(57)【要約】【課題】従来の交流モーターは始動トルクが小さく、始動電流が大きく、速度調整の平滑性が悪く、振動および騒音が大きく、コントロールアルゴリズムが複雑などの課題を有する。【解決手段】電気機器に設置され、電気機器を駆動するための直流電気駆動装置を提供し、電気機器を駆動するための直流モーターと、直流モーターに定電圧の直流電源を出力するための直流電源と、駆動信号に応じて定電圧直流電源を可変電圧直流電源に変換されて直流モーターに提供するチョッパを備え、その特徴は以下のとおりである：直流モーターはｍ個の巻線からなる２ｊ本の電機子巻線支線、巻線に接続される２ｊ×ｍ個の整流子セグメント、それぞれ直流モーターの２組の電力線グループに接続して整流子セグメントに接触する２組のブラシグループを備え、各ブラシグループにはｊつのブラシを備え、各電力線グループにはｊ本の電力線を備え、チョッパはk個のブリッジアームを備え、各ブリッジアームは１組の電力線グループのｊ本の電力線に対応して接続するｊつのブリッジアームユニットを備え、各ブリッジアームユニットは対応して接続する電力線を介して２本の電機子巻線支線に電流を出力し、電機子巻線支線から出力トルクを発生して電気機器を駆動する、ｊとｍは２以上の正整数、ｋは１または２である。【選択図】  図１
2020516210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器を駆動するための直流モーターと、
前記直流モーターに定電圧の直流電源を出力するための直流電源と、
駆動信号に応じて前記定電圧直流電源を可変電圧直流電源に変換されて前記直流モーターに提供するチョッパと、を備え、
前記電気機器に設置され、前記電気機器を駆動するための電気駆動装置であって、
前記直流モーターは、
ｍ個の巻線からなる２ｊ本の電機子巻線支線と、前記巻線に接続される２ｊ×ｍ個の整流子セグメントと、それぞれ前記直流モーターの２組の電力線グループに接続して前記整流子セグメントに接触する２組のブラシグループと、を有し、
各前記ブラシグループにはｊつのブラシが含まれ、
各前記電力線グループにはｊ本の電力線が含まれ、
前記チョッパはｋ個のブリッジアームを有し、各前記ブリッジアームには１組の前記電力線グループのｊ本の電力線に対応して接続するｊつのブリッジアームユニットが含まれ、各前記ブリッジアームユニットは対応して接続する前記電力線を介して２本の電機子巻線支線に電流を出力し、
前記電機子巻線支線から出力トルクを発生して電気機器を駆動し、
前記ｊと前記ｍは２以上の正整数、前記ｋは１または２であることを特徴とする電気駆動装置。
【請求項２】
前記ｋは２である場合には、各前記ブリッジアームユニットは１つのチョッパブリッジアームおよび２つのフリーホイールダイオードを備え、前記チョッパブリッジアームは２つの直列接続のパワートランジスターを備え、各前記パワートランジスターはそれぞれ１つのフリーホイールダイオードと逆並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電気駆動装置。
【請求項３】
前記ｋは１である場合には、前記ブリッジアームユニットは１つのチョッパブリッジアームおよび２つのフリーホイールダイオードを備え、前記チョッパブリッジアームは２つの直列接続のパワートランジスターを備え、各前記パワートランジスターはそれぞれ１つのフリーホイールダイオードと逆並列に接続され、
他の１組の前記電力グループは前記直流電源の出力端に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電気駆動装置。
【請求項４】
前記ｋは１である場合には、前記ブリッジアームユニットは１つのパワートランジスターおよび１つの逆並列に接続されるフリーホイールダイオードを備え、
他の１組の前記電力グループは前記直流電源の出力端に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電気駆動装置。
【請求項５】
コントローラと駆動部と
をさらに備え、
前記コントローラは前記直流モーターの動作に対応する命令信号を受信し、且つ命令信号に従って制御信号を算出し出力され、
駆動部は前記制御信号に応じて駆動信号を生成し、
前記チョッパは前記駆動信号の作用下で前記可変電圧直流電源を前記直流モーターに供給することを特徴とする請求項１に記載の電気駆動装置。
【請求項６】
前記パワートランジスターは同じ最大出力電流I１を有し、前記直流モーターの最大電流はIｍaxであるとき、
前記電機子巻線支線の数量２ｊはｊ＞Iｍax÷ I１の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電気駆動装置。
【請求項７】
前記直流電源は１つの直流ユニットまたはブリッジアームユニットに対応する複数の直流ユニットを備え、
前記直流ユニットは電池または交流電源を整流・フィルタリングして得られた直流電源であることを特徴とする請求項１に記載の電気駆動装置。
【請求項８】
前記電機子巻線の結合方法はラップ巻きであり、
前記直流モーターは前記電機子巻線支線に作用磁場を与えるための主磁極を備え、前記主磁極の励磁方法は永久磁石、他励磁、直列励磁、並列励磁および複合励磁のいずれかの１つであることを特徴とする請求項１に記載の電気駆動装置。
【請求項９】
前記電機子巻線支線は、１つまたは複数の電機子に独立して取り付けられており、
前記電機子は前記直流モーターの回転子であり、
前記パワートランジスターは半制御または全制御装置であり、当該半制御装置は普通のサイリスタであり、前記全制御装置は電界効果トランジスター、ゲートターンオフサイリスタ、集積ゲート転流サイリスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスター、電力バイポーラトランジスタおよびゲート転流サイリスタのいずれかの１つであることを特徴とする請求項１に記載の電気駆動装置。
【請求項１０】
それぞれ電気機器を駆動し、かつ２ｊ本の巻線支線、２ｊ×ｍ個の整流子セグメント、２ｊ個のブラシおよび２ｊ本の電力線を備えた直流モーター、および前記直流モーターに定電圧直流電源を出力する直流電源に接続され、駆動信号に応じて定電圧直流電源を可変圧直流電源に変換して前記直流モーターに供給するチョッパであって、
ｋ個のブリッジアームを備え、
各前記ブリッジアームは１組の電力線グループのｊ本の電力線に対応して接続するブリッジアームユニットを含み、
各前記ブリッジアームユニットは対応して接続する１本の前記電力線を介して２本の電機子巻線支線に電流を出力し、前記電電機子巻線支線から出力トルクを発生して前記電気機器を駆動し、
前記ｊと前記ｍは２以上の正整数、前記ｋは１または２であることを特徴とするチョッパ。
【請求項１１】
前記ｋは２である場合には、各前記ブリッジアームユニットは１つのチョッパブリッジアームおよび２つのフリーホイールダイオードを含み、前記チョッパブリッジアームは２つの直列接続のパワートランジスターを含み、各前記パワートランジスターはそれぞれ１つのフリーホイールダイオードと逆並列に接続されることを特徴とする請求項１０に記載のチョッパ。
【請求項１２】
