一種集成開關磁阻電機驅動與低壓電池充電的變換裝置的製作方法
2023-12-11 10:52:12 1
專利名稱：一種集成開關磁阻電機驅動與低壓電池充電的變換裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種開關磁阻電機驅動系統，具體地說是ー種集成了開關磁阻電機驅動與低壓電池充電變換裝置。
背景技術：
開關磁阻電機是ー種新型調速電機，調速系統兼具直流、交流兩類調速系統的優點，是繼變頻調速系統、無刷直流電動機調速系統的最新一代無極調速系統。現有技術中開關磁阻電機的驅動電路，主要包括直流電源、直流電容、N相電機繞組、上部的開關器件，下部的開關器件，上部的續流ニ極管以及下部的續流ニ極管。上述的直流電容主要作用是給整流電路或電池提供緩衝，穩定直流母線電壓。N相電機繞組通過開關器件和續流ニ極管並聯到直流母線上。上述的上部開關器件和下部的續流ニ極管連接到相繞組一端，上述的下部開關器件和下部的續流ニ極管連接到相繞組的另一端。 上述的開關磁阻電機驅動電路廣泛應用在家庭和エ業上，但是此電路只滿足了驅動電機的需求，對於使用日益頻繁的電動設備(如機器人、電動汽車、電動除草機等)，還需要對儲能電源進行充電。上述開關磁阻電機驅動電路，無法滿足充電的需要。為此，中國專利文獻CN201956913U中公開了ー種集成開關磁阻電機驅動和充電變換裝置，包括儲能模塊和與所述儲能模塊串聯的驅動模塊，還包括整流模塊，與電網連接，且與所述驅動模塊連接；控制模塊，分別與所述儲能模塊、所述驅動模塊變流模塊連接，井根據預設程序來控制整流模塊的整流工作，並控制整流模塊對所述儲能模塊的充電，以及控制整流模塊和儲能模塊對外供電。在該技術方案中，將充電模塊和開關磁阻電機的驅動集成到一起，實現了對儲能設備的充電。但是，該技術方案只適用於交流電源，特別是接入交流電網充電。根據接入電網的設備都要符合相應的功率因數要求，該方案重點放在高壓電池的充電控制和功率因數控制。對於電動汽車，車載充電器能使電動汽車從電網的插頭取電，對電動汽車的蓄電池進行充電。一般的電動汽車上需要多個電機驅動系統來滿足不同負載(如輪胎、風葉等)的要求。目前，電動汽車內採用雙電源系統，一個是提供給高壓驅動電機工作的高壓蓄電池，另ー個是提供給車體內ー些低壓設備的低壓蓄電池。由於低壓電池容量較低，一般採用高壓電池給低壓電池補充電能的方式，因此在電動汽車內需要單獨設置ー個將高壓電轉換為低壓電的設備，包括DC-DC變換器以及充電的驅動設備等等電氣元件。這樣，電動汽車內部的線路以及電氣設備就變得複雜。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是現有技術中開關磁阻電機驅動與直流電源低壓電池充電使用単獨設備、浪費設備與空間的技術問題，進而提供集成了開關磁阻電機驅動與直流電源低壓電池充電的變換裝置。為了解決上述技術問題，本發明提供ー種集成開關磁阻電機驅動與低壓電池充電的變換裝置包括高壓儲能模塊和與所述高壓儲能模塊連接的驅動模塊，以及與所述驅動模塊連接的控制模塊，所述驅動模塊驅動開關磁阻電機的運行，還包括低壓儲能模塊和與所述低壓儲能模塊連接的DC-DC變換模塊，所述DC-DC變換模塊與所述控制模塊和所述驅動模塊連接，所述DC-DC變換模塊用於將高壓儲能模塊的電能向所述低壓儲能模塊充電，所述控制模塊控制所述驅動模塊和所述DC-DC變換模塊工作。本發明所述的變換裝置，所述驅動模塊包括至少兩個電カ電子開關和至少兩個續流ニ極管，用於接收所述控制模塊的指令驅動；所述DC-DC變換模塊包括一個電カ電子開
關和ー個ニ極管。
