电动机驱动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电动机驱动系统，该电动机驱动系统能够提高能效。该电动机驱动系统具有ＤＣ恒流电源装置（１）、控制来自所述ＤＣ恒流电源装置（１）的ＤＣ电流的方向而生成矩形波ＡＣ电流的多相恒流逆变器（２）、以及进行与从所述多相恒流逆变器（２）流过定子绕组的矩形波ＡＣ电流相应的驱动和制动的多相恒流电动机（３），ＤＣ恒流电源装置（１）具有用于供应ＤＣ电压的ＤＣ电源（２９）以及输入来自所述ＤＣ电源（２９）的ＤＣ电压并根据所述多相恒流电动机（３）的电动势来控制输出电压的极性和幅值以输出ＤＣ恒定电流的半导体开关（３１）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用电动机来驱动电动汽车或其他运输装置的电动机驱 动系统。
技术介绍
DC电动机是由逆变器控制进行驱动的。具体地说，检测DC电动机 中转子的位置，接着逆变器基于该位置信息来控制对DC电动机的电流 供应。在DC电动机中，通常通过圆柱形永磁铁来构造转子的磁性材料。 另一方面，在面向所述圆柱形永磁铁的一极(N极或S极)的定子侧设 置一个(一相)绕组。于是，成为定子侧的一个绕组与转子侧的一极相 对的形式。当使用这种DC电动机时，有时在制动期间对电动机充电以提高能 效。例如，专利文献1公开了设置有充电电路和再生操作检测/比较电路 等的电动机驱动系统，该充电电路用于对基于恒压系统的高速驱动时的 再生能量进行充电，再生操作检测/比较电路用于检测是否是高速驱动。 在该电动机驱动系统中，再生的能量被存储在双层电容器中，或者该双 层电容器仅在满足预定条件时放电。此外，专利文献2公开了在电容器 处回收高速驱动时的再生能量的电动机驱动系统。专利文献l:日本特开平6-276616号公报专利文献2:日本特开平7-143611号公报然而，在专利文献1和2中，当电动机以低速运行时，换句话说， 当电动机电动势(负载电动势)小的时候，该再生能量就不能回收。因此，本专利技术的目的是要提供一种在能效上有改进的电动机驱动系统。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电动机驱动系统，该电动机驱动系统具有电源装置、控制来自所述电源装置的DC电流的方向并且产生矩形波AC电流的 逆变器、以及根据从所述逆变器流过定子绕组的矩形波AC电流对对象 进行驱动和制动的电动机，其中所述电源装置具有用于提供DC电压的 DC电源，以及电压控制装置，该电压控制装置接收来自所述DC电源的 DC电压作为输入，并根据所述电动机的电动势来控制所述输出电压的极 性和幅值，从而使得输出电流为DC恒定电流。由于该结构，电源装置可以根据所述电动机的电动势来控制所述输 出电压的极性和幅值。其对逆变器提供固定方向以及固定幅值的恒定电 流，在电动机驱动时放电，并在制动时利用再生电力进行充电，直到电 动机停止，换句话说，直到电动机电动势变为零，并且可以提高能效。 此外，该电动机是由DC电流驱动的DC电动机，因此可以实现较小的尺 寸和高扭矩效率。此外，在本专利技术的电动机驱动系统中，所述电压控制装置将所述输 出电压控制为电动机电动势的电压与后级电路的电压降之和。根据该结构，所述电源装置可以向逆变器提供对应于输出电压与电 动机电动势之差的DC恒定电流。此外，在本专利技术的电动机驱动系统中，所述电压控制装置具有连接 到所述DC电源的非对称控制PWM桥，该非对称控制PWM桥由根据所 述电动机电动势执行开关操作的多个开关构成。此外，在本专利技术的电动机驱动系统中，在所述非对称控制PWM桥 中，根据所述电动机的电动势来在所述多个开关中选择导通的开关并控 制导通周期。由于该结构，所述电源装置的输出电压为矩形波。可以对平均值进 行适当控制。此外，在本专利技术的电动机驱动系统中，所述电压控制装置具有开关 和电抗器，该开关与所述非对称控制PWM桥的输出侧并联连接，所述开关在非对称控制PWM桥中的开关的截止周期中导通，并且所述电抗 器设置在所述电压控制装置的输出端。由于该结构，即使在所述非对称控制PWM桥中的开关处于断开周 期时，也可以对所述逆变器不间断地供应DC恒定电流。此外，在本专利技术的电动机驱动系统中，所述DC电源具有充入所述 电动机的再生电力的功能。根据该结构，可以充入再生电力并提高能效。