用於馬達－發電機的控制裝置的製作方法
2023-05-01 12:53:56 2
專利名稱：用於馬達－發電機的控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於馬達一發電機的控制裝置，該裝置通過在作為發電機的電能產生模式與作為馬達的機械能產生模式之間改變馬達一發電機的操作模式來進行使用。
背景技術：
作為一種用於無刷馬達的簡單的增速方法，例如，已知在JP-A-2008-306914中公開了一種使用電路的驅動方法。該示例需要正弦PWM控制的逆變器以廣泛地獲得穩定的旋轉速度。因此，需要昂貴的磁極位置傳感器。此外，因為全部元件需要進行開關，所以增大了開關損耗，因而降低了系統效率，該逆變器需要大的冷卻單元，並且需要防止開關噪聲。因此，儘管該驅動方法可以用於昂貴的裝置，但是從成本的角度來看，該方法尤其不適合用於輕型汽車和摩託車的電子部件。
發明內容
實施例提供了一種用於馬達一發電機的控制裝置。在該裝置中，提供了一種簡化的磁極位置傳感器。即使減少開關的次數，也能夠獲得良好的旋轉速度特性。因此，還可以使冷卻以及噪聲防止簡化。作為本實施例的一方面，提供了一種用於馬達一發電機的控制裝置，該裝置包括:定子，包括連接以形成星形的多相線圈；轉子，與定子同軸並且以所述轉子和所述定子之間的預定間隙徑向地布置；多相逆變器，多相逆變器的每個臂包括開關元件和續流元件；以及直流電源，連接在多相線圈的中性點與多相逆變器的直流負電極之間。當逆變器的開關元件由矩形波圖形信號驅動時，在高側(high side)的開關元件處於關斷狀態的同時，串聯連接到高側的開關元件的低側(low side)的開關元件受PWM開關控制。當將高側的開關元件關斷的時間點定義為基點時，如果α被定義為低側的開關元件的開關開始的時間點，且β被定義為開關結束的時間點，則β - α為120度或者更大的電角度，α大於O度，且β小於180度。
在附圖中:圖1是示出第一實施例的配置的圖；圖2是根據第一實施例的開關元件的控制圖形的圖；圖3Α至圖3D是用於說明第一實施例的操作的圖；圖4是示出第二實施例的配置的圖；圖5是根據第二實施例的開關元件的控制圖形的圖；圖6是用於說明第一實施例和第二實施例的優點的圖；圖7是示出第一實施例的修改的配置的圖；圖8是示出第二實施例的修改的配置的圖9是示出另一實施例的圖；圖10是用於說明各實施例的優點的圖；圖11是用於說明各實施例的優點的圖；圖12是示出各實施例所應用到的系統的配置的圖。
具體實施例方式下文中將參照附圖描述本發明的實施例。(第一實施例)圖1示出第一實施例的配置。馬達一發電機I包括定子11和轉子12。轉子12可以是永磁體式感應器、繞線一場式(wound-field type)感應器或籠式感應器。轉子12可以具有無線圈且無磁體的磁凸極式磁阻結構。定子11設置有連接以形成星形的三相線圈。三相線圈的端部連接於中性點13處。三相線圈的另一端連接至逆變器2。在逆變器2中，開關元件21和續流(free wheeling)元件22形成一個臂。相同的兩個臂構成被串聯連接。串聯連接中的三個被並聯布置。如果開關元件21和續流元件22由MOSFET (金屬氧化物半導體場效應電晶體)和寄生於該MOSFET的寄生二極體來配置，則能夠使用大量生產的通用器件。然而，開關元件21和續流元件22不局限於這種配置。在開關元件21由IGBT (絕緣柵雙極電晶體)或雙極電晶體來配置，並且續流二極體被用作續流元件22的情況下，仍能夠獲得同樣的功能。高側的三個開關元件21連接至直流正電極端子23。低側的三個開關元件21連接至直流負電極端子24。