降压斩波式直流电机驱动装置以及电动设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种降压斩波式直流电机驱动装置以及电动设备。该直流电机驱动装置包括：直流电机；直流电源部；以及降压斩波式斩波器，其中，降压斩波式斩波器具有m个斩波单元，每个斩波单元包含上桥臂和下桥臂、以及第一电源输出端和第二电源输出端，上桥臂包含至少一个功率开关管、至少一个电容、至少一个电感、以及开关控制端，控制信号包含分别与m个斩波单元相对应并且按照预定相位错开规则而形成的m个开关控制信号，开关控制端用于对应地接收开关控制信号，下桥臂包含至少一个二极管，第一电源输出端设置在上桥臂与下桥臂之间，第二电源输出端设置在下桥臂与直流电源部相连接的端部。

【技术实现步骤摘要】
降压斩波式直流电机驱动装置以及电动设备
本专利技术属于直流电机驱动装置领域，特别涉及一种降压斩波式直流电机驱动装置以及包含该降压斩波式直流电机驱动装置的电动设备。
技术介绍
直流电机具有体积小、效率高、结构简单以及通过改变电枢电压来方便调速等优点，广泛应用于电动汽车、电动自行车、火炮、坦克以及雷达等电动设备中。如图8所示，传统的直流电机驱动装置200由直流电机、斩波器、直流电源以及控制部构成。然而，传统的直流电机驱动装置200存在以下缺陷：1)其斩波器采用脉冲宽度调制技术来控制功率开关管的导通和关断，进而改变输出电压和输出电流，因此输出电流纹波的大小与直流电机输出转矩和转速纹波的大小成正比，又与功率开关管的开关频率成反比。由于功率开关管的开关损耗(或温升、故障率)与其开关频率成正比，因此，为了减小直流电机输出转矩和转速的纹波大小，必须增大功率开关管的开关频率；而当功率开关管的开关频率增大时，功率开关管的开关损耗也随之增大，容易导致功率开关管发生损坏，进而导致斩波器整体失效或短路等故障。这一个矛盾关系阻碍了直流电机驱动装置的发展，导致直流电机驱动装置难以应用在对电机的转速和转矩纹波要求严格的电动设备上。2)在传统的直流电机驱动装置200中，斩波器的最大输出电流一般是直流电机的额定电流的2到3倍，对于大功率直流电机，特别是低压大电流直流电机，其所用斩波器的实际工作电流往往达到几百安培甚至上千安培。然而，市场上能够采购到的斩波器的最大输出电流通常在一千安培以下，并且能够用于大功率直流电机所用斩波器中的功率开关管的价格昂贵，导致斩波器的制造成本过高。3)在传统的直流电机驱动装置200中，直流电机只有一对与斩波器的电源输出端子电气连接的外部接线端子，因此当电刷或者直流电机与斩波器之间的连接线出现故障时，直流电机容易出现突然失控的现象，进而导致电动设备故障甚至引发安全事故。
技术实现思路
本专利技术是为解决上述问题而进行的，目的在于提供一种降压斩波式直流电机驱动装置以及包含该降压斩波式直流电机驱动装置的电动设备。为了实现上述目的，本专利技术采用了下述技术方案：<结构一>本专利技术提供了一种降压斩波式直流电机驱动装置，包括：直流电机，具有额定电压；直流电源部，具有与额定电压相对应的恒定电压；以及降压斩波式斩波器，基于控制信号将恒定电压转换为可变电压并提供给直流电机，其中，降压斩波式斩波器具有m个斩波单元，每个斩波单元包含上桥臂和下桥臂、以及第一电源输出端和第二电源输出端，上桥臂与下桥臂相互串联连接，上桥臂与直流电源部的正极相连接，下桥臂与直流电源部的负极相连接，上桥臂包含至少一个功率开关管、至少一个电容、至少一个电感以及开关控制端，功率开关管与电感串联连接，每一个功率开关管具有一个控制极，开关控制端基于控制极而形成，控制信号包含分别与m个斩波单元相对应并且按照预定相位错开规则而形成的m个开关控制信号，开关控制端用于对应地接收开关控制信号，下桥臂包含至少一个二极管，第一电源输出端设置在上桥臂与下桥臂之间，第二电源输出端设置在下桥臂与直流电源部相连接的端部，所有斩波单元的m个第一电源输出端与所有斩波单元的m个第二电源输出端分别相对应地形成m对电源输出端子，直流电机包括：机壳；m对电刷，固定在机壳内；定子，设置在机壳内，包含与m对电刷相对应的m对主磁极；以及转子，设置在定子内，包含采用预定的联结方式进行相互联结的多个电枢绕组，每一对主磁极含有相邻的S极性主磁极和N极性主磁极，每一对电刷中的两个电刷的位置相邻，每一对电刷含有一个与S极性主磁极相对应的S极对应电刷和一个与N极性主磁极相对应的N极对应电刷，所有S极对应电刷的引出端形成m个第一接线端，所有N极对应电刷的引出端形成m个第二接线端；或者，所有N极对应电刷的引出端形成m个第一接线端，所有S极对应电刷的引出端形成m个第二接线端，m个第一接线端与m个第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，m对外部接线端子与m对电源输出端子一一对应连接，m为不小于2的正整数。