專利名稱：可電子換向的電動(dòng)機(jī)的制作方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及一種可電子換向的電動(dòng)機(jī)，其用于為永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的定子的激磁繞組可以以換向頻率與一個(gè)直流電源電壓相連并且可以與其分開，其中，激磁繞組可以被半導(dǎo)體-輸出極接通，借助于控制單元的帶有換向頻率的控制信號，可以控制所述半導(dǎo)體-輸出極，而其運(yùn)行條件則依賴于一個(gè)預(yù)定的或可預(yù)定的額定值進(jìn)行變化。
這種類型的電動(dòng)機(jī)通常都配備有一個(gè)控制單元，該控制單元借助脈沖寬度調(diào)制的控制信號對半導(dǎo)體-輸出極的半導(dǎo)體開關(guān)進(jìn)行控制。供以時(shí)鐘脈沖的控制信號的時(shí)鐘頻率因此處在高頻范圍內(nèi)，而控制信號的換向頻率則依賴于電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此是相當(dāng)?shù)偷?。在這種情況下，該半導(dǎo)體-輸出極接通所施加的直流電源電壓，例如在汽車上使用這種類型的電動(dòng)機(jī)時(shí)，該直流電源由汽車蓄電池構(gòu)成。在這種電動(dòng)機(jī)中，功率和/或轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是通過改變時(shí)鐘脈沖控制信號的時(shí)鐘脈沖的脈沖寬度進(jìn)行的。
這種電動(dòng)機(jī)在使用中產(chǎn)生了許多問題。在控制單元中需要昂貴的半導(dǎo)體開關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路，此外在其中還出現(xiàn)了很高的損耗功率。這再次導(dǎo)致了在該控制單元中用于冷卻半導(dǎo)體的花費(fèi)。由于該控制單元與直流電源、例如汽車的機(jī)載電網(wǎng)直接耦合，所以產(chǎn)生了大的EMV-干擾電平，這些干擾電平引出了費(fèi)用昂貴的抗干擾電路。如果有不同規(guī)格的直流電源，則電動(dòng)機(jī)要被不同地設(shè)計(jì)。由于費(fèi)用昂貴的電路技術(shù)和附加的冷卻花費(fèi)，該電動(dòng)機(jī)的制造成本非常高。
本發(fā)明的目的在于，提供一種開頭所述類型的可電子換向的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)克服了激磁繞組的已知的脈沖寬度調(diào)制控制的缺點(diǎn)，但不增加控制和冷卻的費(fèi)用。
根據(jù)本發(fā)明，是這樣實(shí)現(xiàn)上述目的的所述直流電源電壓被提供給一個(gè)直流變換器，其用于帶有激磁繞組的半導(dǎo)體-輸出極的輸出電壓依賴于額定值進(jìn)行變化，并且控制單元不依賴于額定值用帶有換向頻率的非時(shí)鐘脈沖控制信號始終對半導(dǎo)體-輸出極進(jìn)行完全控制。
在電動(dòng)機(jī)的這種結(jié)構(gòu)中，換向與功率或轉(zhuǎn)速改變被分配和分開進(jìn)行。所述控制單元只負(fù)責(zé)換向，而功率或轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)則由一個(gè)直流變換器負(fù)責(zé)，其輸出電壓依賴于一個(gè)預(yù)定的或可預(yù)定的額定值進(jìn)行變化。帶有激磁繞組的半導(dǎo)體-輸出極始終最大程度地由控制單元進(jìn)行控制，這樣所述直流變換器的輸出電壓對功率或轉(zhuǎn)速的變化負(fù)責(zé)。
