一種集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，包括設(shè)置在每個電機(jī)繞組處的H型的不對稱半橋，至少為三相繞組，每個電機(jī)繞組形成的不對稱半橋電路并聯(lián)設(shè)置在儲能模塊的兩端，穩(wěn)壓電容與所述不對稱半橋電路并聯(lián)，在儲能模塊的兩端并聯(lián)設(shè)置有充電電容，且在其中的一個不對稱半橋電路中，在第一電力電子開關(guān)器件的第二電極與第二二極管的陰極之間設(shè)置有開關(guān)部件，所述穩(wěn)壓電容和充電電容分別位于所述接觸器開關(guān)的兩側(cè)；交流電網(wǎng)單相電源通過電網(wǎng)接口分別與另外兩個不對稱半橋電路連接。該裝置實現(xiàn)了電機(jī)驅(qū)動和電池充電的雙重功能分時復(fù)用，有效的避免了現(xiàn)有技術(shù)中需要增加額外的器件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的缺點，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置。
【專利說明】一種集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種供電和充電的功率變換裝置，具體地說是一種集成了開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)磁阻電機(jī)是一種新型調(diào)速電機(jī)，調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點，是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無刷直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最新一代無極調(diào)速系統(tǒng)。現(xiàn)有技術(shù)中開關(guān)磁阻電機(jī)的驅(qū)動電路，主要包括直流電源、直流電容、N相電機(jī)繞組、上部的開關(guān)器件、下部的開關(guān)器件，上部的續(xù)流二極管以及下部的續(xù)流二極管。上述的直流電容主要作用是給整流電路或電池提供緩沖，穩(wěn)定直流母線電壓。N相電機(jī)繞組通過開關(guān)器件和續(xù)流二極管并聯(lián)到直流母線上。上述的上部的開關(guān)器件和下部的續(xù)流二極管連接到相電機(jī)繞組一端，上述的下部開關(guān)器件和下部的續(xù)流二極管連接到相電機(jī)繞組的另一端。
[0003]上述的開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動電路廣泛應(yīng)用在家庭、工業(yè)和車輛上。傳統(tǒng)地，基于開關(guān)磁阻電機(jī)的移動式電機(jī)系統(tǒng)裝備有向直流變換器傳遞DC電流的蓄電池，該直流變換器將該DC電流變換為所需的電流使得可以對開關(guān)磁阻電機(jī)供電，該電動發(fā)動機(jī)確保該系統(tǒng)的運(yùn)行。為確保這些蓄電池的再充電，需要在電路中裝備包括AC/DC轉(zhuǎn)換器的充電設(shè)備使得可以整流來自電網(wǎng)的AC電力以充電這些電池。此外，該設(shè)備也要利用DC-DC轉(zhuǎn)換器，用于將輸出的電壓電平適配于這些電池的電壓電平。由于這些充電設(shè)備需要電源控制器和充電相關(guān)的電子元器件，還需要散熱相關(guān)的散熱器，導(dǎo)致該設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本較高。
[0004]如中國專利文獻(xiàn)CN201956913U中，公開了一種集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和充電變換裝置，包括儲能模塊和與所述儲能模塊串聯(lián)的驅(qū)動模塊，還包括整流模塊和控制模塊，控制模塊分別與所述儲能模塊、驅(qū)動模塊和整流模塊連接，并根據(jù)預(yù)設(shè)程序控制整流模塊的工作，根據(jù)不同電壓制式來控制輸出電壓，實現(xiàn)在放電時對設(shè)備進(jìn)行對外供電，在不對外供電時對儲能裝置進(jìn)行充電。該方案中的優(yōu)點是每相電機(jī)繞組的驅(qū)動都可以構(gòu)建一個獨立充電器。因此這個方案的充電總功率是多相電機(jī)繞組充電功率的總和。但是它的電機(jī)繞組和非對稱半橋驅(qū)動電路只充當(dāng)充電器電路中的升壓電路部分。所以要完成充電器的功能時，該方案需要在原有的開關(guān)磁阻電機(jī)變換器增加一些器件，這些器件包括將整流橋，二極管和開關(guān)器件等器件，不僅使得電路的機(jī)構(gòu)更加復(fù)雜，而且增加了系統(tǒng)的成本。
實用新型內(nèi)容