前記ｋは１である場合には、前記ブリッジアームユニットは１つのチョッパブリッジアームおよび２つのフリーホイールダイオードを含み、前記チョッパブリッジアームは２つの直列接続のパワートランジスターを含み、各前記パワートランジスターはそれぞれ１つのフリーホイールダイオードと逆並列に接続され、
他の１組の前記電力グループは前記直流電源の出力端に接続されることを特徴とする請求項１０に記載のチョッパ。
【請求項１３】
前記ｋは１である場合には、前記ブリッジアームユニットに１つのパワートランジスターと１つの逆並列のフリーホイールダイオードが含まれ、
他の１組の前記電力線グループは前記直流電源の出力端に接続されることを特徴とする請求項１０に記載のチョッパ。
【請求項１４】
電機機器を駆動し、且つチョッパに接続され、前記チョッパにはｋ個のブリッジアームを有し、各ブリッジアームにはｊ個のブリッジアームユニットが含まれ、各前記ブリッジアームユニットは電流を出力する直流モーターであって、
各前記電機子巻線支線は電気機器を駆動するための出力トルクを生成するために直列に接続されたｍ個の巻線で構成される２ｊ本の電機子巻線支線と、
すべての前記電機子巻線支線に作用磁界を提供するための主磁極と、
それぞれ前記巻線に接続される２ｊ×ｍ個の整流子セグメントを含む整流子と、
それぞれ前記主磁極に対応して前記整流子に均等に配置され、各前記ブラシは少なくとも１つの前記整流子セグメントに接触し、各前記ブラシは１本の電力線に接続される２ｊ個のブラシと、
各前記電力線の一端は前記ブリッジアームユニットに接続され、他端はブラシに接続され、２本の電機子巻線支線に電流を提供する２ｊ本の電力線と、
を備え、
前記ｊと前記ｍは２以上の正整数、前記ｋは１または２であることを特徴とする直流モーター。
【請求項１５】
電気駆動装置を備え、
前記電気駆動装置は請求項１〜９のいずれかに記載の電気駆動装置であることを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流モーター分野に属し、特に電気駆動装置、チョッパ、直流モーターおよび電気駆動装置を含む電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
各都市におけるスモッグ天気の日数と持続時間の増加に伴い、燃料機器の排出ガスに関する国の管理がますます厳しくなった。
密閉された屋内作業環境では、燃料機器の使用は基本的に禁止されている。また、石油というエネルギーは再生不可能であり、数十年後に枯渇する可能性がある。
従って、電気自動車、電動工具、屋内の電動フォークリフトなど、電気をエネルギーとして使用する電気機器は、製造業者や消費者に愛用されるようになった。
電気機器は、汚染が少なく、再生可能エネルギーを通じて電力を供給できるだけでなく、燃料機器と比較して、高いエネルギー利用率、シンプルな構造、低い騒音、良好な動的性能と高い可搬性などの利点を有する。
石油資源がますます緊張している状況の中で、電気駆動装置、特に高出力電気駆動装置の開発は、国防安全保障にとって広範囲に及ぶ意義を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
交流モーター、特に非同期モーターは、シンプルな構造、信頼性の高い作動、軽量および低価格などの利点を有し、幅広く利用されている。
しかし、交流モーターは始動トルクが小さく、始動電流が大きく、速度調整の平滑性が悪く、振動および騒音が大きく、コントロールアルゴリズムが複雑などの欠点を有する。
たとえ最善のコントローアルゴリズムを使用しても、モーター内の高調波の存在を排除することはできず、始動時、制動時、試運転時および低速時のモーター性能が直流モーターよりも劣る。
従って、家庭用インバーターエアコン、エレベーター、電気自動車など、電気機器への性能要件が高い場合は、依然として直流モーターを設置した電気機器がよく利用されている。
【０００４】
図２に示す２つのブラシ付き直流モーターを例によると、２つのブラシ付き直流モーター制御システムにおいて、図２に示すように、コントローラは駆動部を介して駆動信号を出力し、チョッパブリッジアームユニットのパワートランジスターのオンオフを制御し、大きさと極性が制御できる出力直流電圧を得、さらにそれを直流モーター電機子巻線に負荷させる。この期間において、コントローラは様々な制御方式でモーターの変位、速度とトルクを制御する。
【０００５】
電気駆動装置および電気駆動装置の負荷が増大するにつれて、モーターの入力電力も増大する。チョッパの入力側の直流電圧は、さまざまな理由で負荷の増大ともに増大することができないとき、モーターの入力電流は必然的に増大する、すなわち、チョッパの出力電流も必然的に増大し、チョッパのパワートランジスターを流れる電流も必然的に増大する。
したがって、システムの正常な動作を確実にするために、パワートランジスターの最大出力電流も増加しなければならない。
【０００６】
しかしながら、高出力モーターに要求される大きな動作電流に耐えることができるパワートランジスターは、様々な条件の影響下で高価であり、製造技術の制限のために要件を満たすパワートランジスターが存在しない場合がある。
【０００７】
図３は従来技術において一般的な大電流直流モーターとチョッパの接続関係を示す概略図であり、図３からわかるように、チョッパ内のパワートランジスターは並列電流シェアリング技術を採用し、直流モーターの線電流は並列したｊつのパワートランジスターによって負担される。理論的には、各パワートランジスターを流れる電流値は、直流モーター電流のｊ分の一であり、すなわち、このｊつの並列の小電流パワートランジスターは、直流モーターの大電流を共同で負担する。
【０００８】
パワートランジスターは完全にオンまたはオフにするとき、動作特性の一致性は概して良好であり、それはすべてのパワートランジスターが完全にオンにするときに均等にモーターの大電流を負担することを保証することができ、電流シェアリング効果がより良いである。すべてのパワートランジスターがオフにするとき、電流は流れない。
しかし、パワートランジスターのオンおよびオフ時点では、動作特性の一致性を保証するのは困難である。正常な動作を保証し、一致性が非常に高いパワートランジスターを得るために多数のパワートランジスターから注意深く選択する必要があり、それは高い使用コストの原因になる。並列のパワートランジスターの数が多いほど、コストが大幅に増加する。
さらに、これらの選択されたパワートランジスターは使用前の試験中に高い一致性を得たといっても、使用環境および装置の経年変化の影響により、使用中に高い一致性を維持することが保証できない。
【０００９】
様々な要因の影響を受け、パワートランジスターはオフ状態からオン状態に切り替えるとき、並列の小電流パワートランジスターは同時にオンすることができない原因で電流シェアリングに失敗した場合、事前にオンした単一のパワートランジスターにモーターの大電流が流れると、パワートランジスターが損傷する。同様に、パワートランジスターはオン状態からオフ状態に切り替えるとき、並列の小電流パワートランジスターは同時にオフにすることができない原因で電流シェアリングに失敗した場合、最後にオフするパワートランジスターにはモーターの大電流も流れ、パワートランジスターが損傷する。
【００１０】