根據(jù)本發(fā)明的可電子換向的電動(dòng)機(jī)由此得到許多優(yōu)點(diǎn)。取消了用于半導(dǎo)體-輸出極的控制信號的高頻的、脈沖寬度調(diào)制的時(shí)鐘脈沖。這樣就可以使用更慢的半導(dǎo)體開關(guān)和更簡單的驅(qū)動(dòng)電路。在給定電動(dòng)機(jī)功率情況下，通過由直流變換器將機(jī)載電網(wǎng)電壓升高，將減小電動(dòng)機(jī)電流，并且由此減小在半導(dǎo)體開關(guān)中的損耗功率。這些半導(dǎo)體開關(guān)因此可以不進(jìn)行費(fèi)用昂貴的冷卻處理。由于所述控制單元通過直流變換器與機(jī)載電網(wǎng)、即直流電源分開，因此不再需要向控制單元提供高頻時(shí)鐘脈沖，由此產(chǎn)生了很低的EMV-干擾電平，于是只需更小的抗干擾費(fèi)用。由于只負(fù)責(zé)換向功能，所述控制單元可以不用微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，因此它還可以在更高的溫度下使用。所述直流變換器的控制也可以不用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行，在直流變換器中只需設(shè)置帶有可能的驅(qū)動(dòng)器的電子開關(guān)和一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單的調(diào)節(jié)電路。
根據(jù)一種設(shè)定的結(jié)構(gòu)，直流變換器借助一個(gè)存儲(chǔ)電感器、一個(gè)存儲(chǔ)電感器、一個(gè)濾波電容器、一個(gè)退耦二極管和一個(gè)電子開關(guān)以已知的方式構(gòu)造，在此，所述開關(guān)以時(shí)鐘頻率接通，并且開關(guān)脈沖(Schaltimpulse)的脈沖寬度依賴于額定值進(jìn)行變化。不言而喻，還可以使用不同結(jié)構(gòu)且可以不同方式控制的直流變換器。在這種情況下，調(diào)節(jié)可以這樣進(jìn)行，即，給直流變換器配備一個(gè)調(diào)節(jié)器，用來為電子開關(guān)引出開關(guān)脈沖的脈沖寬度，所述額定值和直流變換器的輸出電壓被提供給該調(diào)節(jié)器。
在此，所述直流變換器的輸出電壓可以這樣依賴于額定值，即，隨著額定值的增加或減小，所述電子開關(guān)的開關(guān)脈沖的脈沖寬度將增加或減小，并且所述直流變換器的輸出電壓也因此增加或減小。
所述電動(dòng)機(jī)的功率和/或轉(zhuǎn)速可借助所述直流變換器的變化的輸出電壓而被改變。
根據(jù)另一種結(jié)構(gòu)，所述直流變換器還提供了另外一種變化可能性，即，所述輸出電壓大于或小于直流電源電壓，并且所述直流變換器的輸出電壓的增加和減小依賴于所述額定值的增加或減小。
下面將借助附圖中所述的實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明。其中

圖1是帶直流變換器和簡單控制單元的電動(dòng)機(jī)的電路原理圖，和圖2是圖1電動(dòng)機(jī)實(shí)施例的示意電路圖。
如圖1所示，直流電源Ubatt，例如一輛汽車的蓄電池，給一個(gè)直流變換器DC/DC-W供電，該變換器借助一個(gè)調(diào)節(jié)器RG根據(jù)一個(gè)預(yù)定的或可預(yù)定的額定值Usoll提供一個(gè)輸出電壓Um。在此，隨著額定值Usoll增加或減小，輸出電壓Um增加或減小。輸出電壓Um與額定值Usoll的關(guān)系可以進(jìn)行任意選擇并由調(diào)節(jié)器的特性確定。該變化的輸出電壓Um用作直流電源電壓，用于帶有激磁繞組的半導(dǎo)體-輸出極EST，該半導(dǎo)體-輸出極用于電動(dòng)機(jī)M。在運(yùn)行過程中，該用于電動(dòng)機(jī)M的半導(dǎo)體-輸出極EST始終受到控制單元STE的完全控制，由此可以使半導(dǎo)體-輸出極EST的半導(dǎo)體開關(guān)中的損耗保持很小?？刂茊卧猄TE的控制信號不再被供以時(shí)鐘脈沖，而只是借助換向頻率被提供給半導(dǎo)體-輸出極EST。因此使控制單元STE在結(jié)構(gòu)上很簡單，而不需要像在已知的可電子換向的電動(dòng)機(jī)中那樣的帶有脈沖寬度調(diào)制控制信號的微型計(jì)算機(jī)。
