专利名称：驱动系统、运行驱动系统的方法以及应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动系统、一种用于运行驱动系统的方法以及一种应用。
背景技术：
已知，由一逆变器给电机馈电，该逆变器由一蓄能器——例如变换器(Umrichter) 的中间电路电容器——供电。也很易理解，在利用电池供电的、具有电动驱动装置的车辆中，由一由电池供电的逆变器给电机馈电。
发明内容
因此本发明的目的是，为蓄能器设置一成本经济的充电电路。根据本发明，该目的通过按权利要求1的特征所述的驱动系统、按权利要求11的特征所述的用于运行驱动系统的方法、以及按权利要求15的特征所述的应用来实现。本发明的驱动系统的重要特征是，该驱动系统包含一电机、一逆变器和至少一个蓄能器，其中，电机可由逆变器馈电，逆变器可由蓄能器供电，其中，电机实施为呈星形接法/星形电路的三相电机，其中，可以从一由次级绕组馈电的整流器将电流输入电机的中性点/星形汇接
占，其中，次级绕组可由初级绕组供电，该初级绕组感应耦合在次级绕组上。对此优点是，可以实现一非常紧凑的充电电路，其中，在次级绕组上甚至可以存在一比为蓄能器充电所需的电压小得多的电压电平。通过使定子绕组通过逆变器与蓄能器相连接并因此可以将定子绕组——例如按照降压变换器的形式——用作充电电路的电感，次级电压的电压电平甚至能够上升到所需的充电电压。换句话说，亦即实现了宽电压供电的充电电路。如果次级电压足够大，亦即高于第一临界值，则能够从次级绕组直接给蓄能器充
H1^ O如果次级电压过大，亦即高于第二临界值(从该第二临界值开始蓄能器有一定可能性被损坏)，则能够通过逆变器导走/分路(Ableiten)电流，即从蓄能器旁路电流。因此可避免蓄能器的退化、过早老化或另外的危险如过热。如果次级电压大于第三临界值，则可以附加地释放另一电流路径，该另一电流路径可以在不具有有源控制装置的情况下实施，通过该另一电流路径可以高安全性地导走电流，以便——特别是以较高的安全等级——可靠地保护蓄能器。如果次级电压低于第一临界值，则优点是，定子绕组也至少部分地具有附加蓄能器的功能并且此外还有助于充电电流的滤波。也就是说可以应用宽电压。因此在耦合恶化或在初级侧的电源网络的电压不稳定或变化的情况下也能够进行充电。甚至能够宽电压运行，也就是说，在不仅频率不同而且有效电压也不同的不同电源网络的情况下都能够充电。在一种优选设计方案中，由一电压-电流变换器、特别是回转器给初级绕组供电， 该电压-电流变换器由一逆变器馈给交流电压，其中，电压-电流变换器如此至少包含一电容和一电感，使得所属的谐振频率基本上与所述交流电压的频率一致，特别是其中电容和电感串联。对此优点是，给初级绕组馈电的单相逆变器的电压源特性变换为电流源特性，由此可以得到基本恒定的电流。通过这种方式，即便在弱感应耦合的情况下可以实现高效地无接触地能量传输到次级线圈上。在一种优选设计方案中，当中性点上的电压超过第一临界值时，充电电流借助一二极管直接由整流器输出到所述或所述多个蓄能器，特别是其中，该第一临界值相当于所述蓄能器的充电电压。对此优点是，不出现另外的损失，而是所有无接触地传输的能量都被用于给蓄能器充电。在一种优选设计方案中，当中性点上的电压低于第一临界值时，充电电流经过至少一个定子绕组和逆变器从整流器被引到所述或所述多个蓄能器，特别是其中逆变器与定子绕组一起可以作为升压器(Hochsetzsteller)运行。对此优点是，次级线圈上的低电压可以升高，并因此尽管电压低也仍能够充电。在一种优选设计方案中，在超过一大于第一临界值的第二临界值的情况下，一开关被闭合，通过该开关，电流从中性点被导走到下侧电位。对此优点是，能设置蓄能器的过充电保护。 在一种优选设计方案中，蓄能器之一或全部蓄能器是电容器、超级电容器或电池。 对此优点是，可以视需求而定地选择确保所计划的应用能工作的电容。在一种优选设计方案中，电机的定子绕组以星形接法相连接。对此优点是，所有定子绕组能以简单的方式用作充电电路的电感。特别是在将与定子绕组连接的逆变器用作升压器的情况下，充电电流能够分摊到各个定子绕组上。因此可以降低电阻(造成)的热损耗功率。在一种优选设计方案中，在中性点和整流器之间设置有一附加电感。对此优点是， 可以用逆变器的较低的接通频率/开关操作频繁度来产生在各个定子绕组中同样大小的电流，由此也可以降低逆变器所包含的半导体开关的开关损耗。此外，还可实现在充电电压和能量源的电压电平之间的较大的电压差。另外有益的是，电流可以分摊到各个定子绕组上并因此可以实现较低的损耗。