並列のパワートランジスターの数が増えるにつれて、そのオンオフ特性の一致性を確保することがより困難になり、オンオフ過程の電流シェアリング効果が悪化し、損傷の可能性がより高くなり、問題がより深刻になる。この並列電流シェアリング技術は、複数の並列のパワートランジスターが同時にオンオフすることを保証できず、大電流モーターの電流値の増加に深刻な影響を及ぼし、大きな制限を与えているため、大電流モーターは克服するのが難しい障害となった。
【００１１】
さらに、直流電源は電池で給電する場合、電池の電圧振幅が制限されるため、交流整流の電源給電よりもはるかに小さくなり、モーターの電流値が大きくなって問題が深刻化し、さらに電池給電の電動工具、電気自動車、特に大型電気自動車、電気ボート、さらに国防上の電気戦車、電気軍艦と電気駆動の空母の開発に大きな影響を与える。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の問題を解決するための本発明は、ｋ個のブリッジアームを備え、各ブリッジアームにｊつのブリッジアームユニットを含むチョッパ、２ｊ本の電機子巻線支線と２ｊ本の電力線を含む直流モーターおよび該チョッパと該直流モーターを含む電気駆動装置と電気装置を提供することにより、一般的な小電流パワートランジスターを使用する場合、チョッパは直流モーターに大きな電流値を供給することができる。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の技術的解決策を採用する。
【００１３】
<構造１>
本発明は、電気機器に設置され、電気機器を駆動するための電気駆動装置を提供し、電気機器を駆動するための直流モーター、直流モーターに定電圧の直流電源を出力するための直流電源と、駆動信号に応じて定電圧直流電源を可変電圧直流電源に変換されて直流モーターに提供するチョッパを備え、その特徴は以下のとおりである：直流モーターはｍ個の巻線からなる２ｊ本の電機子巻線支線、巻線に接続される２ｊ×ｍ個の整流子セグメント、それぞれ直流モーターの２組の電力線グループに接続して整流子セグメントに接触する２組のブラシグループを備え、各ブラシグループにはｊつのブラシを備え、各電力線グループにはｊ本の電力線を備え、チョッパはk個のブリッジアームを備え、各ブリッジアームは１組の電力線グループのｊ本の電力線に対応して接続するｊつのブリッジアームユニットを備え、各ブリッジアームユニットは対応して接続する電力線を介して２本の電機子巻線支線に電流を出力し、電機子巻線支線から出力トルクを発生して電気機器を駆動する、ｊとｍは２以上の正整数、ｋは１または２である。
【００１４】
本発明によって提供される電気駆動装置はまた、以下の特徴を有してもよい：kは２であるとき、各ブリッジアームユニットは１つのチョッパブリッジアームおよび２つのフリーホイールダイオードを備え、チョッパブリッジアームは２つの並列接続のパワートランジスターを備え、各パワートランジスターはそれぞれ１つのフリーホイールダイオードと逆並列に接続する。
【００１５】
本発明によって提供される電気駆動装置はまた、以下の特徴を有してもよい：ｋは１であるとき、ブリッジアームユニットは１つのチョッパブリッジアームおよび２つのフリーホイールダイオードを備え、チョッパブリッジアームは２つの直列接続のパワートランジスターを備え、各パワートランジスターはそれぞれ１つのフリーホイールダイオードと逆並列に接続され、他の１組の電力線グループは直流電源の出力端に接続する。
【００１６】
本発明によって提供される電気駆動装置はまた、以下の特徴を有してもよい：kは１であるとき、ブリッジアームユニットは１つのパワートランジスターと１つの逆直列接続のフリーホイールダイオードを備え、他の１組の電力線グループは直流電源の出力端に接続する。
【００１７】
本発明によって提供される電気駆動装置はまた、以下の特徴を有してもよい、さらにコントローラと駆動部を備え、コントローラは直流モーターの動作に対応する命令信号を受信し、命令信号に従って制御信号を算出し出力する、駆動部は制御信号に応じて駆動信号を生成し、チョッパは駆動信号の作用下で可変電圧直流電源を直流モーターに供給する。
【００１８】
本発明によって提供される電気駆動装置はまた、以下の特徴を有してもよい：パワートランジスターは同じ最大出力電流I１を有し、直流モーターの最大電流はIｍaxであるとき、電機子巻線支線の数量２ｊは以下の条件を満たす：ｊ＞Iｍax÷ I１。
【００１９】
本発明によって提供される電気駆動装置はまた、以下の特徴を有してもよい：直流電源は１つの直流ユニットまたはブリッジアームユニットに対応する複数の直流ユニットを備え、直流ユニットは電池または交流電源を整流・フィルタリングして得られた直流電源である。
【００２０】
本発明によって提供される電気駆動装置はまた、以下の特徴を有してもよい：電機子巻線の結合方法はラップ巻きであり、直流モーターは電機子巻線支線に作用磁場を与えるための主磁極を備え、主磁極の励磁方法は永久磁石、他励磁、直列励磁、並列励磁および複合励磁のいずれかの１つである。
【００２１】
本発明によって提供される電気駆動装置はまた、以下の特徴を有してもよい：電機子巻線支線は、１つまたは複数の電機子に独立して取り付けられており、電機子は直流モーターの回転子であり、パワートランジスターは半制御または全制御装置であり、該半制御装置は普通のサイリスタであり、全制御装置は電界効果トランジスター、ゲートターンオフサイリスタ、集積ゲート転流サイリスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスター、電力バイポーラトランジスターおよびゲート転流サイリスタのいずれかの１つである。
【００２２】
<構造２>
さらに、本発明はチョッパを提供し、それぞれ電気機器を駆動し、かつ２ｊ本の巻線支線、２ｊ×ｍ個の整流子セグメント、２ｊ個のブラシおよび２ｊ本の電力線を備えた直流モーター、および直流モーターに定電圧直流電源を出力する直流電源に接続し、駆動信号に応じて定電圧直流電源を可変圧直流電源に変換して直流モーターに供給する、その特徴は以下のとおりである：k個のブリッジアームを備え、各ブリッジアームは１組の電力線グループのｊ本の電力線に対応して接続するブリッジアームユニットを備え、各ブリッジアームユニットは対応して接続する１本の電力線を介して２本の電機子巻線支線に電流を出力し、電電機子巻線支線から出力トルクを発生して電気機器を駆動する、ｊとｍは２以上の正整数、kは１または２である。
【００２３】
本発明によって提供されるチョッパはまた、以下の特徴を有してもよい：kは２であるとき、各ブリッジアームユニットは１つのチョッパブリッジアームおよび２つのフリーホイールダイオードを備え、チョッパブリッジアームは２つの直列接続のパワートランジスターを備え、各パワートランジスターはそれぞれ１つのフリーホイールダイオードと逆並列に接続する。
【００２４】
本発明によって提供されるチョッパはまた、以下の特徴を有してもよい：kは１であるとき、ブリッジアームユニットは１つのチョッパブリッジアームおよび２つのフリーホイールダイオードを備え、チョッパブリッジアームは２つの直列接続のパワートランジスターを備え、各パワートランジスターはそれぞれ１つのフリーホイールダイオードと逆並列に接続し、他の１組の電力グループは直流電源の出力端に接続する。
【００２５】