[0005]為此，本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中的開關(guān)磁阻電機(jī)的驅(qū)動和充電變換裝置，充電時需要增加其他器件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，從而提出一種無需增加另外整流器件和開關(guān)器件通過復(fù)用實現(xiàn)的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的提供一種集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，包括至少三相電機(jī)繞組，在每相電機(jī)繞組處形成一個不對稱半橋電路，所述不對稱半橋電路包括:一相電機(jī)繞組，所述電機(jī)繞組的一端與第一電力電子開關(guān)器件的第一電極和第一二極管的陰極連接，另一端與第二電力電子開關(guān)器件的第二電極和第二二極管的陽極連接，且第一電力電子開關(guān)器件的第二電極與第二二極管的陰極連接，第二電力電子開關(guān)器件的第一電極與第一二極管的陽極連接；每個電機(jī)繞組形成的不對稱半橋電路并聯(lián)設(shè)置在儲能模塊的兩端，穩(wěn)壓電容與所述不對稱半橋電路并聯(lián)，在儲能模塊的兩端并聯(lián)設(shè)置有充電電容，交流電網(wǎng)的兩根輸出線分別與兩個不對稱半橋電路的第一電力電子開關(guān)器件的第一電極連接；在另外的至少一個不對稱半橋電路中，在其第一電力電子開關(guān)器件的第二電極與第二二極管的陰極之間設(shè)置有開關(guān)部件，所述穩(wěn)壓電容和充電電容分別位于所述開關(guān)部件的兩側(cè)。
[0007]所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，驅(qū)動模式下，交流電網(wǎng)通過電網(wǎng)接口斷開且開關(guān)部件閉合；充電模式下，交流電網(wǎng)通過電網(wǎng)接口連接且開關(guān)部件斷開。
[0008]所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，所述開關(guān)部件為接觸器開關(guān)或雙向?qū)娏﹄娮幽K。
[0009]所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，還包括鎖定結(jié)構(gòu)，充電時通過所述鎖定結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)子固定。
[0010]所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，充電時將所述轉(zhuǎn)子固定在設(shè)置接觸器開關(guān)的電機(jī)繞組所對應(yīng)的電機(jī)相的定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心線相互重合的位置。
[0011]所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，所述電力電子開關(guān)器件并聯(lián)設(shè)置有二極管；所述電力電子開關(guān)器件為IGBT，所述第一電極為發(fā)射極，所述第二電極為集電極；或所述電力電子開關(guān)器件為M0SFET，所述第一電極為源極，所述第二電極為漏極。
[0012]所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，其包括三相電機(jī)繞組、四相電機(jī)繞組及四相以上的電極繞組。
[0013]所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，所述電極繞組為四相時，所述接觸器開關(guān)設(shè)置在與交流電網(wǎng)不連接的其他兩個不對稱半橋電路中，所述接觸器的一側(cè)連接兩個不對稱半橋的第一電力電子開關(guān)器件的第二電極，所述接觸器的另一側(cè)連接兩個不對稱半橋的第二二極管的陰極。
[0014]所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，所述電機(jī)繞組為三相，包括A相繞組、B相繞組和C相繞組，所述接觸器開關(guān)設(shè)置在C相繞組所在的不對稱半橋電路中，所述電網(wǎng)接口的一端連接交流電網(wǎng)，另一端分別與A相電機(jī)繞組所在的不對稱半橋電路的第一二極管的陰極、B相電機(jī)繞組所在的不對稱半橋電路的第一二極管的陰極連接。
[0015]所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，所述每個不對稱半橋電路的第一電力電子開關(guān)器件和第二電力電子開關(guān)器件分別與控制器和驅(qū)動板連接。
