CN104767463A

CN104767463A - 一种具有容错功能的电机驱动装置

Info

Publication number: CN104767463A
Application number: CN201510118053.8A
Authority: CN
Inventors: 赵峰; 温旭辉
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2035-03-18
Also published as: CN104767463B

Abstract

一种具有容错功能的电机驱动装置。其永磁电机(1)的六套绕组在定子中依次互错60度电角度排布。六相绕组的A、C、E端与第一三相逆变器(3)的交流输出连接，B、D、F端与第二三相逆变器(6)的交流输出连接；六相绕组的另一端：a和d、b和e、c和f与短路装置(5)整流桥(51)三相交流输入端连接。短路装置(5)的第十七IGBT模块(52)和整流桥(51)并联，第十七IGBT模块(52)的开断控制整流桥(51)交流输入侧的电路的短路和开路。第九IGBT模块(9)和第一三相逆变器(3)并联，第十IGBT模块(10)和第二三相逆变器(6)并联，第九IGBT模块(9)或第十IGBT模块(10)的开断，控制六相绕组的A、C、E端或B、D、F端的短路和开路。

Description

一种具有容错功能的电机驱动装置

技术领域

本发明涉及一种电机驱动装置，特别涉及一种具有多种工作模式，具有容错功能，可实现对逆变器的保护的电机驱动装置。

背景技术

永磁电机功率密度高、效率高，因此广泛应用于航空、航天、军工和电动汽车等领域中。很多永磁电机驱动装置一方面要求低速大转矩，另一方面要求很宽的调速范围，也就是高速弱磁，同时还要求很高的可靠性，或者很好的容错性能。目前，多采用多相电机实现容错控制，提高驱动装置的可靠性，但是这种方法仅仅对有限的故障可以实现容错控制，并且难以进行故障的隔离，因此实用性比较差。

发明内容

本发明是克服目前的永磁电机驱动装置的高弱磁倍率和低速大转矩，以及高可靠性等问题，提出一种新的永磁电机驱动装置。本发明既可以满足低速运行时的大转矩需求，也可以实现宽调速范围；而且具有多种工作模式，可以实现多种故障的容错控制。

本发明具有容错功能的电机驱动装置，至少包含一个永磁电机、一个电池组、两个三相逆变器、一个预充电电路、一个短路装置、四个IGBT模块和一个电容。所述的第一三相逆变器包含第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、第五IGBT模块和第六IGBT模块；所述的第二三相逆变器包含第十一IGBT模块、第十二IGBT模块、第十三IGBT模块、第十四IGBT模块、第十五IGBT模块和第十六IGBT模块。所述的永磁电机包含第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第五绕组和第六绕组，六套绕组在定子中依次互错60度电角度排布，A和a、B和b、C和c、D和d、E和e、F和f分别为第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第五绕组和第六绕组的两端，因此第一绕组也称为绕组Aa，第二绕组也可称为绕组Bb，第三绕组也可称为绕组Cc，第四绕组也称为绕组Dd，第五绕组也可称为绕组Ee，第六绕组也可称为绕组Ff；第一绕组的一端A、第三绕组的一端C、第五绕组的一端E与第一三相逆变器的交流输出相连接；第二绕组的一端B、第四绕组的一端D、第六绕组的一端F与第二三相逆变器的交流输出相连接。第一三相逆变器和第二三相逆变器的每一个交流输出端都安装有电流传感器。第一绕组的另一端a和第四绕组的另一端d连接，形成新的绕组AadD；第二绕组的另一端b和第五绕组的另一端e连接，形成新的绕组BbeE；第三绕组的另一端c和第六绕组的另一端f连接，形成新的绕组CcfF；且第一绕组的另一端a和第四绕组的另一端d、第二绕组的另一端b和第五绕组的另一端e、第三绕组的另一端c和第六绕组的另一端f与短路装置中整流桥的三相交流输入端X、Y、Z连接在一起；短路装置包含整流桥和第十七IGBT模块，第十七IGBT模块的发射极和集电极分别和整流桥的正极和负极相连接，通过控制第十七IGBT模块的开通和关断，可以控制整流桥的交流输入侧的电路短路和开路，即实现整流桥的三相交流输入端X、Y、Z之间的短路和开路；第九IGBT模块的发射极和集电极分别和第一三相逆变器的母线正极和负极相连接；当第一三相逆变器不工作时，通过控制第九IGBT模块的开通和关断，可以控制第一绕组的一端A、第三绕组的一端C、第五绕组的一端E的短路和开路；第十IGBT模块的发射极和集电极分别和第二三相逆变器的母线正极和负极相连接；当第二三相逆变器不工作时，通过控制第十IGBT模块的开通和关断，可以控制第二绕组的一端B、第四绕组的一端D、第六绕组的一端F的短路和开路；电池组通过预充电电路和电容并联；电容通过第七IGBT模块与第一三相逆变器并联；电容通过第八IGBT模块与第二三相逆变器并联。