発明によって提供されるチョッパはまた、以下の特徴を有してもよい：kは１であるとき、ブリッジアームユニットに１つのパワートランジスターと１つの逆並列のフリーホイールダイオードを備え、他の１組の電力線グループは直流電源の出力端に接続する。
【００２６】
<構造３>
さらに、本発明は電機機器を駆動するための直流モーターを提供し、チョッパに接続し、チョッパにはk個のブリッジアームを備え、各ブリッジアームにはｊ個のブリッジアームユニットを備え、各ブリッジアームユニットは電流を出力する、その特徴は以下のとおりである。
【００２７】
２ｊ本の電機子巻線支線を備え、各電機子巻線支線は直列接続したｍ個の巻線で構成され、各電機子巻線支線は電気機器を駆動するための出力トルクを生成するために直列に接続されたｍ個の巻線で構成される２ｊ本の電機子巻線支線、すべての電機子巻線支線に作用磁界を提供するための主磁極、それぞれ巻線に接続する２ｊ×ｍ個の整流子セグメントを含む整流子、それぞれ主磁極に対応して整流子に均等に配置される２ｊ個のブラシ、各ブラシは少なくとも１つの整流子セグメントに接触し、各ブラシは１本の電力線に接続し、および２ｊ本の電力線を備え、各電力線の一端はブリッジアームユニットに接続し、他端はブラシに接続し、２本の電機子巻線支線に電流を提供する、ｊとｍは２以上の正整数、kは１または２である。
【００２８】
<構造４>
さらに、本発明はまた電気機器を提供し、電気駆動装置を備え、電気駆動装置は＜構造１＞の電気駆動装置であることを特徴とする。
【００２９】
発明の作用と効果
本発明によって提供される電気駆動装置、電気機器、チョッパおよび直流モーターにより、直流モーターには２ｊ本の巻線からなる電機子巻線支線、巻線に接続する２ｊ×ｍ個の整流子セグメント、それぞれ直流モーターの２組の電力線グループに接続して整流子セグメントに接触する２組のブラシグループ、各ブラシグループはｊ個のブラシを備え、各電力線グループはｊ本の電力線を備え、チョッパはk個のブリッジアームを備え、各ブリッジアームには１組の電力線グループのｊ本の電力線に対応して接続するｊ個のブリッジアームユニットを備え、各ブリッジアームユニットは対応して接続する電力線を介して２本の電機子巻線支線に電流を出力し、電機子巻線支線から出力トルクを発生して電気機器を駆動するため、各電力線の最大電流はそれに接続するブリッジアームユニットおよび２本の電機子巻線支線にのみ関係する。
【００３０】
すなわち、ブリッジアームユニット内のパワートランジスターの最大出力電流はそれに対応する２本の電機子巻線支線にのみ関係し、他のブリッジアームユニット内のパワートランジスターとは無関係であり、直流モーターの電機子巻線支線の数とも無関係である。従って、異なるブリッジアームユニット内のパワートランジスターはオンオフ特性が不一致であっても、それらは互いに影響を及ぼさず、電機子巻線支線の数、ブラシの数、電力線の数およびブリッジアームユニットの数の増加につれて、直流モーターの電流、チョッパおよび電気駆動装置の動作電流が増加され、理論的には無限大に達する可能性がある。
【００３１】
同じ駆動信号でチョッパ上の対応するすべてのパワートランジスターを同時にオンまたはオフに駆動すると、オンオフ特性の不一致で同時にオンまたはオフにすることができない状況があっても、そのうちの単一パワートランジスターの過電流による損傷が発生せず、オンオフ特性の不一致は各電力線に対応する２本の電機子巻線から発生するトルクが開閉の瞬間に不一致にするだけである、パワートランジスターのオンまたはオフ過程の持続時間が非常に短く、モーターおよびその負荷は比較的大きな慣性物体であるため、このトルクの不一致の影響はわずかで完全に無視できるものである。
【００３２】
したがって、本発明は、チョッパのもともと成熟したコントロールアルゴリズムと直流モーターの成熟した製造技術を保持するだけでなく、パワートランジスター性能への一致性要件を低減し、通常のパワートランジスターを使用するだけで要件を満たすことができ、多数のパワートランジスターから一致性の高いものを選択するための人的と物的資源の浪費を回避することができる。
【００３３】
さらに、本発明の電気駆動装置は、大電流チョッパおよび大電流駆動装置に対する国外の独占および封鎖を破り、該電気駆動装置は、トラック、ブルドーザー、掘掘機など、汚染が大きく、始動速度が遅く、エネルギー利用率が低い燃料エンジンを取って代わって現在電気モーターを使用できない大型機関車に適用することができ、またはより大きい電流が必要である電気戦車、電気軍艦および電気駆動空母などの軍事装置に使用することができ、大電流の電気駆動装置の国産化を実現した。また、交流モーター駆動装置と比較して、より優れた性能を持つ。
【００３４】
したがって、本発明の電気駆動装置は、合理的かつシンプルな構造設計、低コスト、優れた性能、小さい振動と騒音、安定かつ信頼できる動作、長い耐用年数および強い環境適応性などの利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
図１は本発明実施形態１に係る電気駆動装置の回路構造を示す概略図である。
図２従来技術における小電流直流モーターおよびチョッパの回路構造を示す概略図である。
図３従来技術における大電流直流モーターおよびチョッパの回路構造を示す概略図である。
図４本発明実施形態２に係る電気駆動装置の回路構造を示す概略図である。
図５本発明実施形態３に係る電気駆動装置の回路構造を示す概略図である。
【００３６】
本発明の具体的な実施形態について添付の図面と合わせて説明する。
【００３７】
<実施形態１>
図１は実施形態１における電気駆動装置の回路構造を示す概略図である。
【００３８】
電気駆動装置１０は電動工具、４軸飛行器、電気自動車、電気船舶、産業用電気フォークリフト、電気軍用機器などの電気工具に設置されて電気機器を駆動する。図１に示すように、電気駆動装置１０は直流モーター１１、直流電源、チョッパ１２、コントローラ１４および駆動部１５を備える。
【００３９】
直流モーター１１は電気機器の駆動に使用される。直流モーター１１は主磁極（図に示していない）、２ｊ本の電機子巻線支線１６、整流子（図に示していない）および２組のブラシグループ１７を備える。
【００４０】
主磁極はすべての電機子巻線支線に作用磁界を提供する。主磁極の励磁方式は永久磁石、他励磁、直列励磁、並列励磁または複合励磁が含まれる。主磁極は他励磁である場合、他励磁の巻線は電機子巻線から独立して給電される。主磁極は並列励磁である場合、並列励磁の巻線は独立のチョッパおよび電機子に対応する直流電源と駆動部と接続する。本実施形態において、主磁極は励磁巻線１３を採用する。励磁巻線１３は直列励磁を採用する。
【００４１】
電機子巻線支線１６は電機子または複数の電機子に独立して取り付けられ、電機子は直流モーターの回転子である、電機子巻線支線１６は電機子に巻き付けるｍ個の巻線１６aで構成され、ｍは２以上の正整数である。電機子巻線支線における巻線の連結方式はラップ巻きである。通常動作中、すべての電機子巻線支線の電流は互いに影響を及ぼさず、互いに独立している。電機子巻線支線は、ブリッジアームユニットから供給される線電流に応じて出力トルクを発生し、電気機器を駆動する。
【００４２】
整流子はそれぞれ巻線に接続する２ｊ×ｍ個の整流子セグメントを備える。
