專利名稱：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、用于運(yùn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、一種用于運(yùn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方法和一種應(yīng)用。
背景技術(shù)：
已知通過(guò)逆變器對(duì)電機(jī)進(jìn)行饋電，該逆變器由蓄能器、例如變換器的中間電路電容器來(lái)供給能量。很顯然地，在利用電池供電的、具有電動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)動(dòng)車中，由逆變器對(duì)電機(jī)進(jìn)行饋電，該逆變器由電池供給能量。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提出一種用于蓄能器的價(jià)廉的充電電路。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過(guò)按照權(quán)利要求1的特征所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、按照權(quán)利要求9 的特征所述的用于運(yùn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方法、以及按照權(quán)利要求15的特征所述的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面的重要的特征是，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電機(jī)、逆變器和蓄能器， 其中，電機(jī)可由逆變器饋電，逆變器可由蓄能器供給能量，電機(jī)的至少一個(gè)定子繞組中可輸入有一可由一開(kāi)關(guān)控制的電流，該電流由不同于蓄能器的電源來(lái)提供。在此有利的是，可以實(shí)現(xiàn)一種非常緊湊的充電電路，其中，電源甚至可以具有比為了給蓄能器充電所必需的電壓小得多的電壓水平。由于可——例如按照降壓轉(zhuǎn)換器的形式——將定子繞組用作該充電電路的電感元件，因此甚至能實(shí)現(xiàn)電壓水平的升高。換句話說(shuō)，能以大范圍的電壓為充電電路供電。此外有利的是，各定子繞組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電電流平滑。在一種有利的設(shè)計(jì)方案中，所述電源借助于一另外的蓄能器來(lái)實(shí)現(xiàn)或借助于具有連接在下游的整流器的、單相或多相的交流電壓源來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此有利的是，該另外的蓄能器可以具有和充電電壓不同的電壓水平。也就是說(shuō)，能應(yīng)用大范圍的電壓，例如具有波動(dòng)的或可變的電壓的供電電網(wǎng)。在一種有利的設(shè)計(jì)方案中，蓄能器中的一個(gè)或這些蓄能器是電容器、超高容量電容器或電池。在此有利的是，可根據(jù)需要選擇一確保所計(jì)劃的應(yīng)用能夠運(yùn)行的電容(元件)。在一種有利的設(shè)計(jì)方案中，所述電源是電網(wǎng)饋電的、三相交流電饋電的或利用單相的交流電供給能量的整流器的輸出端，特別是其中，整流器設(shè)計(jì)為單相的或多相的。在此有利的是，能應(yīng)用單極的電壓，該電壓不必特別平滑。在一種有利的設(shè)計(jì)方案中，電機(jī)的各定子繞組呈星形連接。在此有利的是，所有的定子繞組都能以簡(jiǎn)單的方式用作為充電電路的電感元件。特別在將和定子繞組連接的逆變器用作升壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，能實(shí)現(xiàn)將充電電流分配到各定子繞組上。因此能降低歐姆損耗的熱功率。在一種有利的設(shè)計(jì)方案中，在定子繞組和開(kāi)關(guān)之間設(shè)有一附加的電感元件。在此優(yōu)點(diǎn)是，能應(yīng)用較低的開(kāi)關(guān)頻率以產(chǎn)生相同大小的充電電流，由此隨后也能降低由逆變器和/或該開(kāi)關(guān)包括的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗。此外還能實(shí)現(xiàn)在充電電壓與所述能源的電壓水平之間的較大的電壓差。在一種有利的設(shè)計(jì)方案中，該附加的電感元件設(shè)置在星形匯接點(diǎn)和該開(kāi)關(guān)之間， 特別用于引導(dǎo)可由開(kāi)關(guān)控制的電流通過(guò)。在此優(yōu)點(diǎn)是，可以實(shí)現(xiàn)將充電電流分配到各定子繞組上并因此能達(dá)到較低的損耗。在一種有利的設(shè)計(jì)方案中，給整流器供給能量的電壓源或給開(kāi)關(guān)供給能量的、不同于蓄能器的電源的有效值或峰值小于蓄能器的充電電壓，亦即小于為了給蓄能器充電而必需的電壓、特別是逆變器的輸入電壓。在此優(yōu)點(diǎn)是，能將大范圍電壓能源用作給開(kāi)關(guān)供給能量的能源。在用于運(yùn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方法方面的重要特征在于，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括可由蓄能器供給能量的電機(jī)，其中，通過(guò)電機(jī)的至少一個(gè)定子繞組將來(lái)自不同于蓄能器的能源的電流以受控制的方式輸入，以用于對(duì)蓄能器進(jìn)行充電。