包括具有開關(guān)元件的勵(lì)磁電路的同步的制造方法
【專利摘要】一種他勵(lì)同步機(jī)(1b1k)，具有在轉(zhuǎn)子側(cè)的勵(lì)磁電路，包括勵(lì)磁繞組(3)和用于勵(lì)磁繞組(3)的電源，以及用于將電源連接到勵(lì)磁繞組(3)的開關(guān)元件(8a，8e)。進(jìn)一步地，同步機(jī)(1b1k)包括第一定子側(cè)初級(jí)繞組(5a5f)和第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組(6a6f)。此外，同步機(jī)(1b1k)可包括a)連接到開關(guān)元件(8a，8e)的控制元件(9a，9e)的該第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組(6d)的抽頭，或者b)第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組(14d)，其耦合到該第一定子側(cè)初級(jí)繞組(5a5f)，并連接到開關(guān)元件(8a，8e)的控制元件(9a，9e)。
【專利說(shuō)明】包括具有開關(guān)元件的勵(lì)磁電路的同步機(jī)
[0001]本申請(qǐng)要求于2011年3月11日提交的在先美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)n0.61 / 451,988的優(yōu)先權(quán)，并且作為其非臨時(shí)申請(qǐng)；本申請(qǐng)還要求于2011年3月11日提交的歐洲申請(qǐng)n0.EP11157883的優(yōu)先權(quán)；歐洲申請(qǐng)n0.EP11157883和美國(guó)申請(qǐng)n0.61 / 451，988的整體在此通過(guò)引用各自全部被明確地并入本文，為了所有的意圖和目的，等同在此全文闡明。
[0002]本發(fā)明涉及一種他勵(lì)同步機(jī)，具有在轉(zhuǎn)子側(cè)的勵(lì)磁電路，包括勵(lì)磁繞組，用于勵(lì)磁繞組的電源，用于將電源連接到勵(lì)磁繞組的開關(guān)元件，第一定子側(cè)初級(jí)繞組和第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組，其耦合到該第一定子側(cè)初級(jí)繞組，并且至少部分地形成轉(zhuǎn)子電路的電源。
[0003]同步機(jī)久已為公眾所知，其作為電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)而被用于多種應(yīng)用。最重要的是，它們被用作所謂的“無(wú)刷直流電機(jī)”，用于各種驅(qū)動(dòng)器，例如用于電動(dòng)車。此處，在逆變器的幫助下從直流電流產(chǎn)生定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。進(jìn)一步地，同步機(jī)可以分為永久勵(lì)磁同步機(jī)和他勵(lì)同步機(jī)。永久勵(lì)磁的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)由永久磁體產(chǎn)生，而他勵(lì)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子側(cè)的勵(lì)磁繞組(直流電流流動(dòng)在其中)產(chǎn)生。
[0004]為此，他勵(lì)同步機(jī)經(jīng)常包括與轉(zhuǎn)子繞組一起旋轉(zhuǎn)的整流器，其通過(guò)滑環(huán)或通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器被供給交流電流，并將該交流電流轉(zhuǎn)換成直流電流給轉(zhuǎn)子繞組。如果勵(lì)磁繞組以這種方式被磁化，則轉(zhuǎn)子與施加到定子上的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步地一起旋轉(zhuǎn)。
[0005]在同步機(jī)的啟動(dòng)期間除了已知的容易“失步”(在極角90°負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)停轉(zhuǎn)力矩)的問(wèn)題，還存在實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)子退磁的問(wèn)題，快速轉(zhuǎn)子退磁有利于同步機(jī)的快速關(guān)閉操作或快速響應(yīng)調(diào)節(jié)。另外，在一段較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)流入定子的電流，直到轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)主動(dòng)衰減，這樣將對(duì)連接的設(shè)備造成損害。
[0006]特別地，電動(dòng)車的同步機(jī)也可以被用作“電氣離合器”，從而避免了機(jī)械式離合器的需要。此處轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)被關(guān)閉，并且同步機(jī)可以運(yùn)行自如。這種耦合操作應(yīng)快速完成，從而使能驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，例如在緊急情況下，可以從電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)輪被快速移除。
[0007]為了解決該問(wèn)題，例如參考現(xiàn)有技術(shù)W01993 / 020614A1，其披露了通過(guò)旋轉(zhuǎn)阻抗實(shí)現(xiàn)同步機(jī)的轉(zhuǎn)子退磁，旋轉(zhuǎn)阻抗在正常運(yùn)行中通過(guò)一個(gè)晶閘管被短路。晶閘管的激活通過(guò)滑環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0008]該解決方案的問(wèn)題是，由于在電刷和滑環(huán)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，前者可以很迅速地舉起后者，從而導(dǎo)致激活晶閘管中的錯(cuò)誤，特別是當(dāng)電刷和滑環(huán)二者都被弄臟或磨損時(shí)。當(dāng)使用一旦點(diǎn)火就保持導(dǎo)通的晶閘管時(shí)這種情況是可接受的，但是當(dāng)應(yīng)用其它快速反應(yīng)開關(guān)元件時(shí)是不可接受的。為了臨界安全應(yīng)用、例如為了電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)，同樣需要可靠的解決方案。
