CN1302475A - 可电子换向的电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可电子换向的电动机,其用于为永磁转子产生旋转磁场的定子的激磁绕组可以以换向频率与一个直流电源电压相连并且可以与其分开,其中,激磁绕组可以被半导体一输出极接通,借助于控制单元的带有换向频率的控制信号,可以控制所述半导体－输出极,而其运行条件则依赖于一个预定的或可预定的额定值进行变化。借助简化的电动机控制能够避免以脉冲宽度调制控制激磁绕组的电动机的缺点,即,所述直流电源电压被提供给一个直流变换器,直流变换器的用于带有激磁绕组的半导体－输出极的输出电压依赖于额定值进行变化,并且控制单元不依赖于额定值用带有换向频率的非时钟脉冲控制信号始终对半导体－输出极进行完全调节。
Description
现有技术
本发明涉及一种可电子换向的电动机，其用于为永磁转子产生旋转磁场的定子的激磁绕组可以以换向频率与一个直流电源电压相连并且可以与其分开，其中，激磁绕组可以被半导体-输出极接通，借助于控制单元的带有换向频率的控制信号，可以控制所述半导体-输出极，而其运行条件则依赖于一个预定的或可预定的额定值进行变化。
这种类型的电动机通常都配备有一个控制单元，该控制单元借助脉冲宽度调制的控制信号对半导体-输出极的半导体开关进行控制。供以时钟脉冲的控制信号的时钟频率因此处在高频范围内，而控制信号的换向频率则依赖于电动机的结构和电动机的转速，因此是相当低的。在这种情况下，该半导体-输出极接通所施加的直流电源电压，例如在汽车上使用这种类型的电动机时，该直流电源由汽车蓄电池构成。在这种电动机中，功率和/或转速的调节是通过改变时钟脉冲控制信号的时钟脉冲的脉冲宽度进行的。
这种电动机在使用中产生了许多问题。在控制单元中需要昂贵的半导体开关和驱动电路，此外在其中还出现了很高的损耗功率。这再次导致了在该控制单元中用于冷却半导体的花费。由于该控制单元与直流电源、例如汽车的机载电网直接耦合，所以产生了大的EMV-干扰电平，这些干扰电平引出了费用昂贵的抗干扰电路。如果有不同规格的直流电源，则电动机要被不同地设计。由于费用昂贵的电路技术和附加的冷却花费，该电动机的制造成本非常高。
本发明的目的在于，提供一种开头所述类型的可电子换向的电动机，该电动机克服了激磁绕组的已知的脉冲宽度调制控制的缺点，但不增加控制和冷却的费用。
根据本发明，是这样实现上述目的的：所述直流电源电压被提供给一个直流变换器，其用于带有激磁绕组的半导体-输出极的输出电压依赖于额定值进行变化，并且控制单元不依赖于额定值用带有换向频率的非时钟脉冲控制信号始终对半导体-输出极进行完全控制。
在电动机的这种结构中，换向与功率或转速改变被分配和分开进行。所述控制单元只负责换向，而功率或转速的调节则由一个直流变换器负责，其输出电压依赖于一个预定的或可预定的额定值进行变化。带有激磁绕组的半导体-输出极始终最大程度地由控制单元进行控制，这样所述直流变换器的输出电压对功率或转速的变化负责。
根据本发明的可电子换向的电动机由此得到许多优点。取消了用于半导体-输出极的控制信号的高频的、脉冲宽度调制的时钟脉冲。这样就可以使用更慢的半导体开关和更简单的驱动电路。在给定电动机功率情况下，通过由直流变换器将机载电网电压升高，将减小电动机电流，并且由此减小在半导体开关中的损耗功率。这些半导体开关因此可以不进行费用昂贵的冷却处理。由于所述控制单元通过直流变换器与机载电网、即直流电源分开，因此不再需要向控制单元提供高频时钟脉冲，由此产生了很低的EMV-干扰电平，于是只需更小的抗干扰费用。由于只负责换向功能，所述控制单元可以不用微型计算机实现，因此它还可以在更高的温度下使用。所述直流变换器的控制也可以不用微型计算机进行，在直流变换器中只需设置带有可能的驱动器的电子开关和一个结构简单的调节电路。
