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用于多方式电机的脉冲宽度调制控制电路和装备有这种控制电路的多方式电机

阅读：702发布：2020-07-22

IPRDB可以提供用于多方式电机的脉冲宽度调制控制电路和装备有这种控制电路的多方式电机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于多方式电机的脉冲宽度调制(MLI)控制电路和一种装配有这种控制电路的多方式电机。一个配置电路(11，13)检测该电机(1)的运行方式，并产生一个用来控制可逆交-直变换器电路(4)的脉冲宽度调制，以使该电机在电动机方式下以扭矩最优的方式运行，在发电机方式下以电流最优的方式运行。应用于车辆的交流发电机-起动机。，下面是用于多方式电机的脉冲宽度调制控制电路和装备有这种控制电路的多方式电机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于多相电机(1)的脉冲宽度调制控制电路，包括：

一个可逆交-直变换器电路(4)，该可逆交-直变换器电路(4)连接在直流电源的两个端子(29P，29N)之间，并且该可逆交-直变换器电路(4)的每一个受控端子(23-25)被用于与该电机(1)的定子(2)的至少一相连接；

多个用于测量所述电机的各相中的电流和/或电压的传感器(6，7)；

一个用于产生关于该电机的转子(3)的转速和位置的瞬时信息的装置(9，10)；

一个根据由传感器(6，7)测得的各相中的电气测量结果和转子的位置和速度来操纵交-直变换器电路(4)各支路的操纵电路(14)；

有源电子电路(5)，能够对车载网的直流电压进行斩波以便对转子(3)的线圈提供电压，该电压以受控方式可变，从而产生运行模式；

操纵信号发生电路(13)，能够为供电桥产生操纵信号；

电路(11)，其根据该电机的所需运行方式，一方面将操纵信号发送给有源电子电路(5)，另一方面将参考信号发送给操纵信号发生电路(13)，所需运行方式选自如下运行方式：作为起动机运行、作为驱动电动机运行、作为内燃机助力电动机运行、作为常规交流发电机运行或作为制动机械能回收交流发电机运行。

2.根据权利要求1的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：所述用于产生关于该电机(1)的转子(3)的转速和位置的瞬时信息的装置(9，10)包括旋转检测电路(10)，该旋转检测电路(10)产生：一个第一信号(θ)，该第一信号(θ)代表转子相对于一个参考位置的瞬时旋转角度；和一个第二信号(ω)，该第二信号(ω)代表转子的旋转角速度。

3.根据权利要求2的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：该旋转检测电路(10)连接在所述电路(11)的输入端，所述电路(11)首先产生一个切换控制信号，该切换控制信号通过线路(28)用于一个连接在转子(3)的励磁绕组上的有源电子电路(5)；其次产生多个参考信号，这些参考信号用于所述操纵信号发生电路(13)以产生操纵信号，该操纵信号用于电机(1)的定子(2)的所述可逆交-直变换器电路(4)。

4.根据权利要求3的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：它还包括连接到操纵信号发生电路(13)的一个输入端子上的用于产生基波的波形发生电路(15)。

5.根据权利要求4的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：该基波由一个三角形波构成，该三角形波具有一个以一个第一速度上升的第一沿，和一个以一个第二速度下降的第二沿。

6.根据权利要求5的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：操纵信号发生电路(13)产生多个操纵信号(C1，C2，和C3)，这些操纵信号连接在所述操纵电路(14)的输入端，以产生使所述可逆交-直变换器电路(4)的各受控的开关的栅极导通的信号(P1至P6)。

7.根据权利要求6的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：操纵信号发生电路(13)对于定子各相中的至少一部分包括一个减法器(31，34)，该减法器的一个第一正输入端子连接在由所述电路(11)提供的参考信号之一S1的输入端子上；该减法器的一个第二负输入端子连接在由与传感器(6，7)相连的整形和测量定子各相电流的电路(12)提供的测量信号之一M1的输入端子上；该减法器的输出端子连接在一个校正电路(32)的一个输入端子上，该校正电路应用一个以下面的形式呈现在所述校正电路(32)的输出端的校正函数F1()：A1＝F1(S1-M1)，其中A1是来自校正电路(32)的输出信号。

8.根据权利要求7的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：来自校正电路(35)的输出信号(A1)被施加在一个比较器(33，36)的一个第一输入端子上，该比较器的一个第二比较输入端子连接在波形发生电路(15)的输出端，它容许使受控的开关(16，17)的导通状态改变，该比较器(33，36)的输出端子与该开关的栅极相连接。

9.根据权利要求7的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：每个校正电路(32)的输出端子还分别连接在一个加法器(37)的相应输入端子上，该加法器的输出端子施加在一个比较器(38)的一个第一输入端子上，该比较器的第二个比较输入端子连接在波形发生电路(15)的输出端；该比较器(38)的输出端子发送一个信号，以使受控的开关(18)的导通状态改变，该比较器(38)的输出端子与该开关的栅极相连。

10.根据权利要求1的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：它与用于检测运行方式的装置协作。

11.根据权利要求10的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于，所述用于检测运行方式的装置是一个在车载计算机中对应用到电机的指令进行译码的装置，这个车载计算机决定按如下方式之一运行：作为热机起动机的运行方式；

