本發(fā)明屬于電機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種具有容錯(cuò)功能的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置以及電動(dòng)設(shè)備。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)今的社會(huì)，對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高，各種設(shè)備的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)也隨之提高。為了更好地保護(hù)環(huán)境，國(guó)家下發(fā)了各種政策并大力推廣新能源以及可再生能源。

目前，將電能作為各種設(shè)備的動(dòng)力已是現(xiàn)今設(shè)備發(fā)展的主流。將電作為能源的電動(dòng)設(shè)備如電動(dòng)汽車、電動(dòng)叉車也越來(lái)越受到生產(chǎn)商和消費(fèi)者的青睞。電動(dòng)設(shè)備不但污染小、可以通過(guò)可再生能源提供電能，而且，與燃油設(shè)備相比，它還具有能源利用率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲小、動(dòng)態(tài)性能好和便攜性高等優(yōu)點(diǎn)。在石油資源越來(lái)越緊張的形勢(shì)下，大力發(fā)展電驅(qū)動(dòng)裝置，特別是大功率電驅(qū)動(dòng)裝置如電動(dòng)戰(zhàn)車、電動(dòng)軍艦、電動(dòng)飛行器和電驅(qū)動(dòng)航空母艦等等，對(duì)于國(guó)防安全具有深遠(yuǎn)的意義。

在高性能多相電機(jī)控制系統(tǒng)中，為了提高電機(jī)的控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，一般都實(shí)施電流閉環(huán)控制，當(dāng)電機(jī)電樞繞組的連接方式是星形聯(lián)結(jié)或多角形環(huán)形聯(lián)結(jié)時(shí)，需要檢測(cè)k相電機(jī)至少(k-1)相的線電流，需要配備(k-1)個(gè)電流檢測(cè)單元。

在現(xiàn)行的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置中，對(duì)功率開關(guān)管的要求極為苛刻，在正常工作時(shí)，功率開關(guān)管必須在最大工作溫度、最大工作電流和最大工作電壓以下工作，一旦超過(guò)任意一個(gè)條件，功率開關(guān)管就會(huì)損壞；此外，當(dāng)電子電路中的元器件參數(shù)的變化超出正常工作范圍時(shí)，可能在功率開關(guān)管中產(chǎn)生過(guò)電壓或過(guò)電流，導(dǎo)致功率開關(guān)管損壞進(jìn)而引起電動(dòng)設(shè)備故障；另外，隨著工作時(shí)間的增加，功率開關(guān)管發(fā)生老化，最大工作溫度、最大工作電流和最大工作電壓都隨之降低，極易發(fā)生功率開關(guān)管損壞失效的情況，進(jìn)而導(dǎo)致連接該功率開關(guān)管的電機(jī)電樞繞組斷路或短路。

在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置中，電機(jī)電樞繞組斷路或短路以后，電機(jī)繞組中的線電流必然不平衡，導(dǎo)致其所產(chǎn)生的電磁力矩不平衡，引起力矩振蕩、噪聲或無(wú)法輸出力矩，影響到設(shè)備的正常工作，甚至危害到財(cái)產(chǎn)和生命安全。

如圖2所示，在現(xiàn)有技術(shù)中常見的大電流多相電機(jī)和功率變換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖中，功率變換器或者多相電機(jī)出現(xiàn)故障以后直接影響到了電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)設(shè)備的可靠性和安全性，在高速工作狀態(tài)下，危害更加嚴(yán)重。

大功率電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)設(shè)備，特別是低壓大電流電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)設(shè)備，需要連續(xù)工作電流很大的控制器或功率變換器，而相關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品被個(gè)別國(guó)家和公司控制和壟斷，導(dǎo)致價(jià)格很高，而且市場(chǎng)上能夠采購(gòu)到的高性能電機(jī)控制器或功率變換器輸出的線電流值也僅僅是在一千安培以下。歸根到底，就是生成制造水平限制了單個(gè)功率開關(guān)管的電流值、多個(gè)功率開關(guān)管的并聯(lián)均流技術(shù)無(wú)法滿足線性規(guī)律或者控制電路和算法過(guò)于復(fù)雜等原因，嚴(yán)重制約和影響了低壓大電流電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)設(shè)備的發(fā)展。

