开关磁阻电机冗余驱动器的制造方法
【专利摘要】开关磁阻电机冗余驱动器，涉及一种电机驱动器，属于电机领域。本发明解决了现有开关磁阻电机驱动半对称功率电路中，当功率开关发生故障时，开关磁阻电机绕组无法正常工作的问题。本发明所述的第一开关管包括4个功率开关管，该4个功率开关管分别为第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管；所述的第一功率开关管和第三功率开关管并联后，再与第二功率开关管和第四功率开关管组成的并联电路串联连接。本发明具体用于驱动电机。
【专利说明】开关磁阻电机冗余驱动器
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电机驱动器，属于电机领域。
【背景技术】
[0002]现有开关磁阻电机驱动半对称功率电路中，当功率开关发生故障时，开关磁阻电机绕组无法正常工作，具体参见图1，图1为现有的开关磁阻电机驱动半对称功率电路连接示意图，V表示供电电源，CO表示电源滤波电容，A表示开关磁阻电机A相绕组，B表示开关磁阻电机B相绕组，C表示开关磁阻电机C相绕组，S-l、S-2、S-3、S-4、S-5和S-6均为功率开关，D-l、D-3、D-5、Dab、Dbc和Dca均表示缓流二极管，每相绕组采用两个功率开关，两个缓流二极管，当功率开关管S-1或S-2发生故障时，该相绕组将停止工作，在航天、航空及军事应用领域带来极大的弊端。
【发明内容】
[0003]本发明是为了解决现有开关磁阻电机驱动半对称功率电路中，当功率开关发生故障时，开关磁阻电机绕组无法正常工作的问题，本发明提供了一种开关磁阻电机冗余驱动器。
[0004]开关磁阻电机冗余驱动器，它包括供电电源和电源滤波电容，它还包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管和第六续流二极管；
[0005]所述的供电电源的正极与电源滤波电容的一端、第一开关管的一端、第二续流二极管的阴极、第三开关管的一端、第四续流二极管的阴极、第五开关管的一端和第六续流二极管的阴极同时连接；
[0006]所述的供电电源的负极与电源滤波电容的另一端、第一续流二极管的阳极、第二开关管的另一端、第三续流二极管的阳极、第四开关管的另一端、第五续流二极管的阳极和第六开关管的另一端同时接地；
[0007]所述的第一开关管的另一端和第一续流二极管的阴极连接后作为开关磁阻电机的A相绕组的一个驱动信号输出端；
[0008]所述的第二续流二极管的阳极和第二开关管的一端连接后作为开关磁阻电机的A相绕组的另一个驱动信号输出端；
[0009]所述的第三开关管的另一端和第三续流二极管的阴极连接后作为开关磁阻电机的B相绕组的一个驱动信号输出端；
[0010]所述的第四续流二极管的阳极和第四开关管的一端连接后作为开关磁阻电机的B相绕组的另一个驱动信号输出端；
[0011]所述的第五开关管的另一端和第五续流二极管的阴极连接后作为开关磁阻电机的C相绕组的一个驱动信号输出端；
[0012]所述的第六续流二极管的阳极和第六开关管M6的一端连接后作为开关磁阻电机的C相绕组的另一个驱动信号输出端。
[0013]所述的第一开关管包括4个功率开关管，该4个功率开关管分别为第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管；
[0014]所述的第一功率开关管和第三功率开关管并联后，再与第二功率开关管和第四功率开关管组成的并联电路串联连接。
[0015]电机绕组驱动采用半对称桥结构，每相绕组有两个开关管，每个开关管由4个功率开关管构成，这4个功率开关管驱动信号相同，4个功率开关管同时开通或同时关断。4个功率开关管构成H桥结构，第一开关管正常工作时，4个功率开关管同时开通或关断，当第一开关管处于开通状态时，流入第一开关管的总电流为I，经过第一功率开关管和第二功率开关管的电流均为I1，经过第三功率开关管和第四功率开关管的电流为IyI=W H桥中间连线电流为O。
[0016]本发明所述的开关磁阻电机冗余驱动器中，开关管内的功率开关管故障时，开关磁阻电机绕组仍能正常的工作，使本发明所述的开关磁阻电机冗余驱动器的工作效率提高了 75%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为现有的开关磁阻电机驱动半对称功率电路连接示意图；
[0018]图2为【具体实施方式】一所述的开关磁阻电机冗余驱动器的电路原理示意图；
[0019]图3为【具体实施方式】三所述的第一开关管的结构示意图；
