专利名称：电动机串并联混合转态驱动系统的制作方法
一种电动机串并联混合转态驱动系统，借助特定创新的电路结构提供一种简捷及具有实用性复数组被调控电动机的直流电能驱动装置串并联控制功能以及进一步的连续线性控制。
直流电动机或使用直流辅助激磁磁极的交流或直流同步电动机，由于成本低、运转性良好、效率高且功率操控容易而广泛运用于机械及产业设备的驱动以及驱动各种电动载具或大众运输载具；本申请人发现传统技术中，多组电动机组作串并联切换可靠性高、效果良好，常见于有轨电车的速控，但其仅能提供串联、并联、串并联混合等多阶变化而无法提供连续线性的调控运转，其间亦有通过可变电阻以调整其中间的不连续段，但电阻热损大及对电机特性会存有负面影响。
所以，本申请人希望开发在串联、并联或串并联混合等各阶段间能具有良好连续调整并具有经济效率及良好结构的电路，并以固态主动操控元件改善传统串并联切换机电式开关元件寿命短、成本高的缺点，基于上述背景而开发此电动机串并联混合转态驱动系统，此项电路主要结构含—直流电源为来自蓄电瓶、太阳能、发电机或由交流电源整流而得到的物理能或化学能所转换为电能；—被调控电动机的直流电能驱动装置为由两组或两组以上独立电动机组或由同组电动机具有两组或两组以上磁场绕组或具有两组或两组以上电枢所构成，供接受开关元件组的操控以进行串联或并联或两者间可控比例的混合调控，其接受调控的电能驱动装置含具有永磁式磁场直流电机或绕组激磁式磁场直流分激电动机的电驱；或具有串激或换向绕组复激电机的串激磁场绕组或电枢或两者同时接受操控；或由串激电动机的串激磁场绕组或电枢个别接受操控；或两者同时接受操控或由其他具有整流子式电动机所构成；或由具有直流辅助激磁磁场的交流或直流同步电动机所构成；—开关元件组为由固态开关元件或可作线性操控的开关固态元件所构成，特定场合含引用机电式开关元件或两者混合使用；—二极管组为提供分流阻隔或逆极性阻隔或作为续流二极管；—操控指令输入单元为由机电或固态电机或电子元件所构成，以发出对电动机组运转状态操控指令；—中央控制单元为由机电或固态电机或电子元件所构成的信号指令处理单元，为接受操控指令输入单元指令经驱动电路操控开关元件组；—驱动电路为由机电或固态电机或电子元件所构成，以接受中央控制单元的指令而相对驱动开关元件组。
通过操控上述开关元件作ON及OFF开关切换以操控被调控电动机的直流电能驱动装置作串联或并联切换；以及通过开关组作PWM的操控以构成串联与并联间两者混合型态的中间段作无级操控调整；此外，开关元件组若选用可控内阻的线性开关元件所构成及操控时亦可构成无级操控运转。
本发明的主要目的，旨在提供一种电动机串并联混合转态驱动系统，为针对传统以直流激磁的交流或直流同步电动机或直流整流子式电动机的直流电能驱动装置(含电枢或磁场绕组)作串联或并联的阶梯式操控以及串联到并联连续性混合运转状态以操控所属电动机的转速、转向扭力及输出功率。
以下配合附图详细说明
具体实施例方式图式简单说明
图1所示为本发明的两阶式基本电路实施例。
图2所示为本发明以机电开关构成串联操控电路例。
图3所示为本发明由六组被调控电动机的直流电能驱动装置所组成的应用例。
图1为此项电动机串并联混合转态驱动系统应用于两阶式基础电路例，其主要构成如下—直流电源DCV100含来自蓄电瓶、太阳能、发电机或由交流电源整流而得的物理能或化学能所转换，从而供应的直流电能；—被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101、EMD102为由两组或两组以上独立电动机组或由同组电动机具有两组或两组以上磁场绕组或具有两组或两组以上电枢所构成，供接受开关元件组的操控以进行串联或并联或两者间可控比例的混合调控，其接受调控的电能驱动装置含具有永磁式磁场直流电机或绕组激磁式磁场直流分激电动机的电枢；或具有串激或换向绕组复激电机的串激磁场绕组或电枢或两者同时接受操控；或由串激电动机的串激磁场绕组或电枢个别接受操控；或两者同时接受操控或由其他具有整流子式电动机所构成；或由具有直流辅助激磁磁场的交流或直流同步电动机所构成；被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101与EMD102中间串联阻隔二极管GR100及开关元件S101后并联于电源两端；—开关元件S101、S111、S112为由固态开关元件或可作线性操控的开关固态元件所构成，特定场合含采用机电式开关元件或固态与机电式开关两者混合使用；其中开关元件S101