作为为连接在直流供电车载网上的电池重新充电的交流发电机的运行方式；

作为驱动电动机的运行方式，直接地工作于车轮上或间接地通过将其提供的机械功率与动力机组其余部分提供的机械功率合在一起而工作；

作为发电机的运行方式，以回收动力机组要求的制动的能量的方式工作。

12.根据权利要求1的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：在作为起动机、驱动电动机、助力电动机的运行方式的运行方式下，为了增加转子可用扭矩，它包括一个用来对一个给定圈数为ns的定子绕组增加定子中的电流的装置；它还包括一个用来在转子转速高的时候加强定子中的电流的装置。

13.根据权利要求1的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：在常规交流发电机或制动机械能回收交流发电机的运行方式之一下：(a)对低速，用于通过产生一个高于电池电压的电动势e来向网上输出电流，直到一个足以过渡到二极管整流方式的速度；

(b)超过一个给定的转速，

它包括一个用于限制电池要求的电流的装置。

14.根据权利要求1的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：参考信号发生电路(11)包括一个程序，用于根据由界限速度(ΩL)确定的两个区(A区和B区)以作为起动机、驱动电动机、助力电动机的运行方式的运行方式运行。

15.根据权利要求14的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：在起动机方式DEM下，它包括一个用于确定脉冲宽度调制的装置，这种调制对从零变化到一个界限速度的转速W提供一个恒定的输出扭矩，然后提供一个以恒定功率的下降，直到一个最大速度。

16.根据权利要求14的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：当电机开始以作为起动机、驱动电动机、助力电动机的运行方式的运行方式运行时，它包括一个附加电路(53)，以检测什么时候电池(50)产生的电压比电池(50)的运行的额定值U0的一半高一个预定的保护电压ΔU。

17.根据权利要求1的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：电路(11)产生用于控制定子的参考信号并且包括一个用于接收负荷配置指令的装置，该指令可以由一个控制动力机组和/或整车的计算机提供，以确定所述电机应该满负荷工作还是减负荷工作。

18.根据权利要求3的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：所述电路(11)产生用于控制定子的参考信号并且包括一个用于将操纵信号发生电路(13)置于这样一个状态的装置，使得所述可逆交-直变换器电路(4)产生一个在交流发电机方式下呈现90至180°角的相位超前的正弦波。

19.根据权利要求1的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：在作为常规交流发电机或制动机械能回收交流发电机的运行方式之一下，它包括一个装置，该装置通过一个记录转子的转速的界限值ΩD的装置来确定两个以速度表示的运行区：C区，用于低于界限速度ΩD的速度；D区，用于高于ΩD的速度；该界限速度由当所述电机工作于脉冲宽度调制方式时和当它工作于仅有本征二极管的无源整流方式时的共同工况来确定。

20.根据权利要求1的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：在作为常规交流发电机或制动机械能回收交流发电机的运行方式之一下，它包括一个装置，该装置使所述可逆交-直变换器电路对于低于ΩD的工况在脉冲宽度调制的工况下工作，或对于高于ΩD的工况在仅以二极管整流的工况下工作。

21.根据权利要求5的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：产生用于控制定子的参考信号(S1和S2)和/或转子电流的控制信号(If)的装置(11)包括一个具有数据存储器的电路(27)，该数据存储器装备有一个用于根据基于转子瞬时转速的自变量和根据电机的选择的运行方式而产生数据序列的装置。

22.根据权利要求21的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：存贮电路(27)根据克拉克变换和帕克变换而被编程来确定参数三元组{Is，IR，Ψ}，该参数三元组描述定子和转子在各种旋转架构下以旋转检测电路(10)的相应输出端子上产生的转子瞬时转速旋转的电气状态，其中IR代表穿过定子的电流，Is是表示定子电流的信号，和Ψ是表示电角度的信号。

23.根据权利要求22的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：表示定子电流和电角度的信号(Is和Ψ)被传输到第一电路(26)的前两个输入端口，第一电路(26)的第三个端口连接在旋转检测电路(10)的相应输出端，该输出端产生一个表示转子瞬时旋转角度(θ)的信号；第一电路(26)包括一个用于产生多个参考信号(S1，S2，......)的装置，用于借助波形发生电路(15)产生的斩波来确定脉冲宽度调制。

24.根据权利要求23的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：用于产生参考信号的第一电路(26)包括一些根据如下定义的实时关系来产生参考信号的装置：Si＝Si(Is，Ψ，IR)

其中Si()是一个预定的函数。

25.根据权利要求23的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：用于产生参考信号的第一电路(26)包括一些以程序形式实现的装置，该程序由DSP类型的信号处理电路执行。

26.根据权利要求23的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：用于产生参考信号的第一电路(26)包括一些利用序列发生器来产生实时参考信号Si()的装置，该序列发生器根据参数三元组(Is，Ψ，IR)去寻址一个数值表，该数值表表示一个在控制电路加载时预先确定的位置图。

27.根据权利要求1的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：电机可以是伦德尔类型的爪极式转子电机、凸极式电机、永磁转子电机、感应电机或可变磁阻电机、内嵌磁铁的爪极式电机或由叠钢片和在纵桁极处带有的励磁线圈和永磁铁构成的混合转子电机。

28.根据权利要求1的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：它包括一些用于在转子的整个转速范围内控制电机的装置。

29.根据权利要求1的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：它分离地或合并地与如下装置协作：防止热机阻塞的装置；

