專利名稱：集成式發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與電池充電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種集成式發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與電池充電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于車輛的電動(dòng)機(jī)及充電系統(tǒng)必須輕質(zhì)、致密且方便。通常將感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)用于車輛。分離換流器充電系統(tǒng)用于自公用電源線(諸如220VAC壁式插座)對電池充電。第I示現(xiàn)有技術(shù)感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)及電池充電系統(tǒng)100的簡圖。定子120具有與中性節(jié)點(diǎn)125相連接的Y型連接的三組繞線120a、120b及120c。換流器150經(jīng)連接于電 池105與繞線120a、120b及120c之間。通常，通過控制器(第I圖中未圖示)來控制換流器150以將來自電池105的直流(direct current ；DC)功率轉(zhuǎn)化至用于繞線120a、120b及120c的交流(alternating current ；AC)功率，以在轉(zhuǎn)子140上施加扭矩。在所述系統(tǒng)100中，通過連接至公用電源115的分離的AC至DC充電器110來對電池105充電。充電器110經(jīng)連接橫跨電池105。使用此類系統(tǒng)，若經(jīng)集成至車輛或由車輛單獨(dú)地?cái)y帶，則充電器110向車輛添加額外荷重。若與車輛分離，則在方便性或及時(shí)性的充電情形下或在緊急狀況下需要充電器110時(shí)，充電器110可能不存在。需要用于電動(dòng)車輛的輕質(zhì)且方便的充電系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在一可能實(shí)施例中，提供了一種用于與電池相連接的發(fā)動(dòng)機(jī)充電系統(tǒng)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)充電系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)子及定子。所述定子具有共同連接于中性節(jié)點(diǎn)的Y型連接的繞線。換流器經(jīng)連接于電池總線與所述定子繞線之間。開關(guān)經(jīng)連接于所述繞線中以便能夠使所述繞線中的兩組繞線自所述中性節(jié)點(diǎn)斷開，且使所述兩組繞線連接至單相交流電源連接器。在一替代實(shí)施例中，提供了一種用于與電池相連接的發(fā)動(dòng)機(jī)充電系統(tǒng)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)充電系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)子及定子。所述定子具有delta H-橋連接繞線。所述delta H-橋包括位于一側(cè)的換流器及位于另一側(cè)的一切換構(gòu)件，與此同時(shí)各組繞線經(jīng)連接于換流器極開關(guān)與切換構(gòu)件極開關(guān)之間。交流電源端口經(jīng)連接至所述繞線，以使得當(dāng)所述切換構(gòu)件斷開時(shí)所述交流電源端口通過所述繞線及所述換流器連接至所述電池總線。各種實(shí)施例可包括相間變壓器。


參閱以上說明、隨附的權(quán)利要求書及附圖將更好地了解本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)，在圖式中第I不現(xiàn)有技術(shù)感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)及電池充電系統(tǒng)的簡圖；第2示用于單相Y型連接的定子繞線的感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)及電池充電系統(tǒng)的簡圖；第3示用于三相delta H-橋配置的繞線的感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)及電池充電系統(tǒng)的簡圖；第4示用于具有相間變壓器的三相delta H-橋配置的繞線的感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)及電池充電系統(tǒng)的簡圖；以及第5示用于三相delta H-橋配置的繞線的感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)及電池充電系統(tǒng)的簡圖。
具體實(shí)施例方式在各種實(shí)施例中，提供了使用集成式再充電的電池/發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)可為包括感應(yīng)任意三相機(jī)器且為DC無刷的。再充電源可為單相、三相或DC，使用任意電壓電平，優(yōu)選使用使得峰值電壓小于電池電壓Vbat的電壓電平。在各種實(shí)施例中，可提供任何功率因子，包括I及-I (反向功率流的單位功率因子)。各種實(shí)施例的某些優(yōu)點(diǎn)包括減小的DC總線波電流、減小的相位漣波電流、去除了相位接觸器及去除了機(jī)器內(nèi)部的繞線中性接合。
