[發明專利]旋轉電機的功率變換器

有效

• 申請號: 201010226039.7
• 申請日: 2010-07-09
• 公開（公告）號: CN101951219A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 近藤泰三;多湖方一;堀畑晴美
• 申請（專利權）人: 株式會社電裝
• 主分類號: H02P9/30
• 分類號: H02P9/30;H02M7/219;H02P6/16;H02P9/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 杜誠;李春暉

技術領域

本發明一般涉及配備有開關電路和控制器的旋轉電機的功率變換器，更具體地，涉及被設計為在處于瞬時狀態或者經受非期望變化時保證改進的操作可靠性的功率變換器。

背景技術

轉讓給與本申請相同的受讓人的日本專利第一次公開No.2004-7964公開了用于三相電動發電機的逆變器，并且教導了這樣的技術：基于各相中另一相的MOS晶體管的接通時間，即斷開該MOS晶體管的時間設置各相之一的MOS晶體管的斷開時間，即斷開該MOS晶體管的時間(即，在120度的電角前進之后)，并且基于電動發電機的速度或勵磁電流控制器的開關的脈沖信號的占空因數以最大60度的電角來考慮斷開定時。

上述系統在120度到180度電角之間改變MOS晶體管的接通持續時間。根據電動發動機的速度或處于前饋模式的勵磁電流控制器的開關的占空因數確定這個改變的范圍。然而，當系統處于瞬時狀態或處理例如系統特性的老化退化或周圍溫度變化的意外變化時，這種控制在準確地設置MOS晶體管的接通持續時間方面遇到困難，這導致斷開時間的非期望的偏移。例如，當系統處于瞬時狀態時，由于激磁線圈的時間常數的影響，無論勵磁電流控制器的開關的占空因數如何，可改變斷開時間。當意外變化已發生時，也導致斷開時間的非期望的偏移。斷開時間的提前通常導致逆變器中整流損失的增加。相反地，斷開時間的延遲導致電流從電源回流到電動發動機的繞組。換句話說，電流續流(freewheel)到充當整流裝置的MOS晶體管的持續時間易變化，因而導致系統運行可靠性的退化。

發明內容

因此，本發明的主要目的是避免現有技術的缺點。

本發明的另一個目的是提供一種旋轉電機的功率變換器的改進結構，旋轉電機被設計為保持電流續流持續時間恒定，從而當功率變換器處于瞬時狀態或經受意想不到的變化時，保證功率變換器運行的可靠性。

根據本發明的一個方面，提供一種旋轉電機，例如用于機動車輛的電動發電機的功率變換器。功率變換器包括：(a)開關電路，布置在旋轉電機的電源和相繞組之間，該開關電路配有被分組成上臂和下臂的開關；和(b)控制器，其控制上臂和下臂的接通和斷開操作。控制器控制上臂和下臂之一的接通和斷開操作以將電流續流持續時間設置為上臂和下臂的所述之一的斷開操作之后的選定時間長度，其中在所述電流續流持續時間內允許續流電流(flywheel?current)，即從旋轉電機續流的電流，從旋轉電機流出，并且所述電流續流持續時間是在相繞組處感應的相電壓超過第一閾值的時刻和所述相電壓降到低于第二閾值的時刻之間的時間長度。

旋轉電機不限于發電機。電動發電機也可以被用作旋轉電機。上臂和下臂的數量取決于旋轉電機的相的數量。旋轉電機可以具有單個相、兩個相，或三個或更多相。開關均可以通過FET(例如，MOSFET，JFET或MESFET)、IGBT、GTO或功率晶體管來實現。電流續流持續時間表示一個時間段，在該時間段中，當開關被控制在開關操作時，電流由于在相繞組處感應的電壓(即，反電動勢)而續流。可以針對整個功率變換器或針對每一個相設置電流續流持續時間。續流電流可以穿過開關中由P-N結形成的寄生二極管，并聯連接到開關的整流裝置(即，續流二極管)，或并聯連接到開關的緩沖電路。定義電流續流持續時間的開始和結束的第一閾值和第二閾值取決于使用條件(例如，旋轉電機類型、旋轉電機的使用目的、旋轉電機的相的數量、開關的類型、或并聯連接到開關的整流裝置或緩沖電路的存在)。第一和第二閾值之間的量值關系可以取決于使用條件。第一閾值可以大于或小于第二閾值。

如上所述，本發明的功率變換器進行工作以控制各臂之一的斷開操作，以使電流續流持續時間保持期望長度，該期望長度在各臂之一的斷開操作之后提供，從而保證設置將在接通-斷開操作中后續控制其它臂的時間的準確性。這最小化整流損失，并且避免電流從電源回流到相繞組。

在本發明的優選模式中，當相電壓達到第三閾值并且然后達到第四閾值時，控制器可以接通上臂和下臂之一。第三和第四閾值之間的量值關系可以取決于使用條件。控制器進行工作以在不使用旋轉電機的角位置和旋轉電機中的電流的情況下斷開臂，因而消除了對測量旋轉電機的角位置和旋轉電機中的電流的傳感器的需要。這導致功率變換器的生產成本的減少，和整流損失的減少，以及避免電流從電源回流到相繞組。

當相電流達到第五閾值時，控制器可以接通上臂和下臂之一。可以根據使用條件確定第五閾值。如果控制器在相電流已達到第五閾值時未接通臂之一，則導致整流損失的增加和電流從電源回流到相繞組。控制器的上述操作減輕了這樣的問題。