在起动机方式下调整车速的装置；

调整车辆的车载网上的可用电功率的装置，所述电机和所述控制电路都安装在该车辆上；

调整车辆的动力机组的机械功率的装置，所述电机和所述控制电路都安装在该车辆上；

使车辆的减速和停止的间距平缓的装置，所述电机和所述控制电路都安装在该车辆上；

使车辆的动力机组要求的扭矩的变化平缓的装置，所述电机和所述控制电路都安装在该车辆上；

根据至少车辆电池的负荷状态、热能水平、和任何其它测量车辆环境的参数来调整电机各相中的电流的装置。

30.根据权利要求4-9中的任意一项的脉冲宽度调制控制电路，其特征在于：波形发生电路(15)产生锯齿波形、三角波形、或梯形波形，或带有场取向控制类型的矢量控制；或者其特征在于：上述锯齿波形、三角波形、或梯形波形与用于在波前沿上产生滞后效果的装置相组合。

31.一种用于车辆的电机，该电机能作为起动机、驱动电动机、内燃机助力电动机、常规交流发电机或制动机械能回收交流发电机运行，并被调整为与根据前述权利要求的任意一项的控制电路一同运行，其特征在于：它包括绕线式定子，其匝数是在第一磁化能量基础上被计算出来的；对于各要求高于所述第一磁化能量的第二磁化能量的运行方式，通过控制电路施加对所述定子中流动的电流的控制。

32.一种用于车辆的旋转电机，其特征在于：它包括根据权利要求1至30中任意一项的控制电路。

说明书全文

用于多方式电机的脉冲宽度调制控制电路和装备有这种

控制电路的多方式电机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于多方式旋转电机——例如交流发电机-起动机——的脉冲宽度调制控制电路和一种装配有这种控制电路的多方式电机。

背景技术

[0002] 在当前的技术状况下出现了一种需求：同一个多方式电机能够相继作为热机起动机运行、作为电动机运行、或者作为直流电发电机运行以对车载网的供电电池重新充电——直接地按照现有技术作为交流发电机、或者间接地通过在动力机组运行方式(容许回收制动机械能)下协作。然而，电机的机电设计要么有利于以交流发电机方式运行，要么有利于以被调节扭矩被优化的电动机方式运行。因此，一个本来被设计为以发电机方式运行、而现在却以电动机方式工作的电机，其总效率和性能将总是低于一个被设计为以电动机方式运行的电机的总效率，反之亦然。

[0003] 在现有技术下，人们已经提议——尤其是以申请人的名义在申请FR-A-2.745.445中——通过一个能仅仅在起动序列时将一个全波输入电机定子绕组的变流器电路，把交流发电机也当作起动机来使用。但是，当我们想要以降低的转速工作时——例如当电机应当作为动力机组的助力电动机工作时——，这样一个控制电路不能输出足够的电流。 [0004] 本发明为这种单一电机的设计问题带来了解决方案，这个单一电机可以作为热机的起动机运行、作为连接在动力机组其余部分和车辆驱动轮上的驱动电动机(在助力方式或增强扭矩或驱动功率方式(英文boost，即“助推”)下)方式运行、或作为发电机(运行于交流发电机方式或制动机械能回收方式)运行。

[0005] 特别的是，在汽车工业中，车载网的供电直流电压可能随车型而不同。我们知道有6伏、12伏、24伏、甚至48伏的电源。对这种适于在任何一个车载网上运行的电机的设计必然采取一些改变性能的折衷。

[0006] 本发明为能作为电动机和发电机在各种标准的直流供电网上运行的电机的匹配问题带来了一个解决方案。

发明内容

[0007] 为了补救现有技术的弊病，本发明提出一种脉冲宽度调制控制电路，用于打算被安装到车辆的动力机组上的电机。该类电路包括：

[0008] ■一个斩波器桥，它被连接在直流电源的两个端子之间，并且它的每个受控端子用于被连接到电机的定子的至少一相上；

[0009] ■多个传感器，它们用于测量所述电机各相中的电流和/或电压； [0010] ■一个用于产生所述电机的转子位置和旋转速度的瞬时信息的装置； [0011] ■一个根据各相电气测量值和/或转子位置和速度来操纵桥的各支路的电路； [0012] 本发明的控制电路还包括一个操纵桥各支路(根据希望的电机运行方式操纵，这些运行方式包括：作为起动机、驱动电动机、内燃机助力电动机、交流发电机或制动机械能回收交流发电机)的电路的配置的信号发生电路。

[0013] 本发明还涉及一种用于车辆的新电机，该电机能作为起动机、驱动电动机、内燃机助力电动机、交流发电机或制动机械能回收交流发电机运行，并被调整为与根据本发明的控制电路一同运行。本发明基于：电机包括一个绕线式定子，其匝数是在更少的定子匝数更弱的磁化能量的基础上被计算出来的；对于各要求更高磁化能量的运行方式，我们通过控制电路施加对定子电流的控制。

附图说明

[0014] 本发明的其它优点和特征将通过对附图的描述而被更好地理解。在这些附图中： [0015] ■图1是一个方框示意图，表示本发明的电路的一个实施方式；

[0016] ■图2是一个方框示意图，表示图1的电路的一部分；

[0017] ■图3至6表示各个定义了本发明的控制电路的各种方式的图形。具体实施方式

[0018] 在图1中，我们描绘了本发明的电路的一个特殊实施方式的方框示意图。电机1主要包括一个装配了多个导线绕组的定子2，或相，根据电绕组的布置几何关系，这种布置几何关系容许如业内人士所知道的那样设计出特别的旋转电机，该旋转电机在定子的内部装配有一个转子3。

