CN102308471A - 驱动系统、用于运行驱动系统的方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种驱动系统和一种用于运行驱动系统的方法，该驱动系统包括电机、逆变器、蓄能器，其中，该电机可由逆变器馈电，该逆变器可由蓄能器供给能量，其中可将一可由开关控制的电流输入电机的至少一个定子绕组，该电流由一不同于蓄能器的电源来提供。

Description

驱动系统、用于运行驱动系统的方法和应用
技术领域
本发明涉及一种驱动系统、一种用于运行驱动系统的方法和一种应用。
背景技术
已知通过逆变器对电机进行馈电，该逆变器由蓄能器、例如变换器的中间电路电容器来供给能量。很显然地，在利用电池供电的、具有电动的驱动装置的机动车中，由逆变器对电机进行馈电，该逆变器由电池供给能量。
发明内容
因此本发明的目的是：提出一种用于蓄能器的价廉的充电电路。
根据本发明，该目的通过按照权利要求1的特征所述的驱动系统、按照权利要求9的特征所述的用于运行驱动系统的方法、以及按照权利要求15的特征所述的应用来实现。
本发明的在驱动系统方面的重要的特征是，驱动系统包括电机、逆变器和蓄能器，其中，电机可由逆变器馈电，逆变器可由蓄能器供给能量，电机的至少一个定子绕组中可输入有一可由一开关控制的电流，该电流由不同于蓄能器的电源来提供。
在此有利的是，可以实现一种非常紧凑的充电电路，其中，电源甚至可以具有比为了给蓄能器充电所必需的电压小得多的电压水平。由于可——例如按照降压转换器的形式——将定子绕组用作该充电电路的电感元件，因此甚至能实现电压水平的升高。换句话说，能以大范围的电压为充电电路供电。
此外有利的是，各定子绕组也至少部分地具有附加蓄能器的功能并且此外也有助于使充电电流平滑。
在一种有利的设计方案中，所述电源借助于一另外的蓄能器来实现或借助于具有连接在下游的整流器的、单相或多相的交流电压源来实现。在此有利的是，该另外的蓄能器可以具有和充电电压不同的电压水平。也就是说，能应用大范围的电压，例如具有波动的或可变的电压的供电电网。
在一种有利的设计方案中，蓄能器中的一个或这些蓄能器是电容器、超高容量电容器或电池。在此有利的是，可根据需要选择一确保所计划的应用能够运行的电容(元件)。
在一种有利的设计方案中，所述电源是电网馈电的、三相交流电馈电的或利用单相的交流电供给能量的整流器的输出端，特别是其中，整流器设计为单相的或多相的。在此有利的是，能应用单极的电压，该电压不必特别平滑。
在一种有利的设计方案中，电机的各定子绕组呈星形连接。在此有利的是，所有的定子绕组都能以简单的方式用作为充电电路的电感元件。特别在将和定子绕组连接的逆变器用作升压转换器时，能实现将充电电流分配到各定子绕组上。因此能降低欧姆损耗的热功率。
在一种有利的设计方案中，在定子绕组和开关之间设有一附加的电感元件。在此优点是，能应用较低的开关频率以产生相同大小的充电电流，由此随后也能降低由逆变器和/或该开关包括的半导体开关的开关损耗。此外还能实现在充电电压与所述能源的电压水平之间的较大的电压差。
在一种有利的设计方案中，该附加的电感元件设置在星形汇接点和该开关之间，特别用于引导可由开关控制的电流通过。在此优点是，可以实现将充电电流分配到各定子绕组上并因此能达到较低的损耗。
在一种有利的设计方案中，给整流器供给能量的电压源或给开关供给能量的、不同于蓄能器的电源的有效值或峰值小于蓄能器的充电电压，亦即小于为了给蓄能器充电而必需的电压、特别是逆变器的输入电压。在此优点是，能将大范围电压能源用作给开关供给能量的能源。
在用于运行驱动系统的方法方面的重要特征在于，驱动系统包括可由蓄能器供给能量的电机，其中，通过电机的至少一个定子绕组将来自不同于蓄能器的能源的电流以受控制的方式输入，以用于对蓄能器进行充电。
在此优点是，能应用一种充电方法来对该能源进行充电，该充电方法应用了本来就存在的电机的定子绕组。因此，不仅能将大范围电压例如具有波动的电压的电网用作充电电路的能源，而且是一种非常紧凑的设计方案，这是因为电机的定子绕组被用于运行充电电路。
在一种有利的设计方案中，定子绕组可利用三相交流电压系统馈电，该三相交流电压系统可由蓄能器产生。在此优点是，能应用传统的逆变器，该逆变器包括三个半桥，每个半桥各包括一具有两个半导体开关的串联电路；并因此能实现脉宽调制的驱控以获得所述半导体开关的马达运行模式或发电机运行模式。
在一种有利的设计方案中，脉宽调制地或区块换向地(blockkommutiert)驱控逆变器，特别是用于以马达模式或发电机模式运行电机。在此优点是，能应用简单的方法。