为与二极管CR100串联于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101及EMD102之间作为阻隔二极管，其串联顺序为电源正极→EMD101正端→EMD101负端→CR100正端→CR100负端→S101正端→S101负端→EMD102正端→EMD102负端→电源负极；—二极管CR100、CR101、CR102其中二极管CR100如前述顺向串联于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101与开关元件S101之间作为阻隔二极管；二极管CR101为并联于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101两端作为续流二极管，其正端连接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101与二极管CR100及开关元件S111的相连接，其负端与被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101正端共同通往电源正端；二极管CR102为并联于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD102的两端作为续流二极管，其负端连接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD102与开关元件S112及S101的相连接，其正端则连接于电源负极与被调控电动机的直流电能驱动装置EMD102及开关元件S111的相连接；—操控指令输入单元M100由机电或固态电机或电子元件所构成，以发出对电动机组运转状态的操控指令；—中央控制单元CCU100由机电或固态电机或电子元件所构成的信号指令处理单元，接受操控指令输入单元M100的指令经驱动电路D100操控开关元件组；—驱动电路D100由机电或固态电机或电子元件所构成，以接受中央控制单元CCU100的指令而相对驱动开关元件组；其运作状态含以下全部或其中部分状态，其运作状态如下(A)当开关元件S101呈ON状态、S111、S112呈OFF状态时，被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101及EMD102呈串联高阻抗的低功率运转状态，电流由正极经EMD101→CR100→S101→EMD102→负极；(B)当开关元件S101呈OFF状态(因二极管CR100的逆阻隔效应ON也无妨)，S111、S112呈ON状态时，被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101及EMD102呈并联低阻抗的高功率运转状态，电流呈两回路分别由正极→S112→EMD102→负极以及由正极→EMD101→S111→负极，此时各回路可单独对被调控电动机的直流电能驱动装置进行功率控制以使各电动机组的转速、扭力或电流或回转方向作相同或不相同状态的运转或部分停机；以上(A)项及(B)项功能中，其开关元件可为机电式开关元件或固态开关元件所构成者，当开关元件S101、S111、S112皆为OFF状态时电动机组停止运作；(C)当开关元件S101呈ON状态并操控由固态开关元件所构成的S111、S112作导通周期的PWM控制使电动机组作串联与并联之间的变化，而依PWM的DUTY CYCLE(导通百分比)以操控其运转功率由串联到并联间作连续调整；(D)若S111及S112由可作内阻操控的固态线性元件所构成，则运转功率可作由串联到并联的连续线性的功率调整；(E)由具有激磁绕组分激磁场的直流电动机组构成电动机群，而借助控场变速方式以填补上述各不同运转功率阶级间隔而获得连续线性调整运转扭力或转速值的特性；上述操控应用时开关元件S101可作成下列选择(a)S101直接短路，系统运作；(b)S101以机电式或固态开关元件构成，以在S101、S111、S112皆为OFF状态时电动机组停止运转；(c)S101固态开关元件构成。