[0016]本實用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點，
[0017](I)本實用新型所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，包括設(shè)置在每個電機(jī)繞組處的H型的不對稱半橋，至少為三相繞組，每個電機(jī)繞組形成的不對稱半橋電路并聯(lián)設(shè)置在蓄電池的兩端，穩(wěn)壓電容與所述不對稱半橋電路并聯(lián)，在蓄電池的兩端并聯(lián)設(shè)置有充電電容，且在其中的一個不對稱半橋電路中，在第一電力電子開關(guān)器件的第二電極與第二二極管的陰極之間設(shè)置有開關(guān)部件如接觸器開關(guān)或雙向?qū)K，所述穩(wěn)壓電容和充電電容分別位于所述接觸器開關(guān)的兩側(cè)；交流電網(wǎng)通過電網(wǎng)接口分別與另外兩個不對稱半橋電路連接。該裝置使用兩相繞組和兩個不對稱半橋電路拓?fù)渥鳛樯龎汉蜔o橋PFC功能的實現(xiàn)機(jī)構(gòu)，即與交流電網(wǎng)連接的半橋電路；另外的繞組和不對稱半橋拓?fù)潆娐纷鳛樯祲鹤儞Q器滿足蓄電池充電的需要，驅(qū)動模式下，電網(wǎng)接口斷開且開關(guān)部件閉合；充電模式下，電網(wǎng)接口連接且開關(guān)不見斷開，實現(xiàn)了該功率轉(zhuǎn)化裝置的分時復(fù)用，無需其他附加整流橋的元件，則實現(xiàn)了電機(jī)驅(qū)動和電池充電的雙重功能分時復(fù)用，有效的避免了現(xiàn)有技術(shù)中需要增加額外的器件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的缺點，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置。
[0018](2)所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，還包括鎖定結(jié)構(gòu)，充電時通過所述鎖定結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)子固定，只需要把轉(zhuǎn)子固定就可以充電，為了保證更好的充電效果，可以把所述轉(zhuǎn)子固定在負(fù)責(zé)充電的電機(jī)繞組所對應(yīng)的電機(jī)相的定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心線相互重合的位置。在本裝置充電的過程中，電動機(jī)的繞組通入充電電流，電流在電機(jī)中產(chǎn)生磁場。根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行原理，此時轉(zhuǎn)子可以在能量存儲的充電期間由于電磁力而產(chǎn)生振動或開始旋轉(zhuǎn)，這些不必要的振動和旋轉(zhuǎn)將增加能量存儲過程中的損耗，同時也干擾了能量存儲過程。為了提高能量存儲的效率和穩(wěn)定性，本裝置采用鎖定結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)子固定在特定的位置改善充電的效果。這個特定的位置可以選擇負(fù)責(zé)控制蓄電池充電的電機(jī)繞組所對應(yīng)的電機(jī)相的定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心線相互重合的位置。通過鎖定結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)子固定上述位置，保證能量存儲的高效和穩(wěn)定運(yùn)行。
[0019](3)所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，可根據(jù)三相電機(jī)或四相電機(jī)的類型來設(shè)置，如果是三相電機(jī)，其具有三相電機(jī)繞組，形成三個不對稱電路，如果是四相電機(jī)，則為四相電機(jī)繞組，設(shè)置4個不對稱半橋電路。根據(jù)具體的類型來選擇設(shè)置。
[0020](4)所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，所述每個不對稱半橋電路的第一電力電子開關(guān)器件和第二電力電子開關(guān)器件與控制器和驅(qū)動板連接，系統(tǒng)通過控制板和驅(qū)動板直接控制橋臂上的電力電子開關(guān)器件可以實現(xiàn)功率因素校正功能和根據(jù)負(fù)載情況實現(xiàn)穩(wěn)壓電容兩端的穩(wěn)定電壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本實用新型的具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