本专利技术提供的降压斩波式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，每个斩波单元中的功率开关管的开关频率fs、电感的电感值Lr以及电容的电容值Cr满足以下关系：本专利技术提供的降压斩波式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，预定相位错开规则是m个开关控制信号的相位分别依次错开m分之一开关周期；或者，m为偶数，预定相位错开规则是m个开关控制信号的相位分别依次错开m分之二开关周期。本专利技术提供的降压斩波式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征，还包括：控制部，包括控制器和放大器，其中，控制器根据预定相位错开规则生成m个开关控制信号，放大器对m个开关控制信号进行放大并对应地提供给m个开关控制端。本专利技术提供的降压斩波式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，放大器由相互独立的m个放大单元构成，该m个放大单元分别与m个斩波单元相对应，每个放大单元都具有一个与开关控制端对应连接的放大信号输出端。本专利技术提供的降压斩波式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，上桥臂包含一个功率开关管，当所有功率开关管具有相同的最大输出电流I1，直流电机的最大电流为Imax时，m满足下述条件：m＞1.1(Imax÷I1)；或者，上桥臂包含相互并联连接的p个功率开关管，当所有功率开关管具有相同的最大输出电流I1，直流电机的最大电流为Imax，m满足下述条件：m＞1.1(Imax÷(k×p×I1))，p为不小于2的正整数，k为并联系数，1/p<k<1。本专利技术提供的降压斩波式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，预定的联结方式是单叠、复叠和复波中的任意一种。本专利技术提供的降压斩波式直流电机驱动装置，还可以具有这样的特征：其中，功率开关管为半控型器件或全控型器件，半控型器件为普通晶闸管，全控型器件为电力场效应晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管、绝缘栅双极型晶体管以及电力双极型晶体管中的任意一种。<结构二>本专利技术还提供了一种电动设备，包括：降压斩波式直流电机驱动装置，其中，降压斩波式直流电机驱动装置为<结构一>的降压斩波式直流电机驱动装置。本专利技术提供的电动设备，还可以具有这样的特征：其中，电动设备为电动汽车、电动自行车、火炮、坦克以及雷达中的任意一种。专利技术的作用与效果与现有技术相比，根据本专利技术所涉及的降压斩波式直流电机驱动装置以及包含该降压斩波式直流电机驱动装置的电动设备，具有以下优点：1)因为降压斩波式斩波器具有m个斩波单元，每个斩波单元包含上桥臂和下桥臂、以及第一电源输出端和第二电源输出端，上桥臂与下桥臂相互串联连接，上桥臂与直流电源部的正极相连接，下桥臂与直流电源部的负极相连接，上桥臂包含至少一个功率开关管、至少一个电容、至少一个电感以及开关控制端，每一个功率开关管具有一个控制极，开关控制端基于控制极而形成，下桥臂包含至少一个二极管，第一电源输出端设置在上桥臂与下桥臂之间，第二电源输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降压斩波式直流电机驱动装置，其特征在于，包括：/n直流电机，具有额定电压；/n直流电源部，具有与所述额定电压相对应的恒定电压；以及/n降压斩波式斩波器，根据控制信号将所述恒定电压转换为可变电压并提供给所述直流电机，/n其中，所述降压斩波式斩波器具有m个斩波单元，/n每个所述斩波单元包含上桥臂和下桥臂、以及第一电源输出端和第二电源输出端，/n所述上桥臂与所述下桥臂相互串联连接，/n所述上桥臂与所述直流电源部的正极相连接，所述下桥臂与所述直流电源部的负极相