背景技術(shù)：

1、本申請(qǐng)總體上涉及外部激勵(lì)同步電機(jī)(eesm)的脈沖式控制，并且更具體地涉及升壓電路和方法，用于(1)當(dāng)eesm在導(dǎo)通脈沖之后轉(zhuǎn)變到關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，收集儲(chǔ)存在轉(zhuǎn)子繞組中的勵(lì)磁能量，(2)將所收集的勵(lì)磁能量?jī)?chǔ)存在存儲(chǔ)裝置上，(3)“增補(bǔ)”所儲(chǔ)存的能量以彌補(bǔ)功率傳遞中引起的損耗，以及(4)正當(dāng)eesm在下一個(gè)脈沖中轉(zhuǎn)變到導(dǎo)通時(shí)，將所收集和儲(chǔ)存的勵(lì)磁能量作為“升壓電壓”供應(yīng)到轉(zhuǎn)子，升壓電壓幫助轉(zhuǎn)子快速克服其啟動(dòng)電感，迅速接通轉(zhuǎn)子，使得在下一個(gè)脈沖開始時(shí)從關(guān)斷狀態(tài)到導(dǎo)通狀態(tài)的轉(zhuǎn)變時(shí)間要快得多。

2、大多數(shù)eesm通常包括具有多個(gè)極子的定子以及轉(zhuǎn)子，可以作為發(fā)電機(jī)或馬達(dá)進(jìn)行操作。當(dāng)作為馬達(dá)進(jìn)行操作時(shí)，電能被轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。當(dāng)作為發(fā)電機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，機(jī)械能被轉(zhuǎn)化為電能。因此，本文使用的術(shù)語“eesm”、“電機(jī)”或簡(jiǎn)稱為“機(jī)器”旨在廣泛地解釋為意思是電動(dòng)馬達(dá)和發(fā)電機(jī)兩者。

3、電機(jī)具有相對(duì)較高的能量轉(zhuǎn)換效率，前提是它們?cè)谄渥罴巡僮髫?fù)載處或接近其最佳操作負(fù)載進(jìn)行操作。然而，當(dāng)在低于它們的最佳操作負(fù)載的情況下操作時(shí)，它們的能量轉(zhuǎn)換效率低得多。由于在許多應(yīng)用中要求電機(jī)在低于其最佳操作負(fù)載的情況下操作，因此機(jī)器的整體操作效率低于其可能的效率，這意味著浪費(fèi)能量。

4、電機(jī)的脈沖控制是改進(jìn)效率的已知方法。在低于給定機(jī)器的峰值效率范圍的操作條件下，電機(jī)在脈沖式操作期間被間歇地從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變到導(dǎo)通狀態(tài)。通過控制導(dǎo)通脈沖的量值、占空比和頻率，可以控制電機(jī)以生成所需的輸出，同時(shí)僅在其峰值效率范圍內(nèi)操作。因此，與低于機(jī)器的峰值效率范圍的傳統(tǒng)連續(xù)操作相比，改進(jìn)了整體效率。

5、脈沖式機(jī)器控制機(jī)器的問題是，對(duì)于每個(gè)脈沖都需要相對(duì)大量的能量和時(shí)間來使給定電機(jī)的轉(zhuǎn)子從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變到導(dǎo)通狀態(tài)。

6、因此，存在對(duì)于每個(gè)脈沖將脈沖式控制電機(jī)快速且有效地從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變到導(dǎo)通狀態(tài)的需求，從而以更高的效率水平操作此類電機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)涉及外部激勵(lì)同步電機(jī)(eesm)的脈沖式控制，包括升壓電路和方法，用于(1)當(dāng)eesm在導(dǎo)通脈沖之后轉(zhuǎn)變到關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，收集儲(chǔ)存在轉(zhuǎn)子的電感器中的勵(lì)磁能量，(2)將所收集的勵(lì)磁能量被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置上，(3)“增補(bǔ)”所儲(chǔ)存的能量以彌補(bǔ)功率傳遞中引起的損耗，以及(4)正當(dāng)eesm在下一個(gè)脈沖中轉(zhuǎn)變到導(dǎo)通時(shí)，將所收集和儲(chǔ)存的勵(lì)磁能量作為“升壓電壓”供應(yīng)到轉(zhuǎn)子，升壓電壓幫助轉(zhuǎn)子快速克服其啟動(dòng)電感，迅速接通轉(zhuǎn)子，使得在下一個(gè)脈沖開始時(shí)從關(guān)斷狀態(tài)到導(dǎo)通狀態(tài)的轉(zhuǎn)變時(shí)間要快得多。