除与S111、S112共同构成总开关功能外，并可在电动机组串联运转时由S101作PWM方式的操控，以对电动机组作由静止到互相串联输出状态间作功率变化；(d)若S101和S111、S112皆以可作线性操控的固态元件构成，则以S101和S111、S112共同构成总开关功能外，并可在电动机组串联运转时由S101作线性调节操控电动机组静止到互相串联运转状态间作功率变化；(e)S111及S112可在并联状态对两电动机组以PWM或线性方式操控两马达组分别作不同运转功率的驱动控制；其于前述电路基本操作，可作成下列实际应用组合包括—通过方向切换开关同时切换被调控电动机的直流电能驱动装置的电流方向以改变转向；—系统可扩大为由两组以上的电动机组及相关开关元件及二极管所组成，以由串并联变化而扩大为串并联混合型态；—电动机组的电机结构型态及电机特性可为相同或不同依需要选择；—各电动机组与负载关系可为驱动共同负载，而各电动机组以同轴结合或通过传动元件结合；—各电动机组可为独立驱动各别负载；图2所示为此项复数组直流或交流电动机的直流电能驱动装置串并联混合转态驱动电路系统以机电开关构成串联操控电路例，其构成包括—直流电源DVC200含来自蓄电瓶、太阳能、发电机或由交流电源整流而得的物理能或化学能所转换为直流电能的供应；—被调控电动机的直流电能驱动装置EMD201、EMD202为由两组或两组以上独立电动机组或由同组电动机具有两组或两组以上磁场绕组或具有两组或两组以上电枢所构成，供接受开关元件组的操控以进行串联或并联或两者间可控比例的混合调控，其接受调控的电能驱动装置含具有永磁式磁场直流电机或绕组激磁式磁场直流分激电动机的电枢；或具有串激或换向绕组复激电机的串激磁场绕组或电枢或两者同时接受操控；或由串激电动机的串激磁场绕组或电枢个别接受操控；或两者同时接受操控或由其他整流子式电动机所构成；或由具有直流辅助激磁磁场的交流或直流同步电动机所构成；被调控电动机的直流电能驱动装置EMD201负端及EMD202正端之间串联阻隔二极管CR200(亦可选择不用)及开关元件S201再并联于电源两端；—开关元件S201、S211、S212为由人工操作或电磁力驱动或机构驱动或流体力所驱动，其中开关元件S201设置于二极管CR200的负端与被调控电动机的直流电能驱动装置EMD202之间，开关元件S211的一端与二极管CR201的正端共同连接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD201与二极管CR200正端的连接点，开关元件S211的另一端则通往电源负端；开关元件S212的一端与二极管CR202的负端共同连接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD202与开关元件S201的连接点，开关元件S212的另一端则通往电源正端；—二极管CR200、CR201、CR202其中二极管CR200可依运作需求而设置或省略，二极管CR201负端联结于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD201及电源正端，二极管CR201正端与开关元件S211及被调控电动机的直流电能驱动装置EMD201与二极管CR200的正端共同联结；二极管CR202的负端联结于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD202正端，二极管CR202的正端联结于电源负端；—操控指令输入单元M200由机电或固态电机或电子元件所构成，以发出对电机组运转状态的操控指令；—中央控制单元CCU200由机电或固态电机或电子元件所构成的信号指令处理单元，为接受操控指令输入单元M200的指令经驱动电路D200操控开关元件组；—驱动电路D200为由机电或固态电机或电子元件所构成，以接受中央控制单元CCU200的指令而驱动相对开关元件组。
图3所示为此项电动机串并联混合转态驱动系统由六组被调控电动机的直流电能驱动装置所组成以揭示其各组构成的应用模式，此项应用例可构成依公约组合切换的多阶组合含串联或并联或串并联，其构成如下—直流电源DCV300含来自蓄电瓶、太阳能、发电机或由交流电源整流而得到的物理能或化学能所转换为直流电能供应；—被调控电动机的直流电能驱动装置EMD301～EMD306由两组或两组以上独立电动机组或由同组电动机具有两组或两组以上磁场绕组或具有两组或两组以上电枢所构成，用于接受开关元件组的操控以进行串联或并联或两者可控比例的混合调控，其接受调控的电能驱动装置含具有永磁式磁场直流电机或绕组激磁式磁场直流分激电动机的电枢；或具有串激或换向绕组复激电机的串激磁场绕组或电枢或两者同时接受操控；或由串激电动机的串激磁场绕组或电枢个别接受操作；或两者同时接受操控或由其他整流子式电动机所构成；或由具有直流辅助激磁磁场的交流或直流