一種集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，包括設置在每個電機繞組處的H型的不對稱半橋，至少為三相繞組，每個電機繞組形成的不對稱半橋電路并聯設置在儲能模塊的兩端，穩壓電容與所述不對稱半橋電路并聯，在儲能模塊的兩端并聯設置有充電電容，且在其中的一個不對稱半橋電路中，在第一電力電子開關器件的第二電極與第二二極管的陰極之間設置有開關部件，所述穩壓電容和充電電容分別位于所述接觸器開關的兩側；交流電網單相電源通過電網接口分別與另外兩個不對稱半橋電路連接。該裝置實現了電機驅動和電池充電的雙重功能分時復用，有效的避免了現有技術中需要增加額外的器件、結構復雜、成本高的缺點，提供了一種結構簡單、成本低、使用方便的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置。
【專利說明】一種集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種供電和充電的功率變換裝置，具體地說是一種集成了開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置。
【背景技術】
[0002]開關磁阻電機是一種新型調速電機，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，上部的續流二極管以及下部的續流二極管。上述的直流電容主要作用是給整流電路或電池提供緩沖，穩定直流母線電壓。N相電機繞組通過開關器件和續流二極管并聯到直流母線上。上述的上部的開關器件和下部的續流二極管連接到相電機繞組一端，上述的下部開關器件和下部的續流二極管連接到相電機繞組的另一端。
[0003]上述的開關磁阻電機驅動電路廣泛應用在家庭、工業和車輛上。傳統地，基于開關磁阻電機的移動式電機系統裝備有向直流變換器傳遞DC電流的蓄電池，該直流變換器將該DC電流變換為所需的電流使得可以對開關磁阻電機供電，該電動發動機確保該系統的運行。為確保這些蓄電池的再充電，需要在電路中裝備包括AC/DC轉換器的充電設備使得可以整流來自電網的AC電力以充電這些電池。此外，該設備也要利用DC-DC轉換器，用于將輸出的電壓電平適配于這些電池的電壓電平。由于這些充電設備需要電源控制器和充電相關的電子元器件，還需要散熱相關的散熱器，導致該設備結構復雜且成本較高。
[0004]如中國專利文獻CN201956913U中，公開了一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，還包括整流模塊和控制模塊，控制模塊分別與所述儲能模塊、驅動模塊和整流模塊連接，并根據預設程序控制整流模塊的工作，根據不同電壓制式來控制輸出電壓，實現在放電時對設備進行對外供電，在不對外供電時對儲能裝置進行充電。該方案中的優點是每相電機繞組的驅動都可以構建一個獨立充電器。因此這個方案的充電總功率是多相電機繞組充電功率的總和。但是它的電機繞組和非對稱半橋驅動電路只充當充電器電路中的升壓電路部分。所以要完成充電器的功能時，該方案需要在原有的開關磁阻電機變換器增加一些器件，這些器件包括將整流橋，二極管和開關器件等器件，不僅使得電路的機構更加復雜，而且增加了系統的成本。
【發明內容】
[0005]為此，本發明所要解決的技術問題在于現有技術中的開關磁阻電機的驅動和充電變換裝置，充電時需要增加其他器件，結構復雜，成本高，從而提出一種無需增加另外整流器件和開關器件通過復用實現的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置。
[0006]為解決上述技術問題，本發明的提供一種集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，包括至少三相電機繞組，在每相電機繞組處形成一個不對稱半橋電路，所述不對稱半橋電路包括:一相電機繞組，所述電機繞組的一端與第一電力電子開關器件的第一電極和第一二極管的陰極連接，另一端與第二電力電子開關器件的第二電極和第二二極管的陽極連接，且第一電力電子開關器件的第二電極與第二二極管的陰極連接，第二電力電子開關器件的第一電極與第一二極管的陽極連接；每個電機繞組形成的不對稱半橋電路并聯設置在儲能模塊的兩端，穩壓電容與所述不對稱半橋電路并聯，在儲能模塊的兩端并聯設置有充電電容，交流電網的兩根輸出線分別與兩個不對稱半橋電路的第一電力電子開關器件的第一電極連接；在另外的至少一個不對稱半橋電路中，在其第一電力電子開關器件的第二電極與第二二極管的陰極之間設置有開關部件，所述穩壓電容和充電電容分別位于所述開關部件的兩側。
