖1所示為本發(fā)明的兩階式基本電路實施例。
圖2所示為本發(fā)明以機電開關(guān)構(gòu)成串聯(lián)操控電路例。
圖3所示為本發(fā)明由六組被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置所組成的應(yīng)用例。
圖1為此項電動機串并聯(lián)混合轉(zhuǎn)態(tài)驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用于兩階式基礎(chǔ)電路例，其主要構(gòu)成如下—直流電源DCV100含來自蓄電瓶、太陽能、發(fā)電機或由交流電源整流而得的物理能或化學(xué)能所轉(zhuǎn)換，從而供應(yīng)的直流電能；—被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101、EMD102為由兩組或兩組以上獨立電動機組或由同組電動機具有兩組或兩組以上磁場繞組或具有兩組或兩組以上電樞所構(gòu)成，供接受開關(guān)元件組的操控以進行串聯(lián)或并聯(lián)或兩者間可控比例的混合調(diào)控，其接受調(diào)控的電能驅(qū)動裝置含具有永磁式磁場直流電機或繞組激磁式磁場直流分激電動機的電樞；或具有串激或換向繞組復(fù)激電機的串激磁場繞組或電樞或兩者同時接受操控；或由串激電動機的串激磁場繞組或電樞個別接受操控；或兩者同時接受操控或由其他具有整流子式電動機所構(gòu)成；或由具有直流輔助激磁磁場的交流或直流同步電動機所構(gòu)成；被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101與EMD102中間串聯(lián)阻隔二極管GR100及開關(guān)元件S101后并聯(lián)于電源兩端；—開關(guān)元件S101、S111、S112為由固態(tài)開關(guān)元件或可作線性操控的開關(guān)固態(tài)元件所構(gòu)成，特定場合含采用機電式開關(guān)元件或固態(tài)與機電式開關(guān)兩者混合使用；其中開關(guān)元件S101為與二極管CR100串聯(lián)于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101及EMD102之間作為阻隔二極管，其串聯(lián)順序為電源正極→EMD101正端→EMD101負(fù)端→CR100正端→CR100負(fù)端→S101正端→S101負(fù)端→EMD102正端→EMD102負(fù)端→電源負(fù)極；—二極管CR100、CR101、CR102其中二極管CR100如前述順向串聯(lián)于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101與開關(guān)元件S101之間作為阻隔二極管；二極管CR101為并聯(lián)于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101兩端作為續(xù)流二極管，其正端連接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101與二極管CR100及開關(guān)元件S111的相連接，其負(fù)端與被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101正端共同通往電源正端；二極管CR102為并聯(lián)于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD102的兩端作為續(xù)流二極管，其負(fù)端連接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD102與開關(guān)元件S112及S101的相連接，其正端則連接于電源負(fù)極與被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD102及開關(guān)元件S111的相連接；—操控指令輸入單元M100由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成，以發(fā)出對電動機組運轉(zhuǎn)狀態(tài)的操控指令；—中央控制單元CCU100由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成的信號指令處理單元，接受操控指令輸入單元M100的指令經(jīng)驅(qū)動電路D100操控開關(guān)元件組；—驅(qū)動電路D100由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成，以接受中央控制單元CCU100的指令而相對驅(qū)動開關(guān)元件組；其運作狀態(tài)含以下全部或其中部分狀態(tài)，其運作狀態(tài)如下(A)當(dāng)開關(guān)元件S101呈ON狀態(tài)、S111、S112呈OFF狀態(tài)時，被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101及EMD102呈串聯(lián)高阻抗的低功率運轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流由正極經(jīng)EMD101→CR100→S101→EMD102→負(fù)極；(B)當(dāng)開關(guān)元件S101呈OFF狀態(tài)(因二極管CR100的逆阻隔效應(yīng)ON也無妨)，S111、S112呈ON狀態(tài)時，被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101及EMD102呈并聯(lián)低阻抗的高功率運轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流呈兩回路分別由正極→S112→EMD102