[0022]圖1是本實用新型所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是是本實用新型所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置的一個實施例的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖3是本實用新型所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置的一個實施例的連接結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖4是本實用新型所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置的鎖定機(jī)構(gòu)連接圖；
[0026]圖5、圖6是本實用新型所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置的另外一個實施方式的電路結(jié)構(gòu)圖；
【具體實施方式】
[0027]實施例1:
[0028]本實施例提供一種集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，包括控制模塊和與控制模塊連接的集成電機(jī)驅(qū)動-充電模塊，所述集成電極驅(qū)動-充電模塊與電網(wǎng)接口和蓄電池分別連接，通過所述集成電機(jī)驅(qū)動-充電模塊實現(xiàn)對蓄電池的充電和由蓄電池對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。本實施例所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，包括三相電機(jī)繞組，分別為繞組A、繞組B和繞組C。在每相電機(jī)繞組處形成一個不對稱半橋電路，如圖2所示，在繞組A處的不對稱半橋電路包括:電機(jī)繞組A，所述電機(jī)繞組A的一端與電力電子開關(guān)器件Qah的第一電極和二極管Dm的陰極連接，另一端與電力電子開關(guān)器件QA_第二電極和二極管Dah的陽極連接，且電力電子開關(guān)器件Qah的第二電極與二極管Dah的陰極連接，電力電子開關(guān)器件Qal的第一電極與二極管Dm的陽極連接。
[0029]在本實施例中，所述電力電子開關(guān)器件為IGBT，所述第一電極為發(fā)射極，所述第二電極為集電極。作為其他可以替換的實施方式，所述電力電子開關(guān)器件為M0SFET，所述第一電極為源極，所述第二電極為漏極。
[0030]為了保證所述電力電子開關(guān)器件的穩(wěn)定性，提高其使用壽命，避免反向擊穿，在所述電力電子開關(guān)器件上并聯(lián)設(shè)置有二極管。
[0031]本實施例中，在繞組A處形成了一個上述H型的不對稱半橋電路，在其余的繞組B和繞組C處也形成上述H型的不對稱半橋電路。在繞組B處的不對稱半橋電路包括:電機(jī)繞組B，所述電機(jī)繞組B的一端與電力電子開關(guān)器件Qbh的發(fā)射極和二極管D&的陰極連接，另一端與電力電子開關(guān)器件(V集電極和二極管Dbh的陽極連接，且電力電子開關(guān)器件Qbh的集電極與二極管Dbh的陰極連接，電力電子開關(guān)器件(V的發(fā)射極與二極管D&的陽極連接。
[0032]在繞組C處的不對稱半橋電路包括:電機(jī)繞組C，所述電機(jī)繞組C的一端與電力電子開關(guān)器件Qai的發(fā)射極和二極管Da的陰極連接，另一端與電力電子開關(guān)器件Qa集電極和二極管Dai的陽極連接，且電力電子開關(guān)器件Qai的集電極與二極管Dqi的陰極之間設(shè)置有接觸器，電力電子開關(guān)器件Qa的發(fā)射極與二極管Da的陽極連接。
[0033]上述三相繞組A、B、C形成的三個不對稱半橋電路并聯(lián)設(shè)置在蓄電池模塊的兩端，此處的蓄電池模塊可以是蓄電池，或者蓄電池與電池保護(hù)板的儲能模塊，本實施例中在蓄電池兩端設(shè)置有充電電容C2。此外，與不對稱半橋電路并聯(lián)設(shè)置有穩(wěn)壓電容C1，此處的Cl可以是單個電容或電容組，如圖2所示。C1的兩端分別連接二極管Dbh的陰極和電力電子開關(guān)器件(V的發(fā)射極。所述穩(wěn)壓電容C1和充電電容C2分別位于所述電機(jī)繞組C所在的不對稱半橋電路中的接觸器開關(guān)的兩側(cè)，交流電網(wǎng)通過電網(wǎng)接口分別與A相電機(jī)繞組的一端的二極管Dm的陰極、B相電機(jī)繞組的一端的二極管D&的陰極分別連接。此處的A相電機(jī)繞組所在不對稱半橋電路和B相繞組所在的不對稱半橋電路作為升壓整流電路，另外一組C相繞組所在的不對稱半橋電路作為充電升降壓電路。
[0034]上述集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，在驅(qū)動模式下，電網(wǎng)接口斷開且接觸器閉合；充電模式下，電網(wǎng)接口連接且接觸器斷開。