同步电动机所构成；由被调控电动机的直流电能驱动装置EMD301～EMD306与开关元件S301～S305及阻隔二极管CR301～CR305顺序串联构成，其构成顺序为电源正端→EMD301正端→EMD301负端→CR301正端→CR301负端→S301正端→S301负端→EMD302正端→EMD302负端→CR302正端→CR302负端→S302正端→S302负端→EMD303正端→EMD303负端→CR303正端→S303负端→EMD304正端→EMD304负端→CR304正端→CR304负端→S304正端→S304负端→EMD305正端→EMD305负端→CR305正端→CR305负端→S305正端→S305负端→EMD306正端→EMD306负端→电源负端；—开关元件S301～S305及S311～S320其中S301～S305与二极管CR301～CR305及被调控电动机的直流电能驱动装置EMD301～EMD306的串联如前述；—开关元件S311跨接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD301负端与电源负端之间；—开关元件S313跨接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD302负端与电源负端之间；—开关元件S315跨接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD303负端与电源负端之间；—开关元件S317跨接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD304负端与电源负端之间；—开关元件S319跨接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD305负端与电源负端之间；—开关元件S312跨接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD302正端与电源正端之间；—开关元件S314跨接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD303正端与电源正端之间；
—开关元件S316跨接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD304正端与电源正端之间；—开关元件S318跨接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD305正端与电源正端之间；—开关元件S320跨接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD306正端与电源正端之间；—二极管CR301～CR305及CR306～CR311其中二极管CR301～CR305与开关元件S301～S305及被调控电动机的直流电能驱动装置EMD301～EMD306的串联如前述，而二极管CR306～CR311则分别与电源呈逆极性并联于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD301～EMD306的各电枢两端构成续流二极管，其中二极管CR306的负端连接于EMD301正端，二极管CR306的正端连接于EMD301的负端；—二极管CR307的负端连接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD302正端，CR307的正端连接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD302的负端；—二极管CR308的负端连接于EMD303正端，CR308的正端连接于EMD303的负端；—二极管CR309的负端连接于EMD304正端，CR309的正端连接于EMD304的负端；—二极管CR310的负端连接于EMD305正端，CR310的正端连接于EMD305的负端；—二极管CR311的负端连接于EMD306正端，CR311的正端连接于EMD306的负端；—操控指令输入单元M300由机电或固态电机或电子元件所构成，以发出对电动机组运转状态的操控指令；—中央控制单元CCU300由机电或固态电机或电子元件所构成的信号指令处理单元，为接受操控指令输入单元M300的指令经驱动电路D300操控开关元件组；—驱动电路D300由机电或固态电机或电子元件所构成，以接受中央控制单元CCU300的指令而相对驱动开关元件组；图3所示实施例的运转状态含a.