[0009]無(wú)刷發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的退磁的另一例來(lái)自US2006 / 0181249A1。該解決方案的問(wèn)題是方案復(fù)雜，并且一直運(yùn)行在次級(jí)繞組的滿額電壓。此外，退磁所需時(shí)間太長(zhǎng)。
[0010]此外,JP58-036198披露了一種方案,用于在負(fù)載被中斷后通過(guò)插入與發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路串聯(lián)的電阻，以抑制切斷負(fù)載時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓上升。由于這個(gè)原因，一個(gè)電阻和開關(guān)的并聯(lián)電路被插入同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路中，其中開關(guān)是常閉合的。當(dāng)負(fù)載被中斷從而使得母線電壓降低時(shí)，電壓降檢測(cè)器被操作來(lái)打開該開關(guān)。因此，電阻被串聯(lián)連接到勵(lì)磁線圈。通過(guò)這種方式，當(dāng)中斷負(fù)載時(shí)的電壓上升可以被抑制。[0011]最后，US2009 / 153105A1披露了一種發(fā)電機(jī)，包括:發(fā)電機(jī)定子，包括傳遞輸出電壓的主次級(jí)繞組；至少一個(gè)輔助繞組；以及勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組，由該(些)輔助繞組供電；調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓；以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，包括勵(lì)磁機(jī)次級(jí)繞組；旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)繞組，由該勵(lì)磁機(jī)次級(jí)繞組供電；以及控制電路，用于控制到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)繞組的電源，并配置成:通過(guò)響應(yīng)于來(lái)自電壓調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)控制到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)繞組的電源，從而維持來(lái)自發(fā)電機(jī)的輸出電壓幅值在預(yù)定水平，該(些)輔助繞組產(chǎn)生電壓，因?yàn)樗鼈儽槐┞队谟尚D(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)繞組產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)中。來(lái)自電壓調(diào)節(jié)器的信號(hào)通過(guò)專用變壓器被從定子側(cè)傳輸?shù)睫D(zhuǎn)子側(cè)。
[0012]然而，由US2009 / 153105A1提出的方案相對(duì)復(fù)雜。從而使得這樣的發(fā)電機(jī)價(jià)格昂貴，同時(shí)由于復(fù)雜的方案，其故障的風(fēng)險(xiǎn)比較高。
[0013]本發(fā)明提出一種改進(jìn)的同步機(jī)以滿足需求。更特別地，該需求為確保轉(zhuǎn)子的安全快速退磁，同時(shí)不需太多額外的技術(shù)努力。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，該需求通過(guò)在本發(fā)明中提到的這樣一種同步機(jī)來(lái)滿足，該同步機(jī)包括:
[0015]a)連接到開關(guān)元件的控制元件的第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組的抽頭，或者
[0016]b)第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組，其耦合到第一定子側(cè)初級(jí)繞組，并連接到開關(guān)元件的控制兀件。
[0017]一方面，用于開關(guān)元件的控制信號(hào)不再被電刷和滑環(huán)之間的誤接觸所影響。開關(guān)元件因此可在任意時(shí)刻被可靠地激活，因此使得轉(zhuǎn)子能夠在任意時(shí)刻被可靠地退磁。另一方面，該方案僅需要很少數(shù)目的附加部分，因?yàn)榈谝欢ㄗ觽?cè)初級(jí)繞組被用作轉(zhuǎn)子電路的電源，并用于給開關(guān)元件的控制元件供電(a和b的情況下)。此外，第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組也可被用作轉(zhuǎn)子電路的電源，以及用于給開關(guān)元件的控制元件供電(情況a)。從而，第一定子側(cè)初級(jí)繞組和第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組二者都提供雙倍的益處。
[0018]以下優(yōu)點(diǎn)由上面的方案所提供:
[0019]-轉(zhuǎn)子能夠以一種無(wú)接觸的方式被提供電能。
[0020]-在情形a)中，第一旋轉(zhuǎn)變壓器并不僅僅被用來(lái)給轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁繞組供電，還用來(lái)激活開關(guān)元件，結(jié)果第一旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)現(xiàn)了雙重目的。
[0021]-在情形b)中，第一旋轉(zhuǎn)變壓器(包括第一定子側(cè)初級(jí)繞組和第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組)可被優(yōu)選地設(shè)計(jì)為影響勵(lì)磁繞組的供電，而第二旋轉(zhuǎn)變壓器(包括第一定子側(cè)初級(jí)繞組和第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組)可被優(yōu)選地設(shè)計(jì)為影響開關(guān)元件的激活。因此旋轉(zhuǎn)變壓器可被以一種更簡(jiǎn)單的和因此經(jīng)濟(jì)有效的方式而構(gòu)造。通過(guò)以不同方式設(shè)計(jì)兩個(gè)次級(jí)繞組，可以進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以適應(yīng)其目的。