[0007]所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，驅動模式下，交流電網通過電網接口斷開且開關部件閉合；充電模式下，交流電網通過電網接口連接且開關部件斷開。
[0008]所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，所述開關部件為接觸器開關或雙向導通電力電子模塊。
[0009]所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，還包括鎖定結構，充電時通過所述鎖定結構把轉子固定。
[0010]所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，充電時將所述轉子固定在設置接觸器開關的電機繞組所對應的電機相的定子極中心線與轉子極中心線相互重合的位置。
[0011]所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，所述電力電子開關器件并聯設置有二極管；所述電力電子開關器件為IGBT，所述第一電極為發射極，所述第二電極為集電極；或所述電力電子開關器件為M0SFET，所述第一電極為源極，所述第二電極為漏極。
[0012]所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，其包括三相電機繞組、四相電機繞組及四相以上的電極繞組。
[0013]所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，所述電極繞組為四相時，所述接觸器開關設置在與交流電網不連接的其他兩個不對稱半橋電路中，所述接觸器的一側連接兩個不對稱半橋的第一電力電子開關器件的第二電極，所述接觸器的另一側連接兩個不對稱半橋的第二二極管的陰極。
[0014]所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，所述電機繞組為三相，包括A相繞組、B相繞組和C相繞組，所述接觸器開關設置在C相繞所在的不對稱半橋電路中，所述電網接口的一端連接交流電網，另一端分別與A相電機繞組所在的不對稱半橋電路的第一二極管的陰極、B相電機繞組所在的不對稱半橋電路的第一二極管的陰極連接。
[0015]所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，所述每個不對稱半橋電路的第一電力電子開關器件和第二電力電子開關器件分別與控制器和驅動板連接。
[0016]本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點，
[0017](I)本發明所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，包括設置在每個電機繞組處的H型的不對稱半橋，至少為三相繞組，每個電機繞組形成的不對稱半橋電路并聯設置在蓄電池的兩端，穩壓電容與所述不對稱半橋電路并聯，在蓄電池的兩端并聯設置有充電電容，且在其中的一個不對稱半橋電路中，在第一電力電子開關器件的第二電極與第二二極管的陰極之間設置有開關部件如接觸器開關或雙向導通模塊，所述穩壓電容和充電電容分別位于所述接觸器開關的兩側；交流電網通過電網接口分別與另外兩個不對稱半橋電路連接。該裝置使用兩相繞組和兩個不對稱半橋電路拓撲作為升壓和無橋PFC功能的實現機構，即與交流電網連接的半橋電路；另外的繞組和不對稱半橋拓撲電路作為升降壓變換器滿足蓄電池充電的需要，驅動模式下，電網接口斷開且開關部件閉合；充電模式下，電網接口連接且開關不見斷開，實現了該功率轉化裝置的分時復用，無需其他附加整流橋的元件，則實現了電機驅動和電池充電的雙重功能分時復用，有效的避免了現有技術中需要增加額外的器件、結構復雜、成本高的缺點，提供了一種結構簡單、成本低、使用方便的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置。