→負(fù)極以及由正極→EMD101→S111→負(fù)極，此時各回路可單獨對被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置進行功率控制以使各電動機組的轉(zhuǎn)速、扭力或電流或回轉(zhuǎn)方向作相同或不相同狀態(tài)的運轉(zhuǎn)或部分停機；以上(A)項及(B)項功能中，其開關(guān)元件可為機電式開關(guān)元件或固態(tài)開關(guān)元件所構(gòu)成者，當(dāng)開關(guān)元件S101、S111、S112皆為OFF狀態(tài)時電動機組停止運作；(C)當(dāng)開關(guān)元件S101呈ON狀態(tài)并操控由固態(tài)開關(guān)元件所構(gòu)成的S111、S112作導(dǎo)通周期的PWM控制使電動機組作串聯(lián)與并聯(lián)之間的變化，而依PWM的DUTY CYCLE(導(dǎo)通百分比)以操控其運轉(zhuǎn)功率由串聯(lián)到并聯(lián)間作連續(xù)調(diào)整；(D)若S111及S112由可作內(nèi)阻操控的固態(tài)線性元件所構(gòu)成，則運轉(zhuǎn)功率可作由串聯(lián)到并聯(lián)的連續(xù)線性的功率調(diào)整；(E)由具有激磁繞組分激磁場的直流電動機組構(gòu)成電動機群，而借助控場變速方式以填補上述各不同運轉(zhuǎn)功率階級間隔而獲得連續(xù)線性調(diào)整運轉(zhuǎn)扭力或轉(zhuǎn)速值的特性；上述操控應(yīng)用時開關(guān)元件S101可作成下列選擇(a)S101直接短路，系統(tǒng)運作；(b)S101以機電式或固態(tài)開關(guān)元件構(gòu)成，以在S101、S111、S112皆為OFF狀態(tài)時電動機組停止運轉(zhuǎn)；(c)S101固態(tài)開關(guān)元件構(gòu)成。除與S111、S112共同構(gòu)成總開關(guān)功能外，并可在電動機組串聯(lián)運轉(zhuǎn)時由S101作PWM方式的操控，以對電動機組作由靜止到互相串聯(lián)輸出狀態(tài)間作功率變化；(d)若S101和S111、S112皆以可作線性操控的固態(tài)元件構(gòu)成，則以S101和S111、S112共同構(gòu)成總開關(guān)功能外，并可在電動機組串聯(lián)運轉(zhuǎn)時由S101作線性調(diào)節(jié)操控電動機組靜止到互相串聯(lián)運轉(zhuǎn)狀態(tài)間作功率變化；(e)S111及S112可在并聯(lián)狀態(tài)對兩電動機組以PWM或線性方式操控兩馬達組分別作不同運轉(zhuǎn)功率的驅(qū)動控制；其于前述電路基本操作，可作成下列實際應(yīng)用組合包括—通過方向切換開關(guān)同時切換被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置的電流方向以改變轉(zhuǎn)向；—系統(tǒng)可擴大為由兩組以上的電動機組及相關(guān)開關(guān)元件及二極管所組成，以由串并聯(lián)變化而擴大為串并聯(lián)混合型態(tài)；—電動機組的電機結(jié)構(gòu)型態(tài)及電機特性可為相同或不同依需要選擇；—各電動機組與負(fù)載關(guān)系可為驅(qū)動共同負(fù)載，而各電動機組以同軸結(jié)合或通過傳動元件結(jié)合；—各電動機組可為獨立驅(qū)動各別負(fù)載；圖2所示為此項復(fù)數(shù)組直流或交流電動機的直流電能驅(qū)動裝置串并聯(lián)混合轉(zhuǎn)態(tài)驅(qū)動電路系統(tǒng)以機電開關(guān)構(gòu)成串聯(lián)操控電路例，其構(gòu)成包括—直流電源DVC200含來自蓄電瓶、太陽能、發(fā)電機或由交流電源整流而得的物理能或化學(xué)能所轉(zhuǎn)換為直流電能的供應(yīng)；—被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD201、EMD202為由兩組或兩組以上獨立電動機組或由同組電動機具有兩組或兩組以上磁場繞組或具有兩組或兩組以上電樞所構(gòu)成，供接受開關(guān)元件組的操控以進行串聯(lián)或并聯(lián)或兩者間可控比例的混合調(diào)控，其接受調(diào)控的電能驅(qū)動裝置含具有永磁式磁場直流電機或繞組激磁式磁場直流分激電動機的電樞；或具有串激或換向繞組復(fù)激電機的串激磁場繞組或電樞或兩者同時接受操控；或由串激電動機的串激磁場繞組或電樞個別接受操控；或兩者同時接受操控或由其他整流子式電動機所構(gòu)成；或由具有直流輔助激磁磁場的交流或直流同步電動機所構(gòu)成；被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD201負(fù)端及EMD202正端之間串聯(lián)阻隔二極管CR200(亦可選擇不用)及開關(guān)元件S201再并聯(lián)于電源兩端；—開關(guān)元件S201、S211、S212為由人工操作或電磁力驅(qū)動或機構(gòu)驅(qū)動或流體力所驅(qū)動，其中開關(guān)元件S201設(shè)置于二極管CR200的負(fù)端與被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD202之間，開關(guān)元件S211的一端與二極管CR201的正端共同連接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD201與二極管CR200正端的連接點，開關(guān)元件S211的另一端則通往電源負(fù)端；開關(guān)元件S212的一端與二極管CR202的負(fù)端共同連接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD202與開關(guān)元件S201