当本发明电机驱动装置工作在第一模式时，第七IGBT模块和第八IGBT模块开通，第九IGBT模块和第十IGBT模块关断，预充电电路给电容充电并闭合，短路装置的第十七IGBT模块关断，整流桥的三相交流输入端X、Y、Z三端开路，绕组AadD、CcfF、BbeE构成三套独立绕组，每一套绕组的两端都与一个三相逆变器的一个桥臂相连，此时本发明构成一个三相H桥控制的电机驱动装置，通过协调控制第一三相逆变器和第二三相逆变器可以实现电机驱动装置的正常工作。在这种模式下，绕组AadD、CcfF、BbeE构成三套绕组相互独立，因此仅需其中两套即可实现电机的平稳运行，因此三套绕组中的任意一套绕组出现开路或对地短路故障，都可以通过调整第一三相逆变器和第二三相逆变器的控制算法，通过控制剩余两套绕组实现故障容错控制，此时转矩或功率的输出能力会有所降低。这种模式尤其适用于第一绕组和第四绕组同时出现故障，或者第二绕组和第五绕组同时出现故障，或者第三绕组和第六绕组同时出现故障的情况。

当本发明所述的电机驱动装置工作在第二模式时，第七IGBT模块和第八IGBT模块开通，第九IGBT模块和第十IGBT模块关断，预充电电路给电容充电并闭合，短路装置的第十七IGBT模块闭合，整流桥的三相交流输入端X、Y、Z三端短路，第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第五绕组和第六绕组构成六套独立绕组，六套绕组的一端A、B、C、D、E、F分别与两个三相逆变器中的一个桥臂相连，六套绕组的另一端a、b、c、d、e、f连接在一起，此时本发明装置构成一个六相星接电机的电机驱动装置，通过协调控制第一三相逆变器和第二三相逆变器可以实现电机驱动装置的正常工作。在这种模式下，第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第五绕组和第六绕组构成一个六相星接电机，因此仅需其中三套绕组即可实现电机的平稳运行，因此六套绕组中的三套和三套以下的绕组出现故障，都可以通过调整第一三相逆变器和第二三相逆变器的控制算法，通过控制剩余绕组实现故障容错控制，此时转矩或功率的输出能力会有所降低。但是上述的故障情况不包含第一绕组和第四绕组同时出现故障，或者第二绕组和第五绕组同时出现故障，或者第三绕组和第六绕组同时出现故障的情况。

当本发明所述的电机驱动装置工作在第三模式时，预充电电路给电容充电并闭合；第七IGBT模块开通，第九IGBT模块关断；第八IGBT模块关断，第十IGBT模块开通，第二三相逆变器不工作，即第二三相逆变器的第十一IGBT模块、第十二IGBT模块、第十三IGBT模块、第十四IGBT模块、第十五IGBT模块和第十六IGBT模块全部关断；短路装置的第十七IGBT模块关断，整流桥的三相交流输入端X、Y、Z三端开路，绕组AadD、CcfF、BbeE构成三套独立绕组，三套绕组的一端A、C、E与第一三相逆变器相连，三套绕组的另一端B、D、F连接在一起，此时本发明装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第一三相逆变器可以实现电机驱动装置的正常工作。在这种模式下，第二三相逆变器不工作，因此适用于第二三相逆变器出现故障，但是六个IGBT模块的反并联二极管正常的情况，如六个IGBT中的一个或者多个出现故障，六个反并联二极管正常时；都可以通过第一三相逆变器控制永磁电机平稳运行，且此时的输出性能与正常工作时相同。

当本发明所述的电机驱动装置工作在第四模式时，预充电电路给电容充电并闭合；第七IGBT模块关断，第九IGBT模块开通；第八IGBT模块开通，第十IGBT模块关断，第一三相逆变器不工作，即第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、第五IGBT模块和第六IGBT模块全部关断；短路装置的第十七IGBT模块关断，整流桥的三相交流输入端X、Y、Z三端开路，绕组AadD、CcfF、BbeE构成三套独立绕组，三套绕组的一端B、D、F与第二三相逆变器相连，三套绕组的另一端A、C、E连接在一起，此时本发明装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第二三相逆变器可以实现电机驱动装置的正常工作。在这种模式下，第一三相逆变器不工作，因此适用于第一三相逆变器出现故障，但是六个IGBT模块的反并联二极管正常的情况，如六个IGBT中的一个或者多个出现故障，六个反并联二极管正常时；都可以通过第二三相逆变器控制永磁电机平稳运行，且此时的输出性能与正常工作时相同。