[0022]盡管本發(fā)明特別適宜于電動(dòng)車的同步機(jī)，但是本發(fā)明當(dāng)然也適用于用于其它目的的同步機(jī)，特別也適用于陸用設(shè)備。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式和進(jìn)一步的改進(jìn)由從屬權(quán)利要求和說(shuō)明書當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)實(shí)現(xiàn)，或由此披露。
[0024]特別有利的是，在情形b)中第一和第二次級(jí)繞組被布置在一個(gè)公共鐵芯上，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化旋轉(zhuǎn)變壓器的構(gòu)造，并使其甚至更加經(jīng)濟(jì)有效。
[0025]還特別有利的是，他勵(lì)同步機(jī)包括一個(gè)電容和/或一個(gè)電感，電感被布置在轉(zhuǎn)子側(cè)上的第一次級(jí)繞組或轉(zhuǎn)子側(cè)上的第二次級(jí)繞組與開關(guān)元件的控制元件之間，并與這些元件以這樣一種方式連接，即開關(guān)元件在公共的初級(jí)繞組上的電壓切斷后、例如在幾毫秒之后而被延遲打開。如果有不希望出現(xiàn)的勵(lì)磁電壓的短期的降落、或脈沖勵(lì)磁電壓的電壓間斷時(shí)，通過(guò)這種方式能夠防止開關(guān)元件被激活。這種電壓間斷由例如轉(zhuǎn)子側(cè)的橋式整流器或者甚至更多的是由轉(zhuǎn)子側(cè)的單向整流器引起，特別是與定子側(cè)的逆變器一起使用。在這方面，提及的電容和/或電感為低通特性。特別是電容量/電感量可以為額定值，以使得由定子側(cè)的逆變器和/或轉(zhuǎn)子側(cè)的整流器引起的電壓間斷可以(僅僅)被橋接。
[0026]有利的是，開關(guān)元件由場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極-源極通道形成，并且控制元件由所述晶體管的柵電極形成。場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有低導(dǎo)通電阻和高關(guān)斷電阻。從而，在同步機(jī)正常工作狀態(tài)下的功率耗散非常低。
[0027]在本文中，特別有利的是，所述電容/電感被布置在所述晶體管的柵極和漏極之間或柵極和源極之間。場(chǎng)效應(yīng)晶體管僅需要非常低的柵電流，而開關(guān)元件可在通過(guò)僅僅使用小電容切斷公共的初級(jí)繞組上的電壓后而被延遲打開。
[0028]還特別有利的是，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管適合于在場(chǎng)效應(yīng)晶體管關(guān)斷后通過(guò)其雪崩效應(yīng)消耗儲(chǔ)存在勵(lì)磁繞組中的電感能量。具有這種不同因此儲(chǔ)存在勵(lì)磁繞組中的能量被直接轉(zhuǎn)化成場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的熱量。具有至少部分電阻特性的并聯(lián)連接到晶體管的元件(例如電阻、壓敏電阻、齊納二極管)因此可被省略，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子電路結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。
[0029]此外，有利的是，開關(guān)元件由絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極-集電極通道形成，控制元件由所述晶體管的柵極形成，并且所述電容/電感被布置在所述柵極和發(fā)射極之間或柵極和集電極之間。通過(guò)結(jié)合絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管用于控制輸入以及雙極功率晶體管作為開關(guān)，絕緣柵雙極晶體管結(jié)合場(chǎng)效應(yīng)晶體管的簡(jiǎn)單柵極驅(qū)動(dòng)特性與雙極晶體管的高電流和低飽和電壓性能。從而，在同步機(jī)正常工作狀態(tài)下的功率耗散與普通場(chǎng)效應(yīng)晶體管相比甚至更低。
[0030]還有利的是，他勵(lì)同步機(jī)包括一個(gè)光電耦合器，其具有在定子側(cè)的光源和轉(zhuǎn)子側(cè)的光敏元件，其中發(fā)光元件被連接到開關(guān)元件的控制元件。這提供了進(jìn)一步的完美的可能性，即通過(guò)無(wú)接觸方式從靜止的定子到運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子傳輸控制信號(hào)。
[0031]有利的是，光電耦合器被布置在同步機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸的區(qū)域內(nèi)。通過(guò)這種方式定子側(cè)的光源和轉(zhuǎn)子側(cè)的光敏元件一直位于彼此相對(duì)的位置，即使當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)。這確保了光電率禹合器一直可靠地運(yùn)行。
[0032]此外，還有利的是，如果他勵(lì)同步機(jī)包括一個(gè)用于儲(chǔ)存電能的元件，該元件能夠激活開關(guān)元件，即使轉(zhuǎn)子電路沒有被供電。這一措施防止了開關(guān)元件被切斷得太早，假使由于轉(zhuǎn)子電路中的整流器，勵(lì)磁電壓短時(shí)間降落或脈動(dòng)。能量?jī)?chǔ)存元件還可以是電感、電容(特別是所謂的“超級(jí)電容”)和/或蓄電池。對(duì)比上述的變形中開關(guān)元件延遲觸發(fā)，在此主動(dòng)激活開關(guān)元件整個(gè)周期是可能的，在整個(gè)周期期間能量?jī)?chǔ)存元件使得電能是可利用的。
[0033]還有利的是，具有至少部分電阻特性的元件被布置得并聯(lián)連接到開關(guān)元件。例如可提供(線性)電阻器，壓敏電阻(也稱作VDR-壓敏電阻)或者甚至齊納二極管并聯(lián)到開關(guān)元件，以將儲(chǔ)存在勵(lì)磁繞組中的電感能量轉(zhuǎn)換為熱能。
[0034]本發(fā)明的上面的實(shí)施方式和進(jìn)一步的改進(jìn)可被以各種方式組合。
[0035]本發(fā)明將參考在示意性的附圖中示出的實(shí)施例而被詳細(xì)闡述，其中[0036]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的同步機(jī)的示意性圖示；