根据一种设定的结构，直流变换器借助一个存储电感器、一个存储电感器、一个滤波电容器、一个退耦二极管和一个电子开关以已知的方式构造，在此，所述开关以时钟频率接通，并且开关脉冲(Schaltimpulse)的脉冲宽度依赖于额定值进行变化。不言而喻，还可以使用不同结构且可以不同方式控制的直流变换器。在这种情况下，调节可以这样进行，即，给直流变换器配备一个调节器，用来为电子开关引出开关脉冲的脉冲宽度，所述额定值和直流变换器的输出电压被提供给该调节器。
在此，所述直流变换器的输出电压可以这样依赖于额定值，即，随着额定值的增加或减小，所述电子开关的开关脉冲的脉冲宽度将增加或减小，并且所述直流变换器的输出电压也因此增加或减小。
所述电动机的功率和/或转速可借助所述直流变换器的变化的输出电压而被改变。
根据另一种结构，所述直流变换器还提供了另外一种变化可能性，即，所述输出电压大于或小于直流电源电压，并且所述直流变换器的输出电压的增加和减小依赖于所述额定值的增加或减小。
下面将借助附图中所述的实施例详细阐述本发明。其中：
图1是带直流变换器和简单控制单元的电动机的电路原理图，和
图2是图1电动机实施例的示意电路图。
如图1所示，直流电源Ubatt，例如一辆汽车的蓄电池，给一个直流变换器DC/DC-W供电，该变换器借助一个调节器RG根据一个预定的或可预定的额定值Usoll提供一个输出电压Um。在此，随着额定值Usoll增加或减小，输出电压Um增加或减小。输出电压Um与额定值Usoll的关系可以进行任意选择并由调节器的特性确定。该变化的输出电压Um用作直流电源电压，用于带有激磁绕组的半导体-输出极EST，该半导体-输出极用于电动机M。在运行过程中，该用于电动机M的半导体-输出极EST始终受到控制单元STE的完全控制，由此可以使半导体-输出极EST的半导体开关中的损耗保持很小。控制单元STE的控制信号不再被供以时钟脉冲，而只是借助换向频率被提供给半导体-输出极EST。因此使控制单元STE在结构上很简单，而不需要像在已知的可电子换向的电动机中那样的带有脉冲宽度调制控制信号的微型计算机。
借助图2来详细说明一个实施例。在此直流变换器DC/DC-W包括一个存储电感器L、一个滤波电容器C、一个退耦二极管D和一个电子开关S。这种DC/DC-变换器的原理功能是已知的。用于电子开关S的节拍频率(Taktfrequenz)例如可以为100kHz。借助调节器RG，用于开关S的控制信号的脉冲宽度比根据额定值Usoll和直流变换器DC/DC-W的输出电压Um被这样控制，即，输出电压Um是额定值Usoll多倍。在这种情况下，Um可以选择成大于或小于Ubatt。用于调节器RG的其他输入参数可以是电压Ubatt或是由电压Ubatt提供的电流或是由电压Um提供的电流。借助调节器RG，可以确保从机载电网的直流电源电压Ubatt得出一个可依赖于额定值Usoll而变化的输出电压Um，该电压作为作为可变电源电压Um提供给带有其半导体开关T1至T2(它们被作为开关简单示出)的半导体-输出极EST和激磁绕组U、V及W。通过为电动机提供这种可变的工作电压，可以进行功率或转速调节。由于非常简单，激磁绕组U、V和W所需的自振荡二极管没有在图2中表示出来。由于控制单元STE的控制信号借助换向频率进行半导体开关T1至T2的控制，所以取消了对半导体开关T1至T6的高频时钟脉冲控制。
