CN102215020B - 电动机驱动装置和装有它的车辆 - Google Patents
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Abstract
一种电动机驱动装置，该装置驱动包含励磁绕组、转子和定子的电动机(130)。电动机驱动装置包含电源装置(110)、转换器(115)、变换器(120)和ECU(300)。转换器(115)包含电抗器(L1)，将励磁绕组(L1)共用为至少一部分电抗器(L1)，并被配置为进行对来自电源装置(110)的电压的电压转换并在电压转换操作期间通过励磁电流。变换器(120)对供自转换器(115)的直流电力进行转换，以便驱动电动发电机(130)。ECU(300)对转换器(115)进行控制，使得电流在电动发电机(130)的动力运行期间和电动发电机(130)的再生发电期间均以相同的方向流过励磁绕组(L1)。
Description
技术领域
本发明涉及电动机驱动装置以及装有该电动机驱动装置的车辆，特别涉及用于驱动这样的电动机的电动机驱动装置：其能够调节电枢绕组磁链。
背景技术
近些年来，作为对环境友好的车辆，装有蓄电装置（例如二次电池、电容器等）并通过由存储在蓄电装置中的电力产生的驱动力推进的车辆成为注意的焦点。例如，这样的车辆包括电气车辆、混合动力车、燃料电池电气车辆等。于是，提出了使用具有高发电效率的商用电源对为这些车辆配置的蓄电装置进行充电的技术。
这些车辆可具有旋转电机（电动发电机），其在启动或加速时用供自蓄电装置的电力产生用于推进车辆的驱动力，并在制动期间通过再生制动产生电力，从而在蓄电装置中存储电能。通过这种方式，为了响应于行驶条件对电动发电机进行控制，车辆装有变换器。在这样的车辆中，变换器需要的电力依赖于车辆状态而变化。于是，为了稳定地供给变换器所需要的电力，可在蓄电装置和变换器之间设置转换器。转换器对来自蓄电装置输出电压的变换器输入电压进行升压，以产生高功率电动机，并以同样的功率对电动机电流进行降低，从而使得可以减小变换器和电动机的尺寸和成本。
另外，永磁体电动机、励磁绕组电动机等被考虑作为用于这种车辆的旋转电机。永磁体电动机通过为转子设置的永磁体的磁极和在定子中产生的旋转磁场之间的磁作用而旋转。励磁绕组电动机通过使励磁电流流入励磁线圈在装有励磁绕组的转子中产生的磁场的垂直于旋转轴的分量与在定子中产生的旋转磁场之间的磁作用而旋转。
日本特开No.2008-228534（JP-A-2008-228534）介绍了一种电动机驱动装置，其被配置为能够以这样的方式调节电动机的电枢绕组磁链：升压转换器的电抗器也用作电动机的励磁绕组，与电抗器并联连接的切换元件受到控制以便进行切换。
采用该电动机驱动装置，电枢绕组磁链可根据电动机的状态而变化，使得可以减小驱动装置的尺寸并增大电动机的功率。
然而，在JP-A-2008-228534介绍的配置中，电动机的功率可在电动机在功率运行模式下受到驱动时增大，然而，没有考虑在电动机在再生发电模式下受到驱动时增大电动机的功率。因此，存在电动机的功率在再生发电期间不利地减小的可能。
发明内容
本发明提供了一种电动机驱动装置，用于驱动这样的电动机：其电枢绕组磁链可调节，且能既在电动机的动力运行期间又在再生发电期间增大电动机的功率，本发明还提供了装有该电动机驱动装置的车辆。
本发明的第一实施形态涉及电动机驱动装置，该装置驱动包含励磁绕组、定子和转子的电动机，其中，通过使励磁电流流过励磁绕组，转子和定子各自形成励磁极。电动机驱动装置包含电源装置、转换器、变换器和控制器。转换器包含电抗器，并被配置为从电源装置接收电压，以进行第一电力线和第二电力线之间的电压转换，并在电压转换运行期间使励磁电流经过励磁绕组，电抗器至少部分地作为励磁绕组，以便与电动机共用励磁绕组。变换器被配置为从转换器接收直流电力，并将直流电力转换为用于驱动电动机的交流电力。于是，控制器对转换器进行控制，使得电流在电动机的动力运行期间和电动机的再生发电期间均以相同的方向流经励磁绕组。
本发明的第二实施形态涉及一种包含电动机、对电动机进行驱动的电动机驱动装置以及驱动轮的车辆。电动机包含励磁绕组、转子和定子，其中，通过使励磁电流流经励磁绕组，转子和定子各自形成励磁极。驱动轮允许车辆通过来自电动机的旋转力来行驶。另外，电动机驱动装置包含电源装置、转换器、变换器和控制器。转换器包含电抗器，并被配置为从电源装置接收电压，以便进行第一电力线与第二电力线之间的电压转换，并在电压转换运行期间使励磁电流经过励磁绕组，电抗器至少部分地用作励磁绕组，以便与电动机共用励磁绕组。变换器被配置为从转换器接收直流电力，并将直流电力转换为用于对电动机进行驱动的交流电力。控制器对转换器进行控制，使得电流在电动机的动力运行期间和电动机的再生发电期间均以相同的方向流经励磁绕组。
根据本发明的实施形态，在用于对电枢绕组磁链可调节的电动机进行驱动的电动机驱动装置中，可以在电动机的动力运行和再生发电期间均增大电动机的功率。
附图说明
下面将参照附图介绍本发明的特征、优点和技术以及工业显著性，在附图中，类似的标号表示类似的元件，且其中：
图1为装有根据一实施例的电动机驱动装置的车辆的整体框图；
图2为图1所示电动发电机的侧截面图；
图3为沿着图2的线III-III取得的截面图；
图4为在电流被供到励磁线圈的状态下图2所示电动发电机的侧截面图；
图5为沿着图4的线V-V取得的截面图；
图6为一图表，其示出了在电动发电机的转矩和旋转速度之间的关系的实例；
图7为装有作为比较性实例根据现有技术的电动机驱动装置的车辆的整体框图；
图8为一图表，其用于示出励磁电流变化和转矩变化之间的关系；
图9为一图表，其示出了根据比较性实例在电动发电机的转矩和旋转速度之间的关系的实例；
图10为第一视图，用于示出该实施例中在动力运行期间由ECU控制的切换元件的操作以及流经电路的电流；
图11为第二视图，用于示出该实施例中在动力运行期间由ECU控制的切换元件的操作以及流经该电路的电流；
图12为第三视图，用于示出该实施例中在动力运行期间由ECU控制的切换元件的操作以及流经该电路的电流；
图13为第四视图，用于示出该实施例中在动力运行期间由ECU控制的切换元件的操作以及流经该电路的电流；
图14为一定时图，用于示出动力运行期间在切换控制的控制周期中的励磁电流；
图15为一图表，其示出了动力运行期间在各个状态下的切换元件的状态；
图16为第一视图，用于示出该实施例中在再生发电期间由ECU控制的切换元件的操作以及流经该电路的电流；
图17为第二视图，用于示出该实施例中在再生发电期间由ECU控制的切换元件的操作以及流经该电路的电流；
图18为第三视图，用于示出该实施例中在再生发电期间由ECU控制的切换元件的操作以及流经该电路的电流；
图19为第四视图，用于示出该实施例中在再生发电期间由ECU控制的切换元件的操作以及流经该电路的电流；
图20为一定时图，用于示出再生发电期间在切换控制的控制周期中的励磁电流；
图21为一图表，其示出了再生发电期间在各个状态下的切换元件的状态；
图22为一图表，其示出了根据该实施例在电动发电机的转矩和旋转速度之间的关系的实例；
图23为一功能框图，用于示出根据该实施例由ECU执行的切换控制；
