专利名称：一种集成开关磁阻电机驱动与低压电池充电的变换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种开关磁阻电机驱动系统，具体地说是ー种集成了开关磁阻电机驱动与低压电池充电变换装置。
背景技术：
开关磁阻电机是ー种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。现有技术中开关磁阻电机的驱动电路，主要包括直流电源、直流电容、N相电机绕组、上部的开关器件，下部的开关器件，上部的续流ニ极管以及下部的续流ニ极管。上述的直流电容主要作用是给整流电路或电池提供缓冲，稳定直流母线电压。N相电机绕组通过开关器件和续流ニ极管并联到直流母线上。上述的上部开关器件和下部的续流ニ极管连接到相绕组一端，上述的下部开关器件和下部的续流ニ极管连接到相绕组的另一端。 上述的开关磁阻电机驱动电路广泛应用在家庭和エ业上，但是此电路只满足了驱动电机的需求，对于使用日益频繁的电动设备(如机器人、电动汽车、电动除草机等)，还需要对储能电源进行充电。上述开关磁阻电机驱动电路，无法满足充电的需要。为此，中国专利文献CN201956913U中公开了ー种集成开关磁阻电机驱动和充电变换装置，包括储能模块和与所述储能模块串联的驱动模块，还包括整流模块，与电网连接，且与所述驱动模块连接；控制模块，分别与所述储能模块、所述驱动模块变流模块连接，井根据预设程序来控制整流模块的整流工作，并控制整流模块对所述储能模块的充电，以及控制整流模块和储能模块对外供电。在该技术方案中，将充电模块和开关磁阻电机的驱动集成到一起，实现了对储能设备的充电。但是，该技术方案只适用于交流电源，特别是接入交流电网充电。根据接入电网的设备都要符合相应的功率因数要求，该方案重点放在高压电池的充电控制和功率因数控制。对于电动汽车，车载充电器能使电动汽车从电网的插头取电，对电动汽车的蓄电池进行充电。一般的电动汽车上需要多个电机驱动系统来满足不同负载(如轮胎、风叶等)的要求。目前，电动汽车内采用双电源系统，一个是提供给高压驱动电机工作的高压蓄电池，另ー个是提供给车体内ー些低压设备的低压蓄电池。由于低压电池容量较低，一般采用高压电池给低压电池补充电能的方式，因此在电动汽车内需要单独设置ー个将高压电转换为低压电的设备，包括DC-DC变换器以及充电的驱动设备等等电气元件。这样，电动汽车内部的线路以及电气设备就变得复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中开关磁阻电机驱动与直流电源低压电池充电使用単独设备、浪费设备与空间的技术问题，进而提供集成了开关磁阻电机驱动与直流电源低压电池充电的变换装置。为了解决上述技术问题，本发明提供ー种集成开关磁阻电机驱动与低压电池充电的变换装置包括高压储能模块和与所述高压储能模块连接的驱动模块，以及与所述驱动模块连接的控制模块，所述驱动模块驱动开关磁阻电机的运行，还包括低压储能模块和与所述低压储能模块连接的DC-DC变换模块，所述DC-DC变换模块与所述控制模块和所述驱动模块连接，所述DC-DC变换模块用于将高压储能模块的电能向所述低压储能模块充电，所述控制模块控制所述驱动模块和所述DC-DC变换模块工作。本发明所述的变换装置，所述驱动模块包括至少两个电カ电子开关和至少两个续流ニ极管，用于接收所述控制模块的指令驱动；所述DC-DC变换模块包括一个电カ电子开
关和ー个ニ极管。
本发明所述的变换装置，所述驱动模块包括开关磁阻电机的半桥逆变器和开关磁阻电机的本体。本发明所述的变换装置，所述DC-DC变换模块包括整流単元和与所述整流单元连接的斩波单元。本发明所述的变换装置，所述整流单元为整流器，包括一个ニ极管。本发明所述的变换装置，所述斩波単元包括一个开关器件，所述整流単元的ニ极管的负极与所述开关器件的集电极连接，所述开关器件的发射集与所述低压储能模块的低压电池的正极连接，所述低压电池的负极与所述高压电池的负极连接。本发明所述的变换装置，所述开关器件为三极管或继电器，当所述开关器件为继电器时，整流単元的ニ极管的负极跟继电器的一端连接，继电器的另一端跟低压电池组连接。本发明所述的变换装置，所述变换装置为单相集成开关磁阻电机驱动与低压电池的变换装置或三相集成开关磁阻电机驱动与低压电池变换装置。