另外，在大功率、特別是兆瓦級(jí)電機(jī)中，電流值遠(yuǎn)超過(guò)功率開關(guān)管可承受的最大連續(xù)工作電流，所以采用通過(guò)增加電機(jī)的相數(shù)來(lái)減小電機(jī)的線電流。但是，高相數(shù)的電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和控制方法均有別于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和控制方法，這不僅增加了生產(chǎn)的成本、難度和復(fù)雜性，而且在相關(guān)技術(shù)尚未成熟時(shí)，無(wú)法進(jìn)行應(yīng)用和普及，制約了大功率電機(jī)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)設(shè)備特別是電動(dòng)軍事設(shè)備的發(fā)展。

綜上，這些問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了高性能大功率電動(dòng)設(shè)備，包括低壓大電流的電動(dòng)車、電動(dòng)船，甚至國(guó)防上的電動(dòng)戰(zhàn)車、電動(dòng)軍艦、電動(dòng)飛行器和電驅(qū)動(dòng)航空母艦的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置以及電動(dòng)設(shè)備。

本發(fā)明提供了一種電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置，設(shè)置在電動(dòng)設(shè)備中，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)設(shè)備，包括：多相電機(jī)，其多相電機(jī)繞組的相數(shù)為k，具有額定線電壓和額定線電流；直流電源，具有與多相電機(jī)的額定線電壓相對(duì)應(yīng)的恒定電壓，用于提供與額定線電流相對(duì)應(yīng)的線電流；指令發(fā)送部，發(fā)送與多相電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的值相對(duì)應(yīng)的指令信號(hào)；電流傳感器，檢測(cè)構(gòu)成多相電機(jī)繞組的多相繞組單元的線電流值，并發(fā)送對(duì)應(yīng)的電流反饋信號(hào)；輸出傳感器，檢測(cè)多相電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩，并發(fā)送對(duì)應(yīng)的輸出反饋信號(hào)；控制器，根據(jù)指令信號(hào)、電流反饋信號(hào)和輸出反饋信號(hào)計(jì)算并輸出電機(jī)控制信號(hào)，根據(jù)電流反饋信號(hào)并按預(yù)定控制規(guī)則輸出運(yùn)行控制信號(hào)；驅(qū)動(dòng)器，在運(yùn)行控制信號(hào)作用下進(jìn)入工作狀態(tài)或停止?fàn)顟B(tài)，在工作狀態(tài)下根據(jù)運(yùn)行控制信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)；功率變換器，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下將直流電轉(zhuǎn)換為多相電機(jī)需要的線電流，具有這樣的特征：其中，多相電機(jī)繞組具有(k-1)(i+j)個(gè)相互獨(dú)立且參數(shù)相同的多相繞組單元，功率變換器具有與(k-1)(i+j)個(gè)多相繞組單元一一對(duì)應(yīng)連接的(k-1)(i+j)個(gè)相互獨(dú)立且參數(shù)相同的功率變換單元，每個(gè)功率變換單元具有k個(gè)功率變換電路向?qū)?yīng)的多相繞組單元提供k路線電流，驅(qū)動(dòng)器具有(k-1)(i+j)個(gè)相互獨(dú)立且參數(shù)相同的驅(qū)動(dòng)單元，分別與(k-1)(i+j)個(gè)功率變換單元相連接，電流傳感器具有與(k-1)(i+j)個(gè)功率變換單元一一對(duì)應(yīng)連接的(k-1)(i+j)個(gè)相互獨(dú)立且參數(shù)相同的電流檢測(cè)單元，檢測(cè)每一相的輸出線電流的電流檢測(cè)單元的數(shù)量都等于(i+j)，k為大于2的正整數(shù)，j為大于1的正整數(shù)，i是冗余數(shù)且為自然數(shù)。

在本發(fā)明提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，當(dāng)功率變換單元的單個(gè)功率變換電路正常輸出的最大連續(xù)工作電流有效值為I₁，多相電機(jī)的最大線電流有效值為I_N時(shí)，多相繞組單元的個(gè)數(shù)j滿足下述條件：(k-1)j＞I_N÷I₁，k為大于2的正整數(shù)，j為大于1的正整數(shù)。