[0018](2)所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，還包括鎖定結構，充電時通過所述鎖定結構把轉子固定，只需要把轉子固定就可以充電，為了保證更好的充電效果，可以把所述轉子固定在負責充電的電機繞組所對應的電機相的定子極中心線與轉子極中心線相互重合的位置。在本裝置充電的過程中，電動機的繞組通入充電電流，電流在電機中產生磁場。根據開關磁阻電機的運行原理，此時轉子可以在能量存儲的充電期間由于電磁力而產生振動或開始旋轉，這些不必要的振動和旋轉將增加能量存儲過程中的損耗，同時也干擾了能量存儲過程。為了提高能量存儲的效率和穩定性，本裝置采用鎖定結構把轉子固定在特定的位置改善充電的效果。這個特定的位置可以選擇負責控制蓄電池充電的電機繞組所對應的電機相的定子極中心線與轉子極中心線相互重合的位置。通過鎖定結構把轉子固定上述位置，保證能量存儲的高效和穩定運行。
[0019](3)所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，可根據三相電機或四相電機的類型來設置，如果是三相電機，其具有三相電機繞組，形成三個不對稱電路，如果是四相電機，則為四相電機繞組，設置4個不對稱半橋電路。根據具體的類型來選擇設置。
[0020](4)所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，所述每個不對稱半橋電路的第一電力電子開關器件和第二電力電子開關器件與控制器和驅動板連接，系統通過控制板和驅動板直接控制橋臂上的電力電子開關器件可以實現功率因素校正功能和根據負載情況實現穩壓電容兩端的穩定電壓。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據本發明的具體實施例并結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中
[0022]圖1是本發明所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置的一個實施例的結構示意圖；
[0023]圖2是是本發明所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置的一個實施例的電路結構圖；
[0024]圖3是本發明所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置的一個實施例的連接結構圖；
[0025]圖4是本發明所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置的鎖定機構連接圖；[0026]圖5、圖6是本發明所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置的另外一個實施方式的電路結構圖；
【具體實施方式】
[0027]實施例1:
[0028]本實施例提供一種集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，其結構框圖如圖1所示，包括控制模塊和與控制模塊連接的集成電機驅動-充電模塊，所述集成電極驅動-充電模塊與電網接口和蓄電池分別連接，通過所述集成電機驅動-充電模塊實現對蓄電池的充電和由蓄電池對電機進行驅動。本實施例所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，包括三相電機繞組，分別為繞組A、繞組B和繞組C。在每相電機繞組處形成一個不對稱半橋電路，如圖2所示，在繞組A處的不對稱半橋電路包括:電機繞組A，所述電機繞組A的一端與電力電子開關器件Qah的第一電極和二極管Dm的陰極連接，另一端與電力電子開關器件Q&的第二電極和二極管Dah的陽極連接，且電力電子開關器件Qah的第二電極與二極管Dah的陰極連接，電力電子開關器件Qal的第一電極與二極管Dm的陽極連接。