本發明所述的變換裝置，所述驅動模塊包括開關磁阻電機的半橋逆變器和開關磁阻電機的本體。本發明所述的變換裝置，所述DC-DC變換模塊包括整流単元和與所述整流單元連接的斬波單元。本發明所述的變換裝置，所述整流單元為整流器，包括一個ニ極管。本發明所述的變換裝置，所述斬波単元包括一個開關器件，所述整流単元的ニ極管的負極與所述開關器件的集電極連接，所述開關器件的發射集與所述低壓儲能模塊的低壓電池的正極連接，所述低壓電池的負極與所述高壓電池的負極連接。本發明所述的變換裝置，所述開關器件為三極體或繼電器，當所述開關器件為繼電器時，整流単元的ニ極管的負極跟繼電器的一端連接，繼電器的另一端跟低壓電池組連接。本發明所述的變換裝置，所述變換裝置為單相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池的變換裝置或三相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池變換裝置。本發明所述的變換裝置，所述單相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池的變換裝置中，所述控制模塊為數字控制器或微機控制器，所述驅動模塊為兩個電カ電子開關和兩個續流ニ極管，所述電カ電子開關串聯在開關磁阻電機的繞組的兩端，所述兩個續流ニ極管分別與所述開關磁阻電機的繞組和一個所述的電カ電子開關並聯；所述DC-DC變換模塊為一個電カ電子開關和ー個ニ極管，所述電カ電子開關和所述ニ極管串聯。本發明所述的變換裝置，所述三相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池的變換裝置中，所述驅動模塊為六個電カ電子開關和六個續流ニ極管，每個電カ電子開關和每個續流ニ極管串聯後，並聯設置在所述高壓儲能模塊的兩極之間，相鄰的兩組並聯線路中，所述電力電子開關和續流ニ極管的串聯順序相反；所述三相電機的每個繞組在相鄰的所述並聯線路的中心點引出；所述DC-DC變換模塊為ー個電カ電子開關和三個ニ極管，所述ニ極管分別與所述繞組串聯後，連接到所述電カ電子開關的集電極。本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點
(I)本發明所述的集成開關磁阻電機驅動與低壓電池充電的變換裝置，包括高壓儲能模塊、驅動模塊、控制模塊、DC-DC變換模塊和低壓儲能模塊，同時集成了開關磁阻電機驅動與低壓電池充電的功能，不僅可以節省裝置的空間，同時驅動電カ電子器件、驅動信號控制電路，實現了大電容、電感和散熱裝置等器件的分時復用，大大減低了元件的成本和電路板布線的複雜性，使得其硬體結構更緊湊。此外，通過控制模塊實現了高效率的智能電池充電，根據低壓儲能模塊中低壓電池的狀態實現及時補充電能，安全可靠。
(2)本發明所述的集成開關磁阻電機驅動與低壓電池充電的變換裝置，高壓儲能模塊存儲有高壓電池組，低壓儲能模塊存儲有低壓電池組，所述驅動模塊包括開關磁阻電機的半橋逆變器和開關磁阻電機的本體，所述DC-DC變換器模塊包括整流単元和與所述整流單元連接的斬波單元，所述的開關磁阻電機半橋逆變器由電カ電子開關器件和ニ極管組成，所述的整流単元由ー個ニ極管組成，所述的斬波単元由ー個電カ電子開關器件組成。該變換裝置在驅動模式下，高壓電池的能量能通過驅動模塊，把電能轉化為機械能。在低壓電池充電模式下，高壓電池的能量通過驅動模塊和DC-DC變換器，把高壓電池能量轉移到電壓電池。驅動模塊的部分器件同時參加兩種模式的能量變換。
為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面結合附圖，對本發明作進ー步詳細的說明，其中，
圖I為集成開關磁阻電機驅動與低壓電池充電的變換裝置的結構框圖；·