图24为一流程图，用于示出根据该实施例由ECU执行的切换控制过程的细节；
图25为装有根据该实施例的替代性实例的电动机驱动装置的车辆的整体框图；
图26为第一视图，用于示出该替代性实例中在动力运行期间由ECU控制的切换元件的操作以及流经电路的电流；
图27为第二视图，用于示出该替代性实例中在动力运行期间由ECU控制的切换元件的操作以及流经该电路的电流；
图28为第三视图，用于示出该替代性实例中在动力运行期间由ECU控制的切换元件的操作以及流经该电路的电流；
图29为一图表，其示出了替代性实例中在动力运行期间在各个状态下的切换元件的状态；
图30为第一视图，用于示出该替代性实例中在再生发电期间由ECU控制的切换元件的操作以及流经该电路的电流；
图31为第二视图，用于示出该替代性实例中在再生发电期间由ECU控制的切换元件的操作以及流经该电路的电流；
图32为第三视图，用于示出该替代性实例中在再生发电期间由ECU控制的切换元件的操作以及流经该电路的电流；以及
图33为一图表，其示出了替代性实例中在再生发电期间在各个状态下的切换元件的状态。
具体实施方式
下面将参照附图详细介绍本发明一实施例。注意，在附图中，类似的参考标号表示同样或对应的部件，不再对其重复进行介绍。
下面将介绍根据当前实施例的电动机驱动装置的配置。图1为装有根据当前实施例的电动机驱动装置的车辆100的整体框图。在当前实施例中，例如，装有发动机和电动发电机的混合动力车被用作车辆100，然而，本发明的实施形态不限于混合动力车，本发明的实施形态可应用于这样的车辆：其可被用来自蓄电装置的电力驱动的电动机推进。例如，除混合动力车以外，车辆100包括电气车辆、燃料电池电气车辆等。另外，本发明的实施形态也可应用于除车辆外的装置，只要该装置驱动电动机。
如图1所示，车辆100包含：电源装置100，转换器115，变换器120，电动发电机130，电压传感器140、150与160，动力传送齿轮（powertransmission gear）170，驱动轮180，发动机190，电容器C1与C2以及作为控制器的电子控制单元（ECU）300。
电源装置100为蓄电部件，其被配置为可充电以及可放电。电源装置100例如被配置为包含二次电池，例如锂离子电池、镍金属氢化物电池和铅酸电池，或包含蓄电元件，例如电气双层电容器。
电源装置110经由电力线PL1和接地线NL1连接到转换器115。另外，电源装置110对由电动发电机130产生的电力进行存储。电源装置110的输出例如为大约200V。
电压传感器140检测电源装置110的电压VB，于是，将检测值输出到ECU300。
电容器C1连接在电力线PL1和接地线NL1之间。电容器C1减小电力线PL1和接地线NL1之间的电压的变化。电压传感器150检测施加到电容器C1的电压VL，并接着将检测值输出到ECU300。
转换器115包含切换元件Q1-Q4，二极管D1-D5以及电抗器L1。
注意，各个切换元件可以为绝缘栅型双极型晶体管（IGBT）、功率金属氧化物半导体（MOS）晶体管、功率双极型晶体管等等。在当前实施例中，例如，各个切换元件为IGBT。
切换元件Q1和二极管D1串联连接在电力线HP1和接地线NL1之间。二极管D1的阴极连接到电力线HPL，二极管D1的阳极连接到切换元件Q1的发射极。切换元件Q1的集电极连接到接地线NL1。
电抗器L1、二极管D4和切换元件Q4串联连接在电力线PL1和二极管D1与切换元件Q1的连接节点之间。电抗器L1的一个末端P2连接到二极管D1与切换元件Q1的连接节点，另一个末端P1连接到二极管D4的阴极。切换元件Q4的集电极连接到二极管Q4的阳极，切换元件Q4的发射极连接到电力线PL1。
切换元件Q2和二极管D2串联连接在电力线HPL和二极管D4的阴极（也就是说，二极管D4和电抗器L1的连接节点）之间。切换元件Q2的发射极连接到电力线HPL，切换元件Q2的集电极连接到二极管D2的阳极。二极管D2的阴极连接到二极管D4的阴极。
二极管D5连接在接地线NL1和二极管D4的阴极之间，使得从接地线NL1向着二极管D4的方向被设置为前向方向。
二极管D3和切换元件Q3彼此串联连接，并与彼此串联连接的电抗器L1、二极管D4以及切换元件Q4并联连接。切换元件Q3的发射极连接到二极管D1和切换元件Q1的连接节点，切换元件Q3的集电极连接到二极管D3的阳极。二极管D3的阴极连接到电力线PL1。
注意，尽管图中没有示出，二极管分别可与切换元件Q1-Q4反并联连接。切换元件Q1-Q4构成根据本发明实施形态的“切换单元”的实例。
切换元件Q1-Q4分别被来自ECU300的控制信号SE1-SE4控制为开通（ON）或关断（OFF）。
切换元件Q1、二极管D1、电抗器L1如前面介绍的那样连接，以便作为升压斩波器电路运行。于是，电力线PL1的电压根据占空比而升压，占空比为切换元件Q1的开通时间比，升压电压被输出到电力线HPL。相反，切换元件Q2、电抗器L1、二极管D5作为降压斩波器电路运行。于是，电力线HPL的电压根据切换元件Q2的占空比而降压，降压电压被输出到电力线PL1。
也就是说，转换器115对来自电源装置110的电力输出进行升压，于是，将用于驱动电动发电机130的电力供到变换器120。另外，转换器115对由电动发电机130的旋转力产生的电力进行降压，接着，将充电电力供到电源装置110。
另外，在当前实施例中，如图1所示，电抗器L1也被用作电动发电机130的励磁绕组。通过这种方式，转换器115的电抗器L1也被用作电动发电机130的励磁绕组，流过电抗器L1的电流（即励磁电流）受到调节。通过这样做，如将要在下面介绍的那样，可以改变电动发电机130的输出转矩。
另外，通过控制切换元件Q3和Q4，流经电抗器L1的电流的方向和量值可受到调节。
电容器C2被连接在电力线HPL和接地线NL1之间。电容器C2减小电力线HPL和接地线NL1之间的电压中的变化。电压传感器160检测施加到电容器C2的电压VH，也就是说，供到变换器120的电压（下面，称为“系统电压”），并接着将检测值输出到ECU300。
变换器120经由电力线HPL和接地线NL1连接到转换器115。变换器120包含U相臂121、V相臂122和W相臂123，其被设置为在电力线HPL和接地线NL1之间彼此并联。相应相的臂各自被配置为包含切换元件，其彼此串联连接在电力线HPL和接地线NL之间。例如，U相臂121包含切换元件Q15和Q16，V相臂122包含切换元件Q17和Q18，W相臂123包含切换元件Q19和Q20。另外，反并联二极管D15-D20分别连接到切换元件Q15-Q20。各个切换元件Q15-Q20的ON-OFF状态由来自ECU300的切换控制信号PWI控制。
变换器120各个臂的切换元件的连接节点被连接到电动发电机130的对应相的线圈的末端。也就是说，电动发电机130为三相同步电动机，U、V、W相三个线圈的一端共同连接到中性点。U相线圈的另一端连接到切换元件Q15和Q16的连接节点，V相线圈的另一端连接到切换元件Q17和Q18的连接节点，W相线圈的另一端连接到切换元件Q19和Q20的连接节点。变换器120响应于来自ECU300的切换控制信号PWI通过切换元件Q15-Q20的切换控制在变换器120和电动发电机130之间双向地对电力进行转换。