[0029]在本實施例中，所述電力電子開關器件為IGBT，所述第一電極為發射極，所述第二電極為集電極。作為其他可以替換的實施方式，所述電力電子開關器件為M0SFET，所述第一電極為源極，所述第二電極為漏極。
[0030]為了保證所述電力電子開關器件的穩定性，提高其使用壽命，避免反向擊穿，在所述電力電子開關器件上并聯設置有二極管。
[0031]本實施例中，在繞組A處形成了一個上述H型的不對稱半橋電路，在其余的繞組B和繞組C處也形成上述H型的不對稱半橋電路。在繞組B處的不對稱半橋電路包括:電機繞組B，所述電機繞組B的一端與電力電子開關器件Qbh的發射極和二極管D&的陰極連接，另一端與電力電子開關器件Q&集電極和二極管Dbh的陽極連接，且電力電子開關器件Qbh的集電極與二極管Dbh的陰極連接，電力電子開關器件的發射極與二極管D&的陽極連接。
[0032]在繞組C處的不對稱半橋電路包括:電機繞組C，所述電機繞組C的一端與電力電子開關器件Qai的發射極和二極管Da的陰極連接，另一端與電力電子開關器件Qa集電極和二極管Dai的陽極連接，且電力電子開關器件Qai的集電極與二極管Dqi的陰極之間設置有接觸器，電力電子開關器件Qa的發射極與二極管Da的陽極連接。
[0033]上述三相繞組A、B、C形成的三個不對稱半橋電路并聯設置在蓄電池模塊的兩端，此處的蓄電池模塊可以是蓄電池，或者蓄電池與電池保護板的儲能模塊，本實施例中在蓄電池兩端設置有充電電容C2。此外，與不對稱半橋電路并聯設置有穩壓電容C1，此處的Cl可以是單個電容或電容組，如圖2所示。C1的兩端分別連接二極管Dbh的陰極和電力電子開關器件Q&的發射極。所述穩壓電容C1和充電電容C2分別位于所述電機繞組C所在的不對稱半橋電路中的接觸器開關的兩側，交流電網通過電網接口分別與A相電機繞組的一端的二極管Dm的陰極、B相電機繞組的一端的二極管D&的陰極分別連接。此處的A相電機繞組所在不對稱半橋電路和B相繞組所在的不對稱半橋電路作為升壓整流電路，另外一組C相繞組所在的不對稱半橋電路作為充電升降壓電路。
[0034]上述集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，在驅動模式下，電網接口斷開且接觸器閉合；充電模式下，電網接口連接且接觸器斷開。
[0035]作為其他可變換的實施方案，所述電力電子開關器件還可以為除IGBT或MOSFET外的其他電力電子器件，如其他JBT等。另外，上述接觸器開關也可以替換為其他方式的開關部件，如雙向導通電力電子模塊等。
[0036]該裝置使用兩相繞組和兩個不對稱半橋拓撲作為升壓和無橋PFC功能的實現機構，另外的繞組和不對稱半橋拓撲作為升降壓變換器滿足蓄電池充電的需要，驅動模式下，電網接口斷開且接觸器閉合；充電模式下，電網接口連接且接觸器斷開，實現了該能量轉化裝置的分時復用，無需其他附加的專用整流元件，則實現了電機驅動和電池充電的雙重功能分時復用，有效的避免了現有技術中需要增加額外的器件、結構復雜、成本高的缺點，提供了 一種結構簡單、成本低、使用方便的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置。
[0037]本實施例所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，解決了現有技術中開關磁阻電機驅動與充電器的組合應用場景中的不足，目前，該應用場合一般使用單獨設備、浪費設備與空間的技術問題，本實施例中提供的集成開關磁阻電機的電機驅動電池充電的功率變換裝置有效克服了上述缺陷，實現了開關磁阻電機從蓄電池吸取驅動所需要的能量，而且能實現電網對蓄電池的充電。開關磁阻電機的直流變換器采用不對稱半橋方案，使用兩相繞組和兩個不對稱半橋拓撲作為升壓和無橋PFC功能的實現機構，另外的繞組和不對稱半橋拓撲作為升降壓變換器滿足蓄電池的充電需要。該裝置把傳統的母線直流電容分成兩部分，一部分電容C1作為直流母線的穩壓電容，另一部分電容C2作為升降壓端的蓄電池穩壓電源。該蓄電池充電設備使用開關磁阻電機的直流變換器來形成AC-DC轉換器，并且使用開關磁阻電機的繞組形成電感。開關磁阻電機的運行模式和蓄電池充電模式從時間軸上分開，采用了分時復用的方法。開關磁阻電機的運行模式和蓄電池充電模式的切換可以采用具有接觸器功能的開關部件(或其他包括電力電子的開關裝置)連接或斷開電網連接線和特定的連接點處理。開關磁阻電機的運行模式和蓄電池充電模式的正常運行是通過控制器對電力電子器件的控制完成，在充電時，開關磁阻電機的使用兩相繞組來構建無橋的功率因數校正升壓器，且使用剩余相構建蓄電池充電所需的升降壓DC-DC直流變換來提供電池所需要的電壓和電流。本實施例中的方案可以通過開關磁阻電機的元件和直流變換器的元件來驅動電機和提供蓄電池充電功能，因此該設備能克服外置蓄電池充電裝置的缺點。