[0035]作為其他可變換的實施方案，所述電力電子開關(guān)器件還可以為除IGBT或MOSFET外的其他電力電子器件，如其他JBT等。另外，上述接觸器開關(guān)也可以替換為其他方式的開關(guān)部件，如雙向?qū)娏﹄娮幽K等。
[0036]該裝置使用兩相繞組和兩個不對稱半橋拓?fù)渥鳛樯龎汉蜔o橋PFC功能的實現(xiàn)機(jī)構(gòu)，另外的繞組和不對稱半橋拓?fù)渥鳛樯祲鹤儞Q器滿足蓄電池充電的需要，驅(qū)動模式下，電網(wǎng)接口斷開且接觸器閉合；充電模式下，電網(wǎng)接口連接且接觸器斷開，實現(xiàn)了該能量轉(zhuǎn)化裝置的分時復(fù)用，無需其他附加的專用整流元件，則實現(xiàn)了電機(jī)驅(qū)動和電池充電的雙重功能分時復(fù)用，有效的避免了現(xiàn)有技術(shù)中需要增加額外的器件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的缺點，提供了 一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置。
[0037]本實施例所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動與充電器的組合應(yīng)用場景中的不足，目前，該應(yīng)用場合一般使用單獨設(shè)備、浪費(fèi)設(shè)備與空間的技術(shù)問題，本實施例中提供的集成開關(guān)磁阻電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動電池充電的功率變換裝置有效克服了上述缺陷，實現(xiàn)了開關(guān)磁阻電機(jī)從蓄電池吸取驅(qū)動所需要的能量，而且能實現(xiàn)電網(wǎng)對蓄電池的充電。開關(guān)磁阻電機(jī)的直流變換器采用不對稱半橋方案，使用兩相繞組和兩個不對稱半橋拓?fù)渥鳛樯龎汉蜔o橋PFC功能的實現(xiàn)機(jī)構(gòu)，另外的繞組和不對稱半橋拓?fù)渥鳛樯祲鹤儞Q器滿足蓄電池的充電需要。該裝置把傳統(tǒng)的母線直流電容分成兩部分，一部分電容C1作為直流母線的穩(wěn)壓電容，另一部分電容C2作為升降壓端的蓄電池穩(wěn)壓電源。該蓄電池充電設(shè)備使用開關(guān)磁阻電機(jī)的直流變換器來形成AC-DC轉(zhuǎn)換器，并且使用開關(guān)磁阻電機(jī)的繞組形成電感。開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行模式和蓄電池充電模式從時間軸上分開，采用了分時復(fù)用的方法。開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行模式和蓄電池充電模式的切換可以采用具有接觸器功能的開關(guān)部件(或其他包括電力電子的開關(guān)裝置)連接或斷開電網(wǎng)連接線和特定的連接點處理。開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行模式和蓄電池充電模式的正常運(yùn)行是通過控制器對電力電子器件的控制完成，在充電時，開關(guān)磁阻電機(jī)的使用兩相繞組來構(gòu)建無橋的功率因數(shù)校正升壓器，且使用剩余相構(gòu)建蓄電池充電所需的升降壓DC-DC直流變換來提供電池所需要的電壓和電流。本實施例中的方案可以通過開關(guān)磁阻電機(jī)的元件和直流變換器的元件來驅(qū)動電機(jī)和提供蓄電池充電功能，因此該設(shè)備能克服外置蓄電池充電裝置的缺點。
[0038]實施例2:
[0039]作為進(jìn)一步的實施方式，本實施例中提供一種集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，在上述實施例的基礎(chǔ)上，本實施例中的功率變換裝置還包括鎖定結(jié)構(gòu)，充電時通過所述鎖定結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)子固定。由于開關(guān)磁阻電機(jī)的相電感隨轉(zhuǎn)子的位置改變而改變，因此固定電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置有助于減少相電感隨轉(zhuǎn)子位置的變化量。一般來說，充電時可以將所述的轉(zhuǎn)子固定任何一個位置。通過對該裝置的分析，充電時將所述轉(zhuǎn)子固定在設(shè)置接觸器開關(guān)的電機(jī)繞組所對應(yīng)的電機(jī)相的定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心線相互重合的位置是一個較好的充電位置，其它位置也同時適合充電。由于充電電流會產(chǎn)生磁場使得電機(jī)轉(zhuǎn)子振動或轉(zhuǎn)動，本實用新型將采用機(jī)械剎車結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)子固定在特定的位置改善充電的效果。當(dāng)在充電模式的情況中，充電電流將通過開關(guān)磁阻電機(jī)的繞組，由于電機(jī)不同繞組的相位引起的開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動或振動。實踐中，可以通過增加一個機(jī)械剎車把轉(zhuǎn)子固定在一些特定的位置來消除充電時的影響。