在本發(fā)明提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，多相電機(jī)為異步電機(jī)、同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)中的任意一種，多相電機(jī)繞組的并繞根數(shù)能被多相繞組單元的個(gè)數(shù)(k-1)(i+j)整除，多相繞組單元在電樞上是對(duì)稱分布的，多相繞組單元的連接方式可以是星形聯(lián)結(jié)或多角形環(huán)形聯(lián)結(jié)，多相電機(jī)繞組和多相繞組單元的繞組相數(shù)、繞組相序、繞組匝數(shù)、繞組連接方式和額定電壓相同。

在本發(fā)明提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，直流電源是電池或整流電源。

在本發(fā)明提供的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，功率變換單元是由智能功率模塊構(gòu)成的或者包含多個(gè)類型和參數(shù)相同的功率開關(guān)管，功率開關(guān)管為電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PowerMOSFET)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、集成門極換流晶閘管(IGCT)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、電力雙極型晶體管(GTR)和門極換流晶閘管(SGCT)中的任意一種。

進(jìn)一步，本發(fā)明還提供了一種含有上述電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置的電動(dòng)設(shè)備。

發(fā)明的作用與效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置以及電動(dòng)設(shè)備，(k-1)(i+j)個(gè)驅(qū)動(dòng)單元都是相互獨(dú)立且參數(shù)相同的，(k-1)(i+j)個(gè)功率變換單元都是相互獨(dú)立且參數(shù)相同的，(k-1)(i+j)個(gè)多相繞組單元也是相互獨(dú)立且參數(shù)相同的，(k-1)(i+j)個(gè)電流檢測(cè)單元也是相互獨(dú)立且參數(shù)相同的，功率變換單元中同一相的輸出線電流的電流檢測(cè)單元數(shù)相等且等于(i+j)，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元和對(duì)應(yīng)連接的一個(gè)功率變換單元、一個(gè)多相繞組單元和一個(gè)電流檢測(cè)單元構(gòu)成一個(gè)主電路單元，正常狀態(tài)下，只需要(k-1)j個(gè)主電路單元就可以保證電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置和電動(dòng)設(shè)備正常工作，其他的(k-1)i個(gè)主電路單元是冗余的，有助于提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。所以，當(dāng)任意一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元、功率變換單元、多相繞組單元或電流檢測(cè)單元產(chǎn)生故障時(shí)，本發(fā)明的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置以及電動(dòng)設(shè)備通過(guò)檢測(cè)計(jì)算所有多相繞組單元同一相的線電流值判斷出發(fā)生故障的主電路單元，控制器輸出運(yùn)行控制信號(hào)令對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元停止工作，從而將故障的主電路單元進(jìn)行屏蔽隔離，并啟動(dòng)冗余的主電路單元，保證了電動(dòng)設(shè)備的正常運(yùn)行，避免在運(yùn)行過(guò)程中由于突發(fā)故障導(dǎo)致性能指標(biāo)突變產(chǎn)生的損失，也大幅度地減小了高速運(yùn)行的電動(dòng)設(shè)備的安全事故發(fā)生的概率。

另外，在啟動(dòng)過(guò)程中、緊急反接制動(dòng)過(guò)程中、執(zhí)行緊急任務(wù)時(shí)，都需要更大的電機(jī)電流，這時(shí)，可以把冗余的(k-1)i個(gè)主電路單元部分或全部投入使用，提高多相電機(jī)的電流，進(jìn)而提高輸出轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩，或者減小功率變換單元和多相繞組單元的電流從而降低功率開關(guān)管和電機(jī)的發(fā)熱量和溫升，提高電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置和電動(dòng)設(shè)備的快速性、安全性和靈活性。