技術(shù)特征：

1.一種電機(jī)，其包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其進(jìn)一步被配置為在調(diào)節(jié)模式下操作，其中當(dāng)所述機(jī)器在所述導(dǎo)通脈沖期間處于所述導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，使用滯后或任何其他類型的開/關(guān)控制來將通過所述轉(zhuǎn)子繞組的目標(biāo)操作電流保持在期望水平。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其進(jìn)一步被配置為在收集模式下操作，其中在所述電機(jī)從導(dǎo)通脈沖期間的所述導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到介于所述導(dǎo)通脈沖之間的所述關(guān)斷狀態(tài)期間，在所述轉(zhuǎn)子繞組中保持的所述能量被收集并儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)裝置上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其進(jìn)一步包括“增補(bǔ)”模式，其中來自電源的額外能量被添加到儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)裝置上的所述升壓電壓。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)，其中當(dāng)所述電機(jī)處于所述導(dǎo)通脈沖期間的所述導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)向所述存儲(chǔ)裝置提供的所述額外能量。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)，其中當(dāng)所述電機(jī)處于介于所述導(dǎo)通脈沖之間的所述關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)向所述存儲(chǔ)裝置提供的所述額外能量。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其進(jìn)一步被配置為在升壓模式下操作，其中在所述下一個(gè)導(dǎo)通脈沖開始時(shí)，在所述電機(jī)從所述關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變到所述導(dǎo)通狀態(tài)期間，所述升壓電壓被提供給所述轉(zhuǎn)子。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中所述存儲(chǔ)裝置是電容器。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)子升壓電路控制器，所述轉(zhuǎn)子升壓電路控制器被配置為選擇性地控制耦合到所述轉(zhuǎn)子繞組的第一端的第一晶體管和耦合到所述轉(zhuǎn)子繞組的第二端的第二晶體管。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子升壓電路控制器被配置為在利用所述升壓電壓對(duì)所述存儲(chǔ)裝置充電時(shí)，選擇性地關(guān)閉所述第一晶體管和所述第二晶體管，以允許保持在所述轉(zhuǎn)子繞組中的所述能量流向所述存儲(chǔ)裝置。

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子升壓電路控制器被配置為使用滯后或任何其他類型的開/關(guān)控制，以在所述電機(jī)在所述導(dǎo)通脈沖期間處于所述導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，通過按需要選擇性地接通和關(guān)閉所述第一晶體管和所述第二晶體管來將經(jīng)過所述轉(zhuǎn)子繞組的目標(biāo)操作電流控制到期望水平，從而將所述目標(biāo)操作電流保持在所述期望水平。

12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子升壓電路控制器進(jìn)一步被配置為調(diào)制所述第一晶體管和所述第二晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷，以使除了從所述轉(zhuǎn)子繞組收集的所述升壓電壓之外，還能夠?qū)碜噪娫吹念~外能量?jī)?chǔ)存在所述存儲(chǔ)裝置上。

13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子升壓電路控制器進(jìn)一步被配置為接通所述第二晶體管和第三晶體管，以使來自所述存儲(chǔ)裝置的所述升壓電壓能夠在所述電機(jī)分別在所述下一個(gè)導(dǎo)通脈沖開始時(shí)從所述關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變到所述導(dǎo)通狀態(tài)期間施加到所述轉(zhuǎn)子繞組。

14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其進(jìn)一步包括電源以在所述下一個(gè)脈沖開始時(shí)向所述轉(zhuǎn)子繞組提供附加于所述升壓電壓的電壓，來自所述電源的所述電壓和所述升壓電壓一起作用以在所述電機(jī)分別在所述下一個(gè)導(dǎo)通脈沖開始時(shí)從所述關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變到所述導(dǎo)通狀態(tài)期間向所述轉(zhuǎn)子繞組通電。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電機(jī)，其中在所述電機(jī)分別在所述下一個(gè)導(dǎo)通脈沖開始時(shí)從所述關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變到所述導(dǎo)通狀態(tài)期間，來自所述存儲(chǔ)裝置的所述升壓電壓隨著所述轉(zhuǎn)子繞組被通電而耗散。

16.一種操作電機(jī)的方法，所述方法包括：

17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中從所述轉(zhuǎn)子繞組收集的所述能量源自于由所述轉(zhuǎn)子繞組生成的反電動(dòng)勢(shì)(bemf)。

18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，其中在所述存儲(chǔ)裝置上儲(chǔ)存所述升壓電壓進(jìn)一步至少部分地源自于來自電源的能量。

19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括當(dāng)所述電機(jī)從所述關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變到所述下一個(gè)脈沖期間的所述導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，除了所述升壓電壓之外，還向所述轉(zhuǎn)子繞組施加來自電源的電壓，所述升壓電壓和來自所述電源的所述電壓一起作用以在所述轉(zhuǎn)變期間向所述轉(zhuǎn)子繞組通電。

20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中當(dāng)所述電機(jī)從所述關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變到所述導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述存儲(chǔ)裝置上的所述升壓電壓隨著所述轉(zhuǎn)子繞組被通電而耗散。

21.根據(jù)權(quán)利要求16至20中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括重復(fù)(a)和(b)，并且在所述電機(jī)的脈沖式操作期間，針對(duì)所述導(dǎo)通脈沖中的每一個(gè)，所述電機(jī)從所述關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變到所述導(dǎo)通狀態(tài)。

技術(shù)總結(jié)
外部激勵(lì)同步電機(jī)(EESM)的脈沖式控制包括升壓電路和方法，用于(1)當(dāng)EESM在導(dǎo)通脈沖之后轉(zhuǎn)變到關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，收集儲(chǔ)存在轉(zhuǎn)子繞組中的勵(lì)磁能量，(2)將所收集的勵(lì)磁能量?jī)?chǔ)存在存儲(chǔ)裝置上，(3)可選地“增補(bǔ)”儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置上的所收集的勵(lì)磁能量，以及(4)正當(dāng)EESM在下一個(gè)脈沖中轉(zhuǎn)變到導(dǎo)通時(shí)，將所收集和儲(chǔ)存的勵(lì)磁能量作為“升壓電壓”供應(yīng)到轉(zhuǎn)子，升壓電壓幫助轉(zhuǎn)子快速克服其啟動(dòng)電感，迅速接通轉(zhuǎn)子，使得在下一個(gè)脈沖開始時(shí)從關(guān)斷狀態(tài)到導(dǎo)通狀態(tài)的轉(zhuǎn)變時(shí)間要快得多。

技術(shù)研發(fā)人員：P·卡維爾,B·瑪茲達(dá)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：圖拉技術(shù)公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28