[發明專利]采用雙聯電壓源的開關磁阻驅動系統的操作

無效

• 申請號: 01139425.0
• 申請日: 2001-11-23
• 公開（公告）號: CN1356766A
• 公開（公告）日: 2002-07-03
• 發明（設計）人: 邁克爾·保羅·湯克德
• 申請（專利權）人: 開關磁阻驅動有限公司
• 主分類號: H02P6/00
• 分類號: H02P6/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 張兆東

技術領域

本發明涉及開關磁阻驅動系統，特別涉及在具有有限的電容量的供電系統上以有限的負載循環操作的這樣的系統。

背景技術

開關磁阻系統的特性和操作在本技術領域中是眾所周知的并且描述于例如“開關磁阻電機和驅動的特性、設計和應用”中，該文是由Stephenson和Blake二人于1993年6月21-24日在紐倫堡公開的PCIM’93會上發表的，在此引入作為參考。圖1以簡圖形式示出一典型的開關磁阻驅動系統，其中開關磁阻電機12驅動一負載19。輸入DC(直流)電源11可以是一蓄電池或經整流的和濾波的AC(交流)電源。由電源11提供的DC電壓由換能器13在電子控制裝置14的控制下跨過電機12的相繞組16切換。切換必須正確地與轉子轉角同步以便驅動系統的正確操作，為此，通常使用一轉子位置探測器15來提供相應于轉子的角位置的信號。轉子位置探測器15可以采取許多形式，包括軟件算法的，并且其輸出還可以用于產生一速度反饋信號。

已知許多不同的轉能器布局技術，其中幾種討論于上述的Stephenson的論文中。圖2示出最常見的用于多相系統的單相的布置的一個，其中電機的相繞組16與橫跨匯流排26和27的兩開關裝置21和22串聯連接。匯流排26和27被共同稱為換能器的“DC中繼線”。能量再生式二極管連接于該繞組以使繞組電流在打開開關21和22時可以流回DC中繼線。電容器25，所謂“DC中繼線電容器”橫跨DC中繼線連接于電源或減弱任何的DC中繼線電流中的交流成分(即所謂“波紋電流”)，其不可能從電源中取得或返回電源。實際上，電容器25可以包括幾個串聯和/或并聯的電容器，并且當采用并聯連接時，一些元件可以通過整個換能器來配置。

圖3示出對圖2中所示的電路的一個操作周期的典型的波形。圖3(a)示出在關閉開關21和22時為了導電角θc的持續時間所施加的電壓。圖3(b)示出在相繞組16中的電流，其漸升至一峰值然后稍微下降。在導電周期的終點時，打開各開關并將電流傳至各二極管，接入反向的中繼線電壓橫跨繞組并從而迫使磁通量和電流降為零。在零電流時，各二極管中斷導電并且電路是不起作用的直到下一導電周期開始為止。當打開各開關時DC中繼線上的電流反向，如圖3(c)中所示，并且該返回的電流代表可以使能量返回電源。一開關磁阻電機允許能量返回電源電路的這種能力具有優點。例如，US?5705918公開了一種發電機，其可以從一高電壓匯流排向一低電壓匯流排傳送能量以便提高發電效率，該文件在此引入作為參考。

開關磁阻驅動系統的電流波形的形狀的變化取決于電機的操作點和采用的切換對策。眾所周知并描述于例如上述Stephenson的論文，低速操作一般涉及采用電流斬波以保持峰值電流，并且非同步切斷各開關以給出一般稱之為“慣性滑行”的操作模式。

開關磁阻驅動系統通常由電網電源來驅動。然而，一些驅動系統由于安裝在例如船只或汽車設備上并沒有與公共電源固定連接。在這些情況下，該系統通常由一交流發電機供電，該交流發電機由礦物燃料點燃的原動機驅動。通常提供一蓄電池來儲備足夠的能量以便啟動原動機和供給超過交流發電機容量的負載量。當有充足的發電容量而高于系統負載所需要之時由交流發電機對該蓄電池再次充電。

采用上述的交流發電機/蓄電池系統時，必然要在投資費用、重量與性能之間采取折衷辦法。雖然設計者希望有一個系統能夠滿足任何的或全部的負載而不降低系統上的電壓，但這只能通過提高蓄電池和/或交流發電機的容量才能做到。這增加了系統的投資費用和重量，其又導致增加的運行費用和/或降低的船只或車輛的動態性能。當以大負載間歇操作時出現一特殊的問題，當系統已供給易受電壓波動影響其他的負載時尤其如此。例如，車輛或艙室采用白熾燈絲照明是眾所周知的易受電壓波動影響的負載并且實際上在另一負載接通同一電源匯流排時為了產生微弱的燈光這是通用的。其中在載荷具有例如說幾秒鐘接通的負載循環接著是幾十秒鐘的斷開時，就可能刺激眼睛。

發明內容

因此需要一種在有限的電容量上間歇操作一驅動系統而不造成顯著的電壓干擾的方法。

按照本發明的第一方面，提供了一種開關磁阻驅動系統，包括：一轉子、一具有一繞組的定子和一控制器，該控制器具有用來選擇性地連接第一和/或第二電壓源中之任一個的裝置以便向繞組供電，和一在繞組與第二電壓源之間的能量返回通路以便在利用第一電壓源供電給繞組時可以將被傳送的能量從繞組返回第二電壓源，從而給第二電壓源充電。

這種驅動系統的一優點是由繞組傳送能量來給間歇使用的第二電壓源充電。