【００４３】
２組のブラシグループ１７はその空間位置に対応する主磁極の磁極極性によって２組に分けられ、それぞれ直流モーターの極性が異なる２組の電力線に接続し、整流子の整流子セグメントに接触する。
【００４４】
各ブラシグループにはｊ個のブラシ１８を備える。２ｊ個のブラシ１８は整流子セグメントに均等に配置され、直流モーターの主磁極の空間位置に対応し、各ブラシは少なくとも１つの整流子セグメントに接触することができる。同じグループにおけるブラシ１８はモーターの円周方向に沿って均等に配置され、同じグループではないブラシ１８の空間位置は同じグループにおける隣接の２つブラシ１８間の隙間に対応する。
【００４５】
本実施形態において、ブラシ１８は狭いブラシを採用し、その寸法は整流子セグメントの寸法よりわずか小さいである。直流モーター１１において、各ブラシ１８は同時に少なくとも１つ以上の整流子セグメントに接触することができる。
【００４６】
直流電源は直流モーター１１に定電圧直流を出力する、直流電源は、直流モーター１１に定電圧の直流電流を出力するためのものであり、チョッパ１２にも定電圧の直流電流を供給する。直流電源は電池または交流電源を整流・フィルタリングして得られた直流電源であり、本実施形態において、直流電源は電池である。
【００４７】
チョッパ１２はコントローラ１４が駆動部１５からの制御信号に応じて定電圧の直流電流を平均電圧が制御可能な可変電圧の直流電流に転換して直流モーター１１に供給することである。本実施形態において、チョッパはブリッジ型可逆チョッパである。
【００４８】
チョッパ１２は２組のブラシグループにそれぞれ対応した２つのブリッジアーム１９を備える。各ブリッジアーム１９はブラシに対応するｊ個のブリッジアームユニット２０を備える。
【００４９】
ブリッジアームユニット２０は１つのチョッパブリッジアーム２１および２つのフリーホイールダイオード２２を備え、対応するブラシに電流を提供する。
チョッパブリッジアーム２１には互いに直列接続の上ブリッジアームパワートランジスター２１aおよび下ブリッジアームパワートランジスター２１bを備える。
上ブリッジアームのパワートランジスター２１aおよび下ブリッジアームのパワートランジスター２１bはそれぞれ１つのフリーホイールダイオード２２と並列接続する。上ブリッジアームのパワートランジスター２１aおよび下ブリッジアームパワートランジスター２１bは、パワートランジスターの重要なパラメーターである所定の同じ最大出力電流を備え、この電流値以下である場合に限り、パワートランジスターは安定的に動作することができる、動作電流がこの電流値を超えると、過電流によりパワートランジスターが故障して破損する可能性がある。
【００５０】
上ブリッジアームのパワートランジスター２１aまたは下ブリッジアームのパワートランジスター２１bは半制御型または全制御型装置であり、該半制御装置は普通のサイリスタであり、全制御装置は電界効果トランジスター、ゲートターンオフサイリスタ、集積ゲート転流サイリスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスター、電力バイポーラトランジスタおよびゲート転流サイリスタ―のいずれか１つである。
【００５１】
コントローラ１４は直流モーター１１の動作に対応する命令信号を受信し、命令信号に応じて制御信号を算出し出力する。
駆動部１５は制御信号に応じて駆動信号を生成する。
上ブリッジアームのパワートランジスター２１aおよび下ブリッジアームのパワートランジスター２１bの最大出力電流はI１、直流モーター１１の最大電流はIｍaxである場合、電機子巻線支線１６の個数２ｊは以下の条件を満たす：ｊ＞Iｍax ÷ I１、ｊは２以上の正整数である。
【００５２】
ｊは次のように確定される：直流モーター１１の最大電流はIｍaxである場合、まず適切なパワートランジスターを選択し、その単一部品の最大出力電流を決定し、そして上記の公式に従って計算し、その計算結果を整数まで丸めてｊを得る。
モーターの電機子巻線グループを２ｊ個のブラシを含む電機子巻線支線に分解し、ブラシは２つしかない場合、等価原理を使用してブラシが１つまたは２つの隣接する整流子セグメントを短絡してモーターの有効巻線数を減らし、さらにモーターの出力電力の影響を低減し、電機子巻線をラップ巻線配列方式に再設計し、ブラシの数量を定義することを考慮することができる。
【００５３】
もちろん、単一のブリッジアーム２１は２本の電機子巻線支線の線電流を安定的に供給することを保証できれば、I１に従ってｊを決定することではなく、直接にｊを設定し、そして適切なパワートランジスターを選択することができる。
【００５４】
実施形態１の採用および効果
本実施形態１によって提供される電気駆動装置、電気機器、チョッパおよび直流モーターにより、直流モーターにはｍ個の巻線からなる２ｊ本の電機子巻線支線、巻線に接続する２ｊ×ｍ個の整流子セグメント、それぞれ直流モーターの２組の電力線グループに接続して整流子セグメントに接触する２組のブラシグループ、各ブラシグループはｊ個のブラシを備え、各電力線グループはｊ本の電力線を備え、チョッパはk個のブリッジアームを備え、各ブリッジアームには１組の電力線グループのｊ本の電力線に対応して接続するｊ個のブリッジアームユニットを備え、各ブリッジアームユニットは対応して接続する電力線を介して２本の電機子巻線支線に電流を出力し、電機子巻線支線から出力トルクを発生して電気機器を駆動するため、各電力線の最大電流はそれに接続するブリッジアームユニットおよび２本の電機子巻線支線にのみ関係する、すなわち、ブリッジアームユニット内のパワートランジスターの最大出力電流はそれに対応する２本の電機子巻線支線にのみ関係し、他のブリッジアームユニット内のパワートランジスターとは無関係であり、直流モーターの電機子巻線支線の数とも無関係である。従って、異なるブリッジアームユニット内のパワートランジスターはオンオフ特性が不一致であっても、それらは互いに影響を及ぼさず、電機子巻線支線の数、ブラシの数、電力線の数およびブリッジアームユニットの数の増加につれて、直流モーターの電流、チョッパおよび電気駆動装置の動作電流が増加され、理論的には無限大に達する可能性がある。
【００５５】
同じ駆動信号でチョッパ上の対応するすべてのパワートランジスターを同時にオンまたはオフに駆動すると、オンオフ特性の不一致で同時にオンまたはオフにすることができない状況があっても、そのうちの単一パワートランジスターの過電流による損傷が発生せず、オンオフ特性の不一致は各電力線に対応する２本の電機子巻線から発生するトルクが開閉の瞬間に不一致にするだけである、パワートランジスターのオンまたはオフ過程の持続時間が非常に短く、モーターおよびその負荷は比較的大きな慣性物体であるため、このトルクの不一致の影響はわずかで完全に無視できるものである。
したがって、本実施形態１は、チョッパのもともと成熟したコントロールアルゴリズムと直流モーターの成熟した製造技術を保持するだけでなく、パワートランジスター性能への一致性要件を低減し、通常のパワートランジスターを使用するだけで要件を満たすことができ、多数のパワートランジスターから一致性の高いものを選択するための人的と物的資源の浪費を回避することができる。
【００５６】