圖2為單相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池充電的變換裝置的電路示意 圖3為三相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池充電的變換裝置的電路示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進ー步的描述，但應當說明的是，這些實施例僅用於說明本發明的方法，而並不能將本發明的範圍局限於此。下面將通過具體實施例對本發明作進ー步的描述。實施例I :
ー種集成開關磁阻電機驅動與低壓電池充電的變換裝置，如圖I所示，包括高壓儲能模塊、驅動模塊、控制模塊、DC-DC變換模塊以及低壓儲能模塊，其中，所述高壓儲能模塊和所述驅動模塊連接，所述驅動模塊與DC-DC變換模塊連接，所述DC-DC模塊與所述低壓儲能模塊連接，所述控制模塊與所述驅動模塊和所述DC-DC變換模塊分別連接。該變換裝置實現了開關磁阻電機驅動和DC-DC變換器充電的兩種功能的復用。所述高壓儲能模塊內部存儲有從電網或其他發電設備產生的能量，是ー個大容量的高壓儲能器，所述高壓儲能模塊受電池管理系統的控制。所述低壓儲能模塊內部存儲有低壓電能。所述DC-DC變換模塊，可以將所述高壓儲能模塊的電能向所述低壓儲能模塊的電能充電，此處該高壓儲能模塊包括ー個電カ電子開關和ー個ニ極管。所述控制模塊根據預設程序控制所述驅動模塊和所述DC-DC變換模塊工作。所述驅動模塊驅動開關磁阻電機的運行，包括電カ電子開關器件和ニ極管，用於接收所述控制単元的指令驅動，驅動模塊部分器件也參加高壓儲能模塊的電能向所述低壓儲能模塊的能量變換。所述DC-DC變換模塊，將高壓儲能模塊的電能向所述低壓儲能模塊充電，所述控制器控制所述DC-DC變換模塊動作，實現高壓儲能模塊向所述低壓儲能模塊充電。高壓儲能模塊作為電源，控制器模塊可以從高壓儲能模塊讀取相關信息。在本實施例中，所述高壓儲能模塊包括高壓儲能単元，其內部存儲有高壓電池組；所述低壓儲能模塊包括低壓儲能単元，其內部存儲有低壓電池組。進ー步的，所述驅動模塊包括開關磁阻電機的半橋逆變器和開關磁阻電機的本體。所述DC-DC變換器模塊包括整流単元和與所述整流單元連接的斬波單元。所述整流單元為整流器，包括一個ニ極管。所述斬波単元包括一個開關器件，所述整流単元的ニ極管的負極與所述開關器件的集電極連接，所述開關器件的發射集與所述低壓儲能模塊的低壓電池的正極連接，所述低壓電池的負極與所述高壓電池的負極連接。此處的所述開關器件為可以為三極體或繼電器，當此處的開關器件為繼電器時，整流単元的ニ極管的負極跟繼電器的一端連接，繼電器的另一端跟低壓電池組連接。下面分別給出単相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池變換裝置的電路和三相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池變換裝置的電路。實施例2
単相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池變換裝置的電路，如圖2所示。所述高壓儲能模塊包括一個高壓電池組，所述驅動模塊包括電カ電子開關器件 (Ql和Q2)和半導體ニ極管(Dl和D2)，所述控制模塊包括數字處理器或微機處理器，所述DC-DC變換模塊包括電カ電子開關器件(Q3)和半導體ニ極管(D3)，所述低壓儲能模塊包括ー個低壓電池組。各個模塊分別與圖2中的器件相對應。在本實施例中，所述單相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池的變換裝置中，所述控制模塊為數字控制器或微機控制器，所述驅動模塊為兩個電カ電子開關(Q I和Q 2)和兩個續流ニ極管(D I和D 2)，所述電カ電子開關串聯在開關磁阻電機的繞組(即第一繞組A)的兩端，所述兩個續流ニ極管D I和D 2分別與所述開關磁阻電機的繞組和一個所述的電カ電子開關並聯；所述DC-DC變換模塊為ー個電カ電子開關和ー個ニ極管，所述電カ電子開關和所述ニ極管串聯。