[0019] 在图1的实施例子中，定子2装配有3个绕组(未绘出)，这3个绕组能被以一个公共点安装(星形)或能被首尾相连(三角形)，或被连成星三角的绕组连接。定子2的每个绕组的供电点被连接在桥4的一个支路16、17、或18的受控端子上。桥4是交流变流器的核心元件，必须由它给以电动机方式运行的电机供电，或者当电机以发电机(交流发电机)方式运行时将它产生的电流变成直流，因为它连接在车载网上，该车载网通过正端子29P和负端子29N被连接在车辆的电池上。

[0020] 桥4的一个支路，比如支路16，由两个半导体开关16和16’串联构成，导通控制端子被联接在操纵电路14的控制输出端P1和P2上。按照常规，一个如开关16那样的半导体开关由一个MOS 20类型的晶体管构成，在这个晶体管漏极与源极之间的导电通路上表现为一个本征型反平行二极管。该半导体开关的控制极由该晶体管20的栅极构成。根据施加在该栅极上的电压，开关16处于导通状态，或处于高阻状态(在这种高阻状态下没有任何电流能穿过从漏极往源极的正向通路)。然而，由于定子2的绕组的强感应特性，一些快速变化的电压出现在桥4的电源直流各极性与桥4的每个支路的受控端子之间。降低切换电压的阻塞效应是操纵电路14和每个如二极管21那样的本征二极管的功能之一。在操纵电路14内采用的措施将不再描述，这些措施在业内人士的能力范围之内。 [0021] 同样，电机1的转子3通过一个电气装置被耦合到一个有源电子电路5上，该电子电路容许断开车载网的直流电压，以便提供受控制的可变电压，以产生电机1的电动机运行方式或发电机运行方式。这样的断路电路主要围绕一个半导体开关(未绘出)实施，该半导体开关的导通控制极被交替地保持于一个激活电位和一个停止电位，以产生一个具有确定频率和振幅的波形。在一种实施方式下，电路5与转子3的绕组的励磁电路的功率级合并在一起。该功率级的调节电路可以集成在电路5中。

[0022] 一个旋转轴3安装在转子3上，以传输转子的机械运动到一个联接设备(未绘出)，该联接设备包括一个齿轮和/或一个皮带轮和皮带设备，该齿轮和/或皮带轮和皮带设备如业内人士所知那样联接在车辆的动力机组的其余部分上，尤其是在热机的曲轴上，特别是当电机1作为起动机或作为交流发电机运行时。

[0023] 旋转轴3与一个旋转传感器9相耦合，该传感器产生一个代表转子8的瞬时旋转的信号，该信号被旋转检测电路10处理。该旋转检测电路10产生一个第一信号θ，该第一信号θ代表转子相对于一个参考位置的瞬时旋转角度。旋转检测电路10产生一个第二信号Ω，该第二信号Ω代表转子的旋转角速度。

[0024] 由旋转检测电路10产生的这两个信号被传输到电路11的输入端，电路11一方面产生一个切换控制信号通过线28去往斩波器5，另一方面产生多个参考信号去往操纵信号发生电路13，该操纵信号去往电机1的定子2的供电桥4。

[0025] 在电机1的定子2的三相的三条供电线23、24、25的每一条上都安置有电流传感器，例如传感器6和7。这些信号被传输到整形和测量定子各相电流的电路12。整形和测量定子各相电流的电路12产生至少两个定子电流测量信号M1和M2，这两个信号被传输到操纵信号发生器13的适当输入端。根据一个实施方式，各定子电流之和为零，因为定子是电气平衡的。在一个定子N相的机器的情况下，本发明的控制电路包括N-1个电流传感器，并产生N-1个参考信号。在其它实施方式下，电机不是平衡的，每一个定子绕组有一个电流传感器。

[0026] 有一个基波信号发生电路15，它的一个输出连接在操纵信号发生电路13的一个输入端子上。在一个特殊实施方式下，基波由一个三角形波构成，该三角形波有一个以第一速度上升的第一沿和一个以第二速度下降的第二沿。更可取的是，第一速度比第二速度小。本发明中提供了一些其它的基波形式。

[0027] 操纵信号发生电路13产生3个操纵信号C1、C2和C3，这些信号连接在适配电路14的输入端，该适配电路主要由一些放大器构成，这些放大器容许各操纵信号通过导通信号P1至P6来控制桥4的各半导体开关的栅极，并产生于：

[0028] ■一个将桥4的第一支路的高压侧半导体开关16导通的控制信号P1的一个输出端子，第一支路与电机1的定子2的第一绕组23相关联；

[0029] ■一个将桥4的第二支路的高压侧半导体开关17导通的控制信号P3的一个输出端子，第二支路与电机1的定子2的第二绕组24相关联；

[0030] ■一个将桥4的第三支路的高压侧半导体开关18导通的控制信号P5的一个输出端子，第三支路与电机1的定子2的第三绕组25相关联；

[0031] ■控制桥的三个支路的每一个的受控开关(例如开关16’)的导通的三个输出端子P2、P4和P6，这三个支路容许通过端子29N将一个绕组与地线连接起来，每一个都如已知的那样根据施加在端子P1或P3或P5上的控制规则而工作。