当本发明所述的电机驱动装置工作在第五模式时，预充电电路给电容充电并闭合；第七IGBT模块开通，第九IGBT模块关断；第八IGBT模块关断，第十IGBT模块关断，第二三相逆变器不工作，即第十一IGBT模块、第十二IGBT模块、第十三IGBT模块、第十四IGBT模块、第十五IGBT模块和第十六IGBT模块全部关断；短路装置的第十七IGBT模块开通，整流桥的三相交流输入端X、Y、Z三端短路，第一绕组、第三绕组、第五绕组构成三套独立绕组，三套绕组的一端A、C、E与第一三相逆变器相连，三套绕组的另一端a、c、e连接在一起，此时本发明装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第一三相逆变器可以实现电机驱动装置的正常工作，第二绕组、第四绕组和第六绕组不工作。在这种模式下，第二三相逆变器不工作，因此适用于第二三相逆变器出现故障的情况，可以通过第一三相逆变器控制永磁电机平稳运行，此时转矩或功率的输出能力会有所降低。同时在这种模式下，第一绕组、第三绕组、第五绕组构成一个三相星接电机，第二绕组、第四绕组和第六绕组不工作，因此适用于第二绕组、第四绕组和第六绕组中的一套或者多套出现故障的情况，尤其适合第二绕组、第四绕组和第六绕组三套全部出现故障的情况，可以通过第一三相逆变器控制永磁电机的第一绕组、第三绕组、第五绕组，确保电机平稳运行，此时转矩或功率的输出能力会有所降低。

当本发明所述的电机驱动装置工作在第六模式时，预充电电路给电容充电并闭合；第七IGBT模块关断，第九IGBT模块关断；第八IGBT模块开通，第十IGBT模块关断，第一三相逆变器不工作，即第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、第五IGBT模块和第六IGBT模块全部关断；短路装置的第十七IGBT模块开通，整流桥的三相交流输入端X、Y、Z三端短路，第二绕组、第四绕组和第六绕组构成三套独立绕组，三套绕组的一端B、D、F与第二三相逆变器相连，三套绕组的另一端b、d、f连接在一起，此时本发明装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第二三相逆变器可以实现电机驱动装置的正常工作，绕组Aa、Cc、Ee不工作。在这种模式下，第一三相逆变器不工作，因此适用于第一三相逆变器出现故障的情况，可以通过第二三相逆变器控制永磁电机平稳运行，此时转矩或功率的输出能力会有所降低。同时在这种模式下，第二绕组、第四绕组和第六绕组构成一个三相星接电机，第一绕组、第三绕组、第五绕组不工作，因此适用于第一绕组、第三绕组、第五绕组中的一套或者多套出现故障的情况，尤其适合第一绕组、第三绕组、第五绕组三套全部出现故障的情况，可以通过第二三相逆变器控制永磁电机的三套第二绕组、第四绕组和第六绕组，确保电机平稳运行，此时转矩或功率的输出能力会有所降低。

当需要当本发明所述的电机驱动装置输出低速大转矩时，可以控制本发明的装置工作在第一模式、第二模式、第三模式和第四模式中的任意一种；当需要当本发明所述的电机驱动装置输出高速时，可以控制本发明的装置工作在第五模式、第六模式中的任意一种。因此，本发明的装置可以减小弱磁倍率甚至取消弱磁工况，从而实现全范围内的高效。由于模式间的切换仅需要对不同的IGBT模块进行操作，比较简洁迅速，可以在驱动装置工作时进行模式切换。

同样，本发明针对电流传感器故障也可以实现容错控制。本发明所述的电机不限于三相，根据需要可以是多相，对应的逆变器和短路装置也相应是多相。发电时，逆变器可以进行不控整流，也可是全控整流。本发明的第九IGBT模块、第十IGBT模块、第十七IGBT模块可以和其余IGBT模块相同为带反并联二极管，也可以是单独的IGBT模块不带反并联二极管的形式。