[0040] 此外，作為可以替換的實施方式，本實施例中的接觸器可以為機(jī)械接觸器、電力接觸器或特殊的接觸器結(jié)構(gòu)等。
[0041]本實施例中的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，參考圖1，所述電網(wǎng)接口是指提供與電網(wǎng)相連接觸式接口，所述集成電機(jī)驅(qū)動-充電模塊包括電力電子開關(guān)器，半導(dǎo)體二極管，接觸器、電容和電機(jī)本體。所述的蓄電池包括蓄電電池組。所述的控制模塊包括數(shù)字處理器(或微機(jī)處理器)和驅(qū)動電路等。參見圖2，集成電機(jī)驅(qū)動-充電模塊包括3個H形狀的非對稱半橋，每個半橋都由半導(dǎo)體開關(guān)器件(Qah和QpQbh和QpQch和Qa)半導(dǎo)體二極管(Dah和D&、DBH和DpDai和Da)和開關(guān)磁阻電機(jī)中的一相繞組(A相繞組、B相繞組、C相繞組)組成，其中半導(dǎo)體開關(guān)器件應(yīng)用IGBT或者M(jìn)OSFET等相關(guān)的開關(guān)器件，并且上述半導(dǎo)體開關(guān)器件帶有并聯(lián)的二極管。本實用新型的設(shè)備也包括能量儲存裝置(蓄電池)、連接到母線上的電容C1和電容C2、還有接觸器。接觸器通過機(jī)械結(jié)構(gòu)把接觸器兩端斷開。交流電網(wǎng)通過一個插頭接入到本實用新型設(shè)備。插頭的一根線接到二極管Dm的陰極上，另一根線接到二極管D&的陰極上。
[0042]該裝置有兩種運(yùn)行模式:驅(qū)動模式和充電模式。
[0043]當(dāng)本實用新型裝置運(yùn)行在驅(qū)動模式時，交流電網(wǎng)和電網(wǎng)的接口斷開，并且接觸器處于閉合狀態(tài)。如圖2，兩個直流電容處于并聯(lián)結(jié)構(gòu)，而且蓄電池直接給3個不對稱半橋供電。系統(tǒng)通過控制板和驅(qū)動板直接控制電力電子開關(guān)器件驅(qū)動電機(jī)按照指定的狀態(tài)運(yùn)行。
[0044]當(dāng)本實用新型裝置運(yùn)行在充電模式時，交流電網(wǎng)和電網(wǎng)的接口接通，并且接觸器處于打開狀態(tài)。這時候，兩個直流電容被接觸器分開，在兩個電容上形成兩個不同的直流電壓，每個電容兩端的電壓通過系統(tǒng)對電力電子開關(guān)器件的控制和不同負(fù)載情況而定。如圖2，電機(jī)繞組A所在不對稱半橋、電機(jī)繞組B所在的不對稱半橋和電容C1組成無橋臂的升壓電路。交流電源通過電網(wǎng)的插頭接入到該裝置上。系統(tǒng)通過控制板和驅(qū)動板直接控制橋臂上的電力電子開關(guān)器件Qu和Q&的控制可以實現(xiàn)功率因素校正功能和根據(jù)負(fù)載情況實現(xiàn)電容仏兩端的穩(wěn)定電壓。此時的電容C1的電壓高于輸入電網(wǎng)電壓的峰值。由于接觸器打開，電容C2兩端的電壓跟電容C1兩端的電容不再相等。系統(tǒng)裝置可以通過控制電機(jī)繞組C所在不對稱半橋上的電力電子開關(guān)器件Qal和Qa來控制蓄電池充電的電流和功率。
[0045]如圖3，所示驅(qū)動板和控制器組成控制器模塊，它提供電力電子開關(guān)器件的控制信號，同時它也接收整個系統(tǒng)的電流、電壓、轉(zhuǎn)子位置和溫度等信號?？刂破髂K跟整車控制器使用CAN通信連接，轉(zhuǎn)矩信號、充電信號從整車控制器獲得。
[0046]在裝置充電的過程中，電動機(jī)的繞組通入充電電流，電流在電機(jī)中產(chǎn)生磁場。根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行原理，由此對于轉(zhuǎn)子可以在能量存儲的充電期間在磁場的作用下振動或開始旋轉(zhuǎn)。這些不必要的振動和旋轉(zhuǎn)將增加能量存儲過程中的損耗，同時也干擾了能量存儲過程。為了提高能量存儲的效率和穩(wěn)定性，本裝置采用機(jī)械剎車結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)子固定在特定的位置改善充電的效果。這個特定的位置是負(fù)責(zé)控制蓄電池充電的電機(jī)繞組所對應(yīng)的電機(jī)相的定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心線相互重合的位置。如圖4，機(jī)械剎車的結(jié)構(gòu)固定在電機(jī)的定子外殼上，通過機(jī)械鎖定結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)子固定上述位置，保證能量存儲的高效和穩(wěn)定運(yùn)行。