斷開的Y型配置(第2圖)第2示用于單相Y型連接的定子繞線220的感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)及電池充電系統(tǒng)200的簡圖。在所述實(shí)施例中，使用單相公用電源215通過繞線220來對電池205充電。雙極開關(guān)210經(jīng)置放于Y型連接繞線220電路以使繞線220a及220b自中性節(jié)點(diǎn)斷開，且使繞線220a及220b通過任選的EMI濾波器212連接至公用電源215。在斷開的Y型配置中，繞線220a及220b用作充電電路中的感應(yīng)器。通過控制器270來控制換流器250以轉(zhuǎn)換通過繞線220a及220b的AC公用電源215。在第2圖中，換流器250通過二極管連接的絕緣柵雙極型晶體管(Insulate GateBipolar Transistors ；IGBTs)組成,所述絕緣柵雙極型晶體管通過控制器270中的柵驅(qū)動(dòng)器275控制。可能存在其它換流器電路。電流傳感器222a及222b可連接至繞線220，以在充電期間感測繞線220a及220b中的電流ia及ib，且在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間判定繞線220a、220b及220c中的電流ia、ib及ic。電流傳感器202感測電池總線電流ibus。控制器270亦具有用于感測橫跨電池205的電壓Vbat及公用電源215的電壓Vab的傳感器輸入。在各種實(shí)施例中，控制器270監(jiān)測公用電壓及繞線220中的控制電流以追蹤AC電壓以便以單位功率因子而結(jié)束。控制器270的另一功能為監(jiān)測至電池205的電流及電池205電壓以調(diào)節(jié)進(jìn)入電池205的電流及/或在某些情況下對電池205進(jìn)行切換以調(diào)節(jié)進(jìn)入電池205的電壓且減小進(jìn)入電池205的電流。在充電期間，可鎖定轉(zhuǎn)子240或?qū)⑥D(zhuǎn)子240固定。在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間，切換開關(guān)210以便繞線220a、220b及220c為Y型連接，從而將公用電源215與繞線220斷開。公用電源215及任選地出現(xiàn)于某些實(shí)施例中的EMI濾波器212可與電路200物理斷開。斷開的delta H-橋配置(第3圖至第5圖)第3示用于三相delta H-橋配置繞線450的感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)及電池充電系統(tǒng)400的簡圖。在所述實(shí)施例中，通過三相公用電源415通過繞線420來對電池405充電。在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式中，對稱地操作開關(guān)450x及450y。在再充電模式中開關(guān)450y保持?jǐn)嚅_。應(yīng)了解，在各種實(shí)施例中可將公用電源415及出現(xiàn)于某些實(shí)施例(未圖示)的再充電濾波器412插/未插于用于充電/發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電路400。因此，應(yīng)該將再充電開關(guān)410置放于與再充電端口 414串聯(lián)。此舉提供了更多的安全性。在再充電期間(或當(dāng)在端口 414處產(chǎn)生DC功率時(shí))可使用任選的再充電開關(guān)410通過任選的再充電濾波器412來連接公用電源415。斷開的delta H-橋配置的某些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)為，相位漣波基頻為2f，且位于漣波/峰值調(diào)變電壓的峰值振幅等于I。此狀況與習(xí)知的I. 15形成對比。因此，某些繞線實(shí)施例中的高頻AC損耗減少了 30%。總線電容器407上的基本漣波從2f增加至4f，且漣波幅度以2*sqrt3的因子減小。在某些實(shí)施例中，可使用子相位及相間變壓器來替換各開關(guān)450x以提供進(jìn)一步的漣波衰減。此舉為某些實(shí)施例中所需要的，以便減小再充電濾波器412的尺寸。第4示用于具有相間變壓器或平均變壓器的三相delta H-橋配置的繞線520的感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)及電池充電系統(tǒng)500的簡圖。使用所述實(shí)施例，以用于發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的六步驟來操作開關(guān)550y (用于再充電模式的三態(tài)斷開)。以用于發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及再充電的脈寬調(diào)變來操作開關(guān)550x。對于各子相而言，工作循環(huán)(duty cycle)長度均相同，但是相對于最近·的相鄰子相而言改變了 +/-T/3。