[0020]图4为在【具体实施方式】三中，当第一功率开关管断路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0021]图5为在【具体实施方式】三中，当第三功率开关管断路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0022]图6为在【具体实施方式】三中，当第二功率开关管断路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0023]图7为在【具体实施方式】三中，当第四功率开关管断路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0024]图8为在【具体实施方式】三中，当第三功率开关管和第四功率开关管同时断路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0025]图9为在【具体实施方式】三中，当第一功率开关管和第二功率开关管同时断路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0026]图10为在【具体实施方式】三中，当第二功率开关管和第四功率开关管同时断路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0027]图11为在【具体实施方式】三中，当第一功率开关管和第四功率开关管同时断路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0028]图12为在【具体实施方式】三中，当第一功率开关管短路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0029]图13为在【具体实施方式】三中，当第三功率开关管短路时，第一开关管的工作状态示意图；[0030]图14为在【具体实施方式】三中，当第二功率开关管短路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0031]图15为在【具体实施方式】三中，当第四功率开关管短路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0032]图16为在【具体实施方式】三中，当第一功率开关管和第三功率开关管短路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0033]图17为在【具体实施方式】三中，当第二功率开关管和第四功率开关管短路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0034]图18为在【具体实施方式】三中，当第三功率开关管断路和第二功率开关管短路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0035]图19为在【具体实施方式】三中，当第三功率开关管断路和第四功率开关管短路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0036]图20为在【具体实施方式】三中，当第一功率开关管断路和第二功率开关管短路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0037]图21为在【具体实施方式】三中，当第一功率开关管断路和第四功率开关管短路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0038]图22为在【具体实施方式】三中，当第四功率开关管断路和第一功率开关管短路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0039]图23为在【具体实施方式】三中，当第四功率开关管断路和第三功率开关管短路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0040]图24为在【具体实施方式】三中，当第二功率开关管断路和第一功率开关管短路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0041]图25为在【具体实施方式】三中，当第二功率开关管断路和第三功率开关管短路时，第一开关管的工作状态示意图；
[0042]图26为在【具体实施方式】三中，当第三功率开关管断路、第二功率开关管短路和第四功率开关管短路同时发生时，第一开关管的工作状态示意图；
[0043]图27为在【具体实施方式】三中，当第四功率开关管断路、第一功率开关管短路和第三功率开关管短路同时发生时，第一开关管的工作状态示意图；
[0044]图28为在【具体实施方式】三中，当第二功率开关管断路、第一功率开关管短路和第三功率开关管短路同时发生时，第一开关管的工作状态示意图；
[0045]图29为在【具体实施方式】三中，当第一功率开关管断路、第二功率开关管短路和第四功率开关管短路同时发生时，第一开关管的工作状态示意图；
[0046]图30为在【具体实施方式】三中，当第三功率开关管和第四功率开关管断路，第二功率开关管短路同时发生时，第一开关管的工作状态示意图；
[0047]图31为在【具体实施方式】三中，当第三功率开关管和第二功率开关管断路，第四功率开关管短路同时发生时，第一开关管的工作状态示意图；
[0048]图32为在【具体实施方式】三中，当第三功率开关管和第四功率开关管断路，第一功率开关管短路同时发生时，第一开关管的工作状态示意图；
[0049]图33为在【具体实施方式】三中，当第一功率开关管和第四功率开关管断路，第三功率开关管短路同时发生时，第一开关管的工作状态示意图；
[0050]图34为在【具体实施方式】三中，当第一功率开关管和第二功率开关管断路，第四功率开关管短路同时发生时，第一开关管的工作状态示意图；
[0051]图35为在【具体实施方式】三中，当第一功率开关管和第四功率开关管断路，第二功率开关管短路同时发生时，第一开关管的工作状态示意图；