[0038]實施例2:
[0039]作為進一步的實施方式，本實施例中提供一種集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，在上述實施例的基礎上，本實施例中的功率變換裝置還包括鎖定結構，充電時通過所述鎖定結構把轉子固定。由于開關磁阻電機的相電感隨轉子的位置改變而改變，因此固定電機轉子的位置有助于減少相電感隨轉子位置的變化量。一般來說，充電時可以將所述的轉子固定任何一個位置。通過對該裝置的分析，充電時將所述轉子固定在設置接觸器開關的電機繞組所對應的電機相的定子極中心線與轉子極中心線相互重合的位置是一個較好的充電位置，其它位置也同時適合充電。由于充電電流會產生磁場使得電機轉子振動或轉動，本發明將采用機械剎車結構把轉子固定在特定的位置改善充電的效果。當在充電模式的情況中，充電電流將通過開關磁阻電機的繞組，由于電機不同繞組的相位引起的開關磁阻電機的轉子轉動或振動。實踐中，可以通過增加一個機械剎車把轉子固定在一些特定的位置來消除充電時的影響。
[0040]此外，作為可以替換的實施方式，本實施例中的接觸器可以為機械接觸器、電力接觸器或特殊的接觸器結構等。
[0041]本實施例中的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，參考圖1，所述電網接口是指提供與電網相連接觸式接口，所述集成電機驅動-充電模塊包括電力電子開關器，半導體二極管，接觸器、電容和電機本體。所述的蓄電池包括蓄電電池組。所述的控制模塊包括數字處理器(或微機處理器)和驅動電路等。參見圖2，集成電機驅動-充電模塊包括3個H形狀的非對稱半橋，每個半橋都由半導體開關器件(Qah和QpQbh和QpQch和Qa)半導體二極管(Dah和D&、DBH和DpDai和Da)和開關磁阻電機中的一相繞組(A相繞組、B相繞組、C相繞組)組成，其中半導體開關器件應用IGBT或者MOSFET等相關的開關器件，并且上述半導體開關器件帶有并聯的二極管。本發明的設備也包括能量儲存裝置(蓄電池)、連接到母線上的電容C1和電容C2、還有接觸器。接觸器通過機械結構把接觸器兩端斷開。交流電網通過一個插頭接入到本發明設備。插頭的一根線接到二極管D&的陰極上，另一根線接到二極管D&的陰極上。
[0042]該裝置有兩種運行模式:驅動模式和充電模式。
[0043]當本發明裝置運行在驅動模式時，交流電網和電網的接口斷開，并且接觸器處于閉合狀態。如圖2，兩個直流電容處于并聯結構，而且蓄電池直接給3個不對稱半橋供電。系統通過控制板和驅動板直接控制電力電子開關器件驅動電機按照指定的狀態運行。
[0044]當本發明裝置運行在充電模式時，交流電網和電網的接口接通，并且接觸器處于打開狀態。這時候，兩個直流電容被接觸器分開，在兩個電容上形成兩個不同的直流電壓，每個電容兩端的電壓通過系統對電力電子開關器件的控制和不同負載情況而定。如圖2，電機繞組A所在不對稱半橋、電機繞組B所在的不對稱半橋和電容C1組成無橋臂的升壓電路。交流電源通過電網的插頭接入到該裝置上。系統通過控制板和驅動板直接控制橋臂上的電力電子開關器件‘和‘的控制可以實現功率因素校正功能和根據負載情況實現電容C1兩端的穩定電壓。此時的電容C1的電壓高于輸入電網電壓的峰值。由于接觸器打開，電容C2兩端的電壓跟電容C1兩端的電容不再相等。系統裝置可以通過控制電機繞組C所在不對稱半橋上的電力電子開關器件Qai和Qa來控制蓄電池充電的電流和功率。
[0045]如圖3，所示驅動板和控制器組成控制器模塊，它提供電力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。