在逆變器2的正端子與負端子之間連接有電容器25。電容器25可以是電解質電容器、薄膜電容器或者雙電層電容器。開關元件21由控制器26來驅動,控制器26生成連續圖形信號(pattern signal)27並且經由傳輸線(未示出)將信號27發送至開關元件21。直流電源3的正電極連接至星形連接的中性點13。直流電源3的負電極連接至逆變器2的直流負電極端子24。任何類型的二次電池，諸如鉛酸電池、鋰離子電池以及鎳氫電池，可以用作直流電源3。接下來，將參照圖2來說明元件的連續圖形。基本的連續圖形為所謂的三相180度矩形波圖形，其中，高側和低側每180度排他地重複導通(ON)和關斷(OFF)。相位被控制為相對於彼此移位120度(電角度)。在這種情況下，低側元件在高側元件處於關斷狀態下的時段期間(即，由圖2中的星號表示的180度的期間)受PWM開關控制。在高側元件被關斷的時間點被定義為基點的狀態下，如果α被定義為低側的開關開始的時間，而β被定義為低側的開關結束的時間，則β - α被設定為120度(電角度)或更大。需要注意的是:保持α >0度且β 120度」、「 α >0 度」且「 β < 180 度」。第二實施例的操作與圖3Α至圖3D中示出的操作類似，其中，電容器25被經由低側續流二極體充電。如圖10中所示，即使無需專用的逆變器，上面的實施例的控制能夠將驅動旋轉速度增加至不增加電壓的傳統控制的驅動旋轉速度的大約兩倍。(變型)可以理解，本發明不局限於上述配置，本領域普通技術人員可以做出的任意和所有的變型、變化或等同物應當視為落入本發明的範圍內。在圖7中，在中性點13與逆變器2的直流正電極端子23之間連接有電容器25。根據該配置，電容器25兩端的電壓的變化寬度變得更小，這能夠降低電容器25的電容量。在這種情況下，應用圖2中所示的控制圖形。如圖8中所示，即使當直流電源3和電容器25被互換，也能夠獲得上述的這些相同的優點。在這種情況下，應用如圖5所示的控制圖形。另外，如圖9中所示，PWM的佔空比可以與旋轉速度一起增加。如果操作被轉換為電能產生模式，當旋轉速度為預定的旋轉速度或更高的旋轉速度時，佔空比變為100%，則能夠降低在操作從機械能產生模式變換為電能產生模式時引起的衝擊。應當指出:旋轉速度為O時的佔空比能夠被任意設定。隨著旋轉速度的上升而增加的佔空比的增加率也無需為常數，而是可以按照所需進行設定。此外，如圖12中所示，上述實施例的控制應用到的馬達一發電機I可以安裝在汽車或摩託車的內燃機4中。在這種情況下，當內燃機4被起動時可以應用升壓電動驅動。因此，馬達一發電機I的旋轉速度能夠被增加，同時用於起動內燃機4所花費的時間能夠被顯著地縮短。因而，能夠消除駕駛者在怠速停止後重啟內燃機4時的焦慮感。下文中，將概括上述實施例的方面。作為實施例的一個方面，提供了一種用於馬達一發電機的控制裝置，該裝置包括:定子，包括連接以形成星形的多相線圈；轉子，與定子同軸並且以所述轉子和所述定子之間的預定間隙徑向地布置；多相逆變器，多相逆變器的每個臂包括開關元件和續流元件；以及直流電源，連接在多相線圈的中性點與多相逆變器的直流負電極之間。當逆變器的開關元件由矩形波圖形信號驅動時，在高側的開關元件處於關斷狀態的同時，串聯連接到高側的開關元件的低側的開關元件受PWM開關控制。當將高側的開關元件被關斷的時間點定義為基點時，如果α被定義為低側的開關元件的開關開始的時間點，且β被定義為開關結束的時間點，則β — α為120度或者更大的電角度，α大於O度，且β小於180度。