本发明将电机的绕组分为两段，根据实际的需要，还可以将电机绕组分为多段，同时增加短路装置即可。

本发明有益效果：

1、本发明的电机驱动装置可实现多种模式的工作，可以在工作中实现多种模式的相互切换。

2、本发明的电机驱动装置可实现电机绕组故障的容错控制，逆变器故障的容错控制，电流传感器故障的容错控制。

3、通过绕组的切换可实现低速大转矩和款调速范围的需求，且全范围具有较高的效率；通过绕组的切换可以降低高速时的反电势，从而降低对三相逆变器最高耐压的要求。

附图说明

图1本发明的电机驱动装置结构拓扑示意图，图中：1永磁电机，2电池组，3第一三相逆变器，4预充电电路，5短路装置,6第二三相逆变器，7第七IGBT模块，8第八IGBT模块，9第九IGBT模块，10第十IGBT模块，37电容，11第一绕组，12第二绕组，13第三绕组，14第四绕组，15第五绕组，16第六绕组，31第一IGBT模块、32第二IGBT模块、33第三IGBT模块、34第四IGBT模块、35第五IGBT模块、36第六IGBT模块，61第十一IGBT模块，62第十二IGBT模块，63第十三IGBT模块，64第十四IGBT模块，65第十五IGBT模块，66第十六IGBT模块，51整流桥，52第十七IGBT模块；

图2本发明的电机驱动装置处于第一模式工作示意图；

图3本发明的电机驱动装置处于第二模式工作示意图；

图4本发明的电机驱动装置处于第三模式工作示意图；

图5本发明的电机驱动装置处于第四模式工作示意图；

图6本发明的电机驱动装置处于第五模式工作示意图；

图7本发明的电机驱动装置处于第六模式工作示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明具有容错功能的电机驱动装置，至少包含一个永磁电机1、一个电池组2、两个三相逆变器3、6、一个预充电电路4、一个短路装置5、四个IGBT模块7、8、9、10和一个电容37。所述的第一三相逆变器3包含第一IGBT模块31、第二IGBT模块32、第三IGBT模块33、第四IGBT模块34、第五IGBT模块35和第六IGBT模块36；第二三相逆变器6包含第十一IGBT模块61、第十二IGBT模块62、第十三IGBT模块63、第十四IGBT模块64、第十五IGBT模块65和第十六IGBT模块66；永磁电机1包含第一绕组11、第二绕组12、第三绕组13、第四绕组14、第五绕组15和第六绕组16，六套绕组在定子中依次互错60度电角度排布，A和a、B和b、C和c、D和d、E和e、F和f分别为第一绕组11、第二绕组12、第三绕组13、第四绕组14、第五绕组15和第六绕组16的两端，因此第一绕组11也称为绕组Aa，第二绕组12也可称为绕组Bb，第三绕组13也可称为绕组Cc，第四绕组14也称为绕组Dd，第五绕组15也可称为绕组Ee，第六绕组16也可称为绕组Ff；第一绕组11的一端A、第三绕组13的一端C、第五绕组15的一端E与第一三相逆变器3的交流输出相连接；第二绕组12的一端B、第四绕组14的一端D、第六绕组16的一端F与第二三相逆变器6的交流输出相连接；第一三相逆变器3和第二三相逆变器6的每一个交流输出端都安装有电流传感器；第一绕组11的另一端a和第四绕组14的另一端d连接，形成新的绕组AadD；第二绕组12的另一端b和第五绕组15的另一端e连接，形成新的绕组BbeE；第三绕组13的另一端c和第六绕组16的另一端f连接，形成新的绕组CcfF；且a和d、b和e、c和f与短路装置5中整流桥51的三相交流输入端X、Y、Z连接在一起；短路装置5包含整流桥51和第十七IGBT模块52，第十七IGBT模块52的发射极和集电极分别和整流桥51的正极和负极相连接，通过控制第十七IGBT模块52的开通和关断，可以控制整流桥51的交流输入侧的电路短路和开路，即实现整流桥51的三相交流输入端X、Y、Z之间的短路和开路；第九IGBT模块9的发射极和集电极分别和第一三相逆变器3的母线正极和负极相连接；当第一三相逆变器3不工作时，通过控制第九IGBT模块9的开通和关断，可以控制第一绕组11的一端A、第三绕组13的一端C、第五绕组15的一端E的短路和开路；第十IGBT模块10的发射极和集电极分别和第二三相逆变器6的母线正极和负极相连接；当第二三相逆变器6不工作时，通过控制第十IGBT模块10的开通和关断，可以控制第二绕组12的一端B、第四绕组14的一端D、第六绕组16的一端F的短路和开路；电池组2通过预充电电路4和电容37并联；电容37通过第七IGBT模块7与第一三相逆变器3并联；电容37通过第八IGBT模块8与第二三相逆变器6并联。

