[發(fā)明專利]用于脈沖電機(jī)控制的升壓轉(zhuǎn)換器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202080020947.2
• 申請(qǐng)日: 2020-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN113647007A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 巴巴克·馬茲達(dá);A·S·特里帕蒂;保羅·卡維爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 圖拉E技術(shù)公司
• 主分類號(hào): H02M7/5395
• 分類號(hào): H02M7/5395;H02M3/07
• 代理公司: 北京派特恩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11270
• 代理人: 陳萬青;浦彩華

升壓電路被布置為減少用于電機(jī)的脈沖控制操作的脈沖功率的上升時(shí)間和下降時(shí)間。該升壓電路提取脈沖結(jié)束時(shí)存在于電機(jī)中的磁能以減少脈沖下降時(shí)間。能量由升壓電路儲(chǔ)存，并且然后在后續(xù)脈沖開始時(shí)進(jìn)行施加以減少上升時(shí)間。通過與不使用這種升壓電路相比減少上升時(shí)間和下降時(shí)間，電機(jī)效率得到提高。

本申請(qǐng)要求于2019年3月15日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?2/819,097的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時(shí)專利申請(qǐng)通過援引以其全文并入本文。

背景技術(shù)

本申請(qǐng)總體上涉及對(duì)電機(jī)進(jìn)行脈沖控制以便以更節(jié)能的方式選擇性地遞送期望輸出，并且更具體地涉及具有對(duì)電機(jī)施加脈沖的改善的上升時(shí)間和下降時(shí)間的升壓轉(zhuǎn)換器電路。

本文所使用的術(shù)語“電機(jī)”旨在被廣泛地理解為是指電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩者。電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上非常相似。兩者都包括轉(zhuǎn)子和具有多個(gè)極的定子。當(dāng)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。當(dāng)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，該電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

電機(jī)可以使用直流電(DC)或交流電(AC)運(yùn)行。

代表性的DC電機(jī)包括無刷電機(jī)、電激勵(lì)電機(jī)、永磁電機(jī)、串聯(lián)繞線電機(jī)、并聯(lián)電機(jī)、有刷電機(jī)、復(fù)合電機(jī)和其他電機(jī)。

AC電機(jī)有兩種一般類型：異步電機(jī)和同步電機(jī)。異步電機(jī)的示例是三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

現(xiàn)代電機(jī)具有相對(duì)較高的能量轉(zhuǎn)換效率。然而，大多數(shù)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率可能基于其運(yùn)行負(fù)荷而顯著變化。在許多應(yīng)用中，電機(jī)需要在各種不同的運(yùn)行負(fù)荷條件下運(yùn)行。結(jié)果，電機(jī)通常在某些時(shí)間以最高效率水平或接近最高效率水平運(yùn)行，而在其他時(shí)間，這些電機(jī)則以較低效率水平運(yùn)行。

電池供電的電動(dòng)車輛提供了在較寬的效率水平范圍下運(yùn)行的電機(jī)的很好的示例。在典型的驅(qū)動(dòng)循環(huán)期間，電動(dòng)車輛將加速、巡航、減速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎等。在某些轉(zhuǎn)子速度和/或轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，電機(jī)在最高效運(yùn)行點(diǎn)(即其“最佳點(diǎn)(sweet spot)”)處或其附近運(yùn)行。在這些范圍之外，電機(jī)的運(yùn)行效率較低。隨著驅(qū)動(dòng)條件的變化，電機(jī)會(huì)隨著轉(zhuǎn)子速度和/或轉(zhuǎn)矩的變化而在高運(yùn)行效率水平與低運(yùn)行效率水平之間轉(zhuǎn)變。如果可以使電機(jī)在較大比例的驅(qū)動(dòng)循環(huán)內(nèi)在高效率運(yùn)行區(qū)域中運(yùn)行，則對(duì)于給定的電池電量水平，車輛的里程將增加。由于電池供電的電動(dòng)車輛的里程有限是電動(dòng)車輛的使用的主要商業(yè)障礙，因此延長車輛的運(yùn)行里程非常有利。

因此，需要以更高的效率水平運(yùn)行電機(jī)，比如電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)涉及對(duì)電機(jī)(比如電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī))進(jìn)行脈沖控制以提高運(yùn)行效率。在非排他性實(shí)施例中，這種脈沖控制的電機(jī)包括：功率供應(yīng)源、具有繞組的定子、設(shè)計(jì)取決于電動(dòng)機(jī)拓?fù)涞霓D(zhuǎn)子、被配置為選擇性地以脈沖模式運(yùn)行電機(jī)的電機(jī)控制器、以及耦合在該功率供應(yīng)源與該電機(jī)之間的功率轉(zhuǎn)換器。功率轉(zhuǎn)換器被布置為響應(yīng)于電機(jī)控制器而向電機(jī)的定子的繞組提供脈沖輸入功率。此外，功率轉(zhuǎn)換器可以包括升壓電路。升壓電路被布置為使脈沖功率的上升時(shí)間和下降時(shí)間相對(duì)于在沒有該升壓電路的情況下的脈沖功率的上升時(shí)間和下降時(shí)間減少。升壓電路在脈沖結(jié)束時(shí)提取存在于電機(jī)中的磁能中的至少一些以減少脈沖下降時(shí)間，儲(chǔ)存該能量中的至少一些，并在后續(xù)脈沖開始時(shí)施加該能量中的至少一些，以便減少上升時(shí)間。通過減少脈沖功率的上升時(shí)間和下降時(shí)間，電機(jī)和整個(gè)電氣系統(tǒng)的效率得到提高。

附圖說明

參考結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述可以最佳地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，在附圖中：

圖1是展示了代表性電動(dòng)機(jī)在不同運(yùn)行條件下的能量轉(zhuǎn)換效率的代表性轉(zhuǎn)矩/速度/效率曲線圖。

圖2是展示了施加到電動(dòng)機(jī)的脈沖電流信號(hào)的曲線圖。

圖3A是在從零到峰值效率轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)變期間以固定速度運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與效率圖。

圖3B是在從零到峰值效率轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)變期間以固定速度運(yùn)行的示例性電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與功損耗。