变换器、电动驱动装置以及电动设备的制作方法

1.本发明属于电机控制领域，特别涉及一种性能可靠的变换器、电动驱动装置以及电动设备。


背景技术：

2.随着环保要求的提高，中国甚至全世界对燃油设备的尾气排放也管理的越来越严格，因此，各种电动设备如电动汽车、电动工具等越来越受到生产商和消费者的青睐。另外，电动设备比燃油设备还具有能源利用率高、结构简单、噪声小、动态性能好和便携性高等优点。
3.在以动力电池供电的电动驱动装置以及电动设备，例如电动摩托车、电动工具等，由于供电电压受限，一般低于48伏，而且电机功率比较大，导致电机电流较大，可达几百安培。从而，变换器的输出电流必然增大，构成变换器的功率开关元件也必须选用额定电流更大的。
4.然而，受各种条件的影响，大电流的功率开关元件价格很高或者无法购买，甚至不存在，在这种情况下，往往选用两个或两个以上的总价格偏低、容易购买的小电流的功率开关元件，采用并联均流的方式搭建逆变器。
5.在开关特性一致性很高的情况下，并联的功率开关元件能够同时导通和同时关断，从而能够实现平均分担电流，均流效果较好。但是一致性很高的功率开关元件需要向原厂定制或通过筛选得到，致使成本增加，并联的数量越多，成本上升越快。此外，一致性很高的功率开关元件，随着使用环境的影响和时间的老化，也难以长期保证很高的一致性。并联的功率开关元件如果不能平均分担电流，将导致均流失败，出现单个功率开关元件损坏，进而导致变换器整体损坏。
6.随着功率开关元件并联数量的增长，其开关特性的一致性更加难以保证，致使均流效果越差，从而损坏的可能性越高，问题愈发严重。由于并联均流技术无法保证任意多个并联的开关元件同时导通和同时关断，而严重影响和限制了电机电流值和功率的增大，使得大电流和大功率的电动驱动装置以及电动设备的发展成为一个很难跨越的障碍。
7.在申请号为“2021219511470”的专利中，虽然给出了一种解决方案，但是，一组驱动信号线需要驱动多个桥臂电路工作，连接多个桥臂电路的驱动电路容易因为负载太大而不能可靠驱动多个桥臂电路同时工作，从而影响了电机的性能和效率。
8.综上，这些问题已经严重影响了大电流和大功率的电动驱动装置以及电动设备，包括电动摩托车、电动摩托艇、电动工具、电动车、电动船等的发展。


技术实现要素：

9.本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种性能可靠的变换器、电动驱动装置以及电动设备。
10.《结构1》
11.本发明提供了一种变换器，用于电能的转换和控制，包括：驱动部，包含k组驱动信号线；变换部，包含k个并联连接的桥臂电路；其特征在于：其中，每个桥臂电路均包括串联连接的一个上桥臂电路和一个下桥臂电路，每个上桥臂电路的一端连接至电源正极，每个下桥臂电路的一端连接至电源负极，每个桥臂电路中的上桥臂电路的另一端与下桥臂电路的另一端连接所形成的连接点作为输出端，k组驱动信号线一一对应连接k个桥臂电路，k为大于3的正整数。
12.在本发明提供的《结构1》变换器中，还可以具有这样的特征：其中，驱动部包含至少k 个单相驱动电路，每组驱动信号线对应连接着一个单相驱动电路和一个桥臂电路，k为大于 3的正整数。
13.在本发明提供的《结构1》变换器中，还可以具有这样的特征：其中，每个桥臂电路包含的功率开关元件的数量都相等，每组驱动信号线包含的驱动信号线的数量都相等，每条驱动信号线对应连接一个功率开关元件的触发端。
14.在本发明提供的《结构1》变换器中，还可以具有这样的特征：其中，驱动部的信号输入端连接至少一个电容。