在一种有利的设计方案中，脉宽调制地控制所述开关。在此优点是，能实现简单的和耗费少的运行方式，特别是也能实现将充电电压调节到额定值，这由此实现，即能将脉宽调制比用作调节参量。
在一种有利的设计方案中，逆变器设计为多相的，用于逆变器的开关的控制信号设计为同步的、时间延迟地同步的、或者异步的。在此优点是，在同步的运行方式中能实施特别简单的控制，在异步的运行方式中能实施均匀、独立地给逆变器的半桥以及定子绕组加载工作负荷，在具有时间延迟的同步的运行方式中能以简单的方式给半桥以及定子绕组加载相同的工作负荷。
在一种有利的设计方案中，蓄能器的再充电周期性地重复进行，特别是该再充电交替地利用电机的马达运行方式或发电机运行方式来实现。在此优点是，定子绕组能仅位于在运行方式中出现的电流的最大值上。另选地，也能在电机的马达运行方式或发电机运行方式中同时产生充电电流，其中，当然，也必须相应更强地确定定子绕组的尺寸。
其它优点由从属权利要求中得出。
附图标记列表：
1  用于给电机馈电的逆变器
2  整流器
3～三相电网电压
D1 二极管
D2 二极管
S  开关
M  呈星形连接的电机
L  电感元件
C  蓄能器，例如电池或电容器
附图说明
现在参照附图详细说明本发明。
在图1中以示意性电路图示出了一种根据本发明的装置。
具体实施方式
在此，由设计为电池或电容器的蓄能器C为用于给电机M馈电的逆变器1供应能量。电机M的定子绕组设计为接成星形的三相绕组。因此能以可由逆变器确定的馈电频率为电机供给能量，也就是说能由以该馈电频率旋转的三相交流电压系统为电机供给能量，并且以这种方式能控制电机的转速或者在安装了转角传感器或转速传感器时能将电机的转速调节到期望的转速或期望的转矩。
在发电机运行模式中，能将由电机M产生的能量通过逆变器1输送给蓄能器。
该逆变器由三个半桥、亦即分支对组成，所述半桥分别包括各一个可驱控的上半导体开关和可驱控的下半导体开关的串联电路，它们又分别并联了一个二极管。半导体开关优选脉宽调制地被驱控。没有示出用于产生用于半导体开关的驱控信号的信号电子设备。
此外，能为整流器2供给三相的电网电压3～以用于在整流器的输出侧上产生单极的电压。通过可控开关S可以将来自单极电压的电流通过电感元件L输送给电机M的星形汇接点。在此，该开关基本上相当于一降压转换器地工作，其中，当然，至少定子绕组和在必要时可选地设置在定子绕组的星形汇接点上的电感元件L被设置作为电感元件并且起着作为具有蓄能器的逆变器的负载的作用。
二极管D1与开关S、优选半导体开关并联，其中，该并联电路通过串联的二极管D2与单极电压的下电位相连接。
以这种方式现在能够借助于开关S将交流电流输送给星形汇接点，从而可通过逆变器1的二极管将充电电流输送给蓄能器。因此能实现给蓄能器充电。
在本发明中，定子绕组使得通过该开关输送的电流平滑并且定子绕组也表现为一种附加的蓄能器。
在另一根据本发明的实施例中，电感元件L集成地设置在电机的壳体中，也就是说由电机M的壳体以形成该电感元件L的壳体的方式包围。以这种方式能实现特别紧凑的设计方案。在此优选将电感元件的绕组围绕同一个芯部、特别是定子叠片组设置，如同定子绕组那样。各定子绕组例如能设置在该定子叠片组的朝向径向内部的齿部上而该附加的电感元件能设置在该定子叠片组的外周上、也就是说定子磁轭上。因此还能以同样的方式、也就是说在无需附加部件的情况下实现对这些定子绕组和该附加绕组的散热。同时能实施在定子绕组和附加绕组之间的屏蔽。
在另一根据本发明的实施例中，取消了电感元件L，并且仅使用各定子绕组的电感作为电感元件。
在另一根据本发明的实施例中，具有逆变器的电机不仅用于纯整流而且也作为升压转换器来运行。为此相应地控制所述开关，从而能在蓄能器上产生比能由整流器产生的、单极电压的峰值电压值高得多的电压。在此，各定子绕组的电感在逆变器的半导体开关的开关过程中共同作用并且使得能控制蓄能器上的电压大小或者在安装了用于检测电压的装置时能调节蓄能器上的电压大小。在此，重要的参数是逆变器的开关和开关S的开关频率。尽管存在一其峰值和/或有效值小于蓄能器所需的充电电压的电网电压，然而也能实现对蓄能器的充电。
在以马达模式或发电机模式运行所述电机时，这样驱控逆变器，使得在所述电机上施加有一个三相交流电压。在此，控制信号彼此相关联，从而使得所述三相交流电压施加在定子绕组上。在所述的充电运行中和在没有驱动的或被驱动的电机M时，半桥开关的控制信号能彼此独立地产生。