[0037]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的具有用于激活開關(guān)元件的第二旋轉(zhuǎn)變壓器的同步機(jī)的第一示意性圖示；
[0038]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的具有用于激活開關(guān)元件的光電耦合器的同步機(jī)的第二示意性圖示；
[0039]圖4示出了結(jié)合了旋轉(zhuǎn)變壓器的同步機(jī)的進(jìn)一步的變形；
[0040]圖5示出了圖4的同步機(jī)，但是使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為開關(guān)元件；
[0041]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的具有包括僅一個(gè)初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組的旋轉(zhuǎn)變壓器的同步機(jī)的變形；
[0042]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的如圖6中的同步機(jī)，但是開關(guān)元件的激活不同；
[0043]圖8示出了同步機(jī)，其中第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組的抽頭被連接到開關(guān)元件的控制元件；
[0044]圖9示出了與圖6相似的裝置，但是使用電感而非電容器來(lái)控制開關(guān)元件；
[0045]圖10示出了與圖9相似的裝置，但是使用IGBT而非FET作為開關(guān)元件，以及
[0046]圖11示出了與圖7相似的裝置，但是第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組的極性不同。
[0047]在附圖中相同的和相似的元件使用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)，并且只要沒有被特別地定義，具有類似功能的元件和特征也被標(biāo)識(shí)為相同的附圖標(biāo)記，但是索引不同。閱讀者將理解，說(shuō)明書中的術(shù)語(yǔ)“連接”或“耦合”以及相關(guān)術(shù)語(yǔ)是用于可操作意義上的，并不必限制為直接連接或I禹合。
[0048]圖1示意性地描述了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的他勵(lì)同步機(jī)la。同步機(jī)Ia包括定子2，(轉(zhuǎn)子側(cè))勵(lì)磁繞組3，第一旋轉(zhuǎn)變壓器4a，其具有一個(gè)第一定子側(cè)初級(jí)繞組5a和三個(gè)第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組6a，以及連接到三個(gè)第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組6a的整流器7a。轉(zhuǎn)子電路包括勵(lì)磁繞組3和整流器7a，并進(jìn)一步具有布置在其中的開關(guān)元件8a，其被提供用于斷開轉(zhuǎn)子電路。在本例中開關(guān)元件8a由控制線圈9a激活，并與其形成一個(gè)繼電器?？刂凭€圈9a的連接導(dǎo)致固定定子側(cè)通過(guò)滑環(huán)10連接。最后電阻11并聯(lián)連接到開關(guān)元件8。
[0049]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的同步機(jī)Ia的功能如下:
[0050]當(dāng)交流電壓被施加到第一定子側(cè)初級(jí)繞組5a時(shí)，在第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組6a中感應(yīng)出交流電壓，該電壓在整流器7a的作用下被轉(zhuǎn)換成直流電壓。如果開關(guān)元件8a被閉合，在勵(lì)磁繞組3中流過(guò)的電流因此導(dǎo)致在其中的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)變壓器4a和整流器7a因此形成轉(zhuǎn)子電路/勵(lì)磁繞組3的電源。當(dāng)交流電流被施加到定子2時(shí)，在定子2中形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以已知方式在轉(zhuǎn)子上形成旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
[0051]當(dāng)同步機(jī)Ia被關(guān)閉時(shí)為了消除旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在定子側(cè)的開關(guān)元件8a可以通過(guò)滑環(huán)10被激活，并且根據(jù)需要被打開，例如，當(dāng)同步機(jī)Ia被關(guān)閉時(shí)允許轉(zhuǎn)子電流并且因此轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)通過(guò)電阻11快速衰減。
[0052]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的同步機(jī)lb，其代替滑環(huán)10，包括一個(gè)具有第二定子側(cè)初級(jí)繞組13a和第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組14a的第二旋轉(zhuǎn)變壓器12a，第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組14a連接到開關(guān)元件8a的控制元件9a。以這種方式，開關(guān)元件8a可被以一種無(wú)接觸方式有利地激活。這具有這樣的效果，即，有效地避免由于在滑環(huán)10和電刷(圖1)之間的接觸不良帶來(lái)的開關(guān)元件8a的任何“抖動(dòng)”，特別是如果裝置被污染或磨損。因此在任意給定時(shí)間安全激活開關(guān)元件8a成為可能。
[0053]進(jìn)一步地，代替電阻11，具有至少部分電阻特性的另一元件可被布置，以將儲(chǔ)存在勵(lì)磁繞組3中的電感能量轉(zhuǎn)換為熱能，例如壓敏電阻或齊納二極管，作為電阻性負(fù)載11。