15.在本发明提供的《结构1》变换器中，还可以具有这样的特征：其中，与驱动部的信号输入端相连接的控制信号线连接至少一个电容。
16.在本发明提供的《结构1》变换器中，还包括：控制部，包含至少2组控制信号线；其特征在于：其中，每组控制信号线包含至少2条控制信号线，控制信号线连接控制部和驱动部。
17.在本发明提供的《结构1》变换器中，还可以具有这样的特征：其中，每组控制信号线包含至少两组支路线，每组控制信号线中，至少有一组支路线连接了至少一个电容。
18.《结构2》
19.本发明提供了一种电动驱动装置，设置在电动设备中，用于驱动电动设备，包括：电源，提供电能；电机，包含k个电源连接端；《结构1》的变换器，其特征在于：其中，电机的k 个电源连接端一一对应连接变换器的k个输出端；k为大于3的正整数。
20.在本发明提供的《结构2》电动驱动装置中，还可以具有这样的特征：其中，电机包含至少2个相互绝缘的绕组单元。
21.《结构3》
22.进一步，本发明还提供了一种含有《结构2》电动驱动装置的电动设备。
23.发明的作用和效果
24.根据本发明所涉及的用于电能的转换和控制的变换器，其中的驱动部，包含k组驱动信号线；变换部，包含k个并联连接的桥臂电路；其特征在于：其中，每个桥臂电路均包括串联连接的一个上桥臂电路和一个下桥臂电路，每个上桥臂电路的一端连接至电源正极，每个下桥臂电路的一端连接至电源负极，每个桥臂电路中的上桥臂电路的另一端与下桥臂电路的另一端连接所形成的连接点作为输出端，k组驱动信号线一一对应连接k个桥臂电路，k为大于3的正整数，所以，每个桥臂电路都对应连接着一组驱动信号线，每组驱动信号都有足够的功率、电流或电压去驱动每个桥臂电路可靠地工作。
25.综上，本发明的变换器具有结构设计简单、合理、故障率低、使用寿命长等优点。特别是对于大电流的桥臂电路数量较多的变换器，可以安全、可靠地工作。
附图说明
26.图1是本发明的实施例中电动驱动装置的电路结构示意图；
27.图2是本发明的实施例中一个驱动单元的结构示意图；
28.图3是本发明的实施例中电机绕组的第一种结构示意图；以及
29.图4是本发明的实施例中电机绕组的第二种结构示意图。
具体实施方式
30.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
31.电动驱动装置设置在电动设备如电动工具、电动汽车、电动摩托车、电动摩托艇等设备内，用于驱动电动设备。
32.图1是本发明的实施例中电动驱动装置的电路结构示意图。
33.如图1所示，电动驱动装置10包括电机11、电源12和变换器。变换器的功率主电路是变换部。当电机为直流电机时，变换部包含的并联连接的桥臂电路的数量是大于3的正偶数，最小值是4，每2个桥臂电路组成一个h桥电路；当电机11为交流电机时，变换部也称为逆变器16。变换器的控制电路包含控制部14和驱动部15，变换器还可以包含指令发送部13。
34.电源12为直流电源，提供电能输出，可以是动力电池或整流源。在本实施例中，电源 12为动力电池，具有携带方便等优点。
35.图2是本发明的实施例中一个驱动单元的结构示意图，对图1中的结构做进一步的说明。
36.图3是本发明的实施例中电机绕组的第一种结构示意图，图4是本发明的实施例中电机绕组的第二种结构示意图，图3和图4对图1中电机11的结构做进一步的说明。
37.电机，包含k根电源线；其中，电机的k根电源线一一对应连接变换器的k个桥臂电路的k个输出端；k为大于3的正整数。
38.有的电机没有外露在机壳外面的电源线，只有电源连接端、或者称之为接线柱。所以，上一段也可以表达为：