的連接點，開關(guān)元件S212的另一端則通往電源正端；—二極管CR200、CR201、CR202其中二極管CR200可依運作需求而設(shè)置或省略，二極管CR201負(fù)端聯(lián)結(jié)于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD201及電源正端，二極管CR201正端與開關(guān)元件S211及被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD201與二極管CR200的正端共同聯(lián)結(jié)；二極管CR202的負(fù)端聯(lián)結(jié)于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD202正端，二極管CR202的正端聯(lián)結(jié)于電源負(fù)端；—操控指令輸入單元M200由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成，以發(fā)出對電機組運轉(zhuǎn)狀態(tài)的操控指令；—中央控制單元CCU200由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成的信號指令處理單元，為接受操控指令輸入單元M200的指令經(jīng)驅(qū)動電路D200操控開關(guān)元件組；—驅(qū)動電路D200為由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成，以接受中央控制單元CCU200的指令而驅(qū)動相對開關(guān)元件組。
圖3所示為此項電動機串并聯(lián)混合轉(zhuǎn)態(tài)驅(qū)動系統(tǒng)由六組被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置所組成以揭示其各組構(gòu)成的應(yīng)用模式，此項應(yīng)用例可構(gòu)成依公約組合切換的多階組合含串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)，其構(gòu)成如下—直流電源DCV300含來自蓄電瓶、太陽能、發(fā)電機或由交流電源整流而得到的物理能或化學(xué)能所轉(zhuǎn)換為直流電能供應(yīng)；—被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD301～EMD306由兩組或兩組以上獨立電動機組或由同組電動機具有兩組或兩組以上磁場繞組或具有兩組或兩組以上電樞所構(gòu)成，用于接受開關(guān)元件組的操控以進行串聯(lián)或并聯(lián)或兩者可控比例的混合調(diào)控，其接受調(diào)控的電能驅(qū)動裝置含具有永磁式磁場直流電機或繞組激磁式磁場直流分激電動機的電樞；或具有串激或換向繞組復(fù)激電機的串激磁場繞組或電樞或兩者同時接受操控；或由串激電動機的串激磁場繞組或電樞個別接受操作；或兩者同時接受操控或由其他整流子式電動機所構(gòu)成；或由具有直流輔助激磁磁場的交流或直流同步電動機所構(gòu)成；由被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD301～EMD306與開關(guān)元件S301～S305及阻隔二極管CR301～CR305順序串聯(lián)構(gòu)成，其構(gòu)成順序為電源正端→EMD301正端→EMD301負(fù)端→CR301正端→CR301負(fù)端→S301正端→S301負(fù)端→EMD302正端→EMD302負(fù)端→CR302正端→CR302負(fù)端→S302正端→S302負(fù)端→EMD303正端→EMD303負(fù)端→CR303正端→S303負(fù)端→EMD304正端→EMD304負(fù)端→CR304正端→CR304負(fù)端→S304正端→S304負(fù)端→EMD305正端→EMD305負(fù)端→CR305正端→CR305負(fù)端→S305正端→S305負(fù)端→EMD306正端→EMD306負(fù)端→電源負(fù)端；—開關(guān)元件S301～S305及S311～S320其中S301～S305與二極管CR301～CR305及被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD301～EMD306的串聯(lián)如前述；—開關(guān)元件S311跨接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD301負(fù)端與電源負(fù)端之間；—開關(guān)元件S313跨接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD302負(fù)端與電源負(fù)端之間；—開關(guān)元件S315跨接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD303負(fù)端與電源負(fù)端之間；—開關(guān)元件S317跨接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD304負(fù)端與電源負(fù)端之間；—開關(guān)元件S319跨接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD305負(fù)端與電源負(fù)端之間；—開關(guān)元件S312跨接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD302正端與電源正端之間；—開關(guān)元件S314跨接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD303正端與電源正端之間；