[0052]图36为在【具体实施方式】三中，当第二功率开关管和第三功率开关管断路，第一功率开关管短路同时发生时，第一开关管的工作状态示意图；
[0053]图37为在【具体实施方式】三中，当第一功率开关管和第二功率开关管断路，第三功率开关管短路同时发生时，第一开关管的工作状态示意图。
【具体实施方式】
[0054]【具体实施方式】一:参见图2说明本实施方式，本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器，它包括供电电源V和电源滤波电容CO，它还包括第一开关管Ml、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4、第五开关管M5、第六开关管M6、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5和第六续流二极管D6 ；
[0055]所述的供电电源V的正极与电源滤波电容CO的一端、第一开关管Ml的一端、第二续流二极管D2的阴极、第三开关管M3的一端、第四续流二极管D4的阴极、第五开关管M5的一端和第六续流二极管D6的阴极同时连接；
[0056]所述的供电电源V的负极与电源滤波电容CO的另一端、第一续流二极管Dl的阳极、第二开关管M2的另一端、第三续流二极管D3的阳极、第四开关管M4的另一端、第五续流二极管D5的阳极和第六开关管M6的另一端同时接地；
[0057]所述的第一开关管Ml的另一端和第一续流二极管Dl的阴极连接后作为开关磁阻电机的A相绕组的一个驱动信号输出端Al ；
[0058]所述的第二续流二极管D2的阳极和第二开关管M2的一端连接后作为开关磁阻电机的A相绕组的另一个驱动信号输出端A2 ；
[0059]所述的第三开关管M3的另一端和第三续流二极管D3的阴极连接后作为开关磁阻电机的B相绕组的一个驱动信号输出端BI ；
[0060]所述的第四续流二极管D4的阳极和第四开关管M4的一端连接后作为开关磁阻电机的B相绕组的另一个驱动信号输出端B2 ；
[0061]所述的第五开关管M5的另一端和第五续流二极管D5的阴极连接后作为开关磁阻电机的C相绕组的一个驱动信号输出端Cl ；
[0062]所述的第六续流二极管D6的阳极和第六开关管M6的一端连接后作为开关磁阻电机的C相绕组的另一个驱动信号输出端C2。
[0063]本实施方式中，本发明所述的开关磁阻电机冗余驱动器在具体的应用过程中，开关磁阻电机的A相绕组接在驱动信号输出端Al与驱动信号输出端A2之间，开关磁阻电机的B相绕组接在驱动信号输出端BI与驱动信号输出端B2之间，开关磁阻电机的C相绕组接在驱动信号输出端Cl与驱动信号输出端C2之间。
[0064]【具体实施方式】二:参见图2说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】一所述的开关磁阻电机冗余驱动器的区别在于，所述的第一开关管Ml、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4、第五开关管M5和第六开关管M6的结构相同。
[0065]【具体实施方式】三:参见图2和图3说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】二所述的开关磁阻电机冗余驱动器的区别在于，所述的第一开关管Ml包括4个功率开关管，该4个功率开关管分别为第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3和第四功率开关管S4;
[0066]所述的第一功率开关管SI和第三功率开关管S3并联后，再与第二功率开关管S2和第四功率开关管S4组成的并联电路串联连接。
[0067]图3所示的是本实施方式所述的4个功率开关管组成的第一开关管Ml的结构示意图。
[0068]本实施方式中，4个功率开关管构成H桥结构，第一开关管Ml正常工作时，4个功率开关管同时开通或关断，当第一开关管Ml处于开通状态时，流入第一开关管Ml的总电流为I，经过第一功率开关管SI和第二功率开关管S2的电流均为I1，经过第三功率开关管S3和第四功率开关管S4的电流为12，I=W H桥中间连线电流为O。
[0069]当有一个功率开关管断路时，第一开关管Ml的工作状态如图4-7所示:
[0070]当第一功率开关管SI断路时，第一开关管Ml的工作状态如图4所示，总电流I流经第三功率开关管S3后，分成两部分为I1和12，I1流经中间断路导线和第二功率开关管S2，I2流经第四功率开关管SlI=I^I2JP:该种状态下，第一开关管Ml仍能够正常工作，使得本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器能正常工作。
[0071]当第三功率开关管S3断路时，第一开关管Ml的工作状态如图5所示，总电流I流经第一功率开关管SI后，分成两部分I2流经中间断路导线和第四功率开关管S4，I1流经第二功率开关管S2，I=IfI2JP:该种状态下，第一开关管Ml仍能够正常工作，使得本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器仍`能正常工作。