[0046]在裝置充電的過程中，電動機的繞組通入充電電流，電流在電機中產生磁場。根據開關磁阻電機的運行原理，由此對于轉子可以在能量存儲的充電期間在磁場的作用下振動或開始旋轉。這些不必要的振動和旋轉將增加能量存儲過程中的損耗，同時也干擾了能量存儲過程。為了提高能量存儲的效率和穩定性，本裝置采用機械剎車結構把轉子固定在特定的位置改善充電的效果。這個特定的位置是負責控制蓄電池充電的電機繞組所對應的電機相的定子極中心線與轉子極中心線相互重合的位置。如圖4，機械剎車的結構固定在電機的定子外殼上，通過機械鎖定結構把轉子固定上述位置，保證能量存儲的高效和穩定運行。
[0047]實施例3:[0048]本實施例中的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，針對四相電機設置，因此其包括四相電機繞組，參見圖5，包括繞組A、B、C、D，形成4個H形狀的非對稱半橋。每個半橋都由半導體開關器件(Qm和Al、Qbh和Qbl、Qqi和Qc:l、Qdh和QDl)、半導體二極管(Dah和DpDbh和DpDai和Da、DDH和Dm)、和開關磁阻電機中的一相繞組(A相繞組、B相繞組、C相繞組、D相繞組)組成，其中半導體開關器件應用IGBT或者MOSFET等相關的開關器件，并且開關器件帶有并聯的二極管。還包括能量儲存裝置(蓄電池)、連接到母線上的電容C1和電容C2、還有接觸器，接觸器通過機械結構把接觸器兩端斷開。所述接觸器開關設置在兩個不對稱半橋電路中，此處設置在繞組C和繞組D所在的不對稱半橋電路中間，所述接觸器的一側連接電力電子開關器件Qdh和Qai的集電極，所述接觸器的另一側連接不對稱半橋Da^P 陰極。交流電網通過一個插頭接入到本裝置設備。插頭的一根線接到二極管D&的陰極上，另一根線接到二極管D&的陰極上。充電電容C2并聯在電池的兩端，穩壓電容C1并聯到二極管Dbh的陰極和電力電子開關器件的發射極。
[0049]該裝置有兩種運行模式:驅動模式和充電模式。當本發明裝置運行在驅動模式時，交流電網和電網的接口斷開，并且接觸器處于閉合狀態，兩個直流電容C1和C2處于并聯結構，而且蓄電池直接給4個不對稱半橋供電。系統通過控制板和驅動板直接控制電力電子開關器件驅動電機按照指定的狀態運行。
[0050]當本發明裝置運行在充電模式時，交流電網和電網的接口接通，并且接觸器處于打開狀態。這時候，兩個直流電容C1和C2被接觸器分開，在兩個電容上形成兩個不同的直流電壓，每個電容兩端的電壓通過系統對電力電子開關器件的控制和不同負載情況而定。如圖5，電機繞組A所在不對稱半橋、電機繞組B所在的不對稱半橋和電容C1組成無橋臂的升壓電路。交流電源通過電網的插頭接入到該裝置上。系統通過控制板和驅動板直接控制橋臂上的電力電子開關器件Q&和Q&的控制可以實現功率因素校正功能和根據負載情況實現電容C1兩端的穩定電壓。此時的電容C1的電壓高于輸入電網電壓的峰值。由于接觸器打開，電容C2兩端的電壓跟電容C1兩端的電容不再相等。系統裝置可以通過控制電機繞組C和電機繞組所在不對稱半橋上的電力電子開關器件(Qo!、Qcl> Qdh、和Qdl)來控制蓄電池充電的電流和功率。
`[0051]本實施例所述的裝置充電的過程中，電動機的繞組通入充電電流，電流在電機中產生磁場。根據開關磁阻電機的運行原理和磁阻轉子，由此對于轉子可以在能量存儲的充電期間振動或開始旋轉。這些不必要的振動和旋轉將增加能量存儲過程中的損耗，同時也干擾了能量存儲過程。為了提高能量存儲的效率和穩定性，本裝置采用鎖定結構把轉子固定在特定的位置改善充電的效果。這個特定的位置是負責控制蓄電池充電的兩個電機繞組C和電機繞組D對應的電機相的定子極之間中心線的與轉子極中心線相互重合的位置。如圖4,機械剎車的結構固定在電機的定子外殼上，通過機械的鎖定結構把轉子固定上述位置，保證能量存儲的高效和穩定運行。
[0052]作為四相電機的另外一個實施方式，如圖6所不，開關部件也可以設置在一相電機繞組和不對稱半橋電路中，也可以實現該方案的功能。在該電路圖中，所述接觸器開關設置在C相繞組所在的不對稱半橋電路中，其一端連接電力電子開關器件Qdh的集電極、所述接觸器的另一側連接不對稱半橋Dai的陰極。在該實現方式中，C相繞組和D相繞組和互換，均能實現本發明的目的。[0053]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于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。這里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于本發明創造的保護范圍之中。