根據(jù)本發(fā)明所涉及的電流傳感器，電流傳感器具有(k-1)(i+j)個(gè)電流檢測(cè)單元，檢測(cè)每一相的輸出線電流的電流檢測(cè)單元數(shù)都等于(i+j)，在不同功率變換單元中同相的輸出線電流值是相等的，所以，控制器只需要從正常工作的功率變換單元輸出線電流中每相提取一個(gè)信號(hào)就能滿足電流閉環(huán)控制的需求。另外，采用數(shù)量最少的電流檢測(cè)單元不僅可以滿足容錯(cuò)和控制的需求，而且還避免了在每個(gè)功率變換單元中配備(k-1)個(gè)電流檢測(cè)單元，即減少了(k-2)(k-1)(i+j)個(gè)電流檢測(cè)單元，降低了成本，提高了可靠性和安全性。

綜上，本發(fā)明的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理，成本低，工作性能穩(wěn)定、響應(yīng)快速、安全可靠，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中常見的大電流多相電機(jī)和功率變換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置10設(shè)置在電動(dòng)設(shè)備如電動(dòng)工具、四軸飛行器、電動(dòng)汽車、電動(dòng)船舶、電動(dòng)叉車、電動(dòng)軍事設(shè)備內(nèi)，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)設(shè)備。

圖1是本實(shí)施例中的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置10包括多相電機(jī)11、直流電源12、指令發(fā)送部13、電流傳感器14、輸出傳感器15、控制器16、驅(qū)動(dòng)器19以及功率變換器20。

多相電機(jī)11的相數(shù)為k，具有額定線電壓以及額定線電流。多相電機(jī)11為異步電機(jī)、同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)中的任意一種。在本實(shí)施例中，多相電機(jī)11為異步電機(jī)。

在本實(shí)施例中，k為三，即多相電機(jī)11為三相電機(jī)，相應(yīng)的，多相繞組單元111為三相繞組單元，每個(gè)三相繞組單元具有三個(gè)獨(dú)立的繞組A、B、C。

多相電機(jī)11具有一個(gè)電樞以及安裝在電樞上的對(duì)稱分布的多相電機(jī)繞組，其連接方式可以是星形聯(lián)結(jié)或多角形環(huán)形聯(lián)結(jié)。在本實(shí)施例中，多相電機(jī)繞組的組數(shù)與電樞的個(gè)數(shù)相同，當(dāng)電樞數(shù)目為兩個(gè)及以上時(shí)，采用兩組及以上的多相電機(jī)繞組。每組多相電機(jī)繞組包括2(i+j)個(gè)相互獨(dú)立且參數(shù)相同的多相繞組單元111，2(i+j)的個(gè)數(shù)可以通過(guò)多相電機(jī)11繞組的并繞根數(shù)進(jìn)行平均拆分，j的個(gè)數(shù)大于等于2。拆分前后，多相電機(jī)繞組和2(i+j)個(gè)多相繞組單元的繞組相數(shù)、繞組相序、繞組匝數(shù)、繞組連接方式和額定電壓保持不變。在本實(shí)施例中，電樞的個(gè)數(shù)為一。

直流電源12具有與多相電機(jī)11的額定線電壓相對(duì)應(yīng)的恒定電壓，用于提供與電機(jī)額定線電流相對(duì)應(yīng)的直流電。在本實(shí)施例中，直流電源是電池或整流電源。

指令發(fā)送部13發(fā)送與多相電機(jī)11輸出的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的值相對(duì)應(yīng)的指令信號(hào)。

電流傳感器14檢測(cè)功率變換單元輸出的線電流并輸出相對(duì)應(yīng)的電流反饋信號(hào)。電流反饋信號(hào)被控制器16接收。電流傳感器14具有與2(i+j)個(gè)功率變換單元一一對(duì)應(yīng)連接的2(i+j)個(gè)相互獨(dú)立且參數(shù)相同的電流檢測(cè)單元141。

(i+j)個(gè)電流檢測(cè)單元141檢測(cè)功率變換單元輸出的B相線電流并輸出相對(duì)應(yīng)的電流反饋信號(hào)，另外的(i+j)個(gè)電流檢測(cè)單元141檢測(cè)功率變換單元輸出的C相線電流并輸出相對(duì)應(yīng)的電流反饋信號(hào)。即：檢測(cè)每一相的輸出線電流的電流檢測(cè)單元141的數(shù)量都等于(i+j)。電流反饋信號(hào)被控制器16接收。