开关元件S301～S305呈ON状态，S311～S320呈OFF状态，则EMD301～EMD306呈串联并接于电源，此时被调控的电动机组群呈最高阻抗最低功率运转型态；b.开关元件S301、S302、S304、S305、S315及S316为ON状态，S303及S311～S314及S317～S320为OFF状态，则EMD301～EMD303串联为一组再并联于电源；EMD304～EMD306亦串联为一组再并联于电源，此时整个被调控的电动机组群呈次低功率运转型态；c.开关元件S301、S303、S305及S313、S314、S317、S318呈ON状态，S302、S304、S311、S312、S315、S316、S319、S320呈OFF状态，则被调控电动机的直流电能驱动装置EMD301与EMD302串联为一组再并联于电源；EMD303与EMD304串联为一组再并联于电源；EMD305与EMD306串联为一组再并联于电源，此时被调控的电动机组群呈中功率运转型态；d.开关元件S301～S305皆呈OFF状态，S311～S320皆呈ON状态，则电动机组各别单独并联于电源，此时被调控的电动机组群呈最大功率运转型态；e.以上a.～d.的各阶功率运转型态的连续线性操控，可借助下列方式达到—由前述a.的最低功率运转状态→b.次低功率运转状态→c.中功率运转状态→d.最大功率运转状态的各运转状态间的相对固态开关元件，作两种状态交替轮流的比例切换以获得其中间连续调整运转扭力或转速值的特性；
—由线性功率元件取代上述固态开关元件，以作类比方式连续调整两不同运转功率级之间的运转扭力或转速值；—由具有激磁绕组分激磁场的直流电动机组构成电动机群，而借助于控制磁场变速方式以填补上述各不同运转功率阶段间隔而获得连续线性调整运转扭力或转速值的特性；本项设计基于上述各应用例所示的原理，借助各项开关元件及电动机组的电路安排组合可获得下列各种功能或其中部分功能以配合运用需求，其各项功能如下F1单向回转由串联直接转到并联的电动功能运转；F2单向回转由串联以PWM方式渐升转为较大功率并联的电动机功能运转；F3单向回转由串联线性方式渐升转为最大功率并联的电动机功能运转；F4单向回转并以PWM方式如上串联并联切换操控由停机渐升至最大功率并联的电动机功能运转；F5单向回转并以线性元件加上串联并联切换操控由停机渐升至最大功率并联的电动机功能运转；F6双向回转并以PWM方式操控由停机渐升至最大功率并联的的电动机及发电机功能运转；F7双向回转并以线性元件操控由停机渐升至最大功率并联的电动机及发电机功能运转；F8单向回转控制的串联及并联，各电动机组可作不平衡运转；F9双向回转操控的串联及并联，各电动机组可作不平衡运转；F10以双向开关元件对交流整流子电动机组操控由停机渐升至最大功率并联的电动机功能运转；F11以双向线性元件对交流整流子电动机组操控由停机渐升至最大功率并联的电动机功能运转；F12单向回转而由串联直接转最大功率并联的逆向发电机功能运转；F13单向回转并以PWM方式操控渐升作最大功率并联的逆向发电机功能运转；F14单向回转并以线性元件操控渐升作最大功率并联的逆向发电机功能运转；F15可作公约组合的多种串并联组合型态；F16单向回转并以固态开关元件或线性元件或进一步结合控制磁场方式，于并联运转时，各别操控电动机组的转速、扭力、或电流作同性能或不同性能运转或部分停机；F17双向回转并以固态开关元件或线性元件或进一步结合控制磁场方式，于并联运转时，各别操控电动机组的转速、扭力、或电流或回转方向作同性能或不同性能运转或部分停机。
此外，本案设计的电动机功能运转当被调控电动机的直流电能驱动装置为电枢时，可借助操控电动机组的磁场激磁强度的方式混合使用以扩大其应用范围。CCU100＝中央控制单元；CR100，CR101，CR102＝二极管；D100＝驱动电路；DVC100＝直流电源；EMD101，EMD102＝调控电动机的直流电能驱动装置；M100＝操控指令输入单元；S101，S111，S112＝开关元件；CCU200＝中央控制单元；CR200，CR201，CR202＝二极管；D200＝驱动电路；DCV200＝直流电源；EMD201，EMD202＝被调控电动机的直流电能驱动装置；M200＝操控指令输入单元；S201，S211，S212＝开关元件；CCU300＝中央控制单元；CR301～CR311＝二极体D300＝驱动电路；DVC300＝直流电源；EMD301～EMD306＝被调控电动机的直流电能驱动装置；M300＝操控指令输入单元；S301～S305＝开关元件；S311～S320＝开关元件。