借助圖2來詳細(xì)說明一個(gè)實(shí)施例。在此直流變換器DC/DC-W包括一個(gè)存儲(chǔ)電感器L、一個(gè)濾波電容器C、一個(gè)退耦二極管D和一個(gè)電子開關(guān)S。這種DC/DC-變換器的原理功能是已知的。用于電子開關(guān)S的節(jié)拍頻率(Taktfrequenz)例如可以為100kHz。借助調(diào)節(jié)器RG，用于開關(guān)S的控制信號的脈沖寬度比根據(jù)額定值Usoll和直流變換器DC/DC-W的輸出電壓Um被這樣控制，即，輸出電壓Um是額定值Usoll多倍。在這種情況下，Um可以選擇成大于或小于Ubatt。用于調(diào)節(jié)器RG的其他輸入?yún)?shù)可以是電壓Ubatt或是由電壓Ubatt提供的電流或是由電壓Um提供的電流。借助調(diào)節(jié)器RG，可以確保從機(jī)載電網(wǎng)的直流電源電壓Ubatt得出一個(gè)可依賴于額定值Usoll而變化的輸出電壓Um，該電壓作為作為可變電源電壓Um提供給帶有其半導(dǎo)體開關(guān)T1至T2(它們被作為開關(guān)簡單示出)的半導(dǎo)體-輸出極EST和激磁繞組U、V及W。通過為電動(dòng)機(jī)提供這種可變的工作電壓，可以進(jìn)行功率或轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。由于非常簡單，激磁繞組U、V和W所需的自振蕩二極管沒有在圖2中表示出來。由于控制單元STE的控制信號借助換向頻率進(jìn)行半導(dǎo)體開關(guān)T1至T2的控制，所以取消了對半導(dǎo)體開關(guān)T1至T6的高頻時(shí)鐘脈沖控制。
如果在該實(shí)施例中，例如將12V的直流電源電壓Ubatt升高到例如12V至42V的工作電壓Um，則，在相同的電動(dòng)機(jī)功率情況下，可將待接通的用于激磁繞組U、V和W的電流減小。這就提供了在半導(dǎo)體-輸出極EST中使用簡單、廉價(jià)的半導(dǎo)體的可能性。由于用于半導(dǎo)體-輸出極EST的控制信號不再被供以高開關(guān)頻率的時(shí)鐘脈沖，因此還能夠使用具有更長開關(guān)時(shí)間(Schaltzeiten)的半導(dǎo)體開關(guān)。此外，直流變換器DC/DC-W使電動(dòng)機(jī)M與直流電源電壓Ubatt脫聯(lián)，并且在其上產(chǎn)生了大大減小的EMV-干擾電平。
DC/DC變換器的原理還可以不同，而且可以用不同的電流值和電壓值來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M。直流變換器DC/DC-W可以將例如42V的直流電源電壓Ubatt減小到12V至42V的工作電壓Um。用于直流變換器DC/DC-W的電子開關(guān)S的開關(guān)頻率(Schaltfrequenz)也可以是可變的。
通過直流變換器DC/DC-W與調(diào)節(jié)器RG的相應(yīng)匹配和控制單元STE與半導(dǎo)體-輸出極EST的相應(yīng)匹配，本發(fā)明可以被設(shè)計(jì)在具有不同激磁繞組數(shù)的各種結(jié)構(gòu)類型的電動(dòng)機(jī)M上，在此，通過選擇結(jié)構(gòu)件的參數(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)M的不同運(yùn)行數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1．一種可電子換向的電動(dòng)機(jī)，其用于為永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的定子的激磁繞組可以以換向頻率與一個(gè)直流電源電壓相連并且可以與其分開，其中，激磁繞組可以被半導(dǎo)體-輸出極接通，借助于控制單元的帶有換向頻率的控制信號，可以控制所述半導(dǎo)體-輸出極，而其運(yùn)行條件則依賴于一個(gè)預(yù)定的或可預(yù)定的額定值進(jìn)行變化，其特征在于所述直流電源電壓(Ubatt)被輸送到一個(gè)直流變換器(DC/DC-W)，該直流變換器的用于帶有激磁繞組(U、V、W)的半導(dǎo)體-輸出極(EST)的輸出電壓(Um)依賴于額定值(Usoll)進(jìn)行變化，并且，控制單元(STE)不依賴于額定值(Usoll)用帶有換向頻率的非時(shí)鐘脈沖(Ungetakteten)控制信號始終對半導(dǎo)體-輸出極(EST)進(jìn)行完全調(diào)節(jié)