具体而言，变换器120根据由ECU300执行的切换控制将接收自电力线HPL的直流电压转换为三相交流电压，并接着将转换得到的三相交流电压输出到电动发电机130。通过这样做，电动发电机130被驱动为产生规定的转矩。
另外，在车辆100的再生制动期间，变换器120根据由ECU300执行的切换控制将由电动发电机130产生的三相交流电压转换为直流电压，并接着将转换得到的直流电压输出到电力线HPL。
注意，这里，再生制动包括当足刹被驾驶车辆100的驾驶员操作时伴随着再生发电的制动，以及尽管足刹没被操作在行驶期间通过释放加速器踏板在再生电力的同时的车辆减速（或停止加速）。
电动发电机130为如上面介绍的三相交流旋转电机，例如为具有埋有永磁体的转子的永磁体同步电动机。
电动发电机130的输出转矩经由动力传送齿轮170被传送到驱动轮180，用于推进车辆100。动力传送齿轮170由减速齿轮或动力分割机构构成。电动发电机130能够在车辆100的再生制动运行期间由驱动轮180的旋转力产生电力。于是，所产生的电力被变换器120转换为充电电力，用于对电源装置110充电。
另外，电动发电机130经由动力传送齿轮170耦合到发动机190。于是，所需要的车辆驱动力通过协调运行电动发电机130和发动机190来产生。在这种情况下，能够使用通过发动机190的旋转产生的电力对电源装置110充电。
进一步地，电动发电机130包含励磁绕组。励磁绕组也被用作转换器115的电抗器L1，如上面所介绍的那样。于是，电动发电机130能够以这样的方式产生大的转矩：流经励磁绕组的励磁电流由转换器115进行控制。电动发电机130的详细结构将在下面参照图2-5介绍。
注意，图1示出了仅仅包含一对变换器和电动发电机的构造，然而，变换器和电动发电机对的数量不限于一，但其可以为包含多对变换器和电动发电机的配置。
ECU300产生并输出控制信号，用于控制转换器115、变换器120等。另外，基于来自电压传感器140的电源装置110的电压VB、由电流传感器（未示出）检测的电源装置110的电流，ECU300计算电源装置110的充电状态（下面称为“SOC”）。
注意，在图1中，ECU300由一个控制器构成，相反，例如，ECU300可由为功能或受控装置分立地提供的控制器构成。
下面，将参照图2-5介绍用作电动机的电动发电机130的配置。
图2为图1所示电动发电机130的侧截面图。图3为沿着图2中的线III-III取得的截面图。
如图2和3所示，电动发电机130包含旋转轴41、转子40、磁轭21以及励磁线圈50A与50B。转子40被固定到旋转轴41。磁轭21被设置在定子30周围。
气隙GP被设置在转子40和定子30之间。因此，转子40和定子30被布置为在径向彼此略有距离。
转子40包含转子芯43和磁体44。转子芯43被固定到旋转轴41。磁体44被设置在转子芯43的外表面上。
转子芯43包含圆柱形的叠片转子芯43a和径向设置在叠片转子芯43a内部的压粉转子芯（dust rotor core）43b。压粉转子芯43b由一体化磁材料形成，并特别地由粉末模制的磁物质（软磁化合物（SMC））构成。
叠片转子芯43a被构成为使得多个磁不锈钢片在轴向方向堆叠，由于在邻近的磁钢片之间形成的间隙，轴向方向的磁阻大于径向或圆周方向的磁阻。因此，在叠片转子芯43a内，来自磁体的磁力线难以在轴向方向流动，容易在径向和圆周方向流动。
与此形成对照的是，压粉转子芯43b由粉末模制磁物质形成，故轴向的磁阻小于叠片转子芯43a的轴向磁阻。因此，磁力线容易在压粉转子芯43b内以轴向方向流动。
于是，如图3所示，多个转子齿（第一凸极部分）45在叠片转子芯43a的外表面上形成。所述多个转子齿45以均衡的间隔设置，并在径向方向向外突出。
磁体44被设置在邻近的转子齿45之间。转子齿45的外表面和磁体44的外表面均沿着中心在旋转轴41的中心轴的同一假想圆周定位。也就是说，磁体44被设置为在转子40的圆周方向上与转子齿45相邻，并被设置为使得外周表面彼此平齐。
各个磁体44的北极（第一磁极）和南极（南磁极）在转子40的径向布置。注意，在当前实施例中，各个磁体44的北极被布置为转子芯43的径向向外，各个磁体44的南极被布置为转子芯43的径向向内，然而，可相反地布置各个磁体的极。
定子30包含定子芯22、多个定子齿（第二凸极部分）23和线圈24。定子芯22以空的圆柱形形成。所述多个定子齿23在定子芯22的内表面上形成，并在定子芯22的径向向内突出。线圈24被绕卷在定子齿23周围。
定子齿23以等距离的间距在圆周方向上形成。线圈24的部分构成U相线圈，其余线圈24的部分构成V相线圈，其余线圈24构成W相线圈。于是，U相线圈、V相线圈、W相线圈在一个末端具有端子，端子分别连接到变换器（未示出）的三相电缆（U相电缆、V相电缆、W相电缆）。另外，U相线圈、V相线圈和W相线圈另一端共同连接到用作中性点的点。
当ECU300（图1）从设置在电动机驱动装置外的ECU接收转矩指令值时，ECU300控制流到电动发电机130的相应相的电流（电动机驱动电流），以便输出由所接收的转矩指令值规定的转矩。受控的电动机驱动电流经由三相电缆被供到线圈24。
定子芯22被构成为多个磁钢片被堆叠，使得气隙在邻近的磁钢片之间形成。因此，定子芯22在径向方向和圆周方向的磁阻小于轴向方向的磁阻。通过这样做，进入定子芯22的磁力线容易在定子芯22的圆周方向和径向方向流动，难以在轴向方向流动。
如图2所示，磁轭21包含顶板部分21a与21f、圆柱形侧壁部分21b以及圆柱形突出部分21c与21e。顶板部分21a和21f被布置为在轴向方向远离定子30和转子40的末端。侧壁部分21b在顶板部分21a和21f的圆周部分上形成。突出部分21c和21e分别在顶板部分21a和21f上形成。
顶板部分21a和21f分别在其中心具有通孔21d和21g，旋转轴41经由轴承46a和46b插入通孔21d和21g。侧壁部分21b被固定到定子芯22的外表面。
磁轭21由一体化磁材料构成，并特别地由粉末模制磁物质（SMC）构成，该物质为三维完全各向同性材料。因此，轴向方向上磁轭21的磁阻小于轴向方向上定子芯22的磁阻。
突出部分21c和21e分别在顶板部分21a、21f内表面上形成，并向压粉转子芯43b的轴向末端突出。于是，突出部分21c和21e的末端接近压粉转子芯43b的末端，使得磁力线不在突出部分21c与21e的末端和压粉转子芯43b的末端之间中断。
因此，可以形成从磁体44的表面经由气隙GP和定子芯22到达磁轭21的磁路（第一磁路），其在轴向方向流经磁轭21，从突出部分21c和21e进入压粉定子芯43b，并返回到磁体44的南极。
在该磁路中，径向方向的定子芯22的磁阻减小，磁轭21内部的磁阻减小，另外，压粉转子芯43b的磁阻也减小，使得磁能损耗可被减小。
注意，在图2所示的实例中，圆柱形突出部分21c和21e在磁轭21上形成，作为替代的是，圆柱形突出部分可被设置在压粉转子芯43b的末端。