39.电机，包含k个电源连接端(或接线柱)；其中，电机的k个电源连接端(或接线柱) 一一对应连接变换器的k个桥臂电路的k个输出端；k为大于3的正整数。k个电源连接端 (或接线柱)和k个桥臂电路的k个输出端通过电源线进行连接。
40.在本实施例中，k等于12。
41.如图1所示，电机11包含12根电源线(电源线也可以称之为相线)u1、v1、w1、u2、 v2、w2、u3、v3、w3、u4、v4、w4，并具有12个电源连接端(用空心圆圈表示)。
42.当电机为交流电机时，可以是无刷直流电机、开关磁阻电机、异步电机、同步电机、步进电机中的任一种。在本实施例中，电机11为无刷直流电机。无刷直流电机既保持了传统直流电机良好的调速性能又具有无滑动接触和换向火花、可靠性高、使用寿命长及噪声低等优点，在各种电动驱动装置和电动设备中广泛使用。
43.电机包含至少2个相互绝缘的绕组单元，每个绕组单元在电机内部没有直接的电路连接，每两个绕组单元之间的电阻大于1兆欧姆。如图1所示，电机11包含4个相互绝缘的绕组单元111、112、113和114。
44.电机的相数和每个绕组单元的相数都相等。电机11的相数为3，每个绕组单元都是一个独立的三相绕组。
45.每个绕组单元的绕组连接方式都相同，为多边形(多角形)连接、无中性线的星形连接和有中性线的星形连接中的任一种。在本实施例中，电机11的绕组连接方式为三边形连接，也就是三角形连接。在低压大电流的电动驱动装置中，绕组采用三角形连接，有利于提高电源的电压利用率，在电源电压不变的情况下可以驱动更大额定线电流或更大额定功率的电机。
46.每个绕组单元包含3个绕组且至少包含3根相线。当绕组单元的绕组连接方式为3边形 (3角形)连接或无中性线的星形连接时，每个绕组单元包含3根相线。当k等于12时，电机有4个绕组单元。
47.当绕组单元的绕组连接方式为有中性线的星形连接时，每个绕组单元包含3根相线和1 根中性线，也就是4根电源线，每根中性线通过电源线与一个桥臂电路对应连接，当k等于 12时，电机就只有3个绕组单元了。
48.如图1所示，绕组单元111包含3个相绕组，即a相绕组a11a12、b相绕组b11b12 和c相绕组c11c12，且包含3根相线u1、v1和w1；绕组单元112包含3个绕组，即a 相绕组a21a22、b相绕组b21b22和c相绕组c21c22，且包含3根相线u2、v2和w2；绕组单元113包含3个绕组，即a相绕组a31a32、b相绕组b31b32和c相绕组c31c32，且包含3根相线u3、v3和w3；绕组单元114包含3个绕组，即a相绕组a41a42、b相绕组b41b42和c相绕组c41c42，且包含3根相线u4、v4和w4。在绕组a11a12中， a11定义为绕组的首端，a12定义为绕组的末端。其它绕组的首末端依此类推。u1、u2、 u3和u4都是u相的相线，v1、v2、v3和v4都是v相的相线，w1、w2、w3和w4都是w相的相线。
49.每个绕组单元的额定相电流有效值相等，每个绕组单元的相数、相序和连接方式都相同。
50.如图3和图4所示，电机11包含定子铁芯，定子铁芯上有定子齿和定子槽，每个线圈都嵌套一个对应的定子齿，每个绕组包含至少一个线圈。如图3所示，每个绕组包含4个线圈，例如绕组a11a12包含4个串联连接的线圈，对应4个定子齿。绕组a11a12包含的4 个线圈也可以是并联连接，或者是每两个并联连接后再串联连接，或者每两个串联连接后再并联连接。在图3中，每个绕组包含4个串联连接的线圈。