輸出傳感器15檢測(cè)多相電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速或力矩并輸出相對(duì)應(yīng)的輸出反饋信號(hào)。輸出反饋信號(hào)被控制器16接收。

控制器16根據(jù)指令發(fā)送部13的指令信號(hào)、電流傳感器14的電流反饋信號(hào)和輸出傳感器15的輸出反饋信號(hào)計(jì)算輸出電機(jī)控制信號(hào)17和驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)行控制信號(hào)18。

驅(qū)動(dòng)器19根據(jù)電機(jī)控制信號(hào)17控制功率變換單元輸出多相電機(jī)11所需電流的信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器19在工作狀態(tài)下根據(jù)運(yùn)行控制信號(hào)18產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)功率變換電路工作的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

驅(qū)動(dòng)器19具有2(i+j)個(gè)相互獨(dú)立且參數(shù)相同的驅(qū)動(dòng)單元191，所有驅(qū)動(dòng)單元191同步接收控制器16發(fā)出的電機(jī)控制信號(hào)17和運(yùn)行控制信號(hào)18，2(i+j)個(gè)驅(qū)動(dòng)單元191分別與2(i+j)個(gè)功率變換單元201相連接。驅(qū)動(dòng)單元191根據(jù)運(yùn)行控制信號(hào)18進(jìn)入工作狀態(tài)或停止?fàn)顟B(tài)。每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元191都可以發(fā)出A相驅(qū)動(dòng)信號(hào)、B相驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及C相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該三相驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)A相功率變換電路201a、B相功率變換電路201b以及C相功率變換電路201c中的功率開關(guān)管，使其導(dǎo)通或關(guān)閉。

功率變換器20在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下將直流電轉(zhuǎn)換為多相電機(jī)11所需要的電壓和電流。功率變換器20包括分別與2(i+j)個(gè)多相繞組單元111相對(duì)應(yīng)的2(i+j)個(gè)功率變換單元201。

每個(gè)功率變換單元201具有三個(gè)相互并列連接、結(jié)構(gòu)和參數(shù)都相同的A相功率變換電路201a、B相功率變換電路201b以及C相功率變換電路201c。A相功率變換電路201a連接著繞組單元111中A相繞組和C相繞組的連接點(diǎn)，B相功率變換電路201b連接著繞組單元111中B相繞組和A相繞組的連接點(diǎn)，功率變換電路201c連接著繞組單元111中C相繞組和B相繞組的連接點(diǎn)，分別向?qū)?yīng)的多相繞組單元提供線電流。

每個(gè)功率變換電路含有兩個(gè)功率開關(guān)管。兩個(gè)功率開關(guān)管具有相同的最大連續(xù)工作電流。只有工作電流在最大連續(xù)工作電流以下時(shí)，功率開關(guān)管才有可能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，如果工作電流超過(guò)這個(gè)電流值，功率開關(guān)管就會(huì)由于過(guò)流而被擊穿損壞。

在本實(shí)施例中，為了滿足控制器電流閉環(huán)控制的需求，需要從功率變換器中至少檢測(cè)到2個(gè)不同相的線電流，由于每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元及其相連接的功率變換單元、多相繞組單元和電流檢測(cè)單元都可能出現(xiàn)故障導(dǎo)致被隔離屏蔽，常規(guī)技術(shù)是在每個(gè)功率變換單元中至少配備2個(gè)電流檢測(cè)單元，總共配備4(i+j)個(gè)電流檢測(cè)單元以上，而本發(fā)明將電流檢測(cè)單元分成2組，每組檢測(cè)同相的輸出線電流，總共配備了2(i+j)個(gè)電流檢測(cè)單元。不但減少了元器件的數(shù)量和成本，也提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。在本實(shí)施例中，功率變換單元201可以由智能功率模塊構(gòu)成，也可以采用多個(gè)類型和參數(shù)相同的功率開關(guān)管組合而成。