【權利要求】
1.一種集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，包括至少三相電機繞組，在每相電機繞組處形成一個不對稱半橋電路，所述不對稱半橋電路包括:一相電機繞組，所述電機繞組的一端與第一電力電子開關器件的第一電極和第一二極管的陰極連接，另一端與第二電力電子開關器件的第二電極和第二二極管的陽極連接，且第一電力電子開關器件的第二電極與第二二極管的陰極連接，第二電力電子開關器件的第一電極與第一二極管的陽極連接；每個電機繞組形成的不對稱半橋電路并聯設置在儲能模塊的兩端，穩壓電容與所述不對稱半橋電路并聯，其特征在于:在儲能模塊的兩端并聯設置有充電電容，交流電網的兩根輸出線分別與兩個不對稱半橋電路的第一電力電子開關器件的第一電極連接；在另外的至少一個不對稱半橋電路中，在其第一電力電子開關器件的第二電極與第二二極管的陰極之間設置有開關部件，所述穩壓電容和充電電容分別位于所述開關部件的兩側。
2.根據權利要求1所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于:驅動模式下，交流電網通過電網接口斷開且開關部件閉合；充電模式下，交流電網通過電網接口連接且開關部件斷開。
3.根據權利要求1或2所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，所述開關部件為接觸器開關或雙向導通電力電子模塊。
4.根據權利要求1-3任一所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于:還包括鎖定結構，充電時通過所述鎖定結構把轉子固定。
5.根據權利要求4所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于:充電時將所述轉子固定在設置接觸器開關的電機繞組所對應的電機相的定子極中心線與轉子極中心線相互重合的位置。
6.根據權利要求1-5中任一所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于:所述電力電子開關器件并聯設置有二極管；所述電力電子開關器件為IGBT，所述第一電極為發射極，所述第二電極為集電極；或所述電力電子開關器件為MOSFET,所述第一電極為源極,所述第二電極為漏極。
7.根據權利要求1-6任一所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于其包括三相電機繞組、四相電機繞組及四相以上的電極繞組。
8.根據權利要求7所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于:電機繞組為四相時，所述接觸器開關設置在與交流電網不連接的其他兩個不對稱半橋電路中，所述接觸器開關的一側連接兩個不對稱半橋的第一電力電子開關器件的第二電極，所述接觸器開關的另一側連接兩個不對稱半橋的第二二極管的陰極。
9.根據權利要求7所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于:電機繞組為三相，包括A相繞組、B相繞組和C相繞組，所述接觸器開關設置在C相繞所在的不對稱半橋電路中，所述電網接口的一端連接交流電網，另一端分別與A相電機繞組所在的不對稱半橋電路的第一二極管的陰極、B相電機繞組所在的不對稱半橋電路的第一二極管的陰極連接。
10.根據權利要求1-9任一所述的集成開關磁阻電機驅動和電池充電的功率變換裝置，其特征在于:每個不對稱半橋電路的第一電力電子開關器件和第二電力電子開關器件分別與控制器和驅動板連接。
【文檔編號】H02J7/00GK103647483SQ201310688296
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】梁嘉寧, 徐國卿, 蹇林旎, 李衛民, 常明 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院