51.图4是电机11的另外一种结构，电机11的极对数为4，每个绕组包含一个线圈。在图 4中，绕组单元111包含3个绕组a11a12、b11b12和c11c12且对应三个相邻的定子齿；绕组单元112包含3个绕组a21a22、b21b22和c21c22且对应三个相邻的定子齿；绕组单元113包含3个绕组a31a32、b31b32和c31c32且对应三个相邻的定子齿；绕组单元114 包含3个绕组a41a42、b41b42和c41c42且对应三个相邻的定子齿。与图3相比较，在每相绕组的电阻阻值一定的情况下，构成线圈的漆包线或漆包铜条等导体的横截面积可以更大一点，线圈的定型更好，可以减少定型材料的使用，避免电机工作时线圈振动引起机械噪声，也就是降低成本和提高部分性能指标。
52.在图3和图4中，由于4个绕组单元111、112、113和114是相互独立的，相互之间没有电路连接，而且每个绕组单元包含的绕组个数相同，所有绕组单元中每一相绕组的电阻阻值都相等，所以电机11的电流可以被4个绕组单元平均分摊，实现电机内部的均流。
53.所有的绕组单元中同相的绕组是并绕的关系，每个绕组单元的额定相电流有效值相等，每个绕组单元的相数、相序和连接方式都相同。同相的绕组嵌套在定子相同的槽内，每个绕组的漆包导体(漆包线或漆包铜条等)的横截面积相等，每个绕组的漆包线的并绕根数相同。也可以认为，并绕的绕组相互之间绝缘，并绕的绕组相互之间没有直接的电路连接关系。
54.根据上面可得，所有的绕组的相电阻阻值相等。准确的说，任意两个绕组的相电阻的阻值之差小于百分之十。电机任意两个电源连接端的电阻，除去无穷大或大于1兆欧姆的，其他阻值相等或阻值之差小于百分之十。
55.在图3中，每个绕组单元都包含3个不同相的绕组，4个绕组单元中同相的4个绕组是并绕的关系。绕组单元111包含3个不同相的绕组a11a12、b11b12和c11c12；绕组单元 112包含3个绕组a21a22、b21b22和c21c22；绕组单元113包含3个绕组a31a32、b31b32 和c31c32；绕组单元114包含3个绕组a41a42、b41b42和c41c42。绕组a11a12、a21a22、 a31a32和a41a42是并绕的关系，也就是说它们并行绕制在相同的定子槽内。同样的，绕组b11b12、b21b22、b31b32和b41b42是并绕的关系，绕组c11c12、c21c22、c31c32 和c41c42是并绕的关系。
56.由于电机工作时温度较高，可达一百多摄氏度，而且电机内部的温度分布不均匀，虽然绕组的电阻阻值与温度有关，但是，同相的并绕的绕组所处的温度场相同，所以，同相且并绕的绕组的电阻阻值一直都相等，如果电压相同，那么流过绕组的电流也相等，从而达到完全均流的目的。与图4的结构相比较，图3的结构均流的效果更好。
57.电源12具有与电机11的额定线电压相对应的恒定电压，用于提供与电机11的额定线电流相对应的直流电。
58.指令发送部13发送与电机11输出的位移、转速或转矩的值相对应的指令信号。
59.控制部14根据指令发送部13的指令信号和反馈信号(图中未示出)计算并输出对应的控制信号，该控制信号为pwm(脉冲宽度调制)信号。
60.驱动部15把控制信号进行功率放大并输出驱动信号。
61.控制部14和驱动部15也可以合并在一个控制单元中，该控制单元可以是一个模块。电路更加简洁，电路板尺寸更小，有利于降低成本。
62.控制部，包含至少2组控制信号线；每组控制信号线包含至少2条控制信号线，控制信号线连接控制部和驱动部。每组控制信号线包含的控制信号线的数量都相等。