作為該實施例的另一方面，提供了一種用於馬達一發電機的控制裝置，該裝置包括:定子，包括連接以形成星形的多相線圈；轉子，與定子同軸並且以所述轉子和所述定子之間的預定間隙徑向地布置；多相逆變器，多相逆變器的每個臂包括開關元件和續流元件；以及直流電源，連接在多相線圈的中性點與多相逆變器的直流正電極之間。當逆變器的開關單元被矩形波圖形信號驅動時，在低側的開關元件處於關斷狀態的同時，串聯連接到低側的開關元件的高側的開關元件受PWM開關控制。當將低側的開關元件被關斷的時間點定義為基點時，如果α被定義為高側的開關元件的開關開始的時間點，而β被定義為開關結束的時間點，則β-α為120度或者更大的電角度，α大於O度，且β小於180度。根據該裝置，能夠降低該元件的開關的次數。因而，能夠抑制由於開關損耗所造成的效率降低、溫度升高以及噪聲增加。另外，因為無需諸如正弦脈衝寬度調製(PWM)控制的高級操作，因而能夠使用低檔的 CPU。在該裝置中，在開關元件不受PWM開關控制側的開關元件的導通期間為180度或更小的電角度。根據該裝置，無需精確地檢測磁極位置。因此，位置檢測器能夠被簡化或者排除掉，這是更加經濟的。在該裝置中，PWM開關控制的佔空比隨著馬達一發電機的旋轉速度的上升而增加。根據該裝置，即使旋轉速度被改變，仍能夠提供極佳的升壓功能。在該裝置中，該馬達一發電機用在作為發電機的電能產生模式和作為馬達的機械能產生模式中的任一模式下，並且在機械能產生模式下應用該PWM開關控制。根據該裝置，能夠在產生電能時消除不必要的損耗。另外，通過設定如圖9中所示的佔空比，能夠降低由當操作從機械能產生模式變換為電能產生模式時所造成的衝擊。在該裝置中，馬達一發電機在機械能產生模式下起動內燃機，並且在內燃機被起動之後，馬達一發電機在電能產生模式下被驅動。根據該裝置，馬達一發電機既能夠用作內燃機的起動器也能夠用作發電機，這是更加經濟的。在該裝置中，在直流電源的未連接至逆變器的直流端子的端子與逆變器的直流端子中的未連接至直流電源的一個直流端子之間連接有電容器。根據該裝置，該電容器兩端的電壓的波動幅度變得更小，這能夠降低電容器的電容，並且這是更加經濟的。在該裝置中，該逆變器的每個臂配置有M0SFET，該開關元件配置有M0SFET，並且該續流元件配置有寄生於該開關元件的MOSFET的二極體。根據該裝置，能夠使用大量生產的通用裝置，這是更加經濟的，並且這提供了極佳的安裝性和控制性。
權利要求
1.一種用於馬達一發電機的控制裝置，包括: 定子，包括連接以形成星形的多相線圈； 轉子，與所述定子同軸並且以所述轉子和所述定子之間的預定間隙徑向地布置；多相逆變器，所述多相逆變器的每個臂包括開關元件和續流元件；以及直流電源，連接在所述多相線圈的中性點與所述多相逆變器的直流負電極之間，其中當所述逆變器的所述開關元件由矩形波圖形信號驅動時，在高側的開關元件處於關斷狀態的同時，與高側的開關元件串聯連接的低側的開關元件受PWM開關控制，以及 當將所述高側的所述開關元件被關斷的時間點定義為基點時，如果α被定義為所述低側的所述開關元件的開關開始的時間點，且β被定義為所述開關結束的時間點，則β -α為120度或者更大的電角度，α大於O度，且β小於180度。
2.根據權利要求1所述的控制裝置，其中，所述開關元件不受PWM開關控制側的所述開關元件的導通時段為180度或者更小的電角度。
3.根據權利要求1所述的控制裝置，其中，所述PWM開關控制的佔空比隨著所述馬達一發電機的旋轉速度的上升而增加。
4.根據權利要求1所述的控制裝置，其中，所述馬達一發電機在作為發電機的電能產生模式和作為馬達的機械能產生模式中的任一模式下使用，並且 在機械能產生模式下應用所述PWM開關控制。