[0054]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的交流同步機(jī)lc，其中提供光電耦合器15代替第二旋轉(zhuǎn)變壓器12a。這可被用于連接與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的電壓源16到控制線圈9a，從而以這種方式激活開關(guān)元件8a。電壓源16可以例如是也從轉(zhuǎn)子電路的電源供電的電容器或蓄能器。該用于儲(chǔ)存電能的元件允許開關(guān)元件8a的該(至少短期)激活，即使沒有能量提供到轉(zhuǎn)子電路。可選的開關(guān)元件8a可以通過(guò)光電耦合器15，S卩，通過(guò)其光電晶體管直接地形成。例如，固態(tài)繼電器可以被用于該目的，其被光激活。
[0055]有利的是，光電耦合器15被布置在同步機(jī)Ic的旋轉(zhuǎn)軸的區(qū)域內(nèi)，從而使得光電耦合器15的光源和光電管一直位于彼此相對(duì)的位置，即使當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)。
[0056]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明(定子繞組未示出)的同步機(jī)的進(jìn)一步變形Id。同步機(jī)Id包括定子側(cè)(直流)電壓源17，其通過(guò)逆變器18為第一定子側(cè)初級(jí)繞組5d提供電能。這通過(guò)第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組6d和整流二極管與續(xù)流二極管的組合7d被傳輸?shù)絼?lì)磁繞組3(作為理想電感和理想歐姆電阻的替代電路圖示于此處)。以與上面同樣的方式，轉(zhuǎn)子電路布置包括與電阻11并聯(lián)連接的開關(guān)元件8a。當(dāng)然，代替逆變器18，可使用任何其它逆變器設(shè)計(jì)。
[0057]進(jìn)一步地，同步機(jī)Id包括與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的控制電路，該電路包括第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組14d，二極管19，電阻20和電容器21，另一電阻22，以及控制線圈9a。在此例中，第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器包括公共初級(jí)繞組5d。有利的是，第一和第二次級(jí)繞組6d，14d被布置在一個(gè)公共鐵芯上。
[0058]同步機(jī)Id的功能如下:
[0059]只要第一定子側(cè)初級(jí)繞組5d被提供能量，在第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組14d中感應(yīng)出交流電壓，在該交流電壓的作用下，電容器21通過(guò)二極管19和電阻20而被充電。電阻20有助于限制充電電流。因此存在于控制線圈9a上的電壓保持開關(guān)元件8a閉合。此時(shí)，如果同步機(jī)Id被關(guān)閉，并且第一定子側(cè)初級(jí)繞組5d不再被提供能量，電容器21通過(guò)控制線圈9a和電阻22而被放電，導(dǎo)致開關(guān)元件8a在轉(zhuǎn)子電流供應(yīng)被切斷后延遲(例如幾毫秒)打開，因此導(dǎo)致轉(zhuǎn)子勵(lì)磁迅速衰減。
[0060]同步機(jī)Id因此包括電容器21，該電容器21被配置在第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組14d和開關(guān)元件8a的控制元件9a之間，并被以這樣一種方式與之連接，使得在公共初級(jí)繞組5d上的電壓被移除后，開關(guān)元件8a被延遲打開。
[0061]有利的是，這防止了開關(guān)元件8a因?yàn)閯?lì)磁電壓的不希望的短期壓降或脈動(dòng)勵(lì)磁電壓的電壓間斷而被激活，例如可能由逆變器18和組合7d的整流二極管引起。特別是，電容器21和電阻22可以以上述電壓間斷被橋接的方式而被設(shè)計(jì)。
[0062]在圖5中根據(jù)本發(fā)明的同步機(jī)的一個(gè)進(jìn)一步的變形Ie被示出，其中該變形類似于圖4中示出的同步機(jī)Id。然而，代替由開關(guān)元件8a和控制元件9a形成的繼電器，一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)事實(shí)上是MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)被提供，該MOSFET的漏極-源極通道由開關(guān)元件Se形成，并且該MOSFET的柵極由控制元件9e形成。特別地，當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管被使用時(shí)，如果場(chǎng)效應(yīng)晶體管適合于在其被關(guān)斷后通過(guò)其雪崩效應(yīng)消耗儲(chǔ)存在勵(lì)磁繞組3中的電感能量，則電阻11可被省略。
[0063]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的同步機(jī)If的進(jìn)一步實(shí)施方式，其中第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組被省略，并且僅提供第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組6d。同步機(jī)If包括與第一次級(jí)繞組6d并聯(lián)的一個(gè)串聯(lián)連接，該串聯(lián)連接包括二極管23和由兩個(gè)電阻24和25形成的分壓器。電容器26與分壓器24，25并聯(lián)連接。
[0064]同步機(jī)If的功能如下:
[0065]只要第一定子側(cè)初級(jí)繞組5f被提供能量，在第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組6f中感應(yīng)出交流電壓，在該交流電壓的作用下，電容器26通過(guò)二極管23而被充電。因此電壓通過(guò)分壓器24，25也存在于柵極9e上，這保持漏極_源極通道Se導(dǎo)通。如果同步機(jī)If被關(guān)閉，并且第一定子側(cè)初級(jí)繞組5f不再被提供能量，則電容器26通過(guò)電阻24和25而被放電，導(dǎo)致在本發(fā)明的該變形中，由于轉(zhuǎn)子電源被切斷，開關(guān)元件Se也被延遲切斷，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子勵(lì)磁衰減。