63.当电机是直流电机时，控制部包含的控制信号线的组数是正偶数，最小值是2。当电机是交流电机时，控制部包含至少3组控制信号线。控制部包含的控制信号线的组数也可以是交流电机相数的正整数倍，最小的倍数是1，此时控制信号线的组数等于交流电机的相数。特别地，控制部包含的控制信号线的组数等于电机的电源线(或电源连接端)的数量。或者说，电机的电源线(或电源连接端)的数量是控制信号线组数的正整数倍。控制信号线的组数越少，成本越低；控制信号线的组数越高，控制的自由度和灵活度更高。
64.为了节约成本，控制部可以只用一个控制芯片，更进一步，为了提高控制算法的速度、提高控制的实时性和可靠性，控制信号线的组数越少越好。如图1所示，电机11是三相交流电机，控制部14包含3组控制信号线181、182和183。
65.控制信号线的组数少于驱动信号线的组数。或者说，控制信号线的总数少于驱动
信号线的总数。
66.如图1所示，控制信号线的组数等于3，驱动信号线的组数等于12。与每个驱动单元连接的控制信号线只有1组，与每个驱动单元连接的驱动信号线却有4组。驱动单元的个数等于控制信号线的组数。
67.图2以驱动单元153为例，对图1的结构做进一步的说明。
68.驱动部包含至少k个单相驱动电路，每组驱动信号线对应连接着一个单相驱动电路和一个桥臂电路，k为大于3的正整数。
69.多个单相驱动电路构成一个驱动单元。如图2所示，4个单相驱动电路构成1个驱动单元，12个单相驱动电路构成3个驱动单元。
70.每个单相驱动电路都有信号输入端和信号输出端，信号输入端连接控制信号线，信号输出端连接驱动信号线。
71.每组控制信号线连接至少2个单相驱动电路。
72.每组控制信号线分成干路线和支路线两部分，每组控制信号线包含一组干路线和至少两组支路线。每组控制信号线的支路线只跟连接的单相驱动电路有关系，与其它单相驱动电路没关系。所以，也可以说，每个单相驱动电路的信号输入端连接着一组控制信号线的支路线。
73.在本实施例中，每组控制信号线连接4个单相驱动电路。在图2中，其中一组控制信号线183具有2条控制信号线1831和1832，连接驱动单元153的4个单相驱动电路1531、1532、1533和1534。每个单相驱动电路把2条控制信号线传输来的控制信号进行功率放大并通过 2条驱动信号线输出驱动信号。例如，单相驱动电路1531把控制信号线1831、1832传输来的控制信号进行功率放大并通过2条驱动信号线19091和19092输出驱动信号。
74.每组控制信号线连接4个单相驱动电路，导致控制部到每个单相驱动电路的控制信号线的长度不相等。在印刷电路板中，为了尽量减少干扰，控制信号线的导线线径比较小，控制信号的频率一般大于10khz，为了提高变换器的性能甚至可达100khz以上，已经有资料报道在实验室中控制信号的频率可以达到惊人的1000khz。所以，控制信号线的导线的等效电阻和对地电容不容忽视，或者说，控制信号线的导线影响了控制信号的传输速度，或者说，从控制部到单相驱动电路，控制信号存在时间延迟。控制信号线的导线长度不同，控制信号的时间延迟也不同，导致同一个驱动单元的多个单相驱动电路输出的驱动信号在时序上不同步，也就是说，同一组控制信号控制下的多个桥臂电路不能同时工作，影响了变换器的性能，也影响了电机的性能。
75.为了消除上述影响，连接驱动部信号输入端的控制信号线连接至少一个电容，或者说，在靠近驱动部的信号输入端处的控制信号线连接至少一个电容。也可以说，至少有一个单相驱动电路，连接其信号输入端的控制信号线的支路线连接了至少一个电容，或者说，至少有一个单相驱动电路，在靠近其信号输入端处的控制信号线连接了至少一个电容。也可以说，至少存在一个电容，电容的一端与控制信号线的支路线相连接，另一端接地。