さらに、本実施例１の電気駆動装置は、大電流チョッパおよび大電流駆動装置に対する国外の独占および封鎖を破り、該電気駆動装置は、トラック、ブルドーザー、掘掘機など、汚染が大きく、始動速度が遅く、エネルギー利用率が低い燃料エンジンを取って代わって現在電気モーターを使用できない大型機関車に適用することができ、またはより大きい電流が必要である電気戦車、電気軍艦および電気駆動空母などの軍事装置に使用することができ、大電流の電気駆動装置の国産化を実現した。また、交流モーター駆動装置と比較して、より優れた性能を持つ。
【００５７】
したがって、本実施例１の電気駆動装置は、合理的かつシンプルな構造設計、低コスト、優れた性能、小さい振動と騒音、安定かつ信頼できる動作、長い耐用年数および強い環境適応性などの利点を有する。
【００５８】
<実施形態２>
電気駆動装置２１０は電動工具、４軸飛行器、電気自動車、電気船舶、産業用電気フォークリフト、電気軍用機器などの電気工具に設置されて電気機器を駆動する。
図４は本実施形態２における電気駆動装置の回路構造を示す概略図である。
【００５９】
図４に示すように、電気駆動装置２１０は直流モーター２１１、直流電源２１２、命令送信部２１３、出力センサー２１４、コントローラ２１５、駆動部２１８、チョッパ２１９および電流センサー２２０を備える。
直流モーター２１１は電気機器の駆動に使用される。直流モーター２１１は主磁極（図に示していない）の励磁巻線２１１１および少なくとも１つの電機子２１１２を備える。実施形態において、直流モーターは１つの電機子２１１２を備える。電機子２１１２は直流モーターの回転子である。
【００６０】
主磁極はすべての電機子２１１２に作用磁界を提供する。主磁極の励磁方式は永久磁石、他励磁、直列励磁、並列励磁または複合励磁が含まれる。主磁極は他励磁である場合、他励磁の巻線は単独で制御し、電機子巻線の制御と互いに独立する。主磁極は並列励磁である場合、並列励磁の巻線は独立のチョッパおよび直流電源２１２の電圧と同じである直流電源と独立した駆動ユニットによって給電する。本実施形態において、主磁極は直列励磁を採用する。
電機子２１１２はローターコア（図に示していない）、２ｊ本の電機子巻線支線２１１２１、整流子（図に示していない）および２組のブラシグループ２１１２２を備える。
整流子は２ｊ×ｍ個の整流子セグメントを備える。
【００６１】
電機子巻線支線２１１２１は電機子２１１２のローターコアに独立して取り付けられる。電機子巻線支線２１１２１はローターコアに巻き付けるｍ個の巻線で構成され、ｍは２以上の正整数である。電機子巻線支線２１１２１における巻線の連結方式はラップ巻きである。通常動作中、すべての電機子巻線支線の電流は互いに影響を及ぼさず、互いに独立している。電機子巻線支線２１１２１は、ブリッジアームユニットから供給される線電流に応じて出力トルクを発生し、電気機器を駆動する。
【００６２】
２組のブラシグループ２１１２２はその空間位置に対応する主磁極の極性によって２組に分けられ、それぞれ直流モーター２１１の２組の電力線に接続し、整流子の整流子セグメントに接触する。各ブラシグループには互いに独立したｊ個のブラシを備える。２ｊ個のブラシは整流子セグメントに均等に配置され、直流モーターの主磁極の空間位置に対応し、各ブラシは少なくとも１つの整流子セグメントに接触することができる。その１つのグループにおけるブラシはモーターの円周方向に沿って均等に配置され、その他のブラシグループの空間位置は同じグループにおける隣接の２つブラシの間に取り付ける。本実施形態において、ブラシは狭いブラシを採用し、その寸法は整流子セグメントの寸法よりわずか小さいである。本実施形態において、各ブラシは少なくとも１つ以上の整流子セグメントに接触することができる。
直流電源２１２は直流モーター２１１に定電圧直流を出力する、チョッパ２１９にも直流電流を供給する。直流電源２１２は電池パックまたは交流電源を整流・フィルタリングして得られた直流電源であり、本実施形態において、直流電源２１２は電池パックである。
【００６３】
命令送信部２１３は直流モーター２１１から出力する変位、速度またはトルクの値に対応する命令信号を送信する。
出力センサー２１４は直流モーター２１１から出力する変位、速度またはトルクを検出して対応する出力フィードバック信号を出力する。コントローラ２１５は出力フィードバック信号を受信する。
電流センサー２２０はブラシ引き出し線の線電流値を検出して対応する電流フィードバック信号を出力する。コントローラ２１５は電流フィードバック信号を受信する。
コントローラ２１５は命令送信部２１３の命令信号、出力センサー２１４の出力フィードバック信号および電流センサー２２０の電流フィードバック信号に従って駆動部の動作制御信号２１６とモーター制御信号２１７を計算する。
駆動部２１８は動作制御信号２１６の制御により動作状態となり、モータ制御信号２１７に基づいてチョッパ２１９の動作を駆動するための駆動信号を生成する。
チョッパ２１９は１つのブリッジアーム部を備え、１つのブラシグループのｊ個のブラシに対応するブリッジアームユニット２１９１を含む。各ブリッジアームユニット２１９は１つのチョッパブリッジアーム２１９１１および２つのフリーホイールダイオードを備え、共同で対応するブラシに線電流を供給する。
【００６４】
チョッパブリッジアーム２１９１１には互いに直列接続の上ブリッジアームパワートランジスターおよび下ブリッジアームパワートランジスター２１bを備える。すなわち、上ブリッジアームのパワートランジスターおよび下ブリッジアームのパワートランジスターはそれぞれ１つのフリーホイールダイオードに逆並列接続する。上ブリッジアームのパワートランジスターおよび下ブリッジアームパワートランジスターは、パワートランジスターの重要なパラメーターである所定の同じ最大出力電流を備え、この電流値以下である場合に限り、パワートランジスターは安定的に動作することができる、動作電流がこの電流値を超えると、過電流によりパワートランジスターが故障して破損する可能性がある。
上ブリッジアームのパワートランジスターまたは下ブリッジアームのパワートランジスターは半制御型または全制御型装置であり、該半制御装置は普通のサイリスタであり、全制御装置は電界効果トランジスター、ゲートターンオフサイリスタ、集積ゲート転流サイリスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスター、電力バイポーラトランジスタおよびゲート転流サイリスタ―のいずれか１つである。本実施形態において、該パワートランジスターは電界効果トランジスターである。
【００６５】
パワートランジスターの最大出力電流はI１、直流モーター２１１の最大電流はIｍaxである場合、電機子巻線支線２１１２１の個数２ｊは以下の条件を満たす：ｊ＞Iｍax ÷ I１、ｊは２以上の正整数である。
ｊは次のように確定される：直流モーター２１１の最大電流はIｍaxである場合、まず適切なパワートランジスターを選択し、その単一部品の最大出力電流を決定し、そして上記の公式に従って計算し、その計算結果を整数まで丸めてｊを得る。
【００６６】
実施形態２の作用と効果