[0066]此外，圖7示出了同步機(jī)的進(jìn)一步的變形lg，其中僅存在第一次級(jí)繞組6f。此外反并聯(lián)二極管7d與兩個(gè)進(jìn)一步的支路并聯(lián)連接，所述兩個(gè)進(jìn)一步的支路分別包括兩個(gè)反并聯(lián)二極管27和28。通過(guò)這種方式形成兩個(gè)共用支路27的全橋整流器，且其為全橋整流器27和28，以及全橋整流器27和7d。全橋整流器27，7d具有勵(lì)磁繞組3，以及開關(guān)元件Se (FET的漏極-源極通道)，該開關(guān)元件Se具有與其連接并聯(lián)的電阻11。全橋整流器27，28具有連接到它的并聯(lián)連接，該并聯(lián)連接包括電容器29和具有電阻30和31的分壓器。
[0067]只要第一定子側(cè)初級(jí)繞組5f被提供能量，則在第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組6f中感應(yīng)出交流電壓，在該交流電壓的作用下，電容器29通過(guò)全橋整流器27和28而被充電。因此電壓通過(guò)分壓器30，31也存在于柵極9e上，這保持漏極-源極通道Se導(dǎo)通。當(dāng)同步機(jī)Ig被關(guān)閉，并且不再提供能量到第一定子側(cè)初級(jí)繞組5f時(shí)，電容器29通過(guò)電阻30和31而被放電，導(dǎo)致在本發(fā)明的該變形中，由于轉(zhuǎn)子電源被切斷，開關(guān)元件Se也被延遲切斷，因此導(dǎo)致轉(zhuǎn)子勵(lì)磁衰減。
[0068]圖8進(jìn)一步示出了同步機(jī)的一個(gè)變形lh，其與圖5的同步機(jī)Ie非常相似。相比之下，第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組6d的抽頭連接到開關(guān)元件Se的控制元件9e。通過(guò)這種方式，獨(dú)立的第二次級(jí)繞組可被省略。
[0069]圖9示出了與圖6相似的裝置，但是具有電感32而非電容器26，用來(lái)控制開關(guān)元件Se。圖9裝置的功能也與圖6中示出的裝置功能非常相似。能量被儲(chǔ)存在電感32中，并在第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組6f的電壓中斷時(shí)保持開關(guān)元件Se暫時(shí)打開。
[0070]圖10示出了與圖9相似的裝置，但是具有IGBT而非FET作為開關(guān)元件8e。當(dāng)然，IGBT的使用不限于根據(jù)圖9的裝置，還可以被用于其它裝置中。例如，在圖5至8的裝置中IGBT可以被用作開關(guān)元件Se。
[0071]在這一點(diǎn)上應(yīng)該指出的是，盡管有利于發(fā)明，開關(guān)元件8a和Se也僅被理解為示例/示例性的，并且不以任何方式作為限制。具有相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)水平的技工的技能的閱讀者將易于理解，其它開關(guān)/開關(guān)元件可以被用作替代，例如晶閘管。
[0072]此外，第一定子側(cè)初級(jí)繞組5a...5f的極性，相對(duì)于第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組6a...6f，從所顯示的(即示于繞組5a...5f和6a...6f上的點(diǎn)相對(duì)于彼此位于對(duì)角)來(lái)看可以不同。[0073]圖11示出了與圖7的裝置相似的這樣一種裝置。相比之下，第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組6f?具有不同的極性。
[0074]附圖標(biāo)記列表
[0075]la...1k 他勵(lì)同步機(jī)
[0076]2定子繞組
[0077]3轉(zhuǎn)子繞組
[0078]4a.? ? 4f 第一旋轉(zhuǎn)變壓器
[0079]5a.? ? 5f 第一定子側(cè)初級(jí)繞組 [0080]6a.? ? 6f 第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組
[0081]7d整流/續(xù)流二極管組合
[0082]8a, 8e 開關(guān)元件
[0083]9a, 9e 控制元件
[0084]10滑環(huán)
[0085]11電阻
[0086]12a第二旋轉(zhuǎn)變壓器
[0087]13a第二定子側(cè)初級(jí)繞組
[0088]14a, 14d第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組
[0089]15光電稱合器
[0090]16(轉(zhuǎn)子側(cè))電壓源
[0091]17(定子側(cè))電壓源
[0092]18逆變器
[0093]19二極管
[0094]20電阻
[0095]21電容器
[0096]22電阻
[0097]23二極管
[0098]24，25 分壓器
[0099]26電容器
[0100]27 橋式整流器的第一支路
[0101]28 橋式整流器的第二支路
[0102]29 電容器
[0103]30，31 分壓器
[0104]32電感
【權(quán)利要求】
1.一種具有在轉(zhuǎn)子側(cè)的勵(lì)磁電路的他勵(lì)同步機(jī)(lb...1k)，所述他勵(lì)同步機(jī)(lb...1k)包括:勵(lì)磁繞組(3)，用于所述勵(lì)磁繞組(3)的電源，用于將所述電源連接到所述勵(lì)磁繞組(3)的開關(guān)元件(8a，Se)，第一定子側(cè)初級(jí)繞組(5a...5f)，以及第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組^a...6f)，所述第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組^a...6f)耦合到所述第一定子側(cè)初級(jí)繞組(5a...5f)，并且至少部分地形成轉(zhuǎn)子電路的所述電源，其特征在于 a)所述第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組^d)的抽頭，其連接到所述開關(guān)元件(8a，Se)的控制元件(9a, 9e),或者 b)第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組(14d)，其耦合到所述第一定子側(cè)初級(jí)繞組(5a...5f)，并連接到所述開關(guān)元件(8a，Se)的控制元件(9a，9e)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的他勵(lì)同步機(jī)(ld，le)，其特征在于，在所述b)情形中，所述第一次級(jí)繞組(6d)與所述第二次級(jí)繞組(14d)被布置在公共的鐵芯上。