76.一般地，每组控制信号线的多条控制信号线在印刷电路板中都是并行走线的，所以，驱动部的信号输入端连接的电容个数等于每组控制信号线中的控制信号线的数量。在两电平逆变器或h桥电路中，驱动部的信号输入端连接的电容个数等于正偶数，也可以说，至少有一个单相驱动电路，其信号输入端连接了正偶数个电容。其中，电容的一端连接了单
相驱动电路的信号输入端，另一端接地。
77.如图2所示，与驱动单元153相连接的控制信号线1831，在1531的信号输入端处的控制信号线的支路线连接了一个电容15312，让1831中的控制信号的传输时间延长。相同的，在1532的信号输入端处的控制信号线的支路线连接了一个电容15322，在1533的信号输入端处的控制信号线的支路线连接了一个电容15332，目的是让1831中的驱动信号到达1531、1532、1533和1534的时间相等。实现的方法就是，保留连接导线最长的那条线路不变，把连接导线相对较短的单相驱动电路的信号输入端的控制信号线的支路线连接电容以延长控制信号的传输时间，以保持同一组控制信号到达同一个驱动单元的所有单相驱动电路的时间都相等，或者说同一组控制信号到达同一个驱动单元的所有单相驱动电路的时序相同，确保同一组控制信号控制下的多个桥臂电路能够同时工作。
78.从上述可知，每个驱动单元中，至少有一个单相驱动电路，与其连接的控制信号线的支路线没有连接电容。
79.在所有的单相驱动电路中，控制信号线的支路线没有连接电容的单相驱动电路的数量等于电机的相数。
80.由于每组控制信号线中的多条控制信号线在印刷电路板中都是并行走线的，所以，与驱动单元153相连接的控制信号线1832，在1531的信号输入端处的控制信号线的支路线连接了一个电容15314，在1532的信号输入端处的控制信号线的支路线连接了一个电容15324，在1533的信号输入端处的控制信号线的支路线连接了一个电容15334。
81.而且，电容15312和15314的容值相等，电容15322和15324的容值相等，电容15332 和15334的容值相等。
82.在一个单相驱动电路的信号输入端处，每条控制信号线的支路线连接的电容的容值都相等。
83.进一步地，在单相驱动电路的信号输入端处，连接电容的每条控制信号线的支路线还可以串联连接至少一个电阻，利用电阻和电容共同构成滞后电路，对信号的滞后时间进行准确的调整。由于常规电容的容值是阶梯变化的，在找不到合适容值的电容时，定制电容的成本较大，所以，加入电阻可以增加调整的自由度和灵活度，而且定制的电阻也相对比定制的电容更容易实现，成本更低。
84.从上述可知，驱动部的信号输入端连接至少一个电容和至少一个电阻。或者说，每组控制信号线连接至少一个电容和至少一个电阻；或者说，每组控制信号线的支路线连接至少一个电容和至少一个电阻
85.驱动部，包含k组驱动信号线；变换部，包含k个并联连接的桥臂电路；其特征在于：其中，每个桥臂电路均包括串联连接的一个上桥臂电路和一个下桥臂电路，每个上桥臂电路的一端连接至电源正极，每个下桥臂电路的一端连接至电源负极，每个桥臂电路中的上桥臂电路的另一端与下桥臂电路的另一端连接所形成的连接点作为输出端，k组驱动信号线一一对应连接k个桥臂电路，k为大于3的正整数。其中，k组驱动信号线相互独立，或者说，k 组驱动信号线相互之间没有直接的电路连接关系。
86.当电机是直流电机时，k为大于3的正偶数，最小值等于4。当电机是交流电机时，k 为大于5的正整数，最小值等于6。
87.每个桥臂电路包含的功率开关元件的数量都相等，每组驱动信号线包含的驱动信