本実施形態２によって提供される電気駆動装置、電気機器により、直流モーターにはｍ個の巻線からなる２ｊ本の電機子巻線支線、巻線に接続する２ｊ×ｍ個の整流子セグメント、チョッパに接続して整流子セグメントに接触する２ｊ個のブラシ、チョッパはハーフブリッジチョッパーであり、チョッパはｊ個の独立したブリッジアームユニットを備え、各ブリッジアームユニットは１つのチョッパブリッジアームおよび２つのフリーホイールダイオードを備え、各電流出力線は対応して接続するブラシに線電流を供給し、チョッパブリッジアームは２つの直列接続のパワートランジスターを含み、各パワートランジスターは１つのフリーホイールダイオードと逆並列接続するため、いずれかの２つのブリッジアームユニットから出力する線電流は相互に独立し、互いに干渉しないことであり、さらにチョッパの出力電流はブリッジアームユニットの個数を増加することによって直線的に増やすことができ、理論的には無限大に達することができる。
【００６７】
したがって、本実施形態では、チョッパのもともと成熟したコントロールアルゴリズムと直流モーターの成熟した製造技術を保持するだけでなく、パワートランジスター性能への一致性要件を低減し、通常のパワートランジスターを使用するだけで要件を満たすことができ、多数のパワートランジスターから一致性の高いものを選択するための人的と物的資源の浪費を回避することができる。
さらに、本実施形態２の電気駆動装置は、大電流チョッパおよび大電流駆動装置に対する国外の独占および封鎖を破り、該電気駆動装置は、トラック、ブルドーザー、掘掘機など、汚染が大きく、始動速度が遅く、エネルギー利用率が低い燃料エンジンを取って代わって現在電気モーターを使用できない大型機関車に適用することができ、またはより大きい電流が必要である電気戦車、電気軍艦および電気駆動空母などの軍事装置に使用することができ、大電流の電気駆動装置の国産化を実現した。また、交流モーター駆動装置と比較して、より優れたシステム性能を持つ。
【００６８】
また、不可逆的作業環境において、本実施形態２で使用されるハーフブリッジチョッパは、フルブリッジチョッパよりも回路がシンプルでデバイスが少なく、信頼性がより高く、コストがより低いなどの利点を有する。
したがって、実施形態２の電気駆動装置は、合理的かつシンプルな構造設計、低コスト、優れた性能、小さい振動と騒音、安定かつ信頼できる動作、長い耐用年数などの利点を有する。
【００６９】
<実施形態３>
電気駆動装置３１０は電動工具、４軸飛行器、電気自動車、電気船舶、産業用電気フォークリフト、電気軍用機器などの電気工具に設置されて電気機器を駆動する。
図５は本実施例３における電気駆動装置の回路構造を示す概略図である。
【００７０】
図５に示すように、電気駆動装置３１０は直流モーター３１１、直流電源３１２、命令送信部３１３、出力センサー３１４、コントローラ３１５、駆動部３１８、チョッパ３１９および電流センサー３２０を備える。
直流モーター３１１は電気機器の駆動に使用される。直流モーター３１１は主磁極（図に示していない）の励磁巻線３１１１および少なくとも１つの電機子３１１２を備える。実施形態において、直流モーターは１つの電機子３１１２を備える。電機子３１１２は直流モーターの回転子である。
【００７１】
主磁極はすべての電機子３１１２に作用磁界を提供する。主磁極の励磁方式は永久磁石、他励磁、直列励磁、並列励磁または複合励磁が含まれる。主磁極は他励磁である場合、他励磁の巻線は単独で制御し、電機子巻線の制御と互いに独立する。主磁極は並列励磁である場合、並列励磁の巻線は独立のチョッパおよび直流電源３１２の電圧と同じである直流電源と独立した駆動ユニットによって給電する。本実施形態において、主磁極は直列励磁を採用する。
電機子３１１２はローターコア（図に示していない）、２ｊ本の電機子巻線支線３１１２１、整流子（図に示していない）および２組のブラシグループ３１１２２を備える。
整流子は２ｊ×ｍ個の整流子セグメントを備える。
電機子巻線支線３１１２１は電機子３１１２のローターコアに独立して取り付けられる。電機子巻線支線３１１２１はローターコアに巻き付けるｍ個の巻線で構成され、ｍは２以上の正整数である。電機子巻線支線３１１２１における巻線の連結方式はラップ巻きである。通常動作中、すべての電機子巻線支線の電流は互いに影響を及ぼさず、互いに独立している。電機子巻線支線３１１２１は、ブリッジアームユニットから供給される線電流に応じて出力トルクを発生し、電気機器を駆動する。
【００７２】
２組のブラシグループ３１１２２はその空間位置に対応する主磁極の極性によって２組に分けられ、それぞれ直流モーター３１１の２組の電力線に接続し、整流子の整流子セグメントに接触する。各ブラシグループには互いに独立したｊ個のブラシを備える。２ｊ個のブラシは整流子セグメントに均等に配置され、直流モーターの主磁極の空間位置に対応し、各ブラシは少なくとも１つの整流子セグメントに接触することができる。その１つのグループにおけるブラシはモーターの円周方向に沿って均等に配置され、その他のブラシグループの空間位置は同じグループにおける隣接の２つブラシの間に取り付ける。本実施形態において、ブラシは狭いブラシを採用し、その寸法は整流子セグメントの寸法よりわずか小さいである。本実施形態において、各ブラシは少なくとも１つ以上の整流子セグメントに接触することができる。
【００７３】
直流電源３１２は直流モーター２１１に定電圧直流を出力する、チョッパ２１９にも直流電流を供給する。直流電源３１２は電池パックまたは交流電源を整流・フィルタリングして得られた整流源であり、本実施形態において、直流電源３１２は電池パックである。
命令送信部３１３は直流モーター３１１から出力する変位、速度またはトルクの値に対応する命令信号を送信する。
出力センサー３１４は直流モーター３１１から出力する変位、速度またはトルクを検出して対応する出力フィードバック信号を出力する。コントローラ３１５は出力フィードバック信号を受信する。
【００７４】
電流センサー３２０はブラシ引き出し線の線電流値を検出して対応する電流フィードバック信号を出力する。コントローラ３１５は電流フィードバック信号を受信する。
コントローラ３１５は命令送信部３１３の命令信号、出力センサー３１４の出力フィードバック信号および電流センサー３２０の電流フィードバック信号に従って駆動部の動作制御信号３１６とモーター制御信号３１７を計算する。
駆動部３１８は動作制御信号３１６の制御により動作状態となり、モータ制御信号３１７に基づいてチョッパ３１９の動作を駆動するための駆動信号を生成する。
チョッパ３１９は定電圧直流電流を駆動部３１８からの駆動信号により平均電圧が制御可能である可変電圧直流電流に変換して直流モーター１１に供給する。チョッパー３１９は単管チョッパである。単管チョッパは降圧チョッパ、昇圧チョッパまたは昇降圧チョッパである。本実施形態において、チョッパ３１９は降圧チョッパである。
【００７５】
チョッパ３１９には１つのブリッジアーム部を備え、その中の１つのブラシグループにおけるｊ個のブラシに対応するブリッジアームユニット３１９１を含む。各ブリッジアームユニット３１９１には１つのパワートランジスターおよび該パワートランジスターと逆直列接続のダイオードを備え、共同で対応したブラシに線電流を供給する。
【００７６】