励磁线圈（绕组）50A、50B分别绕卷在突出部分21c和21e的外圆周表面周围。例如，通过使电流经过励磁线圈50A、50B，北极磁性可被给与突出部分21c和21e的末端，南极磁性可被给与侧壁部分21b。或者，南极磁性可被给与突出部分21c和21e的末端，北极磁性可被给与侧壁部分21b。注意，在当前实施例中，励磁线圈50A、50B被设置在磁轭21的突出部分21c和21e上，然而，励磁线圈50A、50B的位置不限于此，只要励磁线圈50A、50B被设置在磁轭21上。这里，励磁线圈50（下面，励磁线圈50A、50B统称为“励磁线圈50”）被设置在磁轭21上的事实不仅包括励磁线圈50与磁轭21的表面接触的情况，还包括励磁线圈50与磁轭21的表面存在距离的情况，只要可以控制磁轭21中磁力线的流动。注意，在当前实施例中，励磁线圈50A、50B彼此串联连接，构成图1所示的电抗器L1。
将参照图4和图5介绍由此配置的电动发电机130的运行。图4为在图2所示励磁线圈50被供以电流的状态下电动发电机130的侧截面图。图5为沿着图4中的线V-V取得的截面图。
如图4所示，通过使电流经过励磁线圈50，产生磁力线mt4。磁力线mt4经过磁轭21的顶板部分21a，从侧壁部分21b进入定子芯22。于是，磁力线mt4经由气隙GP进入转子芯43，并在转子芯43内以轴向方向前进。此后，磁力线mt4从转子芯43的轴向端面经由突出部分21c的端面进入磁轭21。注意，这也适用于突出部分21e侧。
通过产生上述磁路，磁轭21的突出部分21c和21e呈现南极磁性，磁轭21的侧壁部分21b呈现北极磁性。
在图5中，在转子40的旋转方向P上，定子齿23a被布置在磁体44的末端的前方，圆周方向上磁体44外主面的中心在旋转方向P上位于圆周方向上定子齿23a端面中心的后方。定子齿23a的向内的端面被设置为南极。
因此，从磁体44的外主面退出的磁力线mt1-mt4在旋转方向P上向前倾斜，就像它们径向向外行进一样，并接着到达定子齿23a的端面。通过这种方式，磁体44和定子齿23a之间磁力线mt1-mt3的磁路径倾斜并延长，故应力被施加到转子40上，从而使磁路径最小化。也就是说，磁体44向着定子齿23a被牵引。
定子齿23b在转子40的旋转方向P上关于定子齿23a被设置在后方。定子齿23b在磁体44的中心附近朝向。定子齿23b的向内的端面被设置为北极，并排斥磁体44。
因此，从定子齿23a进入定子芯22的磁力线mt1-mt3以圆周方向在定子芯22中行进。此时，如上面所介绍的，由于电流经过励磁线圈50，侧壁部分21b的内壁表面被设置为北极。因此，来自磁体44的磁力线mt1-mt3从定子齿23a的端面进入定子芯22，于是，沿着定子芯22的圆周方向行进。也就是说，在磁力线mt1-mt3已经到达定子齿23a之后，磁力线mt1-mt3被阻止通过定子芯22径向行进以到达磁轭21。
接着，定子齿23c在转子40的旋转方向P上关于定子齿23b被设置在后方，定子齿23c的向内端面被设置为北极。定子齿23c朝向转子齿45a。
这里，由于邻近转子齿45a的磁体44的外表面被设置为北极，从定子齿23c的端面向着转子齿45a行进的磁力线mt1-mt3受到磁体44的北极的影响，并接着向转子齿45a行进，从而在旋转方向P上向后倾斜。于是，转子齿45a大体上向着定子齿23c被吸引，从而使路径长度最小化。
通过这种方式，磁力线mt1-mt3构成磁路K1。磁路K1从磁体44经由气隙GP到达定子齿23a，以圆周方向在定子芯22内经过，接着，从定子齿23c经由气隙GP到达叠片转子芯43a的内部，并接着再次返回磁体44。
另一方面，在没有电流被供到励磁线圈50的状态下，来自磁体44的磁力线mt1-mt3中的部分（例如磁力线mt3）到达定子齿23a，并经过定子芯22径向地向着磁轭21行进。于是，磁力线mt3构成磁路K2（未示出）。磁路K2在轴向方向经过磁轭21，从突出部分21c进入压粉转子芯43b，并重新返回到磁体44。
也就是说，通过使电流经过励磁线圈50，可以防止退出磁体44的磁力线mt1-mt3经过磁路K2，并控制磁力线mt1-mt以经过磁路K1。通过这样做，经过磁路K1的磁通——其对转矩的产生有很大的贡献——关于从磁体44产生的恒定磁通的百分比可增大，故可以获得大的转矩。
另外，如图5所示，由励磁线圈50产生的磁力线mt4经过这样的路径：其作为磁路K1的一部分，从定子齿23c到达转子齿45a，并接着到达压粉转子芯43b。因此，磁力线mt4也对转矩产生有贡献。
如上面所介绍的，通过使电流经过励磁线圈50，电动发电机130受到“强磁场控制”。图6为一图表，其示出了电动发电机130的转矩和旋转速度之间的关系。
在图6中，实线k1表示电动发电机130在没有电流被供到励磁线圈50（励磁电流If=0）的状态下的输出特性。另一方面，虚线k2表示电动机在电流被供到励磁线圈50（励磁电流If≠0）的状态下的输出特性。
如图6所示，当使电流经过励磁线圈50以便使电动发电机130受到强磁场控制时，看起来，转矩在旋转速度低的范围内增大。另一方面，电压随着磁场强度增加而增加，故可运行的最大旋转速度减小。
注意，通过反转流经励磁线圈50的电流的方向，电动发电机130可受到“弱磁场控制”。在这种情况下，通过使电流经过励磁线圈50，经过磁路K1的磁通的百分比减小。
另外，根据当前实施例，在转子40的外周面内，磁体44的表面作为发射磁力线的区域，转子齿45作为引入所发射的磁力线的区域。于是，由于磁体44和转子齿45在转子40的轴向方向延伸，转子40的外周面由磁体44的表面和转子齿45的表面构成。因此，实质上转子齿45的全部外周面可作为发射磁力线的区域和磁力线被引入的区域，故可以改进转子40的外周面的使用效率。结果，甚至小的转子40能够发射或引入所需要的磁通，故转子40可被做得紧凑。
接下来，将参照图7介绍当前实施例的比较性实例。
图7为装有根据相关技术的电动机驱动装置的车辆100A的整体框图，其作为当前实施例的比较性实例。比较性实例的配置为JP-A-2008-228534中介绍的电动机驱动装置的配置。注意，在图7中，图1中的转换器115用转换器115A代替。在图7中，与图1中的部件重叠的部件不再重复介绍。
如图7所示，转换器115A包含切换元件Q11-Q13、二极管D11-D13以及电抗器L1。与图1一样，电抗器L1也被用作电动发电机130的励磁绕组。
切换元件Q11、Q12彼此串联连接在电力线HPL和接地线NL1之间。二极管D11、D12分别与切换元件Q11、Q12反并联连接。
电抗器L1连接到切换元件Q11和Q12以及电力线PL1的连接节点。
切换元件Q13和二极管D13彼此串联连接，并且与电抗器L1并联连接。切换元件Q13的发射极连接到切换元件Q1和Q2的连接节点，切换元件Q13的集电极被连接到二极管D13的阳极。二极管D13的阴极连接到电力线PL1。
采用上面的配置，转换器115A能够进行双向电压转换，也就是说，从电力线PL1到电力线HPL的升压操作以及从电力线HPL到电力线PL1的降压操作。另外，通过控制切换元件Q13，流经电抗器L1的电流——即电动发电机130的励磁电流——可受到调节。