—開關(guān)元件S316跨接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD304正端與電源正端之間；—開關(guān)元件S318跨接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD305正端與電源正端之間；—開關(guān)元件S320跨接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD306正端與電源正端之間；—二極管CR301～CR305及CR306～CR311其中二極管CR301～CR305與開關(guān)元件S301～S305及被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD301～EMD306的串聯(lián)如前述，而二極管CR306～CR311則分別與電源呈逆極性并聯(lián)于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD301～EMD306的各電樞兩端構(gòu)成續(xù)流二極管，其中二極管CR306的負(fù)端連接于EMD301正端，二極管CR306的正端連接于EMD301的負(fù)端；—二極管CR307的負(fù)端連接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD302正端，CR307的正端連接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD302的負(fù)端；—二極管CR308的負(fù)端連接于EMD303正端，CR308的正端連接于EMD303的負(fù)端；—二極管CR309的負(fù)端連接于EMD304正端，CR309的正端連接于EMD304的負(fù)端；—二極管CR310的負(fù)端連接于EMD305正端，CR310的正端連接于EMD305的負(fù)端；—二極管CR311的負(fù)端連接于EMD306正端，CR311的正端連接于EMD306的負(fù)端；—操控指令輸入單元M300由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成，以發(fā)出對電動機組運轉(zhuǎn)狀態(tài)的操控指令；—中央控制單元CCU300由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成的信號指令處理單元，為接受操控指令輸入單元M300的指令經(jīng)驅(qū)動電路D300操控開關(guān)元件組；—驅(qū)動電路D300由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成，以接受中央控制單元CCU300的指令而相對驅(qū)動開關(guān)元件組；圖3所示實施例的運轉(zhuǎn)狀態(tài)含a.開關(guān)元件S301～S305呈ON狀態(tài)，S311～S320呈OFF狀態(tài)，則EMD301～EMD306呈串聯(lián)并接于電源，此時被調(diào)控的電動機組群呈最高阻抗最低功率運轉(zhuǎn)型態(tài)；b.開關(guān)元件S301、S302、S304、S305、S315及S316為ON狀態(tài)，S303及S311～S314及S317～S320為OFF狀態(tài)，則EMD301～EMD303串聯(lián)為一組再并聯(lián)于電源；EMD304～EMD306亦串聯(lián)為一組再并聯(lián)于電源，此時整個被調(diào)控的電動機組群呈次低功率運轉(zhuǎn)型態(tài)；c.開關(guān)元件S301、S303、S305及S313、S314、S317、S318呈ON狀態(tài)，S302、S304、S311、S312、S315、S316、S319、S320呈OFF狀態(tài)，則被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD301與EMD302串聯(lián)為一組再并聯(lián)于電源；EMD303與EMD304串聯(lián)為一組再并聯(lián)于電源；EMD305與EMD306串聯(lián)為一組再并聯(lián)于電源，此時被調(diào)控的電動機組群呈中功率運轉(zhuǎn)型態(tài)；d.開關(guān)元件S301～S305皆呈OFF狀態(tài)，S311～S320皆呈ON狀態(tài)，則電動機組各別單獨并聯(lián)于電源，此時被調(diào)控的電動機組群呈最大功率運轉(zhuǎn)型態(tài)；e.以上a.～d.的各階功率運轉(zhuǎn)型態(tài)的連續(xù)線性操控，可借助下列方式達到—由前述a.的最低功率運轉(zhuǎn)狀態(tài)→b.次低功率運轉(zhuǎn)狀態(tài)→c.中功率運轉(zhuǎn)狀態(tài)→d.最大功率運轉(zhuǎn)狀態(tài)的各運轉(zhuǎn)狀態(tài)間的相對固態(tài)開關(guān)元件，作兩種狀態(tài)交替輪流的比例切換以獲得其中間連續(xù)調(diào)整運轉(zhuǎn)扭力或轉(zhuǎn)速值的特性；
—由線性功率元件取代上述固態(tài)開關(guān)元件，以作類比方式連續(xù)調(diào)整兩不同運轉(zhuǎn)功率級之間的運轉(zhuǎn)扭力或轉(zhuǎn)速值；—由具有激磁繞組分激磁場的直流電動機組構(gòu)成電動機群，而借助于控制磁場變速方式以填補上述各不同運轉(zhuǎn)功率階段間隔而獲得連續(xù)線性調(diào)整運轉(zhuǎn)扭力或轉(zhuǎn)速值的特性；本項設(shè)計基于上述各應(yīng)用例所示的原理，借助各項開關(guān)元件及電動機組的電路安排組合可獲得下列各種功能或其中部分功能以配合運用需求，其各項功能如下F1單向回轉(zhuǎn)由串聯(lián)直接轉(zhuǎn)到并聯(lián)的電動功能運轉(zhuǎn)；F2單向回轉(zhuǎn)由串聯(lián)以PWM方式漸升轉(zhuǎn)為較大功率并聯(lián)的電動機功能運轉(zhuǎn)；F3單向回轉(zhuǎn)由串聯(lián)線性方式漸升轉(zhuǎn)為最大功率并聯(lián)的電動機功能運轉(zhuǎn)；F4單向回轉(zhuǎn)并以PWM方式如上串聯(lián)并聯(lián)切換操控由停機漸升至最大功率并聯(lián)的電動機功能運轉(zhuǎn)；F5單向回轉(zhuǎn)并以線性元件加上串聯(lián)并聯(lián)切換操控由停機漸升至最大功率并聯(lián)的電動機功能運轉(zhuǎn)；F6雙向回轉(zhuǎn)并以PWM方式操控由停機漸升至最大功率并聯(lián)的的電動機及發(fā)電機功能運轉(zhuǎn)；F7雙向回轉(zhuǎn)并以線性元件操控由停機漸升至最大功率并聯(lián)的電動機及發(fā)電機功能運轉(zhuǎn)；F8單向回轉(zhuǎn)控制的串聯(lián)及并聯(lián)，各電動機組可作不平衡運轉(zhuǎn)；F9雙向回轉(zhuǎn)操控的串聯(lián)及并聯(lián)，各電動機組可作不平衡運轉(zhuǎn)；F10以雙向開關(guān)元件對交流整流子電動機組操控由停機漸升至最大功率并聯(lián)的電動機功能運轉(zhuǎn)；F11以雙向線性元件對交流整流子電動機組操控由停機漸升至最大功率并聯(lián)的電動機功能運轉(zhuǎn)；F12單向回轉(zhuǎn)而由串聯(lián)直接轉(zhuǎn)最大功率并聯(lián)的逆向發(fā)電機功能運轉(zhuǎn)；F13單向回轉(zhuǎn)并以PWM方式操控漸升作最大功率并聯(lián)的逆向發(fā)電機功能運轉(zhuǎn)；F14單向回轉(zhuǎn)并以線性元件操控漸升作最大功率并聯(lián)的逆向發(fā)電機功能運轉(zhuǎn)；F15可作公約組合的多種串并聯(lián)組合型態(tài)；F16單向回轉(zhuǎn)并以固態(tài)開關(guān)元件或線性元件或進一步結(jié)合控制磁場方式，于并聯(lián)運轉(zhuǎn)時，各別操控電動機組的轉(zhuǎn)速、扭力、或電流作同性能或不同性能運轉(zhuǎn)或部分停機；F17雙向回轉(zhuǎn)并以固態(tài)開關(guān)元件或線性元件或進一步結(jié)合控制磁場方式，于并聯(lián)運轉(zhuǎn)時，各別操控電動機組的轉(zhuǎn)速、扭力、或電流或回轉(zhuǎn)方向作同性能或不同性能運轉(zhuǎn)或部分停機。
此外，本案設(shè)計的電動機功能運轉(zhuǎn)當(dāng)被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置為電樞時，可借助操控電動機組的磁場激磁強度的方式混合使用以擴大其應(yīng)用范圍。CCU100＝中央控制單元；CR100，CR101，CR102＝二極管；D100＝驅(qū)動電路；DVC100＝直流電源；EMD101，EMD102＝調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置；M100＝操控指令輸入單元；S101，S111，S112＝開關(guān)元件；CCU200＝中央控制單元；CR200，CR201，CR202＝二極管；D200＝驅(qū)動電路；DCV200＝直流電源；EMD201，EMD202＝被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置；M200＝操控指令輸入單元；S201，S211，S212＝開關(guān)元件；CCU300＝中央控制單元；CR301～CR311＝二極體D300＝驅(qū)動電路；DVC300＝直流電源；EMD301～EMD306＝被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置；M300＝操控指令輸入單元；S301～S305＝開關(guān)元件；S311～S320＝開關(guān)元件。
權(quán)利要求
1.一種電動機串并聯(lián)混合轉(zhuǎn)態(tài)驅(qū)動系統(tǒng)，以直流激磁的交流或直流同步電動機或直流整流子式電動機的直流電能驅(qū)動裝置(含電樞或磁場繞組)作串聯(lián)或并聯(lián)的階梯式操控以及串聯(lián)到并聯(lián)連續(xù)性混合運轉(zhuǎn)狀態(tài)以操控所屬電動機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向扭力及輸出功率，其特征在于，其主要結(jié)構(gòu)包括—直流電源來自蓄電瓶、太陽能、發(fā)電機或由交流電源整流而得的物理能或化學(xué)能所轉(zhuǎn)換為電能的供應(yīng)；—被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置由兩組或兩組以上獨立電動機組或由同組電動機具有兩組或兩組以上磁場繞組或具有兩組或兩組以上電樞所構(gòu)成，供接受開關(guān)元件組的操控以進行串聯(lián)或并聯(lián)或兩者間可控比例的混合調(diào)控，其接受調(diào)控的電能驅(qū)動裝置含有永磁式磁場直流電機或繞組激磁式磁場直流分激電動機的電樞；或具有串激或換向繞組復(fù)激電機的串激磁場繞組或電樞或兩者同時接受操控；或由串激電動機的串激磁場繞組或電樞個別接受操控；或兩者同時接受操控或由其他整流子式電動機所構(gòu)成；或由具有直流輔助激磁磁場的交流或直流同步電動機所構(gòu)成；—開關(guān)元件組由固態(tài)開關(guān)元件或可作線性操控的開關(guān)固態(tài)元件所構(gòu)成，特定場合含引用機電式開關(guān)元件或兩者混合使用；—二極管組為提供分流阻隔或反極性阻隔或作為續(xù)流二極管；—操控指令輸入單元由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成，以發(fā)出對電動機組運轉(zhuǎn)狀態(tài)操控指令；—中央控制單元由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