权利要求
1.一种电动机串并联混合转态驱动系统，以直流激磁的交流或直流同步电动机或直流整流子式电动机的直流电能驱动装置(含电枢或磁场绕组)作串联或并联的阶梯式操控以及串联到并联连续性混合运转状态以操控所属电动机的转速、转向扭力及输出功率，其特征在于，其主要结构包括—直流电源来自蓄电瓶、太阳能、发电机或由交流电源整流而得的物理能或化学能所转换为电能的供应；—被调控电动机的直流电能驱动装置由两组或两组以上独立电动机组或由同组电动机具有两组或两组以上磁场绕组或具有两组或两组以上电枢所构成，供接受开关元件组的操控以进行串联或并联或两者间可控比例的混合调控，其接受调控的电能驱动装置含有永磁式磁场直流电机或绕组激磁式磁场直流分激电动机的电枢；或具有串激或换向绕组复激电机的串激磁场绕组或电枢或两者同时接受操控；或由串激电动机的串激磁场绕组或电枢个别接受操控；或两者同时接受操控或由其他整流子式电动机所构成；或由具有直流辅助激磁磁场的交流或直流同步电动机所构成；—开关元件组由固态开关元件或可作线性操控的开关固态元件所构成，特定场合含引用机电式开关元件或两者混合使用；—二极管组为提供分流阻隔或反极性阻隔或作为续流二极管；—操控指令输入单元由机电或固态电机或电子元件所构成，以发出对电动机组运转状态操控指令；—中央控制单元由机电或固态电机或电子元件所构成的信号指令处理单元，为接受操控指令输入单元指令经驱动电路操控开关元件组；—驱动电路由机电或固态电机或电子元件所构成，以接受中央控制单元的指令而相对驱动开关元件组；通过操控上述开关元件作ON及OFF开关切换以操控被调控电动机的直流电能驱动装置作串联或并联切换；以及借助开关组作PWM的操控以构成串联与并联间两者混合型态的中间段作无级操控调整；此外，开关元件组若选用可控内阻的线性开关元件所构成及操控时亦可构成无级操控运转。
2.如权利要求1所述的电动机串并联混合转态系统，其两阶式电路系统主要构成如下—直流电源DCV100来自蓄电瓶、太阳能、发电机或由交流电源整流而得的物理能或化学能所转换及供应的直流电能；—被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101、EMD102为由两组或两组以上独立电动机组或由同组电动机具有两组或两组以上磁场绕组或具有两组或两组以上电枢所构成，供接受开关元件组的操控以进行串联或并联或两者间可控比例的混合调控，其接受调控的电能驱动装置含具有永磁式磁场直流电机或绕组激磁式磁场直流分激电动机的电枢；或具有串激或换向绕组复激电机的串激磁场绕组或电枢或两者同时接受操控；或由串激电动机的串激磁场绕组或电枢个别接受操控；或两者同时接受操控或由其他整流子式电动机所构成；或由具有直流辅助激磁磁场的交流或直流同步电动机所构成；被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101与EMD102中间串联阻隔二极管CR100及开关元件S101后并联于电源两端；—开关元件S101、S111、S112由固态开关元件或可作线性操控的开关固态元件所构成，特定场合含采用机电式开关元件或固态与机电式开关两者混合使用；其中开关元件S101为与二极管CR100串联于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101及EMD102之间作为隔离二极管，其串联顺序为电源正极→EMD101正端→EMD101负端→CR100正端→CR100负端→S101正端→S101负端→EMD102正端→EMD102负端→电源负极；—二极管CR100、CR101、CR102其中二极管CR100如前述顺向串联于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101与开关元件S101之间作为隔离二极管；二极管CR101为并联于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101两端作为续流二极管，其正端连接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101与二极管CR100及开关元件S111的连接点，其负端与被