在此優(yōu)點(diǎn)是，能應(yīng)用一種充電方法來(lái)對(duì)該能源進(jìn)行充電，該充電方法應(yīng)用了本來(lái)就存在的電機(jī)的定子繞組。因此，不僅能將大范圍電壓例如具有波動(dòng)的電壓的電網(wǎng)用作充電電路的能源，而且是一種非常緊湊的設(shè)計(jì)方案，這是因?yàn)殡姍C(jī)的定子繞組被用于運(yùn)行充電電路。在一種有利的設(shè)計(jì)方案中，定子繞組可利用三相交流電壓系統(tǒng)饋電，該三相交流電壓系統(tǒng)可由蓄能器產(chǎn)生。在此優(yōu)點(diǎn)是，能應(yīng)用傳統(tǒng)的逆變器，該逆變器包括三個(gè)半橋，每個(gè)半橋各包括一具有兩個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路；并因此能實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制的驅(qū)控以獲得所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的馬達(dá)運(yùn)行模式或發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式。在一種有利的設(shè)計(jì)方案中，脈寬調(diào)制地或區(qū)塊換向地(blockkommutiert)驅(qū)控逆變器，特別是用于以馬達(dá)模式或發(fā)電機(jī)模式運(yùn)行電機(jī)。在此優(yōu)點(diǎn)是，能應(yīng)用簡(jiǎn)單的方法。在一種有利的設(shè)計(jì)方案中，脈寬調(diào)制地控制所述開(kāi)關(guān)。在此優(yōu)點(diǎn)是，能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的和耗費(fèi)少的運(yùn)行方式，特別是也能實(shí)現(xiàn)將充電電壓調(diào)節(jié)到額定值，這由此實(shí)現(xiàn)，即能將脈寬調(diào)制比用作調(diào)節(jié)參量。在一種有利的設(shè)計(jì)方案中，逆變器設(shè)計(jì)為多相的，用于逆變器的開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)設(shè)計(jì)為同步的、時(shí)間延遲地同步的、或者異步的。在此優(yōu)點(diǎn)是，在同步的運(yùn)行方式中能實(shí)施特別簡(jiǎn)單的控制，在異步的運(yùn)行方式中能實(shí)施均勻、獨(dú)立地給逆變器的半橋以及定子繞組加載工作負(fù)荷，在具有時(shí)間延遲的同步的運(yùn)行方式中能以簡(jiǎn)單的方式給半橋以及定子繞組加載相同的工作負(fù)荷。在一種有利的設(shè)計(jì)方案中，蓄能器的再充電周期性地重復(fù)進(jìn)行，特別是該再充電交替地利用電機(jī)的馬達(dá)運(yùn)行方式或發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此優(yōu)點(diǎn)是，定子繞組能僅位于在運(yùn)行方式中出現(xiàn)的電流的最大值上。另選地，也能在電機(jī)的馬達(dá)運(yùn)行方式或發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式中同時(shí)產(chǎn)生充電電流，其中，當(dāng)然，也必須相應(yīng)更強(qiáng)地確定定子繞組的尺寸。其它優(yōu)點(diǎn)由從屬權(quán)利要求中得出。附圖標(biāo)記列表1用于給電機(jī)饋電的逆變器2整流器
4
3 三相電網(wǎng)電壓Dl二極管D2二極管S開(kāi)關(guān)M呈星形連接的電機(jī)L電感元件C蓄能器，例如電池或電容器


現(xiàn)在參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。在圖1中以示意性電路圖示出了一種根據(jù)本發(fā)明的裝置。
具體實(shí)施例方式在此，由設(shè)計(jì)為電池或電容器的蓄能器C為用于給電機(jī)M饋電的逆變器1供應(yīng)能量。電機(jī)M的定子繞組設(shè)計(jì)為接成星形的三相繞組。因此能以可由逆變器確定的饋電頻率為電機(jī)供給能量，也就是說(shuō)能由以該饋電頻率旋轉(zhuǎn)的三相交流電壓系統(tǒng)為電機(jī)供給能量， 并且以這種方式能控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速或者在安裝了轉(zhuǎn)角傳感器或轉(zhuǎn)速傳感器時(shí)能將電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到期望的轉(zhuǎn)速或期望的轉(zhuǎn)矩。在發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式中，能將由電機(jī)M產(chǎn)生的能量通過(guò)逆變器1輸送給蓄能器。該逆變器由三個(gè)半橋、亦即分支對(duì)組成，所述半橋分別包括各一個(gè)可驅(qū)控的上半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和可驅(qū)控的下半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路，它們又分別并聯(lián)了一個(gè)二極管。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)優(yōu)選脈寬調(diào)制地被驅(qū)控。