如图2所示，当本发明所述的电机驱动装置工作在第一模式时，第七IGBT模块7和第八IGBT模块8开通，第九IGBT模块9和第十IGBT模块10关断，预充电电路4给电容37充电并闭合，短路装置5的第十七IGBT模块52关断，整流桥51的三相交流输入端X、Y、Z三端开路，绕组AadD、CcfF、BbeE构成三套独立绕组，每一套绕组的两端都与一个三相逆变器3或6的一个桥臂相连，此时本发明的装置构成一个三相H桥控制的电机驱动装置，通过协调控制第一三相逆变器3和第二三相逆变器6可以实现电机驱动装置的正常工作。在这种模式下，绕组AadD、CcfF、BbeE构成三套绕组相互独立，因此仅需其中两套即可实现电机的平稳运行，因此三套绕组中的任意一套绕组出现开路或对地短路故障，都可以通过调整第一三相逆变器3和第二三相逆变器6的控制算法，通过控制剩余两套绕组实现故障容错控制，此时转矩或功率的输出能力会有所降低。这种模式尤其适用于第一绕组11和第四绕组14同时出现故障，或者第二绕组12和第五绕组15同时出现故障，或者第三绕组13和第六绕组16同时出现故障的情况。三套绕组都正常时，这种模式的输出能力最大。

如图3所示，当本发明所述的电机驱动装置工作在第二模式时，第七IGBT模块7和第八IGBT模块8开通，第九IGBT模块9和第十IGBT模块10关断，预充电电路4给电容37充电并闭合，短路装置5的第十七IGBT模块52闭合，整流桥51的三相交流输入端X、Y、Z三端短路，绕组Aa、Bb、Cc、Dd、Ee、Ff构成六套独立绕组，六套绕组的一端A、B、C、D、E、F分别与两个三相逆变器3和6中的一个桥臂相连，六套绕组的另一端a、b、c、d、e、f连接在一起，此时本发明装置构成一个六相星接电机的电机驱动装置，通过协调控制第一三相逆变器3和第二三相逆变器6可以实现电机驱动装置的正常工作。在这种模式下，绕组Aa、Bb、Cc、Dd、Ee、Ff构成一个六相星接电机，因此仅需其中三套绕组即可实现电机的平稳运行，因此六套绕组11、12、13、14、15、16中的三套和三套以下的绕组出现故障，都可以通过调整第一三相逆变器3和第二三相逆变器6的控制算法，通过控制剩余绕组实现故障容错控制，此时转矩或功率的输出能力会有所降低。但是上述的故障情况不包含第一绕组11和第四绕组14同时出现故障，或者第二绕组12和第五绕组15同时出现故障，或者第三绕组13和第六绕组16同时出现故障的情况。

如图4所示，当本发明所述的电机驱动装置工作在第三模式时，预充电电路4给电容37充电并闭合；第七IGBT模块7开通，第九IGBT模块9关断；第八IGBT模块8关断，第十IGBT模块10开通，第二三相逆变器6不工作，即第二三相逆变器6的六个IGBT模块61、62、63、64、65、66全部关断；短路装置5的第十七IGBT模块52关断，整流桥51的三相交流输入端X、Y、Z三端开路，绕组AadD、CcfF、BbeE构成三套独立绕组，三套绕组的一端A、C、E与第一三相逆变器3相连，三套绕组的另一端B、D、F通过第二三相逆变器6短路而连接在一起，此时本发明装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第一三相逆变器3可以实现电机驱动装置的正常工作。在这种模式下，第二三相逆变器6不工作，因此适用于第二三相逆变器6出现故障，但是六个IGBT模块61、62、63、64、65、66的反并联二极管正常的情况，如六个IGBT模块61、62、63、64、65、66中的一个或者多个出现故障，六个反并联二极管正常时；都可以通过第一三相逆变器3控制永磁电机1平稳运行，且此时的输出性能与正常工作时相同。

如图5所示，当本发明所述的电机驱动装置工作在第四模式时，预充电电路4给电容37充电并闭合；第七IGBT模块7关断，第九IGBT模块9开通；第八IGBT模块8开通，第十IGBT模块10关断，第一三相逆变器3不工作，即第一三相逆变器3的六个IGBT模块31、32、33、34、35、36全部关断；短路装置5的第十七IGBT模块52关断，整流桥51的三相交流输入端X、Y、Z三端开路，绕组AadD、CcfF、BbeE构成三套独立绕组，三套绕组的一端B、D、F与第二三相逆变器6相连，三套绕组的另一端A、C、E通过第一三相逆变器3短路而连接在一起，此时本发明装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第二三相逆变器6可以实现电机驱动装置的正常工作。在这种模式下，第一三相逆变器3不工作，因此适用于第一三相逆变器3出现故障，但是六个IGBT模块31、32、33、34、35、36的反并联二极管正常的情况，如六个IGBT模块31、32、33、34、35、36中的一个或者多个出现故障，六个反并联二极管正常时；都可以通过第二三相逆变器6控制永磁电机1平稳运行，且此时的输出性能与正常工作时相同。