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101正端共同通往电源正端；二极管CR102为并联于被调空电动机的直流电能驱动装置EMD102的两端作为续流二极管，其负端连接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD102与开关元件S112及S101的连接点，其正端则连接于电源负极与被调控电动机的直流电能驱动装置EMD102及开关元件S111的连接点；—操控指令输入单元M100由机电或固态电机或电子元件所构成，以发出对电动机组运转状态的操控指令；—中央控制单元CCU100由机电或固态电机或电子元件所构成的信号指令处理单元，为接受操控指令输入单元M100的指令经驱动电路D100操控开关元件组；—驱动电路D100为由机电或固态电机或电子元件所构成，以接受中央控制单元CCU100的指令而相对驱动开关元件组；其运作状态含以下全部或其中部分状态，其运作状态如下(A)当开关元件S101呈ON状态，S111、S112呈OFF状态时，被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101及EMD102呈串联高阻抗的低功率运转状态，电流由正极经EMD101→CR100→S101→EMD102→负极；(B)当开关元件S101呈OFF状态(因二极体管CR100的逆阻隔效应ON亦无妨)，S111、S112呈ON状态时，被调控电动机的直流电能驱动装置EMD101及EMD102呈并联低阻抗的高功率运转状态，电流呈两回路分别由正极→S112→EMD102→负极以及由正极EMD101→S111→负极，此时各回路可单独被调控电动机的直流电能驱动装置进行功率控制以使各电动机组的转速、扭力或电流或回转方向作相同或不相同状态的运转或部分停机；以上(A)项及(B)项功能中，其开关元件可为机电式开关元件或固态开关元件所构成，当开关元件S101、S111、S112皆为OFF状态时电动机组停止运作；(C)当开关元件S101呈ON状态并操控由固态开关元件所构成的S111、S112作导通周期的PWM控制使电动机组作串联与并联之间的变化，而依PWM的DUTY CYCLE(导通百分比)以操控其运转功率由串联到并联间作连续调整；(D)若S111及S112由可作内阻操控的固态线性元件所构成，则运转功率可作由串联到并联的连续线性的功率调整；(E)由具有激磁绕组分激磁场的直流电动机组构成电动机群，而通过控制磁场变速方式以填补上述各不同运转功率阶梯间隔而获得连续线性调整运转扭力或转速值的特性。
3.如权利要求2所述的电动机串并联混合转态驱动系统，其开关元件S101可作成下列选择(a)S101直接短路而无碍系统运作；(b)S101以机电式或固态开关元件构成，以在S101、S111、S112皆为OFF状态时电动机组停止运转；(C)S101以固态开关元件构成，除与S111、S112共同构成总开关功能外，并可在电动机组串联运转时由S101作PWM方式的操控，以对电动机组作由静止到互相串联输出状态间作功率变化；(d)若S101和S111、S112皆以可作线性操控的固态元件构成，则以S101和S111、S112共同构成总开关功能外，并可在电动机组串联运转时由S101作线性调节操控电动机组由静止到互相串联运转状态间作功率变化；(e)S111及S112可在并联状态对两电动机组以PWM或线性方式操控两马达组分别作不同运转功率的驱动控制。
4.如权利要求1所述的电动机串并联混合转态驱动系统，其应用组合包括—借助方向切换开关同时切换被调控电动机的直流电能驱动装置的电流方向以改变转向；—系统可扩大为由两组以上的电动机组及相关开关元件及二极管所组成，以由串并联变化而扩大为串并联混合型态；—电动机组的电机结构型态及电机特性可为相同或不同依需要选择；—各电动机组与负载关系可为驱动共同负载，而各电动机组以同轴结合或借助传动元件结合；—各电动机组可为独立驱动各别负载。