[0032] 我们应该理解：对于位于桥4的各支路的公共点的三个开关，电路14依据同样的原则生成相应的信号。尤其，这些信号直接从每个比较器33，36，或38的一个补充输出端子获得。这种布置还容许根据桥4的切换图中的必要校正而添加一些电路，这些电路根据附加控制回路(此处未绘出)往切换中添加一些延迟，并提供一个足够电平的控制，以使每个开关(在其栅极被控制，而其栅极与电路14的输出端相连)的导通状态改变。 [0033] 在图2中，我们描绘了一个根据本发明的操纵信号发生电路13的一个特殊实施方式。在图2中，与图1中的那些类似的元件带着相同的编号，并不再更多地描述。电路13具有五个输入端子，分别为：

[0034] ■一个来自于电路11的参考信号S1的输入端子；

[0035] ■一个来自于电流测量电路的测量信号M1的输入端子；

[0036] ■一个来自于电路11的参考信号S2的输入端子；

[0037] ■一个来自于电流测量电路的测量信号M2的输入端子；

[0038] ■一个来自于操纵信号发生电路15的操纵信号的输入端子。

[0039] 电路13具有三个输出端子，分别为：

[0040] ■一个用于控制桥4的第一支路的切换的控制信号C1的输出端子，该第一支路与定子的第一绕组23相关联；

[0041] ■一个用于控制桥4的第二支路的切换的控制信号C2的输出端子，该第二支路与定子的第二绕组24相关联；

[0042] ■一个用于控制桥4的第三支路的切换的控制信号C3的输出端子，该第三支路与定子的第三绕组25相关联；

[0043] 电路13包括一个第一减法器31，该减法器的一个第一正输入端子连接在第一参考信号S1的输入端子上；该减法器的一个第二负输入端子连接在第一测量信号的输入端子上。第一减法器31的输出端子连接在一个校正电路32的输入端子上，该校正电路应用一个校正函数F1()，该校正函数以如下形式被施加到校正电路32的输出端： [0044] A1＝F1(S1-M1)

[0045] 在一个特殊实施方式下，校正函数F1()根据下面的关系应用一个倍数类型的因子F1，该因子被根据电机1的电动力特性而预先确定并记录于校正电路中： [0046] A1＝F1×(S1-M1)

[0047] 来自校正电路32的输出信号A1(未绘出)被施加在比较器33的一个第一输入端子上，该比较器的一个第二比较输入端子连接在操纵信号(优先采用三角形的)发生电路15的输出端。比较器33的输出端子发出一个信号，该信号从无效状态，例如0V，切换到一个例如对应于比较器的电源电压的有效信号，以使开关16的导电状态改变，该开关在其栅极被控制，该栅极与比较器33的输出端子相连接。

[0048] 电路13包括一个第二减法器34，该减法器的一个第一正输入端子连接在第二参考信号S2的输入端子上；该减法器的一个第二负输入端子连接在第二测量信号的输入端子M2上。第二减法器34的输出端子连接在一个校正电路35的输入端子上，该校正电路应用一个校正函数F2()，该校正函数以如下形式被施加到校正电路35的输出端： [0049] A1＝F2(S2-M2)

[0050] 在一个特殊实施方式下，校正函数F2()根据下面的关系应用一个倍数类型的因子F2，该因子被根据电机1的电动力特性而预先确定并记录于校正电路中： [0051] A1＝F2×(S2-M2)

[0052] 来自校正电路35的输出信号A2(未绘出)被施加在比较器36的一个第一输入端子上，该比较器的一个第二比较输入端子连接在操纵信号(优先采用三角形的)发生电路15的输出端。比较器36的输出端子发出一个信号，该信号从无效状态，例如0V，切换到一个例如对应于比较器的电源电压的有效信号，以使开关18的导电状态改变，该开关在其栅极被控制，该栅极与比较器36的输出端子相连接。

[0053] 两个校正电路32和35的输出端子还分别连接在一个加法器37的输入端子上，该加法器的输出端子连接在一个比较器38的一个第一输入端子上，该比较器的一个第二比较输入端连接在操纵信号(优先采用三角形的)发生电路15的输出上。比较器38的输出端子发出一个信号，该信号从无效状态，例如0V，切换到一个例如对应于比较器的电源电压的有效信号。

[0054] 在图3中，我们描绘了六个时域图(a)到(f)，这些图解释了控制信号发生电路13的运行，这些控制信号穿过放大电路14被施加到桥4的控制极上。对于定子绕组的任何一相i，图3a中描绘的锯齿波在一个期间T内缓慢地从零值变到一个最大值VMLI，M，然后再尽可能快速地下降到零值。这个波通过发生器15与电路13的比较器的第二输入端子相连接。该锯齿波以一个根据电机的电动力特性确定的频率F＝1/T恒定地发生。 [0055] 周期性地，在每一个周期T，即连续地在横坐标上表示的时间pT，(p+1)T，(p+2)T，差值信号——必要时受其校正的影响——即，

[0056] Ai＝Fi(Mi-Si)

[0057] 在对应于三角波上升期间的周期时段内被比较。当两个值，即与一个三角波的瞬时电压值对应的值V和第P周期的被校正的差值信号的值Ai，p被比较器(六个值被施加到比较器的输入端子上)检测为相等时，比较器将其输出置为有效，这就是在不同时刻tp，tp+1和tp+2所描绘出的。然后，比较器几乎瞬时回到无效状态，为新的周期做准备，正如图3b中所描绘的那样。