如图6所示，当本发明所述的电机驱动装置工作在第五模式时，预充电电路4给电容37充电并闭合；第七IGBT模块7开通，第九IGBT模块9关断；第八IGBT模块8关断，第十IGBT模块10关断，第二三相逆变器6不工作，即第二三相逆变器6的六个IGBT模块61、62、63、64、65、66全部关断；短路装置5的第十七IGBT模块52开通，整流桥51的三相交流输入端X、Y、Z三端短路，绕组Aa、Cc、Ee构成三套独立绕组，三套绕组的一端A、C、E与第一三相逆变器3相连，三套绕组的另一端a、c、e通过短路装置5的短路而连接在一起，此时本发明装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第一三相逆变器3可以实现电机驱动装置的正常工作，绕组Bb、Dd、Ff不工作。在这种模式下，第二三相逆变器6不工作，因此适用于第二三相逆变器6出现故障的情况，可以通过第一三相逆变器控制永磁电机1平稳运行，此时转矩或功率的输出能力会有所降低。同时在这种模式下，绕组Aa、Cc、Ee构成一个三相星接电机，绕组Bb、Dd、Ff不工作，因此适用于绕组Bb、Dd、Ff中的一套或者多套出现故障的情况，尤其适合绕组Bb、Dd、Ff三套全部出现故障的情况，可以通过第一三相逆变器控制永磁电机1的三套绕组Aa、Cc、Ee，确保电机平稳运行，此时转矩或功率的输出能力会有所降低。综上可知，这种模式最适合在第二三相逆变器6和绕组Bb、Dd、Ff出现组合故障的情况，本发明的装置可以实现降额运行。

如图7所示，当本发明所述的电机驱动装置工作在第六模式时，预充电电路4给电容37充电并闭合；第七IGBT模块7关断，第九IGBT模块9关断；第八IGBT模块8开通，第十IGBT模块10关断，第一三相逆变器3不工作，即第一三相逆变器3的六个IGBT模块31、32、33、34、35、36全部关断；短路装置5的第十七IGBT模块52开通，整流桥51的三相交流输入端X、Y、Z三端短路，绕组Bb、Dd、Ff构成三套独立绕组，三套绕组的一端B、D、F与第二三相逆变器6相连，三套绕组的另一端b、d、f通过短路装置5的短路而连接在一起，此时本发明装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第二三相逆变器6可以实现电机驱动装置的正常工作，绕组Aa、Cc、Ee不工作。在这种模式下，第一三相逆变器3不工作，因此适用于第一三相逆变器3出现故障的情况，可以通过第二三相逆变器6控制永磁电机1平稳运行，此时转矩或功率的输出能力会有所降低。同时在这种模式下，绕组Bb、Dd、Ff构成一个三相星接电机，绕组Aa、Cc、Ee不工作，因此适用于绕组Aa、Cc、Ee中的一套或者多套出现故障的情况，尤其适合绕组Aa、Cc、Ee三套全部出现故障的情况，可以通过第二三相逆变器6控制永磁电机1的三套绕组Bb、Dd、Ff，确保电机平稳运行，此时转矩或功率的输出能力会有所降低。综上可知，这种模式最适合在第一三相逆变器3和绕组Aa、Cc、Ee出现组合故障的情况，本发明的装置可以实现降额运行。

当需要当本发明所述的电机驱动装置输出低速大转矩时，可以控制本发明的装置工作在第一模式、第二模式、第三模式和第四模式中的任意一种；当需要当本发明所述的电机驱动装置输出高速时，可以控制本发明的装置工作在第五模式、第六模式中的任意一种；当需要当本发明所述的电机驱动装置输出最大功率时，可以控制本发明的装置工作在第一模式。因此，本发明的装置可以减小弱磁倍率甚至取消弱磁工况，从而实现全范围内的高效。由于模式间的切换仅需要对不同的IGBT模块进行操作，比较简洁迅速，可以在驱动装置工作时进行模式切换。

同样，本发明针对电流传感器故障也可以实现容错控制。本发明所述的电机不限于三相，根据需要可以是多相，对应的三相逆变器3和6和短路装置5也相应是多相。本发明的第九IGBT模块9、第十IGBT模块10、第十七IGBT模块52可以和其余IGBT模块，如31、32、33、34、35、36一样带反并联二极管，也可以是单独的IGBT模块不带反并联二极管的形式，本发明的附图中为不带反并联二极管的形式，选用带反并联二极管的IGBT模块不会影响本发明的效果。