5.如权利要求1所述的电动机串并联混合转态驱动系统，进一步包括由机电开关构成串联操控电路，其构成含—直流电源DCV200含来自蓄电瓶、太阳能、发电机或由交流电源整流而得的物理能或化学能所转换为直流电能的供应；—被调控电动机的直流电能驱动装置EMD201、EMD202由两组或两组以上独立电动机组或由同组电动机具有两组或两组以上磁场绕组或具有两组或两组以上电枢所构成，供接受开关元件组的操控以进行串联或并联或两者间可控比例的混合调控，其接受调控的电能驱动装置含具有永磁式磁场直流电机或绕组激磁式磁场直流分激电动机的电枢；或具有串激或换向绕组复激电机的串激磁场绕组或电枢或两者同时接受操控；或由串激电动机的串激磁场绕组或电枢个别接受操控；或两者同时接受操控或由其他整流子式电动机所构成；或由具有直流辅助激磁磁场的交流或直流同步电机所构成；被调控电动机的直流电能驱动装置EMD201负端及EMD202正端之间串联隔离二极管CR200(亦可选择不用)及开关元件S201再并联于电源两端；—开关元件S201、S211、S212为由人工操作或电磁力驱动或机力驱动或流力所驱动者，其中开关元件S201设置于二极管CR200的负端与被调控电动机的直流电能驱动装置EMD202之间，开关元件S211的一端与二极管CR201的的正端共同连接于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD201与二极管CR200正端的连接点，开关元件S211的另一端则通往电源负端；开关元件S212之一端与二极管CR202的负端共同连接于被调控电动机之直流电能驱动装置EMD202与开关元件S201的连接点，开关元件S212之另一端则通往电源正端；—二极管CR200、CR201、CR202其中二极管CR200可依运作需求而设置或省略，二极管CR201负端联结于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD201及电源正端，二极管CR201正端与开关元件S211及被调控电动机的直流电能驱动装置EMD201与二极管CR200的正端共同联结；二极管CR202的负端联结于被调控电动机的直流电能驱动装置EMD202正端，二极管CR202的正端联结于电源负端；—操控指令输入单元M200由机电或固态电机或电子元件所构成，以发出对电动机组运转状态的操控指令；—中央控制单元CCU200由机电或固态电机或电子元件所构成的信号指令处理单元，为接受操控指令输入单元M200的指令经驱动电路D200操控开关元件组；—驱动电路D200由机电或固态电机或电子元件所构成，以接受中央控制单元CCU200的指令而驱动相对开关元件组。
6.如权利要求1，2，3，4或5所述的电动机串并联混合转态驱动系统，通过各项开关元件及电动机组的电路安排组合可获得下列各种功能或其中部分功能以配合运用需求，其各项功能如下F1单向回转由串联直接转并联的电动机功能运转；F2单向回转由串联以PWM方式逐渐提高为较大功率并联的电动机功能运转；F3单向回转由串联线性方式逐渐提高为最大功率并联的电动机功能运转；F4单向回转并以PWM方式加上串联并联切换操控由停机逐渐升至最大功率并联的电动机功能运转；F5单向回转并以线性元件加上串联并联切换操控由停机逐渐升至最大功率并联的电动机功能运转；F6双向回转并以PWM方式操控由停机渐升至最大功率并联的电动机及发电机功能运转；F7双向回转并以线性元件操控由停机渐升至最大功率并联的电动机及发电机功能运转；F8单向回转操控的串联及并联，各电动机组可作不平衡运转；F9双向回转操控的串联及并联，各电动机组可作不平衡运转；F10以双向开关元件对交流整流子电动机组操控由停机逐渐升至最大功率并联的电动机功能运转；F11以双向线性元件对交流整流子电动机组操控由停机逐渐升至最大功率并联的电动机功能运转；F12单向回转而由串联直接转最大功率并联的逆向发电机功能运转；F13单向回转并以PWM方式操控逐渐升作最大功率并联的的逆向发电机功能运转；F14单向回转并以线性元件操控逐渐升作最大功率并联的逆向发电机功能运转；F15可作公约组合的多种串并联组合型态；F16单向回转并以固态开关元件或线性元件或进一步结合控制磁场方式，于并联运转时，各别操控电动机组的转速、扭力、或电流作同性能或不同性能运转或部分停机；F17双向回转并以固态开关元件或线性元件或进一步结合控制磁场方式，于并联运转时，各别操控电动机组的转速、扭力、或电流或回转方向作同性能或不同性能运转或部分停机。
全文摘要
一种电动机串并联混合转态驱动系统,以直流激磁的交流或直流同步电动机或直流整流子式电动机的直流电能驱动装置(含电枢或磁场绕组)作串联或并联的阶梯式操控以及串联到并联连续性混合运转状态以操控所属电动机的转速、转向扭力及输出功率为其特征。
文档编号H02P5/74GK1200595SQ9710542
公开日1998年12月2日 申请日期1997年5月26日 优先权日1997年5月26日
发明者杨泰和 申请人:杨泰和