パワートランジスターは半制御型または全制御型装置であり、該半制御装置は普通のサイリスタであり、全制御装置は電界効果トランジスター、ゲートターンオフサイリスタ、集積ゲート転流サイリスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスター、電力バイポーラトランジスタおよびゲート転流サイリスタ―のいずれか１つである。本実施形態において、パワートランジスターは電界効果トランジスターである。
パワートランジスターの最大出力電流はI１、直流モーター２１１の最大電流はIｍaxである場合、電機子巻線支線３１１２１の個数２ｊは以下の条件を満たす：ｊ＞Iｍax ÷ I１、ｊは２以上の正整数である。
【００７７】
ｊは次のように確定される：直流モーター３１１の最大電流はIｍaxである場合、まず適切なパワートランジスターを選択し、その単一部品の最大出力電流を決定し、そして上記の公式に従って計算し、その計算結果を整数まで丸めてｊを得る。
【００７８】
実施形態３の作用および効果
本実施形態３によって提供される電気駆動装置、電気機器により、直流モーターにはｍ個の巻線からなる２ｊ本の電機子巻線支線、巻線に接続する２ｊ×ｍ個の整流子セグメント、チョッパに接続して整流子セグメントに接触する２ｊ個のブラシ、チョッパはハーフブリッジチョッパーであり、チョッパはｊ個の独立したブリッジアームユニットを備え、各ブリッジアームユニットはそれぞれ１つのブラシに接続し、ｊとｍは２以上の正整数である、したがって、いずれかの２つのブリッジアームユニットから出力する線電流は相互に独立し、互いに干渉しないことであり、さらにチョッパの出力電流はブリッジアームユニットの個数を増加することによって直線的に増やすことができ、理論的には無限大に達することができ、チョッパのもともと成熟したコントロールアルゴリズムと直流モーターの成熟した製造技術を保持するだけでなく、パワートランジスター性能への一致性要件を低減し、通常のパワートランジスターを使用するだけで要件を満たすことができ、多数のパワートランジスターから一致性の高いものを選択するための人的と物的資源の浪費を回避することができる。
【００７９】
さらに、本実施形態３の電気駆動装置は、大電流チョッパおよび大電流駆動装置に対する国外の独占および封鎖を破り、該電気駆動装置は、トラック、ブルドーザー、掘掘機など、汚染が大きく、始動速度が遅く、エネルギー利用率が低い燃料エンジンを取って代わって現在電気モーターを使用できない大型機関車に適用することができ、またはより大きい電流が必要である電気戦車、電気軍艦および電気駆動空母などの軍事装置に使用することができ、大電流の電気駆動装置の国産化を実現した。また、交流モーター駆動装置と比較して、より優れたシステム性能を持つ。
また、逆動作およびフィードバックブレーキ作動回路が必要ではない環境下で、本実施形態３で使用される単管チョッパは、ハーフブリッジチョッパとフルブリッジチョッパよりも回路がシンプルでデバイスが少なく、信頼性がより高く、コストがより低いなどの利点を有する。
【００８０】
したがって、実施形態３の電気駆動装置は、合理的かつシンプルな構造設計、低コスト、優れた性能、小さい振動と騒音、安定かつ信頼できる動作、長い耐用年数などの利点を有する。
また、直流電流は、１つの直流ユニットまたはブリッジアームユニットに対応して接続する複数の直流ユニットを備え、直流ユニットは電池または交流電源を整流・フィルタリングして得られた直流電源である。
【００８１】
直流電源はブリッジアームユニットに対応して接続する直流ユニットを備えるとき、直流電源の総電流と比較して、各直流ユニットの出力電流が比較的低く、直流ユニットとチョッパとの間の接続線、接続線と直流ユニットとの接続部品、接続線とチョッパとの接続部品は接触抵抗と絶縁に対する要求がより低く、生産上の困難とコストを低減するだけでなく、システムの信頼性と安全性を向上させるのにも役立つ。
直流ユニットは電池パックかつブリッジアームユニットに対応して接続する電池ユニットを備える場合、電池ユニット内の電池セルは並列接続技術を必要なく、直列接続技術だけで要求を満たすことができる、それにより、複数の電池セルの並列接続によって引き起こされる電池バランスの問題を排除しながら、複数の電池セルの不一致を減らすために発生する費用を免除することができる。電源の供給に関しては、単一の大容量直列電池パックが複数の比較的小容量の直列電池セルに置き換えられ、数量が同じである電池セルの場合に直列接続による電池の全体的性能の劣化を低減し、エネルギー密度、電力、性能、耐久性と安全性を高め、電気機器の航続と性能に対してより良い保証を提供する。
【００８２】
駆動部はブリッジアームユニットに対応して接続する複数の駆動装置を備えるとき、各駆動装置はコントローラからの動作制御信号およびモーター制御信号を受信し、動作制御信号の作用下で動作状態または停止状態となり、動作状態下でモーター制御信号に応じて駆動信号を生成し、各駆動装置はそれぞれ１つのブリッジアームユニットに接続し、各ブリッジアームユニットはそれぞれ１本の電力線に接続し、各駆動装置は１つのブリッジアームユニット、１本の電力線、１つのブラシと２本の電機子巻線支線に対応して接続し、駆動装置、ブリッジアーム、電力線、ブラシまたは電機子巻線支線のいずれかが故障下場合、本実施形態のコントローラは動作制御信号を出力して対応した駆動装置の動作を停止し、さらに損傷した駆動装置、ブリッジアームユニット、電力線、ブラシまたは電機子巻線支線を遮蔽して隔離し、故障の拡大を回避し、電気駆動装置と電気機器が通常のように作動し、または軽負荷で実行できるように保証し、電気機器、特に高速稼働する電気機器の安全事故の発生率を大幅に減らすことができる。
【００８３】
上記の実施形態において、ブラシは狭いブラシであるが、本発明のブラシとして、ワイドブラシを採用することができる。
上記の実施形態において、主磁極は直列励磁巻線を採用し、励磁巻線はチョッパと直列接続する。本発明の電気駆動装置として、主磁極の励磁方式は永久磁石、励磁巻線は他励磁で、電圧が調整できる独立した直流電源で給電することができる、励磁巻線は並列励磁で、独立したチョッパおよび直流電源と駆動部と接続する。励磁巻線は直列励磁と並列励磁巻線を含む複合励磁巻線であってよい。
【００８４】
上記の実施形態において、電気駆動装置に含まれる電流センサーは、内輪センサーである。 本発明の電気駆動装置として、内輪センサーが検出する前記物理的パラメーターは、電圧、電流、回転速度、トルクのうちの少なくとも一つであってもよい。
上記のように本発明の基本原理、主な特徴、および本発明の利点を表示し、説明した。 当業者は、本発明は上記の実施形態に限定されず、上記の実施形態と明細書に記載されているものは本発明の原理だけであり、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明は様々な変更および修正を行うことができ、これらの変更と修正は本発明が請求する保護範囲内に含まれることを理解すべきである。本発明が請求する保護範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの同等物によって定義される。
【図１】
2020516210.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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