本发明所述的变换装置，所述单相集成开关磁阻电机驱动与低压电池的变换装置中，所述控制模块为数字控制器或微机控制器，所述驱动模块为两个电カ电子开关和两个续流ニ极管，所述电カ电子开关串联在开关磁阻电机的绕组的两端，所述两个续流ニ极管分别与所述开关磁阻电机的绕组和一个所述的电カ电子开关并联；所述DC-DC变换模块为一个电カ电子开关和ー个ニ极管，所述电カ电子开关和所述ニ极管串联。本发明所述的变换装置，所述三相集成开关磁阻电机驱动与低压电池的变换装置中，所述驱动模块为六个电カ电子开关和六个续流ニ极管，每个电カ电子开关和每个续流ニ极管串联后，并联设置在所述高压储能模块的两极之间，相邻的两组并联线路中，所述电力电子开关和续流ニ极管的串联顺序相反；所述三相电机的每个绕组在相邻的所述并联线路的中心点引出；所述DC-DC变换模块为ー个电カ电子开关和三个ニ极管，所述ニ极管分别与所述绕组串联后，连接到所述电カ电子开关的集电极。本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点
(I)本发明所述的集成开关磁阻电机驱动与低压电池充电的变换装置，包括高压储能模块、驱动模块、控制模块、DC-DC变换模块和低压储能模块，同时集成了开关磁阻电机驱动与低压电池充电的功能，不仅可以节省装置的空间，同时驱动电カ电子器件、驱动信号控制电路，实现了大电容、电感和散热装置等器件的分时复用，大大减低了元件的成本和电路板布线的复杂性，使得其硬件结构更紧凑。此外，通过控制模块实现了高效率的智能电池充电，根据低压储能模块中低压电池的状态实现及时补充电能，安全可靠。
(2)本发明所述的集成开关磁阻电机驱动与低压电池充电的变换装置，高压储能模块存储有高压电池组，低压储能模块存储有低压电池组，所述驱动模块包括开关磁阻电机的半桥逆变器和开关磁阻电机的本体，所述DC-DC变换器模块包括整流単元和与所述整流单元连接的斩波单元，所述的开关磁阻电机半桥逆变器由电カ电子开关器件和ニ极管组成，所述的整流単元由ー个ニ极管组成，所述的斩波単元由ー个电カ电子开关器件组成。该变换装置在驱动模式下，高压电池的能量能通过驱动模块，把电能转化为机械能。在低压电池充电模式下，高压电池的能量通过驱动模块和DC-DC变换器，把高压电池能量转移到电压电池。驱动模块的部分器件同时參加两种模式的能量变换。
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进ー步详细的说明，其中，
图I为集成开关磁阻电机驱动与低压电池充电的变换装置的结构框图；·
图2为单相集成开关磁阻电机驱动与低压电池充电的变换装置的电路示意 图3为三相集成开关磁阻电机驱动与低压电池充电的变换装置的电路示意图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进ー步的描述，但应当说明的是，这些实施例仅用于说明本发明的方法，而并不能将本发明的范围局限于此。下面将通过具体实施例对本发明作进ー步的描述。实施例I :
ー种集成开关磁阻电机驱动与低压电池充电的变换装置，如图I所示，包括高压储能模块、驱动模块、控制模块、DC-DC变换模块以及低压储能模块，其中，所述高压储能模块和所述驱动模块连接，所述驱动模块与DC-DC变换模块连接，所述DC-DC模块与所述低压储能模块连接，所述控制模块与所述驱动模块和所述DC-DC变换模块分别连接。该变换装置实现了开关磁阻电机驱动和DC-DC变换器充电的两种功能的复用。所述高压储能模块内部存储有从电网或其他发电设备产生的能量，是ー个大容量的高压储能器，所述高压储能模块受电池管理系统的控制。所述低压储能模块内部存储有低压电能。所述DC-DC变换模块，可以将所述高压储能模块的电能向所述低压储能模块的电能充电，此处该高压储能模块包括ー个电カ电子开关和ー个ニ极管。所述控制模块根据预设程序控制所述驱动模块和所述DC-DC变换模块工作。所述驱动模块驱动开关磁阻电机的运行，包括电カ电子开关器件和ニ极管，用于接收所述控制単元的指令驱动，驱动模块部分器件也參加高压储能模块的电能向所述低压储能模块的能量变换。所述DC-DC变换模块，将高压储能模块的电能向所述低压储能模块充电，所述控制器控制所述DC-DC变换模块动作，实现高压储能模块向所述低压储能模块充电。高压储能模块作为电源，控制器模块可以从高压储能模块读取相关信息。在本实施例中，所述高压储能模块包括高压储能単元，其内部存储有高压电池组；所述低压储能模块包括低压储能単元，其内部存储有低压电池组。