在如此配置的转换器115A中，在动力运行期间，电流以图7中的虚线箭头AR2所示的方向流动。另一方面，在再生发电期间，电流以由实线箭头AR1所示的方向流动。因此，电流流经电抗器L1的方向在动力运行期间和再生发电期间之间相反。因此，在再生发电过程中，图4和图5所介绍的由励磁电流产生的磁力线方向反转，故来自磁体的磁力线的部分被抵消，由此进入“弱磁场”状态。
如图8所示，当励磁电流为正时（图8中的曲线W12），相比于没有供给励磁电流时（图8中的曲线W11），可用同样的电动机电流输出较高的转矩；而形成对照的是，当励磁电流为负的时（图8中的曲线W13），相比于没有供给励磁电流时（图8中的曲线W11），相比于没有励磁电流被供给时（图8中的曲线W11），所产生的转矩减小。也就是说，如图9所示，当励磁电流在动力运行期间增大时，电动发电机130的转矩可以在低旋转速度范围内增大；形成对比的是，电动发电机130的转矩可减小，但当励磁电流在再生发电期间在负方向上增大时，难以在低旋转速度范围内增大电动发电机130的转矩。出于此原因，例如，存在这样的可能：希望的减速转矩不能在减速期间产生，从而延长减速的距离或者时间段，或者，损耗减小的有利效应由于转矩减小而不能实现。
于是，在当前实施例中，在具有图1所示配置的电动机控制装置中，切换元件Q1-Q4由ECU300控制，由此使得可以既在动力运行期间又在再生制动期间增大由电动发电机130产生的转矩。根据当前实施例的电动机控制装置的控制结构将在下面介绍。再度参照图1，ECU300包含中央处理单元（CPU）、存储装置和输入/输出缓冲器（它们没有在图1中示出）。ECU300输入来自传感器或类似物的信号，并向多种装置输出控制信号，由此控制车辆100和多种装置。注意，这些控制不限于软件处理，而是可由专用硬件（电子电路）处理。
ECU300产生用于执行转换器115和变换器120的切换控制的控制信号SE1-SE4以及PWI，使得电动发电机130根据从高层次ECU（未示出）输入的电动机命令运行，由此，控制转换器115和变换器120的电力转换操作。
另外，如上面所介绍的，ECU300控制转换器115的切换元件，由此控制流经电动发电机130的励磁线圈50的电流。
在当前实施例中，ECU300根据电动发电机130的运行状态来设置系统电压VH的目标值VH*。于是，切换元件Q1-Q4的占空比基于目标值VH*和If*被设置。下面，将介绍设置切换元件Q1-Q4的占空比的操作。
图10-图21示出了由ECU300执行的对切换元件Q1-Q4的切换控制。动力运行期间的操作将参照图10-图15来介绍，再生发电期间的操作将参照图16-图21来介绍。
首先，将介绍动力运行期间的操作。图10-图13示出了动力运行期间切换元件Q1-Q4的操作状态以及此时流经电路的电流。在动力运行期间，如图14的定时图所示，从状态A到状态C的模式作为一个控制周期执行。注意，两个模式，即状态C-1（图12）和状态C-2（图13）被示为状态C，可使用这两个模式中的任意一个。在各种状态下，切换元件Q1-Q4的状态在图15中示出。
如图10所示，在一开始，切换元件Q1和Q4被设置在ON状态，切换元件Q2和Q3被设置在OFF状态（状态A）。通过这样做，电流如箭头AR11所示流动，能量被存储在电抗器L1中。此后，像图14中的时刻t1和时刻t2之间以及时刻t4和时刻t5之间的曲线W21一样，流经电抗器L1的电抗器电流IL（也就是说，电动发电机130的励磁电流If）增大。
此后，如图11所示的状态B，切换元件Q1被切换到OFF状态（也就是说，切换元件Q1-Q3被设置在OFF状态，切换元件Q2被设置在ON状态）。接着，与存储在电抗器L1中的能量对应的电流从电抗器L1经由二极管D1向着变换器120流动，如箭头AR12所示。此时，像图14中时刻t2与时刻t3之间以及时刻t5与时刻t6之间一样，随着能量释放，电抗器电流IL逐渐减小。
此后，像图12所示的状态C-1一样，切换元件Q3被切换到ON状态（也就是说，切换元件Q1和Q2被设置在OFF状态，切换元件Q3和Q4被设置在ON状态）。于是，循环电流从电抗器L1经过切换元件Q3和Q4流回到电抗器L1，如箭头AR13所示。此时，像图14中时刻t0和时刻t1之间以及时刻t3和时刻t4之间一样，电抗器电流IL被保持为基本恒定，除了电抗器L1、切换元件Q3与Q4等的导通损耗以外。
通过重复该控制周期，如图14所示的曲线W24的平均电流作为励磁电流If被供到电动发电机130。另外，在状态B中，系统电压VH通过供自电抗器L1的电流升高。于是，在状态B下，用平均电流与系统电压VH的乘积表示的电力被供到变换器120。
注意，状态C可以为图13所示的状态C-2。在这种情况下，由状态B，切换元件Q2被切换到ON状态，切换元件Q4被切换到OFF状态（也就是说，切换元件Q1、Q3、Q4被设置在OFF状态，切换元件Q2被设置在ON状态）。通过这样做，如箭头AR14所示，循环电流从电抗器L1经由二极管D1和切换元件Q2流回到电抗器L1，因此，如同状态C-1一样，流经电抗器L1的电流可被保持。然而，在从状态B转换时切换的切换元件的数量少于状态C-1，故更为理想。
在上面的切换操作中，当切换元件的占空比在状态A-C中适当地设置时，励磁电流If和升压电压可如图14的虚线W22和W23那样分别被调节。注意，在任何状态下，电抗器电流以图中从点P1到点P2的方向流动。
另一方面，将参照图16-图21介绍再生发电期间的运行。图16-图19示出了再生发电期间切换元件Q1-Q4的运行状态以及此时流经电路的电流。在再生发电期间，如图20的定时图所示，从状态D到状态F的模式作为一个控制周期执行。注意，如同动力运行期间状态C的情况一样，两个模式——即状态F-1（图18）和状态F-2（图19）——被示为状态F，可使用这两个模式中的任意一个。各个状态中切换元件Q1-Q4的状态在图21中示出。
如图16所示，在一开始，切换元件Q2和Q3被设置在ON状态，切换元件Q1和Q4被设置在OFF状态（状态D）。通过这样做，电流从电力线HPL经由切换元件Q2、电抗器L1和切换元件Q3如箭头AR21所示流动，以便对电源装置110充电，能量存储在电抗器L1中。此时，像图20中时刻t11和时刻t12之间以及时刻t14和时刻t15之间的曲线W31一样，流经电抗器L1的电抗器电流IL（励磁电流If）增大。
此后，像图17所示的状态E一样，切换元件Q2被切换到OFF状态（也就是说，切换元件Q1、Q2、Q4被设置在OFF状态，切换元件Q3被设置在ON状态）。于是，与存储在电抗器L1中的能量对应的电流从电抗器L1经由切换元件Q3向着电源装置110如箭头AR22所示地流动，由此继续充电。此时，像图20中的时刻t12和时刻t13之间以及时刻t15和时刻t16之间一样，电抗器电流IL随着能量释放而逐渐减小。
此后，像图18所示的状态F-1一样，切换元件Q4被切换到ON状态（也就是说，切换元件Q1和Q2被设置在OFF状态，切换元件Q3和Q4被设置在ON状态）。于是，由于二极管D5的阴极（图中的点P1）的电位等于电源装置110的电压，图17所示的电流停止，如箭头AR23所示，循环电流从电抗器L1经由切换元件Q3和Q4流回到电抗器L1。此时，像图20中的时刻t0与t11之间以及时刻t13与时刻t14之间一样，电抗器电流IL被保持为基本恒定。