[0058] 在图(c)和(d)中，我们描绘了一个通过一个三角形波形式的参考波实现的第二种控制信号实施方式，在这个三角形波中，根据上升斜率和下降斜率，和根据最大的参考电平VMLI，M，能够改变每个参考波的周期p内的导通的开始时刻tp和导通的结束时刻t’p。当测量信号Mi，p变得高于参考信号时，电路13在时刻tp将输出Ci切换到有效值；当测量信号Mi，p变得低于参考信号Si时，电路13在时刻t’p将输出Ci置于无效状态。 [0059] 这样的波形降低了谐波，因为相间切换不再同时。

[0060] 在图(e)和(f)中，我们我们描绘了一个通过一个梯形波形式的参考波的第三种控制信号实施方式，在这个梯形波中，根据上升斜率和下降斜率，和根据最大的参考电平VMLI，M，能够根据与前述的相同的机制改变每个参考波的周期p内的导通的开始时刻tp和导通的结束时刻t’p。然而，每个参考电压Si的恒压部分VMLI，i确保桥4的一定时段的状态不变将被保证，这避免了一些混乱的切换。

[0061] 我们这样实现可以在使用时用参数调整的确定频率的脉冲宽度调制，和调制可变占空比，根据在相中测出的电流及根据参考电压来调制，该参考电压对应于电机在电路13中实施的比较时刻的运行模式。

[0062] 为此，被应用在发生电路13上的参考信号及被应用在电源斩波电路5上的控制信号28的发生电路11包括一个未绘出的检测电机1的运行方式的装置。作为最佳的方式，该检测运行方式的装置包括一个在车载计算机中的对施加在电机上的指令进行译码的装置，决定其运行方式为如下之一：

[0063] ■作为热机起动机的运行方式；

[0064] ■作为交流发电机的运行方式，以对与直流供电的车载网相连的电池重新充电； [0065] ■作为驱动电动机的运行方式，直接地工作于车轮或间接地通过添加其机械功率到其余动力机组所提供的机械功率中。

[0066] ■作为发电机的运行方式，以回收动力机组所要求的制动的能量的方式工作。 [0067] 在实践中，一个正扭矩或负扭矩指令表明交流发电机或电动机方式，而其数值确定所要求的功率的等级。在一个特殊的实施方式下，一个包含了车速这样的数据的信息在一个例如CAN网这样的车内循环的数据网上被检测并被一个与CAN总线相连的适当模块检测，以对所述信息译码，授权或不授权控制电路进入起动机方式。

[0068] 与电机的每一个运行方式特别地对应的，是一个不同的参考信号S1和S2及斩波器5的控制信号If的发生程序，该斩波器信号容许根据电机的电气构造参数而保证电机1的最优运行，该最优运行是就施加到转子的轴上的扭矩、以及就转速而言。 [0069] 我们现在就将描述一个与本发明的控制电路相适配的电机的构造原则。 [0070] 该电机应该为上面定义的四种方式工作和被优化，以使我们能提高该机器的效率和动力性能。

[0071] 在上文中被描述的该机器的控制电路容许实施对该机器的电气运行参数的完整的内部控制。该机器所发出的功率只受如下因素的限制：车载网的可用电能(电池)、热机的能量状态、和车辆的环境(尤其是车轮上的阻力扭矩)。

[0072] 在电动机运行方式下，和在各扭矩助力功能方式下，电机应该在一个宽广的电机转速范围内保持一个最大机械功率的水平。因此，电动机方式下的机械扭矩对助推热机是必要的，但在助推热机方式下以及必需最大扭矩的区域内速度要更高。特别地，电机的构造参数将依赖于电机传动设备应用在我们的推进器的其它部分的减速比。

[0073] 被施加的扭矩直接取决于穿过转子的电流If和穿过定子的电流Ir。根据本发明，可以决定定子的绕组匝数ns的方程由如下确定：

[0074] C＝k×If×Is

[0075] K＝k’×ns

[0076] 因此，为了增加转子的可用扭矩，对一个确定的定子绕组匝数ns应该增加定子中的电流。但是，对于一个确定的功耗，要增加定子电流就必须通过降低匝数和增加定子绕组的导线截面来降低绕组的电阻。

[0077] 同时，降低定子绕组的圈数导致电动势数值的降低，这容许在定子的绕组中产生一个更高的电流，这是因为有如下关系：

[0078] E＝k1×If×Omega

[0079] 其中k1取决于定子圈数ns。转子的可用扭矩C因而由如下关系式确定： [0080] C＝k×If×(Ub-e)/r

[0081] 其中Ub代表与车载网相连的端子29P和29N之间的电压，e是电动势，r是定子电阻。降低定子圈数ns导致磁路的改变。

[0082] 在电动机方式下，减少定子圈数ns增加了车辆传统使用的电机在高转速(每分钟3000至7000转)时的功率，但这种圈数的减少降低了在低于每分钟1800转时的低速时的机械功率和扭矩，在这种低速下，起动扭矩由如下关系式确定：