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的可電子換向的電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述直流變換器(DC/DC-W)以已知的方式借助于一個(gè)存儲(chǔ)電感器(L)、一個(gè)濾波電容器(C)、一個(gè)退耦二極管(D)和一個(gè)電子開關(guān)(S)構(gòu)成，其中，所述電子開關(guān)(S)以節(jié)拍頻率(例如100kHz)接通，并且開關(guān)脈沖的脈沖寬度與額定值(Usoll)有關(guān)地進(jìn)行變化。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的可電子換向的電動(dòng)機(jī)，其特征在于隨著額定值(Usoll)的增加或減小，所述電子開關(guān)(S)的開關(guān)脈沖的脈沖寬度將增加或減小，并且所述直流變換器(DC/DC-W)的輸出電壓(Um)也因此增加或減小。
4．根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的可電子換向的電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述直流變換器(DC/DC-W)配備有一個(gè)調(diào)節(jié)器(RG)，用來為電子開關(guān)(S)引出開關(guān)脈沖的脈沖寬度，所述額定值(Usoll)和直流變換器(DC/DC-W)的輸出電壓(Um)被提供給該調(diào)節(jié)器。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的可電子換向的電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述電動(dòng)機(jī)(M)的功率和/或轉(zhuǎn)速隨著所述直流變換器(DC/DC-W)的輸出電壓(Um)的變化而改變。
6．根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的可電子換向的電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述輸出電壓(Um)大于或小于直流電源電壓(Ubatt)，并且所述直流變換器(DC/DC-W)的輸出電壓(Um)的增加和減小依賴于所述額定值(Usoll)的增加和減小。
7．根據(jù)權(quán)利要求3或4的可電子換向的電動(dòng)機(jī)，其特征在于用于直流變換器(DC/DC-W)的電子開關(guān)(S)的開關(guān)頻率是可變的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可電子換向的電動(dòng)機(jī),其用于為永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的定子的激磁繞組可以以換向頻率與一個(gè)直流電源電壓相連并且可以與其分開,其中,激磁繞組可以被半導(dǎo)體一輸出極接通,借助于控制單元的帶有換向頻率的控制信號,可以控制所述半導(dǎo)體－輸出極,而其運(yùn)行條件則依賴于一個(gè)預(yù)定的或可預(yù)定的額定值進(jìn)行變化。借助簡化的電動(dòng)機(jī)控制能夠避免以脈沖寬度調(diào)制控制激磁繞組的電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn),即,所述直流電源電壓被提供給一個(gè)直流變換器,直流變換器的用于帶有激磁繞組的半導(dǎo)體－輸出極的輸出電壓依賴于額定值進(jìn)行變化,并且控制單元不依賴于額定值用帶有換向頻率的非時(shí)鐘脈沖控制信號始終對半導(dǎo)體－輸出極進(jìn)行完全調(diào)節(jié)。
文檔編號H02P6/08GK1302475SQ0080070
公開日2001年7月4日 申請日期2000年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月27日
發(fā)明者托馬斯·魏戈?duì)柕? 約翰內(nèi)斯·普費(fèi)澤爾, 京特·里爾, 馬蒂亞斯·施米茨, 格爾塔·羅克拉格, 托爾斯滕·海德里希 申請人:羅伯特·博施有限公司