通过这样做，图20中曲线W32所示的平均电流作为励磁电流If被供到电动发电机130。另外，在状态D下，系统电压VH通过供自电力线HPL的电流降压。
注意，状态F可以为图19所示的状态F-2，如上面所介绍的那样。在这种情况下，从状态E，切换元件Q2被切换到ON状态，切换元件Q3被切换到OFF状态（也就是说，切换元件Q1、Q3、Q4被设置在OFF状态，切换元件Q2被设置在ON状态）。于是，当二极管D1的阳极电位增大、并接着变得高于电力线HPL的电位时，二极管D1导通电流。通过这样做，如箭头AR24所示，循环电流从电抗器L1经由二极管D1和切换元件Q2流回到电抗器L1，因此，如同状态F-1的情况下一样，流经电抗器L1的电流可被保持。在这种情况下，同样地，如同在动力运行情况下一样，从状态E转换时被切换的切换元件的数量少于状态F-1中，因此更为理想。
注意，在再生发电期间，同样地，如图16-图19所示，在状态D-F中的任意一个下，电流以从图中的点P1到点P2的方向流动。也就是说，在动力运行期间以及在再生发电期间，励磁电流If所产生的磁力线的方向成为增大转子磁体所产生的磁力线的强度的方向。因此，如图22所示，在动力运行和再生发电的任一期间，励磁电流If增大，使得可以在低循环速度范围内增大所产生的转矩。通过这样做，不仅在动力运行期间而且在再生发电期间，可以通过减小损耗来增大转矩并改进效率。注意，电流在状态A-C中流动的电流路径以及电流在状态D-F流动的电流路径分别为根据本发明的实施形态的“第一电流路径”和“第二电流路径”的实例。
图23为一功能框图，用于示出在当前实施例中由ECU300执行的切换控制。图23的功能框图所示的功能方框通过硬件处理或软件处理由ECU300实现。
如图1和图23所示，ECU300包含目标设置单元310、占空设置单元320和控制信号设置单元330。
目标设置单元310接收来自高层次ECU（未示出）的电动发电机130的转矩指令值TR以及由旋转传感器（未示出）检测到的电动发电机130的旋转速度MRN。于是，目标设置单元310使用预定的映射图或类似物，基于这些信息来设置系统电压VH的目标值VH*和励磁电流If的目标值If*，并接着将设置值输出到占空设置单元320。
占空设置单元320接收由目标设置单元310设置的目标值VH*以及If*，和来自电压传感器150与160的检测电压VL与VH。占空设置单元320基于这些信息设置包含在转换器115中的切换元件Q1-Q4的占空比以及包含在变换器120中的切换元件Q15-Q20的占空比，以便实现目标值VH*和If*。于是，设置的占空比指令DUTY被输出到控制信号设置单元330。
根据来自占空设置单元320的占空比指令DUTY，控制信号设置单元330产生控制信号SE1-SE4以及PWI，于是，将控制信号SE1-SE4以及PWI输出到转换器115和变换器120。
图24为一流程图，用于示出当前实施例中由ECU300执行的切换控制过程的细节。图24所示流程图中的步骤被实现为，预先存储在ECU300中的程序由主程序调用，并以预定的间隔执行。或者，部分步骤的过程可通过构成专用硬件（电子电路）来实现。
如图1和24所示，在步骤（下面，步骤简称为S）100中，ECU300获取电动发电机130的转矩指令值TR和电动机旋转速度MRN。另外，在S110中，ECU300获取由电压传感器150和160检测的电压VL和VH。
接着，在S120中，ECU300基于所获取的电动机所需输出（TR，MRN），通过参照例如映射图或类似物，设置系统电压VH的目标值VH*和励磁电流If的目标值If*。此时，ECU300确定控制模式是动力运行还是再生发电。
于是，在S130中，ECU300基于目标值VH*和If*、传感器检测到的实际值VL和VH、动力运行或再生发电的控制模式等等来计算包含在转换器115和变换器120中的切换元件的占空比。
于是，在S140中，ECU300根据所设置的占空比执行切换元件的切换控制。
通过根据上述过程进行控制，可分立地进行转换器115的电压转换和电动发电机130的励磁控制，可以在动力运行期间以及再生发电期间均以相同的方向使励磁电流经过励磁线圈50。通过这样做，在电动机驱动装置中，可以在抑制电动机尺寸增大的同时，在动力运行期间以及再生制动期间均增大转矩并减小损耗。
下面将介绍当前实施例的替代实例。图25为装有根据当前实施例另一实例的电动机驱动装置的车辆100B的整体框图。在图25中，图1所示转换器115用转换器115B代替，另外，电动发电机130用电动发电机130B代替。在图25中，与图1重叠的部件不再重复进行介绍。
电动发电机130B的基本结构与图2-5所示的电动发电机130相同。然而，在电动发电机130中，电动发电机130中彼此串联连接的励磁线圈50A与50B被连接到转换器115，而在电动发电机130B中，励磁线圈50A和50B被分立地连接到转换器115B。
在转换器115B中，作为励磁绕组50A的电抗器L2被连接在图1所示转换器115中的电抗器L1的位置。接着，作为励磁线圈50B的电抗器L3被连接在二极管D2的阴极和二极管D4的阴极之间。另外，在转换器115B中，切换元件Q4被省略，二极管D4的阳极被连接到电力线PL1。其余部件，即切换元件Q1-Q3以及二极管D1-D3以及D5，如同转换器115的情况下一样连接。
采用上述配置，可以从转换器省略切换元件Q4。注意，电抗器L2、L3可基本上配置为具有实质上相同的电抗，从而不导致在电动发电机130中产生的磁通的不平衡。
将参照图26-图33介绍转换器115B的切换元件的切换状态以及流经图25中的电路的电流的状态。注意，图25-图29显示出动力运行期间的情况，图30-图33显示出再生发电期间的情况。
图26为对应于图10所示状态A的情况。在这种情况下，切换元件Q1被设置在ON状态，切换元件Q2和Q3被设置在OFF状态。此时，电流如箭头AR31所示流过电路，能量被存储在电抗器L2和L3中。
接着，在图27中，如同图11所示状态B的情况下一样，切换元件Q1被切换到OFF状态，所有切换元件Q1-Q3被设置在OFF状态。此时，与存储在电抗器L2和L3中的能量对应的电流经由二极管D1供向变换器120。
于是，在图28中，切换元件Q2被切换到ON状态。通过这样做，如同在图13所示的状态C-2的情况下一样，循环电流（图28中的箭头AR33）从电抗器L3经由二极管D1和切换元件Q2流回到电抗器L3。此后，状态再度返回到状态A，以便开始下一个切换循环。
图29示出了动力运行期间切换元件Q1-Q3的切换状态。注意，尽管图中未示出，在状态C下，如同在图12所示的状态C-1的情况下一样，切换元件Q3可被设置在ON状态，以便通过这样的循环电流：其从电抗器L3经由切换元件Q3、二极管D4和电抗器L2流回到电抗器L3。
接着，将参照图30-图33介绍再生发电期间的运行。图30为对应于图16所示的状态D的情况。在这种情况下，切换元件Q1被设置在OFF状态，切换元件Q2和Q3被设置在ON状态。此时，电流如箭头AR41所示流动，能量被存储在电抗器L3中。注意，在这种情况下，图中点P1的电位高于电力线PL1的电位，故没有电流流经电抗器L2。