成的信號指令處理單元，為接受操控指令輸入單元指令經(jīng)驅(qū)動電路操控開關(guān)元件組；—驅(qū)動電路由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成，以接受中央控制單元的指令而相對驅(qū)動開關(guān)元件組；通過操控上述開關(guān)元件作ON及OFF開關(guān)切換以操控被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置作串聯(lián)或并聯(lián)切換；以及借助開關(guān)組作PWM的操控以構(gòu)成串聯(lián)與并聯(lián)間兩者混合型態(tài)的中間段作無級操控調(diào)整；此外，開關(guān)元件組若選用可控內(nèi)阻的線性開關(guān)元件所構(gòu)成及操控時亦可構(gòu)成無級操控運轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的電動機串并聯(lián)混合轉(zhuǎn)態(tài)系統(tǒng)，其兩階式電路系統(tǒng)主要構(gòu)成如下—直流電源DCV100來自蓄電瓶、太陽能、發(fā)電機或由交流電源整流而得的物理能或化學(xué)能所轉(zhuǎn)換及供應(yīng)的直流電能；—被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101、EMD102為由兩組或兩組以上獨立電動機組或由同組電動機具有兩組或兩組以上磁場繞組或具有兩組或兩組以上電樞所構(gòu)成，供接受開關(guān)元件組的操控以進行串聯(lián)或并聯(lián)或兩者間可控比例的混合調(diào)控，其接受調(diào)控的電能驅(qū)動裝置含具有永磁式磁場直流電機或繞組激磁式磁場直流分激電動機的電樞；或具有串激或換向繞組復(fù)激電機的串激磁場繞組或電樞或兩者同時接受操控；或由串激電動機的串激磁場繞組或電樞個別接受操控；或兩者同時接受操控或由其他整流子式電動機所構(gòu)成；或由具有直流輔助激磁磁場的交流或直流同步電動機所構(gòu)成；被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101與EMD102中間串聯(lián)阻隔二極管CR100及開關(guān)元件S101后并聯(lián)于電源兩端；—開關(guān)元件S101、S111、S112由固態(tài)開關(guān)元件或可作線性操控的開關(guān)固態(tài)元件所構(gòu)成，特定場合含采用機電式開關(guān)元件或固態(tài)與機電式開關(guān)兩者混合使用；其中開關(guān)元件S101為與二極管CR100串聯(lián)于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101及EMD102之間作為隔離二極管，其串聯(lián)順序為電源正極→EMD101正端→EMD101負(fù)端→CR100正端→CR100負(fù)端→S101正端→S101負(fù)端→EMD102正端→EMD102負(fù)端→電源負(fù)極；—二極管CR100、CR101、CR102其中二極管CR100如前述順向串聯(lián)于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101與開關(guān)元件S101之間作為隔離二極管；二極管CR101為并聯(lián)于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101兩端作為續(xù)流二極管，其正端連接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101與二極管CR100及開關(guān)元件S111的連接點，其負(fù)端與被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101正端共同通往電源正端；二極管CR102為并聯(lián)于被調(diào)空電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD102的兩端作為續(xù)流二極管，其負(fù)端連接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD102與開關(guān)元件S112及S101的連接點，其正端則連接于電源負(fù)極與被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD102及開關(guān)元件S111的連接點；—操控指令輸入單元M100由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成，以發(fā)出對電動機組運轉(zhuǎn)狀態(tài)的操控指令；—中央控制單元CCU100由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成的信號指令處理單元，為接受操控指令輸入單元M100的指令經(jīng)驅(qū)動電路D100操控開關(guān)元件組；—驅(qū)動電路D100為由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成，以接受中央控制單元CCU100的指令而相對驅(qū)動開關(guān)元件組；其運作狀態(tài)含以下全部或其中部分狀態(tài)，其運作狀態(tài)如下(A)當(dāng)開關(guān)元件S101呈ON狀態(tài)，S111、S112呈OFF狀態(tài)時，被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101及EMD102呈串聯(lián)高阻抗的低功率運轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流由正極經(jīng)EMD101→CR100