对逆变器的三个半桥、亦即分支对的驱控在此能同步地进行。然而如果同步的控制信号彼此之间具有时间延迟，则能给开关S更均匀地加载工作负荷。在控制信号的异步设计方案中，能实现开关的进一步改进了的更均匀的工作负荷。异步在此意味着，对应于各个半桥的控制信号具有不同的频率并因此彼此之间不同步。
在另一根据本发明的实施例中，逆变器的开关不是脉宽调制地而是区块换向地由图1中未示出的控制装置控制。
在另一根据本发明的实施例中，即便在电机M以马达模式运行时也能够以所述的方式为蓄能器输入(能量)，从而较缓慢地增加蓄能器的容量，也就是说上述的充电电流能用于至少部分地为逆变器馈电。当然，为此必须相应地将定子绕组和整流器的二极管的尺寸设定得较粗大。
在另一根据本发明的实施例中，多个逆变器由该蓄能器供给能量，每个逆变器分别为各一个电机馈电，其中，通过第一电机或多个电机的定子绕组，蓄能器以上述方式和各一个开关连接以用于以受控的方式输送电流到相应的定子绕组上。

Claims (15)

1.一种驱动系统，包括电机、逆变器、蓄能器，其中，所述电机能由所述逆变器馈电，所述逆变器能由所述蓄能器供给能量，其特征在于，所述电机的至少一个定子绕组能输入有一能由开关控制的电流，所述电流由一不同于所述蓄能器的电源来提供。
2.根据前述权利要求中至少一项所述的驱动系统，其特征在于，所述电源借助于另一个蓄能器来实现或借助于一具有连接在下游的整流器的、单相或多相的交流电压源来实现。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的驱动系统，其特征在于，所述蓄能器中的一个或这些蓄能器是电容器、超高容量电容器或电池。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的驱动系统，其特征在于，所述电源是电网馈电的、三相交流电馈电的、或利用单相的交流电供给能量的整流器的输出端，特别是其中，所述整流器设计为单相的或多相的。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的驱动系统，其特征在于，所述电机的所述定子绕组接成星形。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的驱动系统，其特征在于，在所述定子绕组和所述开关之间设有附加的电感元件。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的驱动系统，其特征在于，所述附加的电感元件设置在星形汇接点和所述开关之间，特别是用以引导能由所述开关控制的所述电流通过。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的驱动系统，其特征在于，为所述整流器供给能量的电压源或为所述开关供给能量的、不同于所述蓄能器的所述电源的有效值或峰值小于所述蓄能器的充电电压，特别也就是说小于为了给所述蓄能器充电而必需的电压、尤其是所述逆变器的输入电压。
9.一种用于运行驱动系统的方法，所述驱动系统包括能由蓄能器供给能量的电机，其特征在于，通过所述电机的至少一个定子绕组以受控制的方式输送一来自不同于所述蓄能器的能源的电流，以用于为所述蓄能器充电。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述驱动系统根据前述权利要求中至少一项所述地设计。
11.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，能利用三相交流电压系统为所述定子绕组馈电，所述三相交流电压系统能由所述蓄能器产生。
12.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，脉宽调制地或区块换向地控制所述逆变器，特别是用于以马达模式或发电机模式运行所述电机，和/或脉宽调制地控制所述开关。
13.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述逆变器设计为多相的，用于所述逆变器的所述开关的控制信号设计为同步的、时间延迟同步的或异步的。
14.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述蓄能器的再充电周期性地重复进行，特别是所述再充电交替地利用所述电机的马达运行模式或发电机运行模式来实现。
15.将电机的定子绕组用作充电电路的电感元件、特别是降压转换器或升压转换器以给蓄能器充电的应用。
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