Claims

1.一种具有容错功能的电机驱动装置，其特征在于：所述的电机驱动装置至少包含一个永磁电机(1)、一个电池组(2)、两个三相逆变器(3、6)、一个预充电电路(4)、一个短路装置(5)、四个IGBT模块(7、8、9、10)和一个电容(37)；所述的第一三相逆变器(3)包含第一IGBT模块(31)、第二IGBT模块(32)、第三IGBT模块(33)、第四IGBT模块(34)、第五IGBT模块(35)，以及第六IGBT模块(36)；所述的第二三相逆变器(6)包含第十一IGBT模块(61)、第十二IGBT模块(62)、第十三IGBT模块(63)、第十四IGBT模块(64)、第十五IGBT模块(65)，以及第十六IGBT模块(66)；所述的永磁电机(1)包含第一绕组(11)、第二绕组(12)、第三绕组(13)、第四绕组(14)、第五绕组(15)和第六绕组(16)；六套绕组(11、12、13、14、15、16)在定子中依次互错60度电角度排布；第一绕组(11)的一端A、第三绕组(13)的一端C、第五绕组(15)的一端E分别与第一三相逆变器(3)的交流输出相连接；第二绕组(12)的一端B、第四绕组(14)的一端D、第六绕组(16)的一端F分别与第二三相逆变器(6)的交流输出相连接；第一绕组(11)的另一端a和第四绕组(14)的另一端d连接，形成新的绕组AadD；第二绕组(12)的另一端b和第五绕组(15)的另一端e连接，形成新的绕组BbeE；第三绕组(13)的另一端c和第六绕组(16)的另一端f连接，形成新的绕组CcfF；且第一绕组(11)的另一端a和第四绕组(14)的另一端d、第二绕组(12)的另一端b和第五绕组(15)的另一端e、第三绕组(13)的另一端c和第六绕组(16)的另一端f与短路装置(5)中整流桥(51)的三相交流输入端X、Y、Z连接在一起；短路装置(5)包含整流桥(51)和第十七IGBT模块(52)，第十七IGBT模块(52)的发射极和集电极分别和整流桥(51)的正极和负极相连接，通过控制第十七IGBT模块(52)的开通和关断，控制整流桥(51)交流输入侧的电路短路和开路，实现整流桥(51)的三相交流输入端X、Y、Z之间的短路和开路；第九IGBT模块(9)的发射极和集电极分别和第一三相逆变器(3)的母线正极和负极相连接；当第一三相逆变器(3)不工作时，通过控制第九IGBT模块(9)的开通和关断，控制第一绕组(11)的一端A、第三绕组(13)的一端C、第五绕组(15)的一端E的短路和开路；第十IGBT模块(10)的发射极和集电极分别和第二三相逆变器(6)的母线正极和负极相连接；当第二三相逆变器(6)不工作时，通过控制第十IGBT模块(10)的开通和关断，控制第二绕组(12)的一端B、第四绕组(14)的一端D、第六绕组(16)的一端F的短路和开路；电池组(2)通过预充电电路(4)和电容(37)并联；电容(37)通过第七IGBT模块(7)与第一三相逆变器(3)并联；电容(37)通过第八IGBT模块(8)与第二三相逆变器(6)并联。

2.按照权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：所述的电机驱动装置工作在第一模式时，第七IGBT模块(7)和第八IGBT模块(8)开通，第九IGBT模块(9)和第十IGBT模块(10)关断，预充电电路(4)给电容(37)充电并闭合，短路装置(5)的第十七IGBT模块(52)关断，整流桥(51)的三相交流输入端X、Y、Z三端开路，绕组AadD、CcfF、BbeE构成三套独立绕组，每一套绕组的两端都与一个三相逆变器的一个桥臂相连，所述的电机驱动装置构成一个三相H桥控制的电机驱动装置，通过协调控制第一三相逆变器(3)和第二三相逆变器(6)实现电机驱动装置的正常工作。

3.按照权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：所述的电机驱动装置工作在第二模式时，第七IGBT模块(7)和第八IGBT模块(8)开通，第九IGBT模块(9)和第十IGBT模块(10)关断，预充电电路(4)给电容(37)充电并闭合，短路装置(5)的第十七IGBT模块(52)闭合，整流桥(51)的三相交流输入端X、Y、Z三端短路，第一绕组(11)、第二绕组(12)、第三绕组(13)、第四绕组(14)、第五绕组(15)和第六绕组(16)构成六套独立绕组，六套绕组的一端A、B、C、D、E、F分别与两个三相逆变器中的一个桥臂相连，六套绕组的另一端a、b、c、d、e、f连接在一起，所述的电机驱动装置构成一个六相星接电机的电机驱动装置，通过协调控制第一三相逆变器(3)和第二三相逆变器(6)实现电机驱动装置的正常工作。