[0047]實施例3:
[0048]本實施例中的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，針對四相電機(jī)設(shè)置，因此其包括四相電機(jī)繞組，參見圖5，包括繞組A、B、C、D，形成4個H形狀的非對稱半橋。每個半橋都由半導(dǎo)體開關(guān)器件(Qah和Al、Qbh和Qbl、Qch和和QDl)、半導(dǎo)體二極管(Dah和DpDbh和DpDai和Da、DDH和Dm)、和開關(guān)磁阻電機(jī)中的一相繞組(A相繞組、B相繞組、C相繞組、D相繞組)組成，其中半導(dǎo)體開關(guān)器件應(yīng)用IGBT或者M(jìn)OSFET等相關(guān)的開關(guān)器件，并且開關(guān)器件帶有并聯(lián)的二極管。還包括能量儲存裝置(蓄電池)、連接到母線上的電容C1和電容C2、還有接觸器，接觸器通過機(jī)械結(jié)構(gòu)把接觸器兩端斷開。所述接觸器開關(guān)設(shè)置在兩個不對稱半橋電路中，此處設(shè)置在繞組C和繞組D所在的不對稱半橋電路中間，所述接觸器的一側(cè)連接電力電子開關(guān)器件Qdh和Qai的集電極，所述接觸器的另一側(cè)連接不對稱半橋Da^P 陰極。交流電網(wǎng)通過一個插頭接入到本裝置設(shè)備。插頭的一根線接到二極管D&的陰極上，另一根線接到二極管D&的陰極上。充電電容C2并聯(lián)在電池的兩端，穩(wěn)壓電容Cl并聯(lián)到二極管Dbh的陰極和電力電子開關(guān)器件(V的發(fā)射極。
[0049]該裝置有兩種運(yùn)行模式:驅(qū)動模式和充電模式。當(dāng)本實用新型裝置運(yùn)行在驅(qū)動模式時，交流電網(wǎng)和電網(wǎng)的接口斷開，并且接觸器處于閉合狀態(tài)，兩個直流電容(；和(:2處于并聯(lián)結(jié)構(gòu)，而且蓄電池直接給4個不對稱半橋供電。系統(tǒng)通過控制板和驅(qū)動板直接控制電力電子開關(guān)器件驅(qū)動電機(jī)按照指定的狀態(tài)運(yùn)行。
[0050]當(dāng)本實用新型裝置運(yùn)行在充電模式時，交流電網(wǎng)和電網(wǎng)的接口接通，并且接觸器處于打開狀態(tài)。這時候 ，兩個直流電容C1和C2被接觸器分開，在兩個電容上形成兩個不同的直流電壓，每個電容兩端的電壓通過系統(tǒng)對電力電子開關(guān)器件的控制和不同負(fù)載情況而定。如圖5，電機(jī)繞組A所在不對稱半橋、電機(jī)繞組B所在的不對稱半橋和電容C1組成無橋臂的升壓電路。交流電源通過電網(wǎng)的插頭接入到該裝置上。系統(tǒng)通過控制板和驅(qū)動板直接控制橋臂上的電力電子開關(guān)器件Q&和(V的控制可以實現(xiàn)功率因素校正功能和根據(jù)負(fù)載情況實現(xiàn)電容Cl兩端的穩(wěn)定電壓。此時的電容C1的電壓高于輸入電網(wǎng)電壓的峰值。由于接觸器打開，電容C2兩端的電壓跟電容C1兩端的電容不再相等。系統(tǒng)裝置可以通過控制電機(jī)繞組C和電機(jī)繞組所在不對稱半橋上的電力電子開關(guān)器件(Qra、Qcl> Qdh、和Q1J來控制蓄電池充電的電流和功率。
[0051]本實施例所述的裝置充電的過程中，電動機(jī)的繞組通入充電電流，電流在電機(jī)中產(chǎn)生磁場。根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行原理和磁阻轉(zhuǎn)子，由此對于轉(zhuǎn)子可以在能量存儲的充電期間振動或開始旋轉(zhuǎn)。這些不必要的振動和旋轉(zhuǎn)將增加能量存儲過程中的損耗，同時也干擾了能量存儲過程。為了提高能量存儲的效率和穩(wěn)定性，本裝置采用鎖定結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)子固定在特定的位置改善充電的效果。這個特定的位置是負(fù)責(zé)控制蓄電池充電的兩個電機(jī)繞組C和電機(jī)繞組D對應(yīng)的電機(jī)相的定子極之間中心線的與轉(zhuǎn)子極中心線相互重合的位置。如圖4,機(jī)械剎車的結(jié)構(gòu)固定在電機(jī)的定子外殼上，通過機(jī)械的鎖定結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)子固定上述位置，保證能量存儲的高效和穩(wěn)定運(yùn)行。
