[发明专利]多相交流电机、逆变器、电驱动组件以及电动装置

说明书

技术领域

本发明属于交流电机领域，特别涉及一种大电流多相交流电机、逆变器、包含该多相交流电机以及逆变器的电驱动组件以及包含该电驱动组件的电动装置。

背景技术

大功率的电动装置通常选择交流电机作为驱动电机。交流电机和逆变器连接，逆变器和直流电源连接，当电机开始启动时，逆变器根据控制器和触发电路发出的控制信号将直流电转换成交流电，提供给交流电机。

对于机车、舰艇或船舶等移动式电动装置而言，直流电源一般选择电池。出于安全的考虑，电池的电压不能太高，一般小于60伏，因此，为了满足大功率电机和负载的需求，逆变器的输出电流势必会非常大，功率开关元件也必须选用额定工作电流更大的。

然而，受各种条件的影响，能够承受大功率电机所要求的大工作电流的功率开关元件价格很高或者无法购买，甚至不存在。为了实现逆变器向大功率交流电机顺利提供交流电，往往选用两个或两个以上的总价格偏低，容易购买的额定工作电流相对较小的开关元件代替一个大电流开关元件，一般把这种方法称之为并联。

图2为现有技术中常见的大电流三相交流电机和逆变器的连接关系示意图，由图2可知，逆变器采用并联均流技术，交流电机每一相的线电流都由j个并联的同相逆变器桥臂共同提供。理论上，每个逆变器桥臂上的开关元件中所流过的电流值是交流电机线电流的j分之一，也就是说，这j个并联的小电流半导体开关元件共同承担电机的一个线电流。

由于单独的一个小电流半导体开关元件无法承担一个大电流电机的线电流，如果出现大电流流过单个的小电流半导体开关元件，超越了小电流开关元件的承受能力的情况，小电流开关元件必然损坏。

在开关特性一致性很高的情况下，并联的半导体开关元件能够同时导通和同时关断，从而在导通期间共同分担电机每一线的大电流，均流效果则会较好。但这种半导体开关元件需要从大量的开关元件中精挑细选才能得到，致使使用成本很高，并联的开关元件越多，成本越是急剧上升。此外，即使挑选出的这些开关元件在使用前的测试过程中一致性高，随着使用环境和器件老化的影响，也难以保证在使用过程中仍然能保持这么高的一致性。

受各种因素的影响，当开关元件从关断状态转变为导通状态时，如果并联的小电流开关元件无法同时导通将导致均流失败，那么提前导通的单个开关元件将流过很大的电机线电流，从而开关元件出现损坏；同样的道理，当开关元件从导通状态转变为关断状态时，如果并联的小电流开关元件无法同时关断将导致均流失败，那么最后关断的那个开关元件也将流过很大的电机线电流，从而开关元件出现损坏。

随着开关元件并联数量的增长，其开关特性的一致性更加难以保证，致使均流效果越差，从而损坏的可能性越高，问题愈发严重。由于该并联均流技术无法保证任意多个并联的开关元件同时导通和同时关断，而严重影响和限制了大电流电机电流值的增大，使得大电流电机成为一个很难跨越的障碍。基于目前的技术，一般能够实现2个开关元件并联，国外只有个别公司可以做到4-5个开关元件并联。

为了解决上述问题，本发明的发明人提出了图3中所显示的三相交流电机和逆变器结构。由图3可知，根据所选择的逆变器22上的半导体开关元件(221a、221b)的额定工作电流，将三相交流电机21的大绕组分成j个独立安装的小绕组211，然后将逆变器22的每相逆变桥臂也分成j个小桥臂，同时将k个不同相的小桥臂进行组合，形成分别和j个小绕组一一对应连接的j个小逆变器221。

每个小逆变器221独立向与之连接的小绕组211供电，其输出电流是电机额定线电流的1/j，只要j足够大，现有的小电流半导体开关元件完全能够承受任意大的电流强度。

但是，图3中的这种结构也使得逆变器的输出电线接头由原来的三根激增成了3j根，交流电机的接头也由原来的三根激增成了3j根，增加了生产过程中分接、安装引出线的复杂程度、难度和成本，以至于工人极容易将接头接错，导致电机无法正常运转；逆变器输出线增多，导致电路板的面积也变大，成本上升；而且在日后的电机和逆变器维护或维修过程中，也很难对接头进行逐个检查，将出现故障的接头找出，造成维护或维修的难度较大。此外，数量如此庞大的接头不仅增加大生产商在接头上的投入，而且交流电机外部的用于容纳这些接头的铝质接线盒的体积也成倍增大，造成交流电机的体积变大，这些都会在一定程度上增加电机和逆变器的生产成本。

发明内容