在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式中，與電路400(第3圖)相比較，發(fā)動(dòng)機(jī)繞線520上的諧波電流減小至1/9且頻率增加3倍。由于諧波抵消之故，DC電壓總線中的漣波電流及損耗極低。因?yàn)殡妷杭半娏鹘咏?，所以發(fā)動(dòng)機(jī)損耗降至最低。另外，由于減少了普通模式組件之故，CV2f損耗減少至零。在再充電模式中，通過相間變壓器525a_c的諧波抵消使得最低諧波處于6f，并且電壓與第3圖的電路400相比較減小至1/3。同時(shí)，與第3圖的電路400相比，針對給定電壓漣波，電容濾波器513減小至1/27。另外，可將橫跨公用電源線的大約10微法拉及100微法拉的相間電容器513添加以提供改良的諧波抵消。因此，各種實(shí)施例具有的一大優(yōu)點(diǎn)在于，具有相對較低的漣波及相對較小的濾波器電容。在發(fā)動(dòng)機(jī)較大且定子電感Ls較小的狀況下，尤其如此。通常在各種實(shí)施例中，提供了用于連接至公用電源的端口 514(未圖示于第5圖)。另外在某些實(shí)施例中，端口 514可用于向外部裝置(未圖示)提供AC功率。盡管僅在第4圖所圖示的電路中，以六步驟來切換550y同時(shí)正弦地脈寬調(diào)變(pulse width modulation ；PWM)控制550x以生成正弦相位電流,但可能存在其它實(shí)施例。舉例而言，在其它實(shí)施例中550y可“映射”操作中的550x，在施加于各繞線上的電壓的基頻處而非在切換頻率處切換550y。使用根據(jù)斷開的delta H-橋配置的各種實(shí)施例，再充電電源額定值相對于三相Y型連接電路而言可能減小了 l/sqrt3。另一方面，益處在于，在大部分再充電能量將流向的減小的功率處，磁性損耗極大地減少。隨著ΛΒ減小了 l/(2*sqrt3)且f增加I倍，磁性損耗將減少至1/3以下。在各種實(shí)施例中，通過繞線的充電可能會呈現(xiàn)問題，所述問題包括介于繞線與發(fā)動(dòng)機(jī)殼之間的電容。在所述耦接中可產(chǎn)生普通模式電流。一種解決方案在于，使發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛隔離以預(yù)防在車輛框架上的可引起電擊危險(xiǎn)電流。此解決方案亦可包括不導(dǎo)電固定件及不導(dǎo)電電動(dòng)機(jī)軸，或與不導(dǎo)電固定件及不導(dǎo)電電動(dòng)機(jī)軸相連接的耦接。在一個(gè)可能實(shí)施例中，利用不導(dǎo)電發(fā)動(dòng)機(jī)殼來減少電容性充電的堆積。在某些實(shí)施例中，在充電期間，優(yōu)選為鎖定轉(zhuǎn)子以維持車輛不會無意地移動(dòng)。因?yàn)樵陔妱?dòng)車輛中并非總存在有離合器，可使用轉(zhuǎn)子鎖定機(jī)構(gòu)(未圖示)來鎖定轉(zhuǎn)子。在其它實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子可自定子退回，或在其它實(shí)施例中轉(zhuǎn)子可自鼠籠的斷開連接退回，例如斷路的短路環(huán)。在另一實(shí)施例中，可插入屏蔽以阻塞自繞線至轉(zhuǎn)子的耦接，例如充電時(shí)插于轉(zhuǎn)子與定子之間的導(dǎo)體套管。使用通過單相發(fā)動(dòng)機(jī)的繞線的充電，通常在轉(zhuǎn)子上不存在凈扭力而轉(zhuǎn)子將來回振蕩。對于三相發(fā)動(dòng)機(jī)而言并非如此，因?yàn)橥ㄟ^繞線的充電電流將在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生不定向扭力。第5示用于三相delta H-橋配置的繞線650的感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)及電池充電系統(tǒng)600的簡圖。在各種實(shí)施例中，除在端口 614a-c處提供AC功率之外，也可在端口 614(DC端口 614d)處提供DC功率。DC功率可用于提高再充電電源。盡管第5圖中未圖示，但所述實(shí)施例可包括相間變壓器525 (第4圖)。盡管各個(gè)實(shí)施例中并未圖示各個(gè)特征，但各種實(shí)施例的特征可用于其它實(shí)施例，所述特征為例如控制器、電容濾波器、驅(qū)動(dòng)器、傳感器等。另外，所圖示的各個(gè)特征并非為各個(gè)實(shí)施例所必需，應(yīng)明確識別各個(gè)特征是否為任選的。
應(yīng)注意對“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”的任何提及意謂若希望則可將與實(shí)施例相結(jié)合的所述特別特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)包括于實(shí)施例。在說明中各處所出現(xiàn)的用語“在一實(shí)施例中”并非一定都涉及相同的實(shí)施例。本文所提供的圖解及實(shí)例用于說明目的而非意欲限制隨附權(quán)利要求書的范疇。本揭示案將視為本發(fā)明的原理的例證而非意欲限制所圖示實(shí)施例的本發(fā)明及/或權(quán)利要求書的精神及范疇。熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者將對本發(fā)明進(jìn)行修改用于本發(fā)明的特別應(yīng)用。