→S101→EMD102→負(fù)極；(B)當(dāng)開關(guān)元件S101呈OFF狀態(tài)(因二極體管CR100的逆阻隔效應(yīng)ON亦無妨)，S111、S112呈ON狀態(tài)時，被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD101及EMD102呈并聯(lián)低阻抗的高功率運轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流呈兩回路分別由正極→S112→EMD102→負(fù)極以及由正極EMD101→S111→負(fù)極，此時各回路可單獨被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置進行功率控制以使各電動機組的轉(zhuǎn)速、扭力或電流或回轉(zhuǎn)方向作相同或不相同狀態(tài)的運轉(zhuǎn)或部分停機；以上(A)項及(B)項功能中，其開關(guān)元件可為機電式開關(guān)元件或固態(tài)開關(guān)元件所構(gòu)成，當(dāng)開關(guān)元件S101、S111、S112皆為OFF狀態(tài)時電動機組停止運作；(C)當(dāng)開關(guān)元件S101呈ON狀態(tài)并操控由固態(tài)開關(guān)元件所構(gòu)成的S111、S112作導(dǎo)通周期的PWM控制使電動機組作串聯(lián)與并聯(lián)之間的變化，而依PWM的DUTY CYCLE(導(dǎo)通百分比)以操控其運轉(zhuǎn)功率由串聯(lián)到并聯(lián)間作連續(xù)調(diào)整；(D)若S111及S112由可作內(nèi)阻操控的固態(tài)線性元件所構(gòu)成，則運轉(zhuǎn)功率可作由串聯(lián)到并聯(lián)的連續(xù)線性的功率調(diào)整；(E)由具有激磁繞組分激磁場的直流電動機組構(gòu)成電動機群，而通過控制磁場變速方式以填補上述各不同運轉(zhuǎn)功率階梯間隔而獲得連續(xù)線性調(diào)整運轉(zhuǎn)扭力或轉(zhuǎn)速值的特性。
3.如權(quán)利要求2所述的電動機串并聯(lián)混合轉(zhuǎn)態(tài)驅(qū)動系統(tǒng)，其開關(guān)元件S101可作成下列選擇(a)S101直接短路而無礙系統(tǒng)運作；(b)S101以機電式或固態(tài)開關(guān)元件構(gòu)成，以在S101、S111、S112皆為OFF狀態(tài)時電動機組停止運轉(zhuǎn)；(C)S101以固態(tài)開關(guān)元件構(gòu)成，除與S111、S112共同構(gòu)成總開關(guān)功能外，并可在電動機組串聯(lián)運轉(zhuǎn)時由S101作PWM方式的操控，以對電動機組作由靜止到互相串聯(lián)輸出狀態(tài)間作功率變化；(d)若S101和S111、S112皆以可作線性操控的固態(tài)元件構(gòu)成，則以S101和S111、S112共同構(gòu)成總開關(guān)功能外，并可在電動機組串聯(lián)運轉(zhuǎn)時由S101作線性調(diào)節(jié)操控電動機組由靜止到互相串聯(lián)運轉(zhuǎn)狀態(tài)間作功率變化；(e)S111及S112可在并聯(lián)狀態(tài)對兩電動機組以PWM或線性方式操控兩馬達組分別作不同運轉(zhuǎn)功率的驅(qū)動控制。
4.如權(quán)利要求1所述的電動機串并聯(lián)混合轉(zhuǎn)態(tài)驅(qū)動系統(tǒng)，其應(yīng)用組合包括—借助方向切換開關(guān)同時切換被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置的電流方向以改變轉(zhuǎn)向；—系統(tǒng)可擴大為由兩組以上的電動機組及相關(guān)開關(guān)元件及二極管所組成，以由串并聯(lián)變化而擴大為串并聯(lián)混合型態(tài)；—電動機組的電機結(jié)構(gòu)型態(tài)及電機特性可為相同或不同依需要選擇；—各電動機組與負(fù)載關(guān)系可為驅(qū)動共同負(fù)載，而各電動機組以同軸結(jié)合或借助傳動元件結(jié)合；—各電動機組可為獨立驅(qū)動各別負(fù)載。
5.如權(quán)利要求1所述的電動機串并聯(lián)混合轉(zhuǎn)態(tài)驅(qū)動系統(tǒng)，進一步包括由機電開關(guān)構(gòu)成串聯(lián)操控電路，其構(gòu)成含—直流電源DCV200含來自蓄電瓶、太陽能、發(fā)電機或由交流電源整流而得的物理能或化學(xué)能所轉(zhuǎn)換為直流電能的供應(yīng)；—被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD201、EMD202由兩組或兩組以上獨立電動機組或由同組電動機具有兩組或兩組以上磁場繞組或具有兩組或兩組以上電樞所構(gòu)成，供接受開關(guān)元件組的操控以進行串聯(lián)或并聯(lián)或兩者間可控比例的混合調(diào)控，其接受調(diào)控的電能驅(qū)動裝置含具有永磁式磁場直流電機或繞組激磁式磁場直流分激電動機的電樞；或具有串激或換向繞組復(fù)激電機的串激磁場繞組或電樞或兩者同時接受操控；或由串激電動機的串激磁場繞組或電樞個別接受操控；或兩者同時接受操控或由其他整流子式電動機所構(gòu)成；或由具有直流輔助激磁磁場的交流或直流同步電機所構(gòu)成；被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD201負(fù)端及EMD202正端之間串聯(lián)隔離二極管CR200(亦可選擇不用)及開關(guān)元件S201再并聯(lián)于電源兩端；—開關(guān)元件S201、S211、S212為由人工操作或電磁力驅(qū)動或機力驅(qū)動或流力所驅(qū)動者，其中開關(guān)元