进ー步的，所述驱动模块包括开关磁阻电机的半桥逆变器和开关磁阻电机的本体。所述DC-DC变换器模块包括整流単元和与所述整流单元连接的斩波单元。所述整流单元为整流器，包括一个ニ极管。所述斩波単元包括一个开关器件，所述整流単元的ニ极管的负极与所述开关器件的集电极连接，所述开关器件的发射集与所述低压储能模块的低压电池的正极连接，所述低压电池的负极与所述高压电池的负极连接。此处的所述开关器件为可以为三极管或继电器，当此处的开关器件为继电器时，整流単元的ニ极管的负极跟继电器的一端连接，继电器的另一端跟低压电池组连接。下面分别给出単相集成开关磁阻电机驱动与低压电池变换装置的电路和三相集成开关磁阻电机驱动与低压电池变换装置的电路。实施例2
単相集成开关磁阻电机驱动与低压电池变换装置的电路，如图2所示。所述高压储能模块包括一个高压电池组，所述驱动模块包括电カ电子开关器件 (Ql和Q2)和半导体ニ极管(Dl和D2)，所述控制模块包括数字处理器或微机处理器，所述DC-DC变换模块包括电カ电子开关器件(Q3)和半导体ニ极管(D3)，所述低压储能模块包括ー个低压电池组。各个模块分别与图2中的器件相对应。在本实施例中，所述单相集成开关磁阻电机驱动与低压电池的变换装置中，所述控制模块为数字控制器或微机控制器，所述驱动模块为两个电カ电子开关(Q I和Q 2)和两个续流ニ极管(D I和D 2)，所述电カ电子开关串联在开关磁阻电机的绕组(即第一绕组A)的两端，所述两个续流ニ极管D I和D 2分别与所述开关磁阻电机的绕组和一个所述的电カ电子开关并联；所述DC-DC变换模块为ー个电カ电子开关和ー个ニ极管，所述电カ电子开关和所述ニ极管串联。具体地，所述高压电池组的正极与所述第一开关器件Ql的集电极连接，所述第一开关器件Ql的发射极与第一绕组A的一端连接，所述第一绕组A的另ー端与所述第二开关器件Q2的集电极连接，且通过第一续流ニ极管Dl与所述高压电池正极连接，其中所述第一续流ニ极管Dl的正极与所述第二开关器件Q2的集电极连接，所述第一续流ニ极管Dl的负极与所述高压电池的正极连接，所述第二开关器件的发射极Q2与所述高压电池的负极连接；所述第二续流ニ极管D2的正极与高压电池的负极连接，所述第二续流ニ极管D2负极与第一开关器件Ql的发射极连接。所述DC-DC变换模块包括整流単元和与所述整流单元连接的斩波单元。所述整流单元为整流器，即为第三ニ极管D3，所述的第三ニ极管D3的正极与第二开关器件Q2的集电极连接。所述斩波単元至少包括第三开关器件Q3，所述的第三ニ极管D3的负极与第三开关器件Q3的集电极连接，所述第三开关器件Q3的发射极与低压电池的正极连接。所述的低压电池的负极跟高压电池的负极连接。所述控制模块控制通过控制各开关器件可以实现开关磁阻电机的驱动运行或降压DC-DC变换器的运行。当第三开关器件Q3打开时，第一开关器件Ql和第二开关器件Q2的开合用来控制开关磁阻电机的运行。当第二开关器件Q2打开时，第一开关器件Ql和第三开关器件Q3组合控制电池智能充电的电流。上述的变换装置能实现电机的无极调速和电池的智能充电。实施例3
三相集成开关磁阻电机驱动与低压电池变换装置的电路，如图3所示。所述高压储能模块包括一个高压电池组，所述驱动模块包括电カ电子开关器件(Q1-Q6)和半导体ニ极管(D1-D6)，所述控制模块包括数字处理器或微机处理器，所述DC-DC变换模块包括电カ电子开关器件(Qz)和半导体ニ极管(D7-D9)，所述低压储能模块包括ー个低压电池组。各个模块分别与图3中的器件相对应。 三相集成开关磁阻电机驱动与低压电池充电变换装置的电路示意图。整个系统有电カ电子开关器件和功率ニ极管、电容、蓄电池、电机、电カ电子开关器件驱动板以及控制器组成。高压蓄电池和电容并联在母线上。三个电カ电子开关器件发射极和三个功率ニ极管的负极各自连接在一起组成桥臂，同时桥臂的两端连接到母线上，三相绕组的一端各自连接到这些桥臂的中心点。三个电力电子开关器件集电极和三个功率ニ极管的正极各自连接在一起组成桥臂，桥臂的两端连 接到母线上，三相绕组的另一端各自连接到这些桥臂的中心点。三相绕组的另一端各自连接ニ极管的正扱，且跟三相绕组连接的ニ极管负极连接在一起，形成ー个连接点，这个连接点跟开关器件Qz的集电极相连。电カ电子开关器件Qz的发射极跟低压电池正极连接，且低压电池的负极跟高压电池的正极连接。驱动板和控制器组成控制器模块，它提供电カ电子开关器件的控制信号，同时它也接收整个系统的电流、电压、转子位置和温度等信号。控制器模块跟整车控制器使用CAN通信连接，转矩信号、充电信号从整车控制器获得。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