号线的数量都相等，每条驱动信号线一一对应连接一个功率开关元件的触发端。
88.每组控制信号线包含至少2条控制信号线，每组驱动信号线包含至少2条驱动信号线。每组控制信号线包含的控制信号线的数量，每组驱动信号线包含的驱动信号线的数量，这两个数相等。
89.也可以是：每组控制信号线包含至少2条控制信号线，每组驱动信号线包含至少2条驱动信号线，每个桥臂电路包含至少2个功率开关元件。每组控制信号线包含的控制信号线的数量，每组驱动信号线包含的驱动信号线的数量，每个桥臂电路包含的功率开关元件的数量，这三个数相等。
90.当变换部为两电平逆变器，且功率开关元件不存在并联的情况下，每个桥臂电路包含2 个功率开关元件，每组驱动信号线包含2条驱动信号线，每组控制信号线包含2条控制信号线。
91.当变换部为两电平逆变器时，每个桥臂电路中可以采用并联均流技术，桥臂电路的上、下桥臂都包含至少2个并联连接的功率开关元件。
92.当变换部为三电平或多电平逆变器时，每个桥臂电路包含至少4个功率开关元件，每组驱动信号线包含至少4条驱动信号线，每组控制信号线包含至少4条控制信号线。
93.每个单相驱动电路可以是独立的，由专用的单相驱动芯片来构成。一个三相驱动芯片包含三个单相驱动电路，所以，驱动部也可以由多个三相驱动芯片构成，或者驱动部由三相驱动芯片和单相驱动芯片共同构成。也可以说，驱动部包含至少k个单相驱动芯片，或驱动部包含至少2个三相驱动芯片。可能存在一种情况，所有的三相驱动芯片中至少有一个单相驱动电路没有连接驱动信号线，也就是说，至少有一个单相驱动电路是不工作的。
94.如图1所示，驱动部15，包含12组驱动信号线1901、1902、1903、1904、1905、1906、 1907、1908、1909、1910、1911、1912；逆变器16(变换部)，包含12个桥臂电路；12组驱动信号线一一对应连接12个桥臂电路。
95.逆变器16包含的12个桥臂电路也可以按照电机11的相数分成3个桥臂单元161、162 和163，每个桥臂单元具有4个并联连接的桥臂电路，每个桥臂电路都有输出端，每个输出端还可以连接一根电源输出线，每个桥臂单元的所有输出端对应连接所有绕组单元的同相的相线或中性线。如图1所示，以桥臂单元163为例，桥臂单元163具有4个并联连接的桥臂电路1631、1632、1633和1634，桥臂电路1631、1632、1633和1634的电源输出线w1、 w2、w3和w4对应连接4个绕组单元111、112、113和114的w相的相线w1、w2、w3 和w4。在图1中，用小圆圈和对应符号表示线路的连接关系。同理，桥臂单元162的4个并联连接的桥臂电路的电源输出线对应连接4个绕组单元111、112、113和114的v相的相线v1、v2、v3和v4。桥臂单元161的4个并联连接的桥臂电路的电源输出线对应连接4 个绕组单元111、112、113和114的u相的相线u1、u2、u3和u4。
96.在本实施例中，每个桥臂电路包含一个上桥臂和一个下桥臂，上桥臂包含至少一个功率开关元件，下桥臂包含至少一个功率开关元件，上桥臂和下桥臂包含的功率开关元件数量相等。如图1所示，每个桥臂电路的上桥臂和下桥臂分别包含一个功率开关元件，由于每个桥臂单元输出的电流被4个桥臂电路所分摊，电流值变小，桥臂电路中的功率开关元件没有必要采用并联均流技术，采用小电流的功率开关元件也可以提高变换器的输出电流或输出功率，有利于降低成本、提高可靠性。只要每个桥臂单元包含的桥臂电路数量足够