3.根據(jù)前面權(quán)利要求之一的他勵(lì)同步機(jī)(lb-1k)，其特征在于，電容器(21，26，29)和/或電感(32)，所述電容器(21，26，29)和/或電感(32)以如下的方式布置并連接在所述第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組^f)或所述第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組(14d)與所述開關(guān)元件(8a，Se)的所述控制元件(9a，9e)之間，即，使得所述開關(guān)元件(8a，8e)在公共的初級(jí)繞組(5d，5f)上的電壓切斷之后被延遲打開。
4.根據(jù)前面權(quán)利要求之一的他勵(lì)同步機(jī)(lb...1k)，其特征在于，所述開關(guān)元件(Se)由場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極-源極通道形成，并且所述控制元件(9e)由所述晶體管的柵極形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3和4 的他勵(lì)同步機(jī)(lb...1k)，其特征在于，所述電容器(21，26，29)和/或所述電感(32)被布置在所述晶體管的柵極和漏極之間或者柵極和源極之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的他勵(lì)同步機(jī)(Ic)，其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管適于在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的關(guān)斷后，通過(guò)其雪崩效應(yīng)消耗儲(chǔ)存在所述勵(lì)磁繞組(3)中的電感能量。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6之一的他勵(lì)同步機(jī)(lb...1k)，其特征在于，所述開關(guān)元件(Se)由絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極-集電極通道形成，所述控制元件(9e)由所述晶體管的柵極形成，并且所述電容器(21，26，29)和/或所述電感(32)被布置在所述柵極和所述發(fā)射極之間或者所述柵極和所述集電極之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的他勵(lì)同步機(jī)(Ic)，其特征在于，用于儲(chǔ)存電能(16)的元件允許所述開關(guān)元件(8a)被激活，即使沒有電能供給所述轉(zhuǎn)子電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的他勵(lì)同步機(jī)(Ic)，其特征在于，壓敏電阻或齊納二極管被布置為并聯(lián)到所述開關(guān)元件(8a，Se)。
10.一種他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)包括: 轉(zhuǎn)子側(cè)電路裝置； 在所述轉(zhuǎn)子側(cè)電路裝置中的勵(lì)磁電路； 所述勵(lì)磁電路具有勵(lì)磁繞組； 用于所述勵(lì)磁繞組的電源； 至少部分地形成所述電源的轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組； 配置為將所述電源連接到所述勵(lì)磁繞組的開關(guān)； 所述轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組被電耦合到第一定子側(cè)初級(jí)繞組；所述轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組具有抽頭，所述抽頭連接到所述開關(guān)的控制器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 電容器，所述電容器連接在所述轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組和所述控制器之間，以在所述初級(jí)繞組上的電壓終止后延遲打開所述開關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 場(chǎng)效應(yīng)晶體管漏極-源極通道，其形成所述開關(guān)； 場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極，其形成所述控制器；以及， 場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括所述漏極-源極通道和所述柵極。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 連接在所述轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組和所述控制器之間的電容器，所述電容器被布置在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述柵極和源極之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 連接在所述轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組和所述控制器之間的電容器，所述電容器被布置在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述柵極和漏極之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的他勵(lì)同步機(jī)，其中: 所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有雪崩效 應(yīng)，所述雪崩效應(yīng)足以在晶體管切斷后消耗所述勵(lì)磁繞組的儲(chǔ)存的電感能量。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 絕緣柵雙極晶體管發(fā)射極-集電極通道，其形成所述開關(guān)； 絕緣柵雙極晶體管柵極，其形成所述控制器； 絕緣柵雙極晶體管，其包括所述發(fā)射極-集電極通道和所述柵極； 以及， 所述電容器，其被布置在所述絕緣柵雙極晶體管的所述柵極和集電極之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 絕緣柵雙極晶體管發(fā)射極-集電極通道，其形成所述開關(guān)； 絕緣柵雙極晶體管柵極，其形成所述控制器； 絕緣柵雙極晶體管，其包括所述發(fā)射極-集電極通道和所述柵極； 以及， 所述電容器，其被布置在所述絕緣柵雙極晶體管的所述柵極和發(fā)射極之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 齊納二極管，其布置為并聯(lián)到所述開關(guān)。