功率開關(guān)管為電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Power MOSFET)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、集成門極換流晶閘管(IGCT)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、電力雙極型晶體管中(GTR)和門極換流晶閘管(SGCT)中的任意一種。

在本實(shí)施例中，2(i+j)個(gè)相互獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元191分別與2(i+j)個(gè)相互獨(dú)立且參數(shù)相同的功率變換單元201相連接并給2(i+j)個(gè)相互獨(dú)立且參數(shù)相同的多相繞組單元111供電。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元191和對(duì)應(yīng)連接的一個(gè)功率變換單元201、一個(gè)多相繞組單元111和一個(gè)電流檢測(cè)單元141構(gòu)成一個(gè)主電路單元。當(dāng)任意一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元、功率變換單元、多相繞組單元或電流檢測(cè)單元產(chǎn)生故障時(shí)，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置通過(guò)檢測(cè)計(jì)算所有多相繞組單元同一相的線電流值判斷出發(fā)生故障的主電路單元，控制器輸出運(yùn)行控制信號(hào)令對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元停止工作，從而將故障的主電路單元進(jìn)行屏蔽隔離，并啟動(dòng)冗余的主電路單元。

本實(shí)施例中的多相繞組單元的j為整數(shù)且滿足如下條件：(k-1)j＞I_N÷I₁，該式中I₁是功率變換單元的單個(gè)功率變換電路正常輸出的最大連續(xù)工作電流有效值為，I_N是多相電機(jī)的最大線電流有效值。

對(duì)于功率變換器20來(lái)說(shuō)，任意一個(gè)功率變換單元201的輸出電流僅僅與其相連接的多相繞組單元有關(guān)系，與其他的多相繞組單元及其對(duì)應(yīng)的功率變換單元沒有任何電的耦合聯(lián)系。也就是說(shuō)，不存在功率開關(guān)管并聯(lián)的現(xiàn)象，因此，消除了大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中功率開關(guān)管并聯(lián)均流的問題。

在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置10中，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元連接著一個(gè)功率變換單元和一個(gè)多相繞組單元。驅(qū)動(dòng)單元在工作狀態(tài)下輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在停止?fàn)顟B(tài)下不輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

本實(shí)施例中，預(yù)定控制規(guī)則為：2(i+j)個(gè)電流傳感器14中，如果同相的電流反饋信號(hào)中有一個(gè)連續(xù)為零而其他電流反饋信號(hào)都為非零時(shí)，控制器判斷為對(duì)應(yīng)的主電路單元斷路故障；如果同相的電流反饋信號(hào)中有一個(gè)電流反饋信號(hào)連續(xù)大于其他電流反饋信號(hào)平均值的1.5倍時(shí)，控制器判斷對(duì)應(yīng)的主電路單元短路故障；控制器輸出運(yùn)行控制信號(hào)使得對(duì)應(yīng)的故障驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，從而將損壞的主電路單元進(jìn)行屏蔽隔離。

電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置10在正常工作狀態(tài)下，控制器輸出2j個(gè)運(yùn)行控制信號(hào)令2j個(gè)驅(qū)動(dòng)單元及其對(duì)應(yīng)的2j個(gè)功率變換單元和2j個(gè)多相繞組單元處于工作狀態(tài)，輸出2i個(gè)運(yùn)行控制信號(hào)令2i個(gè)驅(qū)動(dòng)單元及其對(duì)應(yīng)的2i個(gè)功率變換單元和2i個(gè)多相繞組單元處于停止?fàn)顟B(tài)。其中，2j個(gè)運(yùn)行控制信號(hào)可以是控制固定的2j個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，也可以是在對(duì)應(yīng)的功率變換單元和多相繞組單元都沒有故障的驅(qū)動(dòng)單元中輪流提取出2j個(gè)進(jìn)行控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)單元及其連接的功率變換單元和多相繞組單元出現(xiàn)故障的數(shù)量大于i時(shí)，控制器輸出運(yùn)行控制信號(hào)令剩余的驅(qū)動(dòng)單元全部處于工作狀態(tài)，并限制電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩，工作在低速或輕載狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置10在啟動(dòng)過(guò)程、緊急反接制動(dòng)過(guò)程、執(zhí)行緊急任務(wù)等場(chǎng)合，可以把2(i+j)個(gè)功率變換單元和2(i+j)個(gè)多相繞組單元的無(wú)故障部分全部投入使用，提高多相電機(jī)的電流，進(jìn)而提高輸出轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩，或者減小功率變換單元和多相繞組單元的電流從而降低功率開關(guān)管和電機(jī)的發(fā)熱量和溫升，提高電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置和電動(dòng)設(shè)備的快速性、安全性和靈活性。