沒(méi)有示出用于產(chǎn)生用于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的驅(qū)控信號(hào)的信號(hào)電子設(shè)備。此外，能為整流器2供給三相的電網(wǎng)電壓3 以用于在整流器的輸出側(cè)上產(chǎn)生單極的電壓。通過(guò)可控開(kāi)關(guān)S可以將來(lái)自單極電壓的電流通過(guò)電感元件L輸送給電機(jī)M的星形匯接點(diǎn)。在此，該開(kāi)關(guān)基本上相當(dāng)于一降壓轉(zhuǎn)換器地工作，其中，當(dāng)然，至少定子繞組和在必要時(shí)可選地設(shè)置在定子繞組的星形匯接點(diǎn)上的電感元件L被設(shè)置作為電感元件并且起著作為具有蓄能器的逆變器的負(fù)載的作用。二極管Dl與開(kāi)關(guān)S、優(yōu)選半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)，其中，該并聯(lián)電路通過(guò)串聯(lián)的二極管D2 與單極電壓的下電位相連接。以這種方式現(xiàn)在能夠借助于開(kāi)關(guān)S將交流電流輸送給星形匯接點(diǎn)，從而可通過(guò)逆變器1的二極管將充電電流輸送給蓄能器。因此能實(shí)現(xiàn)給蓄能器充電。在本發(fā)明中，定子繞組使得通過(guò)該開(kāi)關(guān)輸送的電流平滑并且定子繞組也表現(xiàn)為一種附加的蓄能器。在另一根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，電感元件L集成地設(shè)置在電機(jī)的殼體中，也就是說(shuō)由電機(jī)M的殼體以形成該電感元件L的殼體的方式包圍。以這種方式能實(shí)現(xiàn)特別緊湊的設(shè)計(jì)方案。在此優(yōu)選將電感元件的繞組圍繞同一個(gè)芯部、特別是定子疊片組設(shè)置，如同定子繞組那樣。各定子繞組例如能設(shè)置在該定子疊片組的朝向徑向內(nèi)部的齒部上而該附加的電感元件能設(shè)置在該定子疊片組的外周上、也就是說(shuō)定子磁軛上。因此還能以同樣的方式、也就是說(shuō)在無(wú)需附加部件的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)這些定子繞組和該附加繞組的散熱。同時(shí)能實(shí)施在定子繞組和附加繞組之間的屏蔽。在另一根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，取消了電感元件L，并且僅使用各定子繞組的電感作為電感元件。在另一根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，具有逆變器的電機(jī)不僅用于純整流而且也作為升壓轉(zhuǎn)換器來(lái)運(yùn)行。為此相應(yīng)地控制所述開(kāi)關(guān)，從而能在蓄能器上產(chǎn)生比能由整流器產(chǎn)生的、 單極電壓的峰值電壓值高得多的電壓。在此，各定子繞組的電感在逆變器的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)過(guò)程中共同作用并且使得能控制蓄能器上的電壓大小或者在安裝了用于檢測(cè)電壓的裝置時(shí)能調(diào)節(jié)蓄能器上的電壓大小。在此，重要的參數(shù)是逆變器的開(kāi)關(guān)和開(kāi)關(guān)S的開(kāi)關(guān)頻率。盡管存在一其峰值和/或有效值小于蓄能器所需的充電電壓的電網(wǎng)電壓，然而也能實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄能器的充電。在以馬達(dá)模式或發(fā)電機(jī)模式運(yùn)行所述電機(jī)時(shí)，這樣驅(qū)控逆變器，使得在所述電機(jī)上施加有一個(gè)三相交流電壓。在此，控制信號(hào)彼此相關(guān)聯(lián)，從而使得所述三相交流電壓施加在定子繞組上。在所述的充電運(yùn)行中和在沒(méi)有驅(qū)動(dòng)的或被驅(qū)動(dòng)的電機(jī)M時(shí)，半橋開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)能彼此獨(dú)立地產(chǎn)生。對(duì)逆變器的三個(gè)半橋、亦即分支對(duì)的驅(qū)控在此能同步地進(jìn)行。然而如果同步的控制信號(hào)彼此之間具有時(shí)間延遲，則能給開(kāi)關(guān)S更均勻地加載工作負(fù)荷。在控制信號(hào)的異步設(shè)計(jì)方案中，能實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的進(jìn)一步改進(jìn)了的更均勻的工作負(fù)荷。異步在此意味著，對(duì)應(yīng)于各個(gè)半橋的控制信號(hào)具有不同的頻率并因此彼此之間不同步。在另一根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，逆變器的開(kāi)關(guān)不是脈寬調(diào)制地而是區(qū)塊換向地由圖1中未示出的控制裝置控制。在另一根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，即便在電機(jī)M以馬達(dá)模式運(yùn)行時(shí)也能夠以所述的方式為蓄能器輸入(能量)，從而較緩慢地增加蓄能器的容量，也就是說(shuō)上述的充電電流能用于至少部分地為逆變器饋電。當(dāng)然，為此必須相應(yīng)地將定子繞組和整流器的二極管的尺寸設(shè)定得較粗大。