[0072]当第二功率开关管S2断路时，第一开关管Ml的工作状态如图6所示，总电流I分成I1和12，I1依次流经第一功率开关管S1、中间短路导线和第四功率开关管S4，I2依次流经第四功率开关管S3和第四功率开关管S4，第四功率开关管S4输出的总电流为I，I=I^I2 ；即:该种状态下，第一开关管Ml仍能够正常工作，使得本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器仍能正常工作。
[0073]当第四功率开关管S4断路时，第一开关管Ml的工作状态如图7所示，总电流I分成I1和12，I1流经第一功率开关管SI和第二功率开关管S2，I2流经第四功率开关管S3、中间短路导线和第二功率开关管S2，第二功率开关管S2输出的总电流为I，且I=IJI2,即:该种状态下，第一开关管Ml仍能够正常工作，使得本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器仍能正常工作。
[0074]当有两个功率开关管发生断路时，第一开关管Ml的工作状态如图8-11所示，
[0075]例如，当第三功率开关管S3和第四功率开关管S4同时断路时，第一开关管Ml的工作状态如图8所示，第一功率开关管SI和第二功率开关管S2工作正常，电流I经过第一功率开关管SI和第二功率开关管S2 ;即:该种状态下，第一开关管Ml仍能够正常工作，使得本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器能正常工作。
[0076]第一功率开关管SI和第二功率开关管S2同时断路时，第一开关管Ml的工作状态如图9所示，第三功率开关管S3和第四功率开关管S4工作正常，电流I经过第三功率开关管S3和第四功率开关管S4 ;8卩:该种状态下，第一开关管Ml仍能够正常工作，使得本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器能正常工作。
[0077]第二功率开关管S2和第四功率开关管S3同时断路时，第一开关管Ml的工作状态如图10所示，第一功率开关管SI和第四功率开关管S4工作正常，电流I依次流经第一功率开关管S1、中间短路导线和第四功率开关管S4 ;即:该种状态下，第一开关管Ml仍能够正常工作，使得本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器能正常工作。
[0078]第一功率开关管SI和第四功率开关管S4同时断路时，第一开关管Ml的工作状态如图11所示，第二功率开关管S2和第四功率开关管S3工作正常，电流I依次流经第三功率开关管S3、中间短路导线和第二功率开关管S2 ;即:该种状态下，第一开关管Ml仍能够正常工作，使得本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器能正常工作。
[0079]当有一个功率管发生短路时，第一开关管Ml的工作状态如图12-15所示，
[0080]例如，当第一功率开关管SI短路时，第一开关管Ml的工作状态如图12所示，由于第一功率开关管SI短路，电流不经过第三功率开关管S3，总电流I经过第一功率开关管SI短路线后，分为^和12，I1流经第二功率开关管S2，I2流经中间短路导线和第四功率开关管S4, I=IJI2，此时第三功率开关管S3电流为零，第二功率开关管S2电流为I1，第四功率开关管S4电流为I2 ;8卩:该种状态下，第一开关管Ml仍能够正常工作，使得本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器能正常工作。
[0081]当第三功率开关管S3短路时，第一开关管Ml的工作状态如图13所示，由于第三功率开关管S3短路，电流不经过第一功率开关管SI，总电流I经过第三功率开关管S3短路线后，分为I1和12，I1依次流经中间短路导线和第二功率开关管S2，I2流经第四功率开关管S4，I=IJI2，此时第一功率开关管SI电流为零，第二功率开关管S2电流为I1，第四功率开关管S4电流为I2 ;8卩:该种状态下，第一开关管Ml仍能够正常工作，使得本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器能正常工作。
[0082]当第二功率开关管S2短路时，第一开关管Ml的工作状态如图14所示，由于第二功率开关管S2短路，电流不经过第四功率开关管S3，总电流I，分为I1和12，I1依次流经第一功率开关管SI和第二功率开关管S2短路线，I2依次流经第三功率开关管S3、中间短路导线和第二功率开关管S2短路线，I=IJI2，此时第一功率开关管SI电流为I1，第三功率开关管S3电流为I2，第四功率开关管S4电流为零；即:该种状态下，第一开关管Ml仍能够正常工作，使得本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器能正常工作。
[0083]当第四功率开关管S4短路时，第一开关管Ml的工作状态如图15所示，由于第四功率开关管S4短路，电流不经过第二功率开关管S2，总电流I，分为I1和12，I1依次流经第一功率开关管S1、中间短路导线和第四功率开关管S4短路线，I2依次流经第三功率开关管S3、第四功率开关管S4短路线，I=I^I2,此时第一功率开关管SI电流为I1，第三功率开关管S3电流为I2，第二功率开关管S2电流为零；即:该种状态下，第一开关管Ml仍能够正常工作，使得本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器能正常工作。