4.按照权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：所述的电机驱动装置工作在第三模式时，预充电电路(4)给电容(37)充电并闭合；第七IGBT模块(7)开通，第九IGBT模块(9)关断；第八IGBT模块(8)关断，第十IGBT模块(10)开通，第二三相逆变器(6)不工作，即第二三相逆变器(6)的第十一IGBT模块(61)、第十二IGBT模块(62)、第十三IGBT模块(63)、第十四IGBT模块(64)、第十五IGBT模块(65)和第十六IGBT模块(66)关断；短路装置(5)的第十七IGBT模块(52)关断，整流桥(51)的三相交流输入端X、Y、Z三端开路，绕组AadD、CcfF、BbeE构成三套独立绕组，三套绕组的一端A、C、E分别与第一三相逆变器(3)相连，三套绕组的另一端B、D、F连接在一起，所述的电机驱动装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第一三相逆变器(3)实现电机驱动装置的正常工作。

5.按照权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：所述的电机驱动装置工作在第四模式时，预充电电路(4)给电容(37)充电并闭合；第七IGBT模块(7)关断，第九IGBT模块(9)开通；第八IGBT模块(8)开通，第十IGBT模块(10)关断，第一三相逆变器(3)不工作，即第一三相逆变器(3)的第一IGBT模块(31)、第二IGBT模块(32)、第三IGBT模块(33)、第四IGBT模块(34)、第五IGBT模块(35)和第六IGBT模块(36)关断；短路装置(5)的第十七IGBT模块(52)关断，整流桥(51)的三相交流输入端X、Y、Z三端开路，绕组AadD、CcfF、BbeE构成三套独立绕组，三套绕组的一端B、D、F与第二三相逆变器(6)相连，三套绕组的的另一端A、C、E连接在一起，此时所述的电机驱动装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第二三相逆变器(6)实现电机驱动装置的正常工作。

6.按照权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：所述的电机驱动装置工作在第五模式时，预充电电路(4)给电容(37)充电并闭合；第七IGBT模块(7)开通，第九IGBT模块(9)关断；第八IGBT模块(8)关断，第十IGBT模块(10)关断，第二三相逆变器(6)不工作，即第二三相逆变器(6)的第十一IGBT模块(61)、第十二IGBT模块(62)、第十三IGBT模块(63)、第十四IGBT模块(64)、第十五IGBT模块(65)和第十六IGBT模块(66)关断；短路装置(5)的第十七IGBT模块(52)开通，整流桥(51)的三相交流输入端X、Y、Z三端短路，第一绕组(11)、第三绕组(13)、第五绕组(15)构成三套独立绕组，第一绕组(11)的一端A、第三绕组(13)的一端C、第五绕组(15)的一端E分别与第一三相逆变器(3)相连，第一绕组(11)的另一端a、第三绕组(13)的另一端c、第五绕组(15)的另一端e连接在一起，所述的电机驱动装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第一三相逆变器(3)实现电机驱动装置的正常工作，第二绕组(12)、第四绕组(14)、第六绕组(16)不工作。

7.按照权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：所述的电机驱动装置工作在第六模式时，预充电电路(4)给电容(37)充电并闭合；第七IGBT模块(7)关断，第九IGBT模块(9)关断；第八IGBT模块(8)开通，第十IGBT模块(10)关断，第一三相逆变器(3)不工作，即第一三相逆变器(3)的第一IGBT模块(31)、第二IGBT模块(32)、第三IGBT模块(33)、第四IGBT模块(34)、第五IGBT模块(35)和第六IGBT模块(36)关断；短路装置(5)的第十七IGBT模块(52)开通，整流桥(51)的三相交流输入端X、Y、Z三端短路，第二绕组(12)、第四绕组(14)、第六绕组(16)构成三套独立绕组，第二绕组(12)的一端B、第四绕组(14)的一端D、第六绕组(16)的一端F分别与第二三相逆变器(6)相连，第二绕组(12)的另一端b、第四绕组(14)的另一端d、第六绕组(16)的另一端f连接在一起，此时，所述的电机驱动装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第二三相逆变器(6)实现电机驱动装置的正常工作，第一绕组(11)、第三绕组(13)、第五绕组(15)不工作。