本專利所包括的論述意欲用作基本說明。讀者應(yīng)該了解特定的論述可能并不能明確描述所有可能的實(shí)施例，且讀者應(yīng)該了解隱含的替代實(shí)施例。同時(shí)，本論述可能并不能完全地闡釋本發(fā)明的一般性質(zhì)且可能并不能明確地顯示各特征或各元件如何事實(shí)上可為代表性的元件或等效的元件。此外，所述狀況隱含地包括于本揭示案。當(dāng)以針對裝置的術(shù)語說明本發(fā)明時(shí)，所述裝置的各元件隱含地執(zhí)行功能。同時(shí)應(yīng)了解在不脫離本發(fā)明的本質(zhì)的情況下可進(jìn)行各種變化。此類變化亦隱含地包括于所述描述中。所述變化仍屬于本發(fā)明的范疇。另外，本發(fā)明及權(quán)利要求書的各種元件中的各元件也可以各種方式達(dá)成。應(yīng)理解本揭示案涵蓋此類各變化，此類變化可為任何設(shè)備實(shí)施例的變體、方法實(shí)施例的變體或甚至僅僅為所述實(shí)施例的任何元件的變體。特定言之，應(yīng)了解，因?yàn)楸窘沂景戈P(guān)于本發(fā)明的元件，所以甚至只要功能或結(jié)果相同，則可通過等效設(shè)備術(shù)語來表述各元件的用詞。應(yīng)該將此類等效、廣泛或甚至更一般的術(shù)語視為涵蓋于各元件或各動(dòng)作的描述中。當(dāng)希望將本專利所保護(hù)的隱含覆蓋范圍表述明確時(shí)，可替換此類術(shù)語。應(yīng)了解，所有動(dòng)作皆可作為用于采取所述動(dòng)作的構(gòu)件或作為導(dǎo)致所述動(dòng)作的元件來表述。類似地，應(yīng)該了解所揭示的各實(shí)體元件涵蓋所述實(shí)體元件所促進(jìn)的動(dòng)作的揭示內(nèi)容。應(yīng)了解此類變化及替代術(shù)語明確地包括于所述描述中。已結(jié)合若干實(shí)施例說明了本發(fā)明，熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者無疑對修改將有所了解。本文的示例性實(shí)施例并非意欲限制，而且可能存在各種配置及特征的組合。因而，除非隨附的權(quán)利要求書有所要求，否則本發(fā)明并不限于所揭示的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的集成式電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述集成式發(fā)動(dòng)機(jī)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包含 a)轉(zhuǎn)子； b)定子，包含共同連接于中性節(jié)點(diǎn)的繞線； c)換流器，連接于電池總線與所述繞線之間； d)單相交流(A/C)電源連接器；以及 e)開關(guān)，連接于所述繞線中以便能夠使所述繞線中的兩組繞線自所述中性節(jié)點(diǎn)斷開，且使所述兩組繞線連接至所述單相交流(A/C)電源連接器。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含用以抑制轉(zhuǎn)子在再充電期間移動(dòng)的構(gòu)件。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中用以抑制轉(zhuǎn)子移動(dòng)的所述構(gòu)件包含轉(zhuǎn)子阻塞機(jī)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中用以抑制轉(zhuǎn)子移動(dòng)的所述構(gòu)件包含用以使所述轉(zhuǎn)子自所述定子內(nèi)退回的構(gòu)件。
5.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中用以抑制轉(zhuǎn)子移動(dòng)的所述構(gòu)件包含用以使所述轉(zhuǎn)子斷路的構(gòu)件。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述轉(zhuǎn)子為包含短路環(huán)的鼠籠轉(zhuǎn)子，且其中用以抑制轉(zhuǎn)子移動(dòng)的所述構(gòu)件包含用以使所述短路環(huán)斷路的構(gòu)件。
7.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中用以抑制轉(zhuǎn)子移動(dòng)的所述構(gòu)件包含用以抑制所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間耦接的構(gòu)件。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中用以抑制所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間耦接的所述構(gòu)件包含介于所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間的屏蔽。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中用以抑制所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間耦接的所述構(gòu)件包含導(dǎo)電套管。