[0084]当有两个功率开关管发生短路时，第一开关管Ml的工作状态如图16-17所示，
[0085]例如，当第一功率开关管SI和第四功率开关管S3短路时，第一开关管Ml的工作状态如图16所示，第二功率开关管S2和第四功率开关管S4并联结构，总电流I分为I1流经第二功率开关管S2和I2流经第四功率开关管S4，I=IJI2 ;即:该种状态下，第一开关管Ml仍能够正常工作，使得本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器能正常工作。
[0086]当第二功率开关管S2、第四功率开关管S4短路时，第一开关管Ml的工作状态如图17所示，第一功率开关管SI和第三功率开关管S3并联结构，总电流I分为I1流经第一功率开关管SI和I2流经第三功率开关管S3，I=IJI2 ;即:该种状态下，第一开关管Ml仍能够正常工作，使得本实施方式所述的开关磁阻电机冗余驱动器能正常工作。
[0087]当有部分功率开关管发生断路，同时部分功率开关管发生短路故障时，第一开关管Ml的工作状态如图18-37所示。
[0088]例如，有一个功率开关管发生断路、一个功率开关管发生短路时，第一开关管Ml的工作状态如图18-25所示；
[0089]有两个功率开关管发生短路、一个功率开关管发生断路时，第一开关管Ml的工作状态如图26-29所示；
[0090]有一个功率开关管发生短路、两个功率开关管发生断路时，第一开关管Ml的工作状态如图30-37所示。
[0091]【具体实施方式】四:参见图2和图3说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】一、二或三所述的开关磁阻电机冗余驱动器的区别在于，所述的第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5和第六续流二极管D6的型号相同。
【权利要求】
1.开关磁阻电机冗余驱动器，它包括供电电源(V)和电源滤波电容(CO)，其特征在于，它还包括第一开关管(Ml)、第二开关管(M2)、第三开关管(M3)、第四开关管(M4)、第五开关管(M5)、第六开关管(M6)、第一续流二极管(D1)、第二续流二极管(D2)、第三续流二极管(D3)、第四续流二极管(D4)、第五续流二极管(D5)和第六续流二极管(D6); 所述的供电电源(V)的正极与电源滤波电容(CO)的一端、第一开关管(Ml)的一端、第二续流二极管(D2)的阴极、第三开关管(M3)的一端、第四续流二极管(D4)的阴极、第五开关管(M5)的一端和第六续流二极管(D6)的阴极同时连接； 所述的供电电源(V)的负极与电源滤波电容(CO)的另一端、第一续流二极管(Dl)的阳极、第二开关管(M2)的另一端、第三续流二极管(D3)的阳极、第四开关管(M4)的另一端、第五续流二极管(D5)的阳极和第六开关管(M6)的另一端同时接地； 所述的第一开关管(Ml)的另一端和第一续流二极管(Dl)的阴极连接后作为开关磁阻电机的A相绕组的一个驱动信号输出端(Al)； 所述的第二续流二极管(D2)的阳极和第二开关管(M2)的一端连接后作为开关磁阻电机的A相绕组的另一个驱动信号输出端(A2)； 所述的第三开关管(M3)的另一端和第三续流二极管(D3)的阴极连接后作为开关磁阻电机的B相绕组的一个驱动信号输出端(BI)； 所述的第四续流二极管(D4)的阳极和第四开关管(M4)的一端连接后作为开关磁阻电机的B相绕组的另一个驱动信号输出端(B2)； 所述的第五开关管(M5)的另一端和第五续流二极管(D5)的阴极连接后作为开关磁阻电机的C相绕组的一个驱动信号输出端(Cl)； 所述的第六续流二极管(D6)的阳极和第六开关管(M6)的一端连接后作为开关磁阻电机的C相绕组的另一个驱动信号输出端(C2)。
2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机冗余驱动器，其特征在于，所述的第一开关管(Ml)、第二开关管(M2)、第三开关管(M3)、第四开关管(M4)、第五开关管(M5)和第六开关管(M6)的结构相同。
3.根据权利要求2所述的开关磁阻电机冗余驱动器，其特征在于，所述的第一开关管(Ml)包括4个功率开关管，该4个功率开关管分别为第一功率开关管(SI)、第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)和第四功率开关管(S4)； 所述的第一功率开关管(SI)和第三功率开关管(S3)并联后，再与第二功率开关管(S2)和第四功率开关管(S4)组成的并联电路串联连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的开关磁阻电机冗余驱动器，其特征在于，所述的第一续流二极管(D1)、第二续流二极管(D2)、第三续流二极管(D3)、第四续流二极管(D4)、第五续流二极管(D5)和第六续流二极管(D6)的型号相同。
【文档编号】H02P25/08GK103560741SQ201310572398
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】吴红星, 仲悦, 黄玉平, 周海平, 赵国平, 姜涛, 郑湘萍 申请人:哈尔滨工业大学