权利要求
1.ー种集成开关磁阻电机驱动与低压电池充电的变换装置，包括高压储能模块和与所述高压储能模块连接的驱动模块，以及与所述驱动模块连接的控制模块，所述驱动模块驱动开关磁阻电机的运行，其特征在于，还包括低压储能模块和与所述低压储能模块连接的DC-DC变换模块，所述DC-DC变换模块与所述控制模块和所述驱动模块连接，所述DC-DC变换模块用于将高压储能模块的电能向所述低压储能模块充电，所述控制模块控制所述驱动模块和所述DC-DC变换模块工作。
2.根据权利要求I所述的变换装置，其特征在于所述驱动模块包括至少两个电カ电子开关和至少两个续流ニ极管，用于接收所述控制模块的指令驱动；所述DC-DC变换模块包括一个电カ电子开关和ー个ニ极管。
3.根据权利要求I或2所述的变换装置，其特征在于所述驱动模块包括开关磁阻电机的半桥逆变器和开关磁阻电机的本体。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的变换装置，其特征在于所述DC-DC变换模块包括整流単元和与所述整流单元连接的斩波单元。
5.根据权利要求4所述的变换装置，其特征在于所述整流单元为整流器，包括ー个ニ极管。
6.根据权利要求4或5所述的变换装置，其特征在于所述斩波単元包括一个开关器件，所述整流単元的ニ极管的负极与所述开关器件的集电极连接，所述开关器件的发射集与所述低压储能模块的低压电池的正极连接，所述低压电池的负极与所述高压电池的负极连接。
7.根据权利要求6所述的变换装置，其特征在于，所述开关器件为三极管或继电器，当所述开关器件为继电器时，整流単元的ニ极管的负极跟继电器的一端连接，继电器的另ー端跟低压电池组连接。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的变换装置，其特征在于所述变换装置为单相集成开关磁阻电机驱动与低压电池的变换装置或三相集成开关磁阻电机驱动与低压电池变换装置。
9.根据权利要求8所述的变换装置，其特征在于所述单相集成开关磁阻电机驱动与低压电池的变换装置中，所述控制模块为数字控制器或微机控制器，所述驱动模块为两个电カ电子开关和两个续流ニ极管，所述电カ电子开关串联在开关磁阻电机的绕组的两端，所述两个续流ニ极管分别与所述开关磁阻电机的绕组和一个所述的电カ电子开关并联；所述DC-DC变换模块为ー个电カ电子开关和ー个ニ极管，所述电カ电子开关和所述ニ极管串联。
10.根据权利要求8所述的变换装置，其特征在于所述三相集成开关磁阻电机驱动与低压电池的变换装置中，所述驱动模块为六个电カ电子开关和六个续流ニ极管，每个电力电子开关和每个续流ニ极管串联后，并联设置在所述高压储能模块的两极之间，相邻的两组并联线路中，所述电カ电子开关和续流ニ极管的串联顺序相反；所述三相电机的每个绕组在相邻的所述并联线路的中心点引出；所述DC-DC变换模块为ー个电カ电子开关和三个ニ极管，所述ニ极管分别与所述绕组串联后，连接到所述电カ电子开关的集电极。
全文摘要
一种集成开关磁阻电机驱动与低压电池充电的变换装置，包括高压储能模块和与所述高压储能模块连接的驱动模块，以及与所述驱动模块连接的控制模块，还包括DC-DC变换模块，与所述控制模块和所述驱动模块连接；低压储能模块，存储有低压电能，向低压设备供电；所述控制模块根据预设程序控制所述驱动模块和所述低压储能模块工作；所述驱动模块驱动开关磁阻电机的运行，用于接收所述控制单元的指令驱动所述DC-DC变换模块，将高压储能模块的电能向所述低压储能模块充电。同时集成了开关磁阻电机驱动与低压电池充电的功能，不仅可以节省装置的空间，而且实现了器件的分时复用，大大减低了元件的成本和电路板布线的复杂性，使得其硬件结构更紧凑。
文档编号H02P6/08GK102843078SQ20121028806
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月14日 优先权日2012年8月14日
发明者梁嘉宁, 徐国卿, 蹇林旎, 李卫民, 常明, 王亮荣 申请人:深圳先进技术研究院