连接，/n所述上桥臂包含至少一个功率开关管、至少一个电容、至少一个电感以及开关控制端，/n所述功率开关管与所述电感串联连接，并与所述电容并联连接，/n每一个所述功率开关管具有一个控制极，/n所述开关控制端基于所述控制极而形成，/n所述控制信号包含分别与所述m个斩波单元相对应并且按照预定相位错开规则而形成的m个开关控制信号，/n所述开关控制端用于对应地接收所述开关控制信号，/n所述下桥臂包含至少一个二极管，/n所述第一电源输出端设置在所述上桥臂与所述下桥臂之间，所述第二电源输出端设置在所述下桥臂与所述直流电源部相连接的端部，/n所有所述斩波单元的m个所述第一电源输出端与所有所述斩波单元的m个所述第二电源输出端分别相对应地形成m对电源输出端子，/n所述直流电机包括：/n机壳；/nm对电刷，固定在所述机壳内；/n定子，设置在所述机壳内，包含与m对所述电刷相对应的m对主磁极；以及/n转子，设置在所述定子内，包含采用预定的联结方式进行相互联结的多个电枢绕组，/n每一对所述主磁极含有相邻的S极性主磁极和N极性主磁极，/n每一对所述电刷中的两个所述电刷的位置相邻，/n每一对所述电刷含有一个与S极性主磁极相对应的S极对应电刷和一个与N极性主磁极相对应的N极对应电刷，/n所有所述S极对应电刷的引出端形成m个第一接线端，所有所述N极对应电刷的引出端形成m个第二接线端；或者，所有所述N极对应电刷的引出端形成m个第一接线端，所有所述S极对应电刷的引出端形成m个第二接线端，/n所述m个第一接线端与所述m个第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，/n所述m对外部接线端子与所述m对电源输出端子一一对应连接，/n所述m为不小于2的正整数。/n...

【技术特征摘要】
1.一种降压斩波式直流电机驱动装置，其特征在于，包括：
直流电机，具有额定电压；
直流电源部，具有与所述额定电压相对应的恒定电压；以及
降压斩波式斩波器，根据控制信号将所述恒定电压转换为可变电压并提供给所述直流电机，
其中，所述降压斩波式斩波器具有m个斩波单元，
每个所述斩波单元包含上桥臂和下桥臂、以及第一电源输出端和第二电源输出端，
所述上桥臂与所述下桥臂相互串联连接，
所述上桥臂与所述直流电源部的正极相连接，所述下桥臂与所述直流电源部的负极相连接，
所述上桥臂包含至少一个功率开关管、至少一个电容、至少一个电感以及开关控制端，
所述功率开关管与所述电感串联连接，并与所述电容并联连接，
每一个所述功率开关管具有一个控制极，
所述开关控制端基于所述控制极而形成，
所述控制信号包含分别与所述m个斩波单元相对应并且按照预定相位错开规则而形成的m个开关控制信号，
所述开关控制端用于对应地接收所述开关控制信号，
所述下桥臂包含至少一个二极管，
所述第一电源输出端设置在所述上桥臂与所述下桥臂之间，所述第二电源输出端设置在所述下桥臂与所述直流电源部相连接的端部，
所有所述斩波单元的m个所述第一电源输出端与所有所述斩波单元的m个所述第二电源输出端分别相对应地形成m对电源输出端子，
所述直流电机包括：
机壳；
m对电刷，固定在所述机壳内；
定子，设置在所述机壳内，包含与m对所述电刷相对应的m对主磁极；以及
转子，设置在所述定子内，包含采用预定的联结方式进行相互联结的多个电枢绕组，
每一对所述主磁极含有相邻的S极性主磁极和N极性主磁极，
每一对所述电刷中的两个所述电刷的位置相邻，
每一对所述电刷含有一个与S极性主磁极相对应的S极对应电刷和一个与N极性主磁极相对应的N极对应电刷，
所有所述S极对应电刷的引出端形成m个第一接线端，所有所述N极对应电刷的引出端形成m个第二接线端；或者，所有所述N极对应电刷的引出端形成m个第一接线端，所有所述S极对应电刷的引出端形成m个第二接线端，
所述m个第一接线端与所述m个第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，
所述m对外部接线端子与所述m对电源输出端子一一对应连接，
所述m为不小于2的正整数。


2.根据权利要求1所述的降压斩波式直流电机驱动装置，其特征在于：
其中，每个所述斩波单元中的所述功率开关管的开关频率fs、所述电感的电感值Lr以及所述电容的电容值Cr满足以下关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静怡，
申请(专利权)人：李静怡，
类型：发明
国别省市：上海;31