件S201設(shè)置于二極管CR200的負(fù)端與被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD202之間，開關(guān)元件S211的一端與二極管CR201的的正端共同連接于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD201與二極管CR200正端的連接點，開關(guān)元件S211的另一端則通往電源負(fù)端；開關(guān)元件S212之一端與二極管CR202的負(fù)端共同連接于被調(diào)控電動機之直流電能驅(qū)動裝置EMD202與開關(guān)元件S201的連接點，開關(guān)元件S212之另一端則通往電源正端；—二極管CR200、CR201、CR202其中二極管CR200可依運作需求而設(shè)置或省略，二極管CR201負(fù)端聯(lián)結(jié)于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD201及電源正端，二極管CR201正端與開關(guān)元件S211及被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD201與二極管CR200的正端共同聯(lián)結(jié)；二極管CR202的負(fù)端聯(lián)結(jié)于被調(diào)控電動機的直流電能驅(qū)動裝置EMD202正端，二極管CR202的正端聯(lián)結(jié)于電源負(fù)端；—操控指令輸入單元M200由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成，以發(fā)出對電動機組運轉(zhuǎn)狀態(tài)的操控指令；—中央控制單元CCU200由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成的信號指令處理單元，為接受操控指令輸入單元M200的指令經(jīng)驅(qū)動電路D200操控開關(guān)元件組；—驅(qū)動電路D200由機電或固態(tài)電機或電子元件所構(gòu)成，以接受中央控制單元CCU200的指令而驅(qū)動相對開關(guān)元件組。
6.如權(quán)利要求1，2，3，4或5所述的電動機串并聯(lián)混合轉(zhuǎn)態(tài)驅(qū)動系統(tǒng)，通過各項開關(guān)元件及電動機組的電路安排組合可獲得下列各種功能或其中部分功能以配合運用需求，其各項功能如下F1單向回轉(zhuǎn)由串聯(lián)直接轉(zhuǎn)并聯(lián)的電動機功能運轉(zhuǎn)；F2單向回轉(zhuǎn)由串聯(lián)以PWM方式逐漸提高為較大功率并聯(lián)的電動機功能運轉(zhuǎn)；F3單向回轉(zhuǎn)由串聯(lián)線性方式逐漸提高為最大功率并聯(lián)的電動機功能運轉(zhuǎn)；F4單向回轉(zhuǎn)并以PWM方式加上串聯(lián)并聯(lián)切換操控由停機逐漸升至最大功率并聯(lián)的電動機功能運轉(zhuǎn)；F5單向回轉(zhuǎn)并以線性元件加上串聯(lián)并聯(lián)切換操控由停機逐漸升至最大功率并聯(lián)的電動機功能運轉(zhuǎn)；F6雙向回轉(zhuǎn)并以PWM方式操控由停機漸升至最大功率并聯(lián)的電動機及發(fā)電機功能運轉(zhuǎn)；F7雙向回轉(zhuǎn)并以線性元件操控由停機漸升至最大功率并聯(lián)的電動機及發(fā)電機功能運轉(zhuǎn)；F8單向回轉(zhuǎn)操控的串聯(lián)及并聯(lián)，各電動機組可作不平衡運轉(zhuǎn)；F9雙向回轉(zhuǎn)操控的串聯(lián)及并聯(lián)，各電動機組可作不平衡運轉(zhuǎn)；F10以雙向開關(guān)元件對交流整流子電動機組操控由停機逐漸升至最大功率并聯(lián)的電動機功能運轉(zhuǎn)；F11以雙向線性元件對交流整流子電動機組操控由停機逐漸升至最大功率并聯(lián)的電動機功能運轉(zhuǎn)；F12單向回轉(zhuǎn)而由串聯(lián)直接轉(zhuǎn)最大功率并聯(lián)的逆向發(fā)電機功能運轉(zhuǎn)；F13單向回轉(zhuǎn)并以PWM方式操控逐漸升作最大功率并聯(lián)的的逆向發(fā)電機功能運轉(zhuǎn)；F14單向回轉(zhuǎn)并以線性元件操控逐漸升作最大功率并聯(lián)的逆向發(fā)電機功能運轉(zhuǎn)；F15可作公約組合的多種串并聯(lián)組合型態(tài)；F16單向回轉(zhuǎn)并以固態(tài)開關(guān)元件或線性元件或進一步結(jié)合控制磁場方式，于并聯(lián)運轉(zhuǎn)時，各別操控電動機組的轉(zhuǎn)速、扭力、或電流作同性能或不同性能運轉(zhuǎn)或部分停機；F17雙向回轉(zhuǎn)并以固態(tài)開關(guān)元件或線性元件或進一步結(jié)合控制磁場方式，于并聯(lián)運轉(zhuǎn)時，各別操控電動機組的轉(zhuǎn)速、扭力、或電流或回轉(zhuǎn)方向作同性能或不同性能運轉(zhuǎn)或部分停機。
全文摘要
一種電動機串并聯(lián)混合轉(zhuǎn)態(tài)驅(qū)動系統(tǒng),以直流激磁的交流或直流同步電動機或直流整流子式電動機的直流電能驅(qū)動裝置(含電樞或磁場繞組)作串聯(lián)或并聯(lián)的階梯式操控以及串聯(lián)到并聯(lián)連續(xù)性混合運轉(zhuǎn)狀態(tài)以操控所屬電動機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向扭力及輸出功率為其特征。
文檔編號H02P5/74GK1200595SQ9710542
公開日1998年12月2日 申請日期1997年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月26日
發(fā)明者楊泰和 申請人:楊泰和