接着，在图31中，如同图17所示状态E的情况下一样，切换元件Q2被切换到OFF状态，切换元件Q1和Q2被设置在OFF状态，切换元件Q3被设置在ON状态。通过这样做，存储在电抗器L3中的能量被释放，电流连续地从电抗器L3经由切换元件Q3流到电源装置100（图31中的箭头AR42）。
于是，在图32中，切换元件Q3被切换到OFF状态。通过这样做，如同图19所示状态F-2的情况下一样，循环电流（图32中的箭头AR43）从电抗器L3经由二极管D1和切换元件Q2流回到电抗器L3。
图33示出了再生发电期间的切换元件Q1-Q3的状态。注意，能量在再生发电期间不被存储在电抗器L2中，故不能实现图20所示状态F-1。
如上面介绍的，在图25所示的替代性实例的配置中，同样地，可以在动力运行期间和再生发电期间均以同样的方向使励磁电流通过。在替代性实例中，在部分状态中，电流流经电抗器L3，但电流不流经电抗器L2，故能量可小于图1所示的配置。于是，由于使励磁电流通过所导致的转矩增加可能较小。然而，另一方面，切换元件Q4可被省略，由此使得可以省略装置和控制，故可以减少整体成本。
注意，当前实施例中的“切换元件Q1”为根据本发明的实施形态的“升压切换元件”的实例。“切换元件Q2”、“切换元件Q3”、“切换元件Q4”分别为根据本发明的实施形态的“第一切换元件”、“第二切换元件”、“第三切换元件”的实例。另外，“二极管D1”、“二极管D5”、“二极管D4”分别为根据本发明的实施形态的“第一整流元件”、“第二整流元件”、“第三整流元件”的实例。“电力线PL1”、“电力线HPL”分别为根据本发明的实施形态的“第一电力线”、“第二电力线”的实例。
下面，将介绍本发明的上述实施例的梗概。
当前实施例涉及一种电动机驱动装置，该装置驱动包含励磁绕组、转子和定子的电动机，其中，通过使励磁电流流过励磁绕组，转子和定子各自形成励磁极。电动机驱动装置包含：电源装置；转换器，其包含电抗器，并被配置为，从电源装置接收电压以进行第一电力线和第二电力线之间的电压转换，并在电压转换操作期间使励磁电流流过励磁绕组，电抗器至少部分地作为励磁绕组，以便与电动机共用励磁绕组；变换器，其被配置为从转换器接收直流电力，并将直流电力转换为用于驱动电动机的交流电力；控制器，其对转换器进行控制，使得电流在电动机的动力运行期间和电动机的再生发电期间以相同的方向流过励磁绕组。
在根据当前实施例的电动机驱动装置中，转换器可包含切换单元，该单元在电动机动力运行期间电流流动所沿的第一电流路径和电动机再生发电期间电流流动所沿的第二电流路径之间进行切换，控制器可对切换单元进行控制，使得当电流沿第一电流路径流动时和当电流沿第二电流路径流动时，电流均以相同的方向流过励磁绕组。
在根据当前实施例的电动机驱动装置中，切换单元可被连接在作为励磁绕组的一个末端的第一末端和电源装置的负电极之间，使得从励磁绕组向着电源装置负电极的方向被设置为前向方向，切换单元可包含升压切换元件和励磁切换元件，升压切换元件用于对来自电源装置的电压进行升压，励磁切换元件对流过励磁绕组的电流进行控制，作为励磁绕组的另一末端的第二末端可被电气连接到第一电力线，控制器可进行升压切换元件和励磁切换元件的切换控制，以便控制励磁电流，由此调节转子和定子之间的磁通密度，并控制从转换器输出到第二电力线的升压电流，由此将来自电源装置的电压转换为根据升压电压目标值的电压。
在根据当前实施例的电动机驱动装置中，控制器可包含：目标设置单元，其根据电动机的旋转速度和所要求的转矩来设置励磁电流的目标值和升压电压的目标值，占空设置单元，其基于励磁电流的目标值和升压电压的目标值来设置升压切换元件的占空比和励磁切换元件的占空比；控制信号设置单元，其根据所设置的占空比来设置用于对升压切换元件和励磁切换元件进行切换的控制信号。
在根据当前实施例的电动机驱动装置中，励磁切换元件可包含：第一切换元件，其被连接在第二电力线和励磁绕组的第二末端之间，使得从第二电力线向着第二末端的方向被设置为前向方向；第二切换元件，其被连接在第一末端和第一电力线之间，使得从第一末端向着第一电力线的方向被设置为前向方向；第三切换元件，其被连接在第一电力线和第二末端之间，使得从第一电力线向着第二末端的方向被设置为前向方向，转换器可包含：第一整流元件，其被连接在第一末端和第二电力线之间，使得从第一末端向着第二电力线的方向被设置为前向方向；第二整流元件，其被连接在第二末端和电源装置的负电极之间，使得从电源装置的负电极向着第二末端的方向被设置为前向方向。
在根据当前实施例的电动机驱动装置中，在电动机的动力运行期间，转换器可基于与升压切换元件的占空比对应的控制信号对来自电源装置的电压进行升压，在电动机的再生发电期间，转换器可基于与第一切换元件的占空比对应的控制信号对来自变换器的电压进行降压。
在根据当前实施例的电动机驱动装置中，转换器可具有：第一状态，增大流过励磁绕组的电流；第二状态，减小流过励磁绕组的电流；第三状态，保持流过励磁绕组的电流，且在第三状态中，占空设置单元可对占空比进行设置，以便将升压切换元件和第一切换元件设置在关断状态，并将第二切换元件和第三切换元件设置在开通状态。
在根据当前实施例的电动机驱动装置中，转换器可具有：第一状态，增大流过励磁绕组的电流；第二状态，减小流过励磁绕组的电流；第三状态，保持流过励磁绕组的电流，且在第三状态中，占空设置单元可对占空比进行设置，以便将升压切换元件、第二切换元件和第三切换元件设置在关断状态，并将第一切换元件设置在开通状态。
在根据当前实施例的电动机驱动装置中，励磁绕组可包含彼此串联连接的第一励磁绕组和第二励磁绕组，励磁切换元件可包含：第一切换元件，其被连接在第二电力线和第一励磁绕组与第二励磁绕组的连接节点之间，使得从第二电力线向着连接节点的方向被设置为前向方向；第二切换元件，其被连接在第一末端和第一电力线之间，使得从第一末端向着第一电力线的方向被设置为前向方向，转换器可包含：第一整流元件，其被连接在第一末端和第二电力线之间，使得从第一末端向着第二电力线的方向被设置为前向方向；第二整流元件，其被连接在电源装置的负电极和连接节点之间，使得从电源装置的负电极向着连接节点的方向被设置为前向方向；第三整流元件，其被连接在第一电力线和第二末端之间，使得从第一电力线向着第二末端的方向被设置为前向方向。
在根据当前实施例的电动机驱动装置中，第一励磁绕组的电抗可等于第二励磁绕组的电抗。在根据当前实施例的电动机驱动装置中，转换器可基于与升压切换元件的占空比对应的控制信号对来自电源装置的电压进行升压，并可基于与第一切换元件的占空比对应的控制信号对来自变换器的电压进行降压。
在根据当前实施例的电动机驱动装置中，转换器可具有：第一状态，增大流过励磁绕组的电流；第二状态，减小流过励磁绕组的电流；第三状态，保持流过励磁绕组的电流，且在第三状态中，占空设置单元可对占空比进行设置，以便将升压切换元件和第二切换元件设置在关断状态，并将第一切换元件设置在开通状态。