[0052]作為四相電機(jī)的另外一個實施方式，如圖6所不，開關(guān)部件也可以設(shè)置在一相電機(jī)繞組和不對稱半橋電路中，也可以實現(xiàn)該方案的功能。在該電路圖中，所述接觸器開關(guān)設(shè)置在C相繞組所在的不對稱半橋電路中，其一端連接電力電子開關(guān)器件Qdh的集電極、所述接觸器的另一側(cè)連接不對稱半橋Dai的陰極。在該實現(xiàn)方式中，C相繞組和D相繞組和互換，均能實現(xiàn)本實用新型的目的。
[0053]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，包括至少三相電機(jī)繞組，在每相電機(jī)繞組處形成一個不對稱半橋電路，所述不對稱半橋電路包括:一相電機(jī)繞組，所述電機(jī)繞組的一端與第一電力電子開關(guān)器件的第一電極和第一二極管的陰極連接，另一端與第二電力電子開關(guān)器件的第二電極和第二二極管的陽極連接，且第一電力電子開關(guān)器件的第二電極與第二二極管的陰極連接，第二電力電子開關(guān)器件的第一電極與第一二極管的陽極連接；每個電機(jī)繞組形成的不對稱半橋電路并聯(lián)設(shè)置在儲能模塊的兩端，穩(wěn)壓電容與所述不對稱半橋電路并聯(lián)，其特征在于:在儲能模塊的兩端并聯(lián)設(shè)置有充電電容，交流電網(wǎng)的兩根輸出線分別與兩個不對稱半橋電路的第一電力電子開關(guān)器件的第一電極連接；在另外的至少一個不對稱半橋電路中，在其第一電力電子開關(guān)器件的第二電極與第二二極管的陰極之間設(shè)置有開關(guān)部件，所述穩(wěn)壓電容和充電電容分別位于所述開關(guān)部件的兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于:驅(qū)動模式下，交流電網(wǎng)通過電網(wǎng)接口斷開且開關(guān)部件閉合；充電模式下，交流電網(wǎng)通過電網(wǎng)接口連接且開關(guān)部件斷開。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，所述開關(guān)部件為接觸器開關(guān)或雙向?qū)娏﹄娮幽K。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于:還包括鎖定結(jié)構(gòu)，充電時通過所述鎖定結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)子固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于:充電時將所述轉(zhuǎn)子固定在設(shè)置接觸器開關(guān)的電機(jī)繞組所對應(yīng)的電機(jī)相的定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心線相互重合的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于:所述電力電子開關(guān)器件并聯(lián)設(shè)置有二極管；所述電力電子開關(guān)器件為IGBT，所述第一電極為發(fā)射極，所述第二電極為集電極；或所述電力電子開關(guān)器件為MOSFET，所述第一電極為源極，所述第二電極為漏極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于其包括三相電機(jī)繞組、四相電機(jī)繞組或四相以上的電極繞組。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于:電機(jī)繞組為四相時，所述接觸器開關(guān)設(shè)置在與交流電網(wǎng)不連接的其他兩個不對稱半橋電路中，所述接觸器開關(guān)的一側(cè)連接兩個不對稱半橋的第一電力電子開關(guān)器件的第二電極，所述接觸器開關(guān)的另一側(cè)連接兩個不對稱半橋的第二二極管的陰極。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于:電機(jī)繞組為三相，包括A相繞組、B相繞組和C相繞組，所述接觸器開關(guān)設(shè)置在C相繞阻所在的不對稱半橋電路中，所述電網(wǎng)接口的一端連接交流電網(wǎng)，另一端分別與A相電機(jī)繞組所在的不對稱半橋電路的第一二極管的陰極、B相電機(jī)繞組所在的不對稱半橋電路的第一二極管的陰極連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于:每個不對稱半橋電路的第一電力電子開關(guān)器件和第二電力電子開關(guān)器件分別與控制器和驅(qū)動板連接。
【文檔編號】H02P6/08GK203708154SQ201320828102
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】梁嘉寧, 徐國卿, 蹇林旎, 李衛(wèi)民, 常明 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院