多，变换器的额定输出电流或额定输出功率就可以达到任意值，例如一万安培或百兆瓦。当上桥臂和下桥臂分别包含两个或两个以上的并联连接的功率开关元件时，有利于增大散热面积，减轻单个功率开关元件的热压力，降低温升，提高可靠性和使用寿命。
97.每个桥臂电路的功率半导体可以由一个功率模块构成，每个桥臂单元的功率半导体也可以由一个功率模块构成，逆变器也可以由一个集成的功率模块构成。采用功率模块，体积更小，可靠性更高，但是价格也更高。
98.功率开关元件可以为场效应晶体管(mosfet)、门极可关断晶闸管(gto)、集成门极换流晶闸管(igct)、绝缘栅双极型晶体管(igbt)、电力双极型晶体管中(gtr)和门极换流晶闸管(sgct)中的任意一种。在低压的电动驱动装置中，一般采用mosfet，它的优点是输入电阻高，噪声低，热稳定性好，抗干扰能力强，功耗低，成本较低。在高压的电动驱动装置中，一般采用igbt，它的优点是驱动简单，保护容易，不用缓冲电路，开关频率高等优点，成本较低。
99.在本实施例中，如图1所示，每组驱动信号驱动1个桥臂电路工作。每组驱动信号具有 2个驱动信号，其中的一个驱动信号驱动对应的上桥臂的功率开关元件导通和关断，另外一个驱动信号驱动对应的下桥臂的功率开关元件导通和关断。所以，每个桥臂单元的4个上桥臂的功率开关元件可以独立导通和关断，4个下桥臂的功率开关元件也可以独立导通和关断，每个桥臂单元中的4个桥臂电路输出的电压波形相等。如前，4个绕组单元同相的绕组电阻阻值和电感都相等，所以同一个桥臂单元中的4个桥臂电路输出的电流也相等，实现了一个桥臂单元输出的电流被4个桥臂电路均流的效果。
100.每个桥臂单元的4个桥臂电路输出的电流不但大小相等，而且相位也相同，那么，电流作用在电机11中所产生的磁通的相位也是相同的，4个绕组单元所产生的电磁转矩也是相同的，电机11的瞬时转矩可以达到最大。
101.如图1所示，每个桥臂单元都具有4根独立的电源引出线，可以从其中一根检测到桥臂电路的输出电流进而通过倍数关系计算得出桥臂单元输出的电流，也就是电机11的一个线电流。避免通过4根同相的相线，使用4个电流传感器去检测电机的线电流。这样的话，可以采用较少的电流传感器，有利于降低成本，减小故障率。
102.如果是采用一个霍尔传感器同时测量同相的所有相线的电流之和，由于同相的相线的电流之和较大，可达几百到几千安培，这种量程的传感器价格很贵，这将增加成本。而且大量程的传感器精度也比较小，绝对误差比较大，这将导致系统的性能降低。因此，本发明的结构具有低成本、高性能的优点。
103.实施例的作用与效果
104.根据本实施例所涉及的用于电能的转换和控制的变换器，其中的驱动部，包含k组驱动信号线；变换部，包含k个并联连接的桥臂电路；其特征在于：其中，每个桥臂电路均包括串联连接的一个上桥臂电路和一个下桥臂电路，每个上桥臂电路的一端连接至电源正极，每个下桥臂电路的一端连接至电源负极，每个桥臂电路中的上桥臂电路的另一端与下桥臂电路的另一端连接所形成的连接点作为输出端，k组驱动信号线一一对应连接k个桥臂电路，k 为大于3的正整数，所以，每个桥臂电路都对应连接着一组驱动信号线，每组驱动信号都有足够的功率、电流或电压去驱动每个桥臂电路可靠地工作。
105.综上，本实施例的变换器具有结构设计简单、合理、故障率低、使用寿命长等优点。
特别是对于大电流的桥臂电路数量较多的变换器，可以安全、可靠地工作。
106.以上实施例仅为本发明构思下的基本说明，不对本发明进行限制。而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均属于本发明的保护范围。