5.根據權利要求4所述的控制裝置，其中， 所述馬達一發電機在機械能產生模式下起動內燃機，以及 在所述內燃機被起動之後，所述馬達一發電機被以電能產生模式驅動。
6.根據權利要求1所述的控制裝置，其中，在所述直流電源的未連接至所述逆變器的直流端子的端子與所述逆變器的直流端子中未連接至所述直流電源的一個直流端子之間連接有電容器。
7.根據權利要求1所述的控制裝置，其中， 所述逆變器的每個臂被用MOSFET配置， 所述開關元件被用MOSFET配置，並且 所述續流元件被用寄生於所述開關元件的MOSFET的二極體配置。
8.根據權利要求5所述的控制裝置，其中，所述馬達一發電機為摩託車或汽車的發電機或起動器。
9.一種用於馬達一發電機的控制裝置，包括: 定子，包括連接以形成星形的多相線圈；轉子，與所述定子同軸並且以所述轉子和所述定子之間的預定間隙徑向地布置；多相逆變器，所述多相逆變器的每個臂包括開關元件和續流元件；以及直流電源，連接在所述多相線圈的中性點與所述多相逆變器的直流正電極之間，其中當所述逆變器的所述開關單元被矩形波圖形信號驅動時，在低側的開關元件處於關斷狀態的同時，與低側的所述開關元件串聯連接的高側的所述開關元件受PWM開關控制，以及 當將所述低側的所述開關元件被關斷的時間點定義為基點時，如果α被定義為所述高側的所述開關元件的開關開始的時間點，而β被定義為所述開關結束的時間點，則β-α為120度或者更大的電角度，α大於O度，且β小於180度。
10.根據權利要求9所述的控制裝置，其中，所述開關元件不受PWM開關控制側的所述開關元件的導通時段為180度或者更小的電角度。
11.根據權利要求9所述的控制裝置，其中，所述PWM開關控制的佔空比隨著所述馬達一發電機的旋轉速度的上升而增加。
12.根據權利要求9所述的控制裝置，其中， 所述馬達一發電機在作為發電機的電能產生模式和作為馬達的機械能產生模式中的任一模式下使用，並且 在機械能產生模式下應用所述PWM開關控制。
13.根據權利要求12所述的控制裝置，其中， 所述馬達一發電機在機械能產生模式下起動內燃機，並且 在所述內燃機被起動之後，所述馬達一發電機被以電能產生模式驅動。
14.根據權利要求9所述的控制裝置，其中，在所述直流電源的未連接至所述逆變器的直流端子的端子與所述逆變器的直流端子中未連接至所述直流電源的一個直流端子之間連接有電容器。
15.根據權利要求9所述的控制裝置，其中， 所述逆變器的每個臂被用MOSFET配置， 所述開關元件被用MOSFET配置，並且 所述續流元件被用寄生於所述開關元件的MOSFET的二極體配置。
16.根據權利要求 13所述的控制裝置，其中，所述馬達一發電機為摩託車或汽車的發電機或起動器。
全文摘要
一種用於馬達－發電機的控制裝置，包括多相線圈的定子、轉子、多相逆變器以及電源，該多相逆變器的每個臂包括開關元件和續流元件，該電源連接在該線圈的中性點與該逆變器的負極之間。當該開關元件被矩形波驅動時，在高側開關元件關斷的同時，連接到高側開關元件的低側開關元件受PWM開關控制。當將高側開關元件被關斷的時間點定義為基點時，如果α定義為低側開關元件的開關開始的時間點，而β定義為開關結束的時間點，則β－α為120度或更大的電角度，α大於0度，且β小於180度。
文檔編號H02P9/30GK103078590SQ20121041332
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月25日 優先權日2011年10月25日
發明者谷口真, 永田孝一, 長田正彥 申請人:株式會社電裝