實(shí)施例的作用與效果

根據(jù)本實(shí)施例所涉及的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置以及電動(dòng)設(shè)備，(k-1)(i+j)個(gè)驅(qū)動(dòng)單元都是相互獨(dú)立且參數(shù)相同的，(k-1)(i+j)個(gè)功率變換單元都是相互獨(dú)立且參數(shù)相同的，(k-1)(i+j)個(gè)多相繞組單元也是相互獨(dú)立且參數(shù)相同的，(k-1)(i+j)個(gè)電流檢測(cè)單元也是相互獨(dú)立且參數(shù)相同的，功率變換單元中同一相的輸出線電流的電流檢測(cè)單元數(shù)相等且等于(i+j)，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元和對(duì)應(yīng)連接的一個(gè)功率變換單元、一個(gè)多相繞組單元和一個(gè)電流檢測(cè)單元構(gòu)成一個(gè)主電路單元，正常狀態(tài)下，只需要(k-1)j個(gè)主電路單元就可以保證電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置和電動(dòng)設(shè)備正常工作，其他的(k-1)i個(gè)主電路單元是冗余的，有助于提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。所以，當(dāng)任意一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元、功率變換單元、多相繞組單元或電流檢測(cè)單元產(chǎn)生故障時(shí)，本實(shí)施例的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置以及電動(dòng)設(shè)備通過(guò)檢測(cè)計(jì)算所有多相繞組單元同一相的線電流值判斷出發(fā)生故障的主電路單元，控制器輸出運(yùn)行控制信號(hào)令對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元停止工作，從而將故障的主電路單元進(jìn)行屏蔽隔離，并啟動(dòng)冗余的主電路單元，保證了電動(dòng)設(shè)備的正常運(yùn)行，避免在運(yùn)行過(guò)程中由于突發(fā)故障導(dǎo)致性能指標(biāo)突變產(chǎn)生的損失，也大幅度地減小了高速運(yùn)行的電動(dòng)設(shè)備的安全事故發(fā)生的概率。

另外，在啟動(dòng)過(guò)程中、緊急反接制動(dòng)過(guò)程中、執(zhí)行緊急任務(wù)時(shí)，都需要更大的電機(jī)電流，這時(shí)，可以把冗余的(k-1)i個(gè)主電路單元部分或全部投入使用，提高多相電機(jī)的電流，進(jìn)而提高輸出轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩，或者減小功率變換單元和多相繞組單元的電流從而降低功率開關(guān)管和電機(jī)的發(fā)熱量和溫升，提高電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置和電動(dòng)設(shè)備的快速性、安全性和靈活性。

根據(jù)本實(shí)施例所涉及的電流傳感器，電流傳感器具有(k-1)(i+j)個(gè)電流檢測(cè)單元，檢測(cè)每一相的輸出線電流的電流檢測(cè)單元數(shù)都等于(i+j)，在不同功率變換單元中同相的輸出線電流值是相等的，所以，控制器只需要從正常工作的功率變換單元輸出線電流中每相提取一個(gè)信號(hào)就能滿足電流閉環(huán)控制的需求。另外，采用數(shù)量最少的電流檢測(cè)單元不僅可以滿足容錯(cuò)和控制的需求，而且還避免了在每個(gè)功率變換單元中配備(k-1)個(gè)電流檢測(cè)單元，即減少了(k-2)(k-1)(i+j)個(gè)電流檢測(cè)單元，降低了成本，提高了可靠性和安全性。

綜上，本實(shí)施例的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)控制裝置具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理，成本低，工作性能穩(wěn)定、響應(yīng)快速、安全可靠，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

上述實(shí)施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。