10.一種用于車輛的集成式電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述集成式電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包含 a)轉(zhuǎn)子； b)定子，包含共同連接于中性節(jié)點(diǎn)的繞線； c)換流器，介于電池總線與所述定子之間； d)交流(A/C)電源連接器； e)開關(guān)，連接于所述繞線中以便能夠使所述繞線自所述中性節(jié)點(diǎn)斷開，且使所述繞線連接至用于通過所述繞線的電池充電的所述交流(A/C)電源連接器；以及f)發(fā)動(dòng)機(jī)殼構(gòu)件，用于在電池充電期間通過所述發(fā)動(dòng)機(jī)抑制所述車輛的電容性充電。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中用于抑制所述車輛的電容性充電的所述發(fā)動(dòng)機(jī)殼構(gòu)件包含發(fā)動(dòng)機(jī)殼，所述發(fā)動(dòng)機(jī)殼包含不導(dǎo)電材料。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中用于抑制所述車輛的電容性充電的所述發(fā)動(dòng)機(jī)殼構(gòu)件包含不導(dǎo)電的發(fā)動(dòng)機(jī)固定件。
13.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含不導(dǎo)電的轉(zhuǎn)子軸。
14.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含不導(dǎo)電的轉(zhuǎn)子軸耦接。
15.一種用于車輛的集成式電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述集成式電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包含 a)轉(zhuǎn)子； b)定子,包含deltaH-橋連接的繞線,所述delta H-橋連接的繞線包含 i)換流器，包含第一套多個(gè)開關(guān)對，所述第一套多個(gè)開關(guān)對橫跨電池總線連接，各繞線的第一末端經(jīng)連接于各別開關(guān)對之間；以及 ii)第二套多個(gè)開關(guān)對，所述第二套多個(gè)開關(guān)對橫跨與所述第一套開關(guān)并聯(lián)的所述電池總線連接，各繞線的第二末端經(jīng)連接于各別開關(guān)對之間；以及 C)交流(A/C)電源端口，連接至各繞線的所述第二末端。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含連接于所述繞線與所述換流器之間的相間變壓器。
17.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含連接至所述電池總線的直流電源端口。
18.一種集成式發(fā)動(dòng)機(jī)及電池充電系統(tǒng),所述集成式發(fā)動(dòng)機(jī)及電池充電系統(tǒng)包含 a)轉(zhuǎn)子； b)定子,包含deltaH-橋連接的繞線,所述delta H-橋連接的繞線包含 i)換流器； )切換構(gòu)件，橫跨與所述換流器并聯(lián)的所述電池總線連接；以及 iii)所述繞線，經(jīng)連接于所述換流器與所述切換構(gòu)件之間；以及 c)交流(A/C)電源端口，連接至所述繞線，以使得當(dāng)所述切換構(gòu)件為斷路時(shí)，所述交流(A/C)電源端口通過所述繞線及所述換流器連接至所述電池總線。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含連接于所述繞線與所述換流器之間的相間變壓器。
20.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含連接至所述電池總線的直流電源端口。
21.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中各繞線經(jīng)連接于所述換流器的極開關(guān)與所述切換構(gòu)件的極開關(guān)之間。
全文摘要
本發(fā)明在一可能實(shí)施例中提供了一種用于與電池相連接的發(fā)動(dòng)機(jī)充電系統(tǒng)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)充電系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)子及定子。所述定子具有delta H-橋連接的繞線。所述delta H-橋包括位于一側(cè)的換流器及位于另一側(cè)的切換構(gòu)件，與此同時(shí)各組繞線經(jīng)連接于換流器極開關(guān)(pole switch)與切換構(gòu)件極開關(guān)之間。交流電源端口經(jīng)連接至所述繞線，以使得當(dāng)切換構(gòu)件斷開時(shí)所述交流電源端口通過所述繞線及所述換流器連接至所述電池。
文檔編號H02J7/02GK102844961SQ201080053715
公開日2012年12月26日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者沃利·埃瓦爾德·里佩爾, 斯科特·加勒特·伯曼 申請人:航空環(huán)境公司