19.根據(jù)權(quán)利要求10的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 壓敏電阻，其布置為并聯(lián)到所述開關(guān)。
20.一種他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)包括: 轉(zhuǎn)子側(cè)電路裝置； 在所述轉(zhuǎn)子側(cè)電路裝置中的勵(lì)磁電路； 所述勵(lì)磁電路具有勵(lì)磁繞組； 用于所述勵(lì)磁繞組的電源； 至少部分地形成所述電源的第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組；配置為將所述電源連接到所述勵(lì)磁繞組的開關(guān)； 所述第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組被電耦合到第一定子側(cè)初級(jí)繞組；以及第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組，其被電耦合到所述第一定子側(cè)初級(jí)繞組，所述第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組連接到所述開關(guān)的控制器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 公共鐵芯，所述第一轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組和所述第二轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組被布置在所述公共鐵芯上。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 電容器，其連接在所述轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組和所述控制器之間，以在所述初級(jí)繞組上的電壓終止后延遲打開所述開關(guān)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 場(chǎng)效應(yīng)晶體管漏極-源極通道，其形成所述開關(guān)； 場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極，其形成所述控制器；以及 場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括所述漏極-源極通道和所述柵極。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 連接在所述轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組和所述控制器之間的電容器，所述電容被布置在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述柵極和源極之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 連接在所述轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組和所述控制器之間的電容器，所述電容被布置在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述柵極和漏極之間。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的他勵(lì)同步機(jī)，其中: 所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有雪崩效應(yīng)，所述雪崩效應(yīng)足以在晶體管切斷后消耗所述勵(lì)磁繞組的儲(chǔ)存的電感能量。
27.根據(jù)權(quán)利要求20的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 絕緣柵雙極晶體管發(fā)射極-集電極通道，其形成所述開關(guān)； 絕緣柵雙極晶體管柵極，其形成所述控制器； 絕緣柵雙極晶體管，其包括所述發(fā)射極-集電極通道和所述柵極；以及 所述電容器，其被布置在所述絕緣柵雙極晶體管的所述柵極和集電極之間。
28.根據(jù)權(quán)利要求20的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 絕緣柵雙極晶體管發(fā)射極-集電極通道，其形成所述開關(guān)； 絕緣柵雙極晶體管柵極，其形成所述控制器； 絕緣柵雙極晶體管，其包括所述發(fā)射極-集電極通道和所述柵極；以及 所述電容器，其被布置在所述絕緣柵雙極晶體管的所述柵極和發(fā)射極之間。
29.根據(jù)權(quán)利要求20的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 齊納二極管，其布置為并聯(lián)到所述開關(guān)。
30.根據(jù)權(quán)利要求20的他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)進(jìn)一步包括: 壓敏電阻，其布置為并聯(lián)到所述開關(guān)。
31.一種他勵(lì)同步機(jī)，所述他勵(lì)同步機(jī)包括: 轉(zhuǎn)子側(cè)電路裝置；在所述轉(zhuǎn)子側(cè)電路裝置中的勵(lì)磁電路； 所述勵(lì)磁電路具有勵(lì)磁繞組； 用于所述勵(lì)磁繞組的電源； 至少部分地形成所述電源的轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組； 所述轉(zhuǎn)子側(cè)次級(jí)繞組被電耦合到第一定子側(cè)初級(jí)繞組； 開關(guān)，其配置為將所述電源連接到所述勵(lì)磁繞組； 電阻性負(fù)載，其并聯(lián)連接到所述開關(guān)； 控制器，其配置為可控地選擇性打開和閉合所述開關(guān)； 包括所述控制器的控制電路，所述控制電路包括配置為給所述控制器供電的轉(zhuǎn)子側(cè)電壓源； 光電耦合器，其配置為可控地將所述轉(zhuǎn)子側(cè)電壓源連接到所述控制器，以操作所述開關(guān)，所述光電耦合器具有在所述控制電路中的光敏元件，并且所述光電耦合器具有可控光源，所述可控光源被配置為 將控制信號(hào)提供到所述光敏元件。
【文檔編號(hào)】H02P9/12GK103609015SQ201280010896
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月11日
【發(fā)明者】E·伊利亞諾 申請(qǐng)人:布魯薩電子公司