[0083] C＝k×ns×If×Is

[0084] 在这种情况下，也可以通过增强定子中的电流(通过本发明的控制电路来增强，正如前面的图中所描述的那样)来弥补电机的结构上的缺陷。

[0085] 在起动机运行方式下，定子中的电流由如下关系确定：

[0086] Is＝(Ub-e)/r

[0087] 这个电流很大，由定子绕组的弱小电阻所施加。因此，用全波对定子进行的供电控制会产生太严重的发热。根据本发明，电路11因此提供了一个程序，该程序容许以脉冲宽度被调制MLL的波工作，从而将电流限制在可接收的数值上。

[0088] 在交流发电机运行方式下，超过一个确定的转速以后，定子少量圈数的存在将增加定子的可用功率，但是，根据如下关系，将降低低速下的电动势：

[0089] e＝k×If×ns×Ω

[0090] a)在低速时，该电动势不再足够，并保持低于电池发出的电压，因而不可能在交流发电机方式下产生电流。

[0091] b)在高转速时，微弱的电动势e降低了电枢反应，这增加了功率和效率。 [0092] 根据本发明，一旦电机被这些首要参数确定，本发明的控制电路就容许管理三个参数，以控制电机的运行和运行方式。这三个参数是：

[0093] ■转子励磁电流If；

[0094] ■定子电流Is；和

[0095] ■定子电相位Ψ，这是定子一相中的电流与定子同一相中的电压之间的角度。 [0096] 对这三个参数的控制可以获得所需要的扭矩和机械功率的精确值。本发明的控制电路将尤其在起动机方式下限制要求于电池的电流，及使电池的电压保持在额定值的一半以上。在这种情况下，电池发出其最大功率。

[0097] 已知电机在以电动机方式的整个运行范围内，定子电相位ψ可以从0到90度角变化，而当电动势与施加在定子上的电流同相时，将获得最大的正扭矩。根据此处使用的符号，一个正的扭矩值表示机器将电功率转化为机械功率。

[0098] 在图4中，我们描绘了一个与根据本发明的控制电路相连的电机的运行图，在这个控制电路中，参考信号发生电路11包括一个用于电机根据两个名为A和B的区以电动机方式运行的程序。在电动机运行方式下，两个区之间的分区由一个限速ΩL(例如每分钟1500转)来确定。

[0099] 因此，用于控制脉冲宽度调制的参考信号发生装置根据至少两个电动机方式而被编程：

[0100] ■起动机方式，典型地由一个DEM类型的曲线代表；

[0101] ■动力机组助推方式，典型地由一个ASS类型的曲线代表；

[0102] 在DEM起动机方式下，本发明的控制电路确定一个脉冲宽度调制，这个调制对从零到速度界限范围内变化的转速提供一个恒定的输出扭矩，然后提供一个恒定功率下降直到最大速度。

[0103] 在助推方式ASS下，本发明的控制电路确定一个脉冲宽度调制，这个调制从一个确定的速度，叫做A区和B区(见图4的图形)之间的分区速度ΩL，也就是有利地对应于热机的怠速的速度，一直到每分钟约7000转，提供一个线性下降的输出扭矩。 [0104] 在图5中，我们描绘了起动机方式下当机器开始以电动方式运行时的本发明的控制电路的配置，这个控制电路还包括一个电路53，以检测电池50发出的电压什么时候比电池50运行的额定值U0的一半高一个预定的保护电压ΔU。

[0105] 检测电路53由一个输入端子连接在位于电池50与本发明的控制电路所使用的变流电路的直流部分之间的正的电源线55上，并由一个输出端子连接在控制电路的配置输入端子上。

[0106] 在交流发电机方式下，当由于定子的相对少量的圈数而导致电动势不能超过车载网上的电压时，控制电路被编程，以在绕组中产生一个补偿过电压，以便超过电池电压并因此容许交流发电机输出电流。用来控制脉冲宽度调制的装置包括一个用来产生用以控制定子的参考信号的装置，这个装置利用定子各相中的电流、转子中的励磁电流、和定子各相中的电角度作为输入自变量。

[0107] 在一个特殊实施方式下，用于产生控制定子的参考信号的装置还包括一个接收负荷配置控制的装置，这个负荷配置控制可以由一个计算机提供，该计算机控制动力机组和/或整车，以确定交流发电机应该满负荷工作还是减负荷工作。

[0108] 在一个特殊实施方式下，用于产生控制定子的参考信号的装置还包括这样一个装置，这个装置用于将控制电路13置于一种使桥4产生正弦波(该正弦波具有一个90至180°角之间的相位超前Ψ)的状态。