具體地，所述高壓電池組的正極與所述第一開關器件Ql的集電極連接，所述第一開關器件Ql的發射極與第一繞組A的一端連接，所述第一繞組A的另ー端與所述第二開關器件Q2的集電極連接，且通過第一續流ニ極管Dl與所述高壓電池正極連接，其中所述第一續流ニ極管Dl的正極與所述第二開關器件Q2的集電極連接，所述第一續流ニ極管Dl的負極與所述高壓電池的正極連接，所述第二開關器件的發射極Q2與所述高壓電池的負極連接；所述第二續流ニ極管D2的正極與高壓電池的負極連接，所述第二續流ニ極管D2負極與第一開關器件Ql的發射極連接。所述DC-DC變換模塊包括整流単元和與所述整流單元連接的斬波單元。所述整流單元為整流器，即為第三ニ極管D3，所述的第三ニ極管D3的正極與第二開關器件Q2的集電極連接。所述斬波単元至少包括第三開關器件Q3，所述的第三ニ極管D3的負極與第三開關器件Q3的集電極連接，所述第三開關器件Q3的發射極與低壓電池的正極連接。所述的低壓電池的負極跟高壓電池的負極連接。所述控制模塊控制通過控制各開關器件可以實現開關磁阻電機的驅動運行或降壓DC-DC變換器的運行。當第三開關器件Q3打開時，第一開關器件Ql和第二開關器件Q2的開合用來控制開關磁阻電機的運行。當第二開關器件Q2打開時，第一開關器件Ql和第三開關器件Q3組合控制電池智能充電的電流。上述的變換裝置能實現電機的無極調速和電池的智能充電。實施例3
三相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池變換裝置的電路，如圖3所示。所述高壓儲能模塊包括一個高壓電池組，所述驅動模塊包括電カ電子開關器件(Q1-Q6)和半導體ニ極管(D1-D6)，所述控制模塊包括數字處理器或微機處理器，所述DC-DC變換模塊包括電カ電子開關器件(Qz)和半導體ニ極管(D7-D9)，所述低壓儲能模塊包括ー個低壓電池組。各個模塊分別與圖3中的器件相對應。 三相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池充電變換裝置的電路示意圖。整個系統有電カ電子開關器件和功率ニ極管、電容、蓄電池、電機、電カ電子開關器件驅動板以及控制器組成。高壓蓄電池和電容並聯在母線上。三個電カ電子開關器件發射極和三個功率ニ極管的負極各自連接在一起組成橋臂，同時橋臂的兩端連接到母線上，三相繞組的一端各自連接到這些橋臂的中心點。三個電力電子開關器件集電極和三個功率ニ極管的正極各自連接在一起組成橋臂，橋臂的兩端連 接到母線上，三相繞組的另一端各自連接到這些橋臂的中心點。三相繞組的另一端各自連接ニ極管的正扱，且跟三相繞組連接的ニ極管負極連接在一起，形成ー個連接點，這個連接點跟開關器件Qz的集電極相連。電カ電子開關器件Qz的發射極跟低壓電池正極連接，且低壓電池的負極跟高壓電池的正極連接。驅動板和控制器組成控制器模塊，它提供電カ電子開關器件的控制信號，同時它也接收整個系統的電流、電壓、轉子位置和溫度等信號。控制器模塊跟整車控制器使用CAN通信連接，轉矩信號、充電信號從整車控制器獲得。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。
權利要求
1.ー種集成開關磁阻電機驅動與低壓電池充電的變換裝置，包括高壓儲能模塊和與所述高壓儲能模塊連接的驅動模塊，以及與所述驅動模塊連接的控制模塊，所述驅動模塊驅動開關磁阻電機的運行，其特徵在於，還包括低壓儲能模塊和與所述低壓儲能模塊連接的DC-DC變換模塊，所述DC-DC變換模塊與所述控制模塊和所述驅動模塊連接，所述DC-DC變換模塊用於將高壓儲能模塊的電能向所述低壓儲能模塊充電，所述控制模塊控制所述驅動模塊和所述DC-DC變換模塊工作。