从类似的观点来看，本专利技术的电动机驱动系统具有与所述DC电源 并联连接的电容元件。由于该结构，当DC电源没有充电功能或其具有充电功能但是再生 电力在短时间内剧烈波动时，即使无法适当充电时，也可以通过再生电 力对所述电容装置进行充电。此外，在本专利技术的电动机驱动系统中，所述电动机是多相恒流电动 机，其具有转子，其在具有旋转轴的圆柱结构体的外周、以N极和S极交替地位于外周侧和内周侧的方式设置有构成多个NS对的磁铁，该磁 铁被配置成使得半径方向上的形状和磁化强度是均匀的，并且在外周生 成的圆周方向的的磁通密度分布是矩形波状，以及定子，其具有隔着空 隙围绕所述转子的外周侧设置的环状铁芯，在该环状铁芯的内周侧，针 对所述转子的每个NS对、对于各相串联或并联地连接有数目与相数对应 的定子绕组，并且设置有数目与相数相应的输入端子。此外，在本专利技术的电动机驱动系统中，所述逆变器是多相恒流逆变 器，其对应于各相设置，并且由数目与相数相应的、与对应相的所述定 子绕组连接的单相桥单元串联连接而构成。此外，在本专利技术的电动机驱动系统中，所述逆变器根据所述转子的 角位置来反转切换向所述单相桥单元输入的DC电流。由于该结构，可以提高电动机的扭矩效率。此外，在本专利技术的电动机驱动系统中，所述逆变器按电气角(180Q/ 相数)的相位差顺次向所述定子绕组的各相提供具有18(^电气角宽度的 矩形波AC电流。由于该结构，可以使电动机中的转子产生由宽度为180e电气角的矩 形波磁通密度和宽度为180Q的矩形波交流电流的协同作用产生的有效旋 转力。此外，在本专利技术的电动机驱动系统中，在所述电动机的驱动时和制 动时之间，所述逆变器将所述直流电流的反转切换定时偏移所述转子旋 转与电气角18()G相对应的角度的时间。由于该结构，可以使驱动电动机时和制动电动机时的扭矩效率最大化。此外，在本专利技术的电动机驱动系统中，各单相桥单元可以具有连接 在输入端与所述电动机中的一相的定子绕组的一端之间的、具有自截止 能力的第一开关元件，连接在所述电动机中一相的定子绕组的另一端与 输出端之间的、具有自截止能力的第二开关元件，连接在所述输入端与 所述电动机中一相的定子绕组的的另一端之间的、具有自截止能力的第 三开关元件，连接在所述电动机中一相的定子绕组的一端与输出端之间 的、具有自截止能力的第四开关元件，以及开关控制装置，该开关控制 装置对所述第一开关元件到第四开关元件的驱动进行控制，使得在驱动 周期中，所述第一开关元件和第二开关元件组成的一组和所述第三开关 元件和第四开关元件组成的一组中至少有一组导通。根据这种结构，在各单向桥单元中，第一开关元件到第四开关元件 连接成单相桥状，并且相对的两个开关元件与另外两个相对的开关元件 中的至少一组导通，从而总是形成有从输入端到输出端的电流路径，防 止向开关元件施加过电压，并且提高电动机驱动系统的实用性。此外，在本专利技术的电动机驱动系统中，各单相桥单元具有分别串联 连接到所述第一幵关元件到第四开关元件并且以来自所述电源装置的 DC电流的上游侧为阳极而以下游侧为阴极的二极管。根据这种结构，在电动机的再生制动时产生反向电动势的情况下， 通过二极管使得逆变器能够具有应付该反向电动势的反向耐压。此外，在本专利技术的电动机驱动系统中，所述单相桥单元可以具有与 所述定子绕组并联连接的电容器。根据这种结构，当在定子绕组中存在电感时，可以使所述定子绕组 中由于开关元件的驱动而导致的电流方向变化更平缓，并防止对开关元 件施加过电压。此外，在本专利技术的电动机驱动系统中，所述定子绕组和所述电容器的谐振频率可以为所述矩形波AC电流的频率的10倍到20倍。根据这种结构，可以使所述定子绕组中由于开关元件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动机驱动系统，该电动机驱动系统具有电源装置、控制来自所述电源装置的直流电流的方向并生成矩形波交流电流的逆变器、以及进行与来自所述逆变器、流过定子绕组的矩形波交流电流相应的驱动和制动的电动机，其中所述电源装置具有：用于提供直流电压的直流电源，以及电压控制装置，该电压控制装置输入来自所述直流电源的直流电压，并根据所述电动机的电动势来控制输出电压的极性和幅值，使得输出电流成为直流恒定电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅森肃，田仲允，
申请(专利权)人：梅森肃，田仲允，
类型：发明
国别省市：JP[]