[0109] 在图6中，我们描绘了当电机运行于发电机方式，交流发电机或制动能量回收方式时由电机1的定子2充电的变流电路的端子29P和29N之间的可用电功率的曲线图。本发明的控制电路通过一个记录转子转速的界限值ΩD的装置来确定两个运行速度区：一个区C，为低于界限速度ΩD的速度；一个区D，为高于ΩD的速度。这个界限速度由以下两种情况下的共同工况来确定：当电机以脉冲宽度调制方式工作(曲线的60部分)时，及当电机以无源整流或同步方式仅仅与本征二极管一同工作(曲线的62部分)时。 [0110] 本发明的控制电路还包括这样一个装置，这个装置用于使变流电路要么为低于ΩD的工况工作于脉冲宽度调制方式下，要么为高工况而仅仅工作于由半导体整流的方式。 [0111] 再次参阅图1，用于产生控制定子的参考信号S1和S2及转子电流控制信号If的装置11被描绘在一个特殊实施方式中，在这个实施方式中，电路27包括数据存储器，该存储器装备有一个根据一个基于转子瞬时转速和电机所选择的运行方式的自变量产生数据序列的装置。特别地，这样的电路能根据用以确定参数三元组{Ip，If，Ψ}的克拉克(Clarke)变换和帕克(Park)变换而被编程，该参数三元组描述了定子的电状态和转子在各种旋转情况下以电路10的相应输出端子所产生的瞬时转速旋转的电状态。三元组{Ip，If，Ψ}接着被转换成三元组{Is，Ir，Ψ}，用于模拟控制，或被转换成三元组{Id，Iq，Ir}，用于数字控制。为此，电路27包括一个转子转速瞬时数据输入端口，该端口连接在电路10的一个适当的输出端子上，并且，电路27产生一个表示定子电流的控制信号：Is、一个表示定子相对于转子的相对状态的电角度标志、和一个表示转子励磁的控制信号If。 [0112] 最后一个信号If被传输到转子励磁控制电路5。前两个信号Is和Ψ被传输到电路26的前两个输入端口，该电路26的第三个端口连接在电路10的相应输出端，该输出端产生一个代表转子瞬时旋转角度的信号θ。

[0113] 电路26包括一个产生多个参考信号S1、S2……的装置，以通过由电路15产生(如前文所述)的斩波来确定脉冲宽度调制，这种调制容许构造一个全正弦波、一个部分正弦波、一个对施加在电路26的三个输入端口的控制三元组响应的、与定子绕组各相有确定的角度关系的波。该电路因此包括一些用于根据由下面定义的当前关系而产生参考信号的装置：

[0114] Si＝Si(Is，Ir，Ψ)

[0115] 其中Si()是一个预先确定的函数，该函数在第一实施方式下以一个由DSP(哈佛类型数字信号处理)类型的信号处理电路执行的程序的形式出现。在第二实施方式下，当前参考信号Si()由一个序列发生器产生，该序列发生器根据三元自变量组(Is，Ψ，IR)去寻址一个代表位置图的数值表，该数值表是在本发明的控制电路加载时预先确定的。 [0116] 电机可以是伦德尔(Lundel)类型的爪极式转子电机或凸极式转子电机、永磁转子电机(在这种情况下，电路5和信号If不被涉及)、感应电机或可变磁阻电机、内嵌磁铁的爪极式电机、以叠钢片和纵桁极(poles lisses)的带有励磁线圈和永磁铁的混合转子电机。

[0117] 本发明的脉冲宽度调制控制电路容许在转子的整个转速范围内控制电机。它分离地或合并地与下述装置协作：

[0118] ■防止热机阻塞的装置；

[0119] ■在起动机方式下调整车速的装置；

[0120] ■调整车辆的车载网上的可用电功率的装置，本发明的电机和控制电路都安装在该车辆上；

[0121] ■调整车辆的动力机组的机械功率的装置，本发明的电机和控制电路都安装在该车辆上；

[0122] ■使车辆的减速和停止的间距平缓的装置，本发明的电机和控制电路都安装在该车辆上；

[0123] ■使要求于车辆的动力机组的扭矩的变化平缓的装置，本发明的电机和控制电路都安装在该车辆上；

[0124] ■至少根据车辆电池的负荷状态、热能水平、和任何其它测量车辆环境的参数来调整电机各相中的电流的装置。

[0125] 我们指出：本发明带来的控制保证了机器的快速动态性能、电机在所有运行方式下的磁噪声的降低、射频辐射EMC的降低，尤其是根据对变流电路中使用的受控开关的损耗与切换速度之间的折衷的解决。

[0126] 我们指出：本发明的控制电路保证在发电机方式下的整个运行速度范围内，甚至在低转速时，都产生电流。

[0127] 我们指出：本发明的控制电路保证甚至在DEM和ASS方式下以每分钟7000转左右的高转速的起动和助力。

[0128] 甚至对于一个具有减少定子绕组圈数的电机，这些优点全部都是可能的，这保证了阻性功率损耗的降低。

[0129] 三角波的波形可以被改变，尤其是在其上升沿和下降沿的斜率方面。它可以被一个梯形波形替代，或者还可以带有FOC类型的矢量控制。还可以用一个在波前产生滞后效果的装置来合成波形。这样的在波前产生滞后效果的装置在激活波前时产生一个时间超前，和/或在减活波前时产生一个时间延迟。

标题	发布/更新时间	阅读量
机动车辆用的交流发电机-专利编号CN1065677C	2020-05-20	581
机动车辆用的交流发电机-专利编号CN1149777A	2020-05-19	662
交流发电机定子绕组以及车用交流发电机-专利编号CN106816978A	2020-05-18	270
高效爪极式无刷交流发电机-专利编号CN1315771A	2020-05-13	592
爪极式无刷交流发电机-专利编号CN103516159A	2020-05-11	298
一种非爪极式转子汽车交流发电机-专利编号CN110971044A	2020-05-12	618
汽车交流发电机中渐开线式单面倒角爪极-专利编号CN203827087U	2020-05-17	745
爪极式无刷交流发电机-专利编号CN202759359U	2020-05-14	1085
车用爪极式交流发电机-专利编号CN201290049Y	2020-05-15	950
高效爪极式无刷交流发电机-专利编号CN2405369Y	2020-05-16	571

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