2.根據權利要求I所述的變換裝置，其特徵在於所述驅動模塊包括至少兩個電カ電子開關和至少兩個續流ニ極管，用於接收所述控制模塊的指令驅動；所述DC-DC變換模塊包括一個電カ電子開關和ー個ニ極管。
3.根據權利要求I或2所述的變換裝置，其特徵在於所述驅動模塊包括開關磁阻電機的半橋逆變器和開關磁阻電機的本體。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的變換裝置，其特徵在於所述DC-DC變換模塊包括整流単元和與所述整流單元連接的斬波單元。
5.根據權利要求4所述的變換裝置，其特徵在於所述整流單元為整流器，包括ー個ニ極管。
6.根據權利要求4或5所述的變換裝置，其特徵在於所述斬波単元包括一個開關器件，所述整流単元的ニ極管的負極與所述開關器件的集電極連接，所述開關器件的發射集與所述低壓儲能模塊的低壓電池的正極連接，所述低壓電池的負極與所述高壓電池的負極連接。
7.根據權利要求6所述的變換裝置，其特徵在於，所述開關器件為三極體或繼電器，當所述開關器件為繼電器時，整流単元的ニ極管的負極跟繼電器的一端連接，繼電器的另ー端跟低壓電池組連接。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的變換裝置，其特徵在於所述變換裝置為單相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池的變換裝置或三相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池變換裝置。
9.根據權利要求8所述的變換裝置，其特徵在於所述單相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池的變換裝置中，所述控制模塊為數字控制器或微機控制器，所述驅動模塊為兩個電カ電子開關和兩個續流ニ極管，所述電カ電子開關串聯在開關磁阻電機的繞組的兩端，所述兩個續流ニ極管分別與所述開關磁阻電機的繞組和一個所述的電カ電子開關並聯；所述DC-DC變換模塊為ー個電カ電子開關和ー個ニ極管，所述電カ電子開關和所述ニ極管串聯。
10.根據權利要求8所述的變換裝置，其特徵在於所述三相集成開關磁阻電機驅動與低壓電池的變換裝置中，所述驅動模塊為六個電カ電子開關和六個續流ニ極管，每個電力電子開關和每個續流ニ極管串聯後，並聯設置在所述高壓儲能模塊的兩極之間，相鄰的兩組並聯線路中，所述電カ電子開關和續流ニ極管的串聯順序相反；所述三相電機的每個繞組在相鄰的所述並聯線路的中心點引出；所述DC-DC變換模塊為ー個電カ電子開關和三個ニ極管，所述ニ極管分別與所述繞組串聯後，連接到所述電カ電子開關的集電極。
全文摘要
一種集成開關磁阻電機驅動與低壓電池充電的變換裝置，包括高壓儲能模塊和與所述高壓儲能模塊連接的驅動模塊，以及與所述驅動模塊連接的控制模塊，還包括DC-DC變換模塊，與所述控制模塊和所述驅動模塊連接；低壓儲能模塊，存儲有低壓電能，向低壓設備供電；所述控制模塊根據預設程序控制所述驅動模塊和所述低壓儲能模塊工作；所述驅動模塊驅動開關磁阻電機的運行，用於接收所述控制單元的指令驅動所述DC-DC變換模塊，將高壓儲能模塊的電能向所述低壓儲能模塊充電。同時集成了開關磁阻電機驅動與低壓電池充電的功能，不僅可以節省裝置的空間，而且實現了器件的分時復用，大大減低了元件的成本和電路板布線的複雜性，使得其硬體結構更緊湊。
文檔編號H02P6/08GK102843078SQ20121028806
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月14日 優先權日2012年8月14日
發明者梁嘉寧, 徐國卿, 蹇林旎, 李衛民, 常明, 王亮榮 申請人:深圳先進技術研究院