另外，当前实施例涉及一种车辆，其包含：电动机，包含励磁绕组、转子和定子，其中，通过使励磁电流流过励磁绕组，转子和定子各自形成励磁极；电动机驱动装置，包含电源装置、转换器、变换器和控制器，转换器包含电抗器，并被配置为，从电源装置接收电压以进行第一电力线与第二电力线之间的电压转换，并在电压转换操作期间使励磁电流流过励磁绕组，电抗器至少部分地用作励磁绕组，以便与电动机共用励磁绕组，变换器被配置为从转换器接收直流电力，并将直流电力转换为用于对电动机进行驱动的交流电力，控制器对转换器进行控制，使得电流在电动机的动力运行期间和电动机的再生期间以相同的方向流过励磁绕组，其中，电动机驱动装置对电动机进行驱动；驱动轮，允许车辆通过来自电动机的旋转力来行驶。
尽管上面已经示出了本发明的某些实施例，将会明了，本发明不限于所示出的实施例的细节，而是可以以多种改变、修改或改进来实现，它们可在不脱离本发明的范围的情况下由本领域技术人员想到。
Claims (13)
1.一种电动机驱动装置，该装置驱动包含励磁绕组、转子和定子的电动机(130)，其中，通过使励磁电流流过励磁绕组，转子和定子各自形成励磁极，所述电动机驱动装置的特征在于包含：
电源装置(110)；
转换器(115)，其包含电抗器(L1)，并被配置为，从电源装置接收电压以进行第一电力线(PL1)和第二电力线(HPL)之间的电压转换，并在电压转换操作期间使励磁电流流过励磁绕组，电抗器至少部分地作为励磁绕组，以便与电动机共用励磁绕组；
变换器(120)，其被配置为从转换器接收直流电力，并将直流电力转换为用于驱动电动机的交流电力；以及
控制器(300)，其对转换器进行控制，使得电流在电动机的动力运行期间和电动机的再生期间以相同的方向流过励磁绕组。
2.根据权利要求1的电动机驱动装置，其中，
转换器包含切换单元，该单元在电动机动力运行期间电流流动所沿的第一电流路径和电动机再生期间电流流动所沿的第二电流路径之间进行切换，且
控制器对切换单元进行控制，使得当电流沿第一电流路径流动时和当电流沿第二电流路径流动时，电流以相同的方向流过励磁绕组。
3.根据权利要求2的电动机驱动装置，其中，
切换单元被连接在作为励磁绕组的一个末端的第一末端和电源装置的负电极之间，使得从励磁绕组向着电源装置负电极的方向被设置为前向方向，
切换单元包含升压切换元件(Q1)和励磁切换元件(Q2，Q3，Q4)，升压切换元件(Q1)用于对来自电源装置的电压进行升压，励磁切换元件(Q2，Q3，Q4)对流过励磁绕组的电流进行控制，
作为励磁绕组的另一末端的第二末端被电气连接到第一电力线，且
控制器进行升压切换元件和励磁切换元件的切换控制，以便控制励磁电流，由此调节转子和定子之间的磁通密度，并控制从转换器输出到第二电力线的升压电流，由此将来自电源装置的电压转换为根据升压电压目标值的电压。
4.根据权利要求3的电动机驱动装置，其中，
控制器包含：
目标设置单元，其根据电动机的旋转速度和所要求的转矩来设置励磁电流的目标值和升压电压的目标值，
占空设置单元，其基于励磁电流的目标值和升压电压的目标值来设置升压切换元件的占空比和励磁切换元件的占空比；以及
控制信号设置单元，其根据所设置的占空比来设置用于对升压切换元件和励磁切换元件进行切换的控制信号。
5.根据权利要求4的电动机驱动装置，其中，
励磁切换元件包含：第一切换元件(Q2)，其被连接在第二电力线和励磁绕组的第二末端之间，使得从第二电力线向着第二末端的方向被设置为前向方向；第二切换元件(Q3)，其被连接在第一末端和第一电力线之间，使得从第一末端向着第一电力线的方向被设置为前向方向；第三切换元件(Q4)，其被连接在第一电力线和第二末端之间，使得从第一电力线向着第二末端的方向被设置为前向方向，且
转换器包含：第一整流元件(D1)，其被连接在第一末端和第二电力线之间，使得从第一末端向着第二电力线的方向被设置为前向方向；第二整流元件(D5)，其被连接在第二末端和电源装置的负电极之间，使得从电源装置的负电极向着第二末端的方向被设置为前向方向。
6.根据权利要求5的电动机驱动装置，其中，
在电动机的动力运行期间，转换器基于与升压切换元件的占空比对应的控制信号对来自电源装置的电压进行升压，且
在电动机的再生期间，转换器基于与第一切换元件的占空比对应的控制信号对来自变换器的电压进行降压。
7.根据权利要求5的电动机驱动装置，其中，
转换器具有：第一状态，增大流过励磁绕组的电流；第二状态，减小流过励磁绕组的电流；第三状态，保持流过励磁绕组的电流，且
在第三状态中，占空设置单元对占空比进行设置，以便将升压切换元件和第一切换元件设置在关断状态，并将第二切换元件和第三切换元件设置在开通状态。
8.根据权利要求5的电动机驱动装置，其中，
转换器具有：第一状态，增大流过励磁绕组的电流；第二状态，减小流过励磁绕组的电流；第三状态，保持流过励磁绕组的电流，且
在第三状态中，占空设置单元对占空比进行设置，以便将升压切换元件、第二切换元件和第三切换元件设置在关断状态，并将第一切换元件设置在开通状态。
9.根据权利要求4的电动机驱动装置，其中，
励磁绕组包含彼此串联连接的第一励磁绕组和第二励磁绕组，
励磁切换元件包含：第一切换元件，其被连接在第二电力线和第一励磁绕组与第二励磁绕组的连接节点之间，使得从第二电力线向着连接节点的方向被设置为前向方向；第二切换元件，其被连接在第一末端和第一电力线之间，使得从第一末端向着第一电力线的方向被设置为前向方向，且
转换器包含：第一整流元件(D1)，其被连接在第一末端和第二电力线之间，使得从第一末端向着第二电力线的方向被设置为前向方向；第二整流元件(D5)，其被连接在电源装置的负电极和连接节点之间，使得从电源装置的负电极向着连接节点的方向被设置为前向方向；第三整流元件(D4)，其被连接在第一电力线和第二末端之间，使得从第一电力线向着第二末端的方向被设置为前向方向。
10.根据权利要求9的电动机驱动装置，其中，
第一励磁绕组的电抗等于第二励磁绕组的电抗。
11.根据权利要求9的电动机驱动装置，其中，
转换器基于与升压切换元件的占空比对应的控制信号对来自电源装置的电压进行升压，基于与第一切换元件的占空比对应的控制信号对来自变换器的电压进行降压。
12.根据权利要求9的电动机驱动装置，其中，
转换器具有：第一状态，增大流过励磁绕组的电流；第二状态，减小流过励磁绕组的电流；第三状态，保持流过励磁绕组的电流，且
在第三状态中，占空设置单元对占空比进行设置，以便将升压切换元件和第二切换元件设置在关断状态，并将第一切换元件设置在开通状态。
13.一种车辆(100)，其特征在于包含：
电动机(130)，包含励磁绕组、转子和定子，其中，通过使励磁电流流过励磁绕组，转子和定子各自形成励磁极；
电动机驱动装置，包含电源装置(10)、转换器(115)、变换器(120)和控制器(300)，转换器包含电抗器(L1)，并被配置为，从电源装置接收电压以进行第一电力线(PL1)与第二电力线(HPL)之间的电压转换，并在电压转换操作期间使励磁电流流过励磁绕组，电抗器至少部分地用作励磁绕组，以便与电动机共用励磁绕组，变换器被配置为从转换器接收直流电力，并将直流电力转换为用于对电动机进行驱动的交流电力，控制器对转换器进行控制，使得电流在电动机的动力运行期间和电动机的再生期间以相同的方向流过励磁绕组，其中，电动机驱动装置对电动机进行驱动；以及
驱动轮(180)，允许车辆通过来自电动机的旋转力来行驶。
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