在另一根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，多個(gè)逆變器由該蓄能器供給能量，每個(gè)逆變器分別為各一個(gè)電機(jī)饋電，其中，通過(guò)第一電機(jī)或多個(gè)電機(jī)的定子繞組，蓄能器以上述方式和各一個(gè)開(kāi)關(guān)連接以用于以受控的方式輸送電流到相應(yīng)的定子繞組上。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括電機(jī)、逆變器、蓄能器，其中，所述電機(jī)能由所述逆變器饋電，所述逆變器能由所述蓄能器供給能量，其特征在于，所述電機(jī)的至少一個(gè)定子繞組能輸入有一能由開(kāi)關(guān)控制的電流，所述電流由一不同于所述蓄能器的電源來(lái)提供。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述電源借助于另一個(gè)蓄能器來(lái)實(shí)現(xiàn)或借助于一具有連接在下游的整流器的、單相或多相的交流電壓源來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄能器中的一個(gè)或這些蓄能器是電容器、超高容量電容器或電池。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述電源是電網(wǎng)饋電的、三相交流電饋電的、或利用單相的交流電供給能量的整流器的輸出端，特別是其中，所述整流器設(shè)計(jì)為單相的或多相的。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)的所述定子繞組接成星形。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，在所述定子繞組和所述開(kāi)關(guān)之間設(shè)有附加的電感元件。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述附加的電感元件設(shè)置在星形匯接點(diǎn)和所述開(kāi)關(guān)之間，特別是用以引導(dǎo)能由所述開(kāi)關(guān)控制的所述電流通過(guò)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，為所述整流器供給能量的電壓源或?yàn)樗鲩_(kāi)關(guān)供給能量的、不同于所述蓄能器的所述電源的有效值或峰值小于所述蓄能器的充電電壓，特別也就是說(shuō)小于為了給所述蓄能器充電而必需的電壓、尤其是所述逆變器的輸入電壓。
9.一種用于運(yùn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方法，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括能由蓄能器供給能量的電機(jī)，其特征在于，通過(guò)所述電機(jī)的至少一個(gè)定子繞組以受控制的方式輸送一來(lái)自不同于所述蓄能器的能源的電流，以用于為所述蓄能器充電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述地設(shè)計(jì)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，能利用三相交流電壓系統(tǒng)為所述定子繞組饋電，所述三相交流電壓系統(tǒng)能由所述蓄能器產(chǎn)生。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，脈寬調(diào)制地或區(qū)塊換向地控制所述逆變器，特別是用于以馬達(dá)模式或發(fā)電機(jī)模式運(yùn)行所述電機(jī)，和/或脈寬調(diào)制地控制所述開(kāi)關(guān)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述逆變器設(shè)計(jì)為多相的，用于所述逆變器的所述開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)設(shè)計(jì)為同步的、時(shí)間延遲同步的或異步的。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述蓄能器的再充電周期性地重復(fù)進(jìn)行，特別是所述再充電交替地利用所述電機(jī)的馬達(dá)運(yùn)行模式或發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
15.將電機(jī)的定子繞組用作充電電路的電感元件、特別是降壓轉(zhuǎn)換器或升壓轉(zhuǎn)換器以給蓄能器充電的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和一種用于運(yùn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方法，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電機(jī)、逆變器、蓄能器，其中，該電機(jī)可由逆變器饋電，該逆變器可由蓄能器供給能量，其中可將一可由開(kāi)關(guān)控制的電流輸入電機(jī)的至少一個(gè)定子繞組，該電流由一不同于蓄能器的電源來(lái)提供。
文檔編號(hào)B60L11/18GK102308471SQ201080006869
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者J·施密特, J·馬倫, M·萊萬(wàn)多夫斯基, M·豪克 申請(qǐng)人:索尤若驅(qū)動(dòng)有限及兩合公司