如果在该实施例中，例如将12V的直流电源电压Ubatt升高到例如12V至42V的工作电压Um，则，在相同的电动机功率情况下，可将待接通的用于激磁绕组U、V和W的电流减小。这就提供了在半导体-输出极EST中使用简单、廉价的半导体的可能性。由于用于半导体-输出极EST的控制信号不再被供以高开关频率的时钟脉冲，因此还能够使用具有更长开关时间(Schaltzeiten)的半导体开关。此外，直流变换器DC/DC-W使电动机M与直流电源电压Ubatt脱联，并且在其上产生了大大减小的EMV-干扰电平。
DC/DC变换器的原理还可以不同，而且可以用不同的电流值和电压值来驱动电动机M。直流变换器DC/DC-W可以将例如42V的直流电源电压Ubatt减小到12V至42V的工作电压Um。用于直流变换器DC/DC-W的电子开关S的开关频率(Schaltfrequenz)也可以是可变的。
通过直流变换器DC/DC-W与调节器RG的相应匹配和控制单元STE与半导体-输出极EST的相应匹配，本发明可以被设计在具有不同激磁绕组数的各种结构类型的电动机M上，在此，通过选择结构件的参数，还可以实现电动机M的不同运行数据。
Claims (7)
1．一种可电子换向的电动机，其用于为永磁转子产生旋转磁场的定子的激磁绕组可以以换向频率与一个直流电源电压相连并且可以与其分开，其中，激磁绕组可以被半导体-输出极接通，借助于控制单元的带有换向频率的控制信号，可以控制所述半导体-输出极，而其运行条件则依赖于一个预定的或可预定的额定值进行变化，其特征在于：
所述直流电源电压(Ubatt)被输送到一个直流变换器(DC/DC-W)，该直流变换器的用于带有激磁绕组(U、V、W)的半导体-输出极(EST)的输出电压(Um)依赖于额定值(Usoll)进行变化，并且，
控制单元(STE)不依赖于额定值(Usoll)用带有换向频率的非时钟脉冲(Ungetakteten)控制信号始终对半导体-输出极(EST)进行完全调节。
2．根据权利要求1的可电子换向的电动机，其特征在于：所述直流变换器(DC/DC-W)以已知的方式借助于一个存储电感器(L)、一个滤波电容器(C)、一个退耦二极管(D)和一个电子开关(S)构成，其中，所述电子开关(S)以节拍频率(例如100kHz)接通，并且开关脉冲的脉冲宽度与额定值(Usoll)有关地进行变化。
3．根据权利要求1或2的可电子换向的电动机，其特征在于：随着额定值(Usoll)的增加或减小，所述电子开关(S)的开关脉冲的脉冲宽度将增加或减小，并且所述直流变换器(DC/DC-W)的输出电压(Um)也因此增加或减小。
4．根据权利要求1至3之一的可电子换向的电动机，其特征在于：所述直流变换器(DC/DC-W)配备有一个调节器(RG)，用来为电子开关(S)引出开关脉冲的脉冲宽度，所述额定值(Usoll)和直流变换器(DC/DC-W)的输出电压(Um)被提供给该调节器。
5．根据权利要求1至4之一的可电子换向的电动机，其特征在于：所述电动机(M)的功率和/或转速随着所述直流变换器(DC/DC-W)的输出电压(Um)的变化而改变。
6．根据权利要求1至5之一的可电子换向的电动机，其特征在于：所述输出电压(Um)大于或小于直流电源电压(Ubatt)，并且所述直流变换器(DC/DC-W)的输出电压(Um)的增加和减小依赖于所述额定值(Usoll)的增加和减小。
7．根据权利要求3或4的可电子换向的电动机，其特征在于：用于直流变换器(DC/DC-W)的电子开关(S)的开关频率是可变的。
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