在一种优选设计方案中，给整流器供电的次级电压的有效值或峰值小于蓄能器的充电电压、尤其也就是小于蓄能器充电所需的电压、特别是逆变器的输入电压。对此优点是，可以将一宽电压能量源用作给开关供电的能量源。运行驱动系统的方法的重要特征是，从一整流器将电流输入电机的中性点，该整流器由次级绕组馈电，其中，从初级绕组无接触地给该次级绕组供电，其中，只要中性点上出现的电压低于第一临界值，便由逆变器形成蓄能器的充电电流，可经过该逆变器特别是以一三相电压系统给电机的定子绕组馈电，该三相电压系统是在马达运行中在从蓄能器给逆变器馈电时产生的。对此优点是，为对能量源充电，可使用这样一种充电方法，该充电方法使用本来就存在的电机的定子绕组。因此不仅可以将宽电压用作次级电压并因此用作充电电路的能量源，而且也是一种非常紧凑的结构，这是因为电机的定子绕组用于充电电路的运行。在一种优选设计方案中，只要中性点上出现的电压高于第一临界值，充电电流便直接从整流器输入蓄能器。对此优点是，没有另外的损耗。在一种优选设计方案中，只要中性点上出现的电压高于一第二临界值(其大于第一临界值并且从超过该第二临界值开始蓄能器有一定可能性被损坏)，便使逆变器的下侧开关中的至少一个开关处于导通状态，由此，电流从整流器经过所属的定子绕组被引出到蓄能器的下侧电位上、特别是亦即保护蓄能器免受来自整流器的电流的损害。对此优点是， 可实现高安全性。在一种优选设计方案中，只要中性点上出现的电压高于第三临界值(其大于第二临界值并且从超过该第三临界值开始蓄能器具有更大可能性被损坏)，则释放另一电流路径，电流从整流器经过该另一路径直接或经由所属的定子绕组被引出到蓄能器的下侧电位上，尤其也就是保护蓄能器免受来自整流器的电流的损害。特别是其中，该另一电流路径由一无源的电路结构形成，特别是其中该另一电流路径包含一晶间管，在该晶间管的控制路径上设置一稳压二极管或一相应的、具有开关阈值的特性的元件。对此优点是，可实现更高的安全性，这是因为可以实施双重的电流导走/ 分流路径。在一种优选设计方案中，能以一可由蓄能器产生的三相电压系统给定子绕组馈电。对此优点是，可以应用常规的逆变器，该常规的逆变器包括三个半桥，这些半桥各具有一个包括两个半导体开关的串联电路，并因此可以实现脉宽调制的控制以便得到半导体开关的马达运行(模式)或发电机运行(模式)。在一种优选设计方案中，脉宽调制或区块换向地(blockkommutiert)控制逆变器，特别是用来以马达或发电机的方式运行电机。对此优点是，可以应用简单的方法。在一种优选设计方案中，脉宽调制地控制逆变器的开关。对此优点是，可以实现简单且低耗费的运行方式，特别是通过将脉宽调制比用作调节量，还能够将充电电压向额定值调节。在一种优选设计方案中，逆变器设计成多相的并且逆变器的开关的控制信号设计成同步的、时间延迟/偏移地同步的或异步的。对此优点是，在同步运行方式下可以实现特别简单的控制，在异步运行方式下可以实现逆变器的半桥以及定子绕组的均勻并且独立的满载/充电(Auslastimg)，在具有时间延迟的同步的运行方式下能够以简单的方式实现半桥和定子绕组的同样的充电。在一种优选设计方案中，蓄能器的再充电周期性地重复，特别是交替地利用电机的马达运行模式或发电机运行模式实施所述再充电。对此优点是，定子绕组仅匹配于在这些运行方式中出现的电流的最大值。作为另选方案，也可以在电机的马达运行方式和发电机运行方式中同时产生充电电流，其中当然定子绕组必须相应选择更强的尺寸。从附属权利要求中得出另外的优点。附图标记列表1 变换器-电机-单元2 充电单元、次级部分
3充电单元、初级部分
Dl二极管
D2二极管
D3二极管
D4二极管
D5二极管
Sl开关
S2开关
S3开关
S4开关
C2电容器
B蓄能器、例如电池
C蓄能器、例如电容器
S插接连接件
M呈星形接法的电机
R继电器
G回转器
Ll次级电感
L2初级电感
MCl第一微控制器
MC2第二微控制器
A控制电子设备
下面根据图详细阐述本发明在图1中以示意电路布置图示出了本发明的装置。
具体实施例方式在此，由并联的、优选实施为电池和/或电容器的蓄能器B和C给一用于给电机M 馈电的逆变器供电。电机M的定子绕组设计为接成星形的三相绕组。因此能以可由逆变器决定的馈电频率给电机供电、也就是说能由一以这个馈电频率转动的三相电压系统给电机供电，通过这种方式可以控制电机的转速或另选地在安装了转角传感器或转速传感器的情况下可以根据所希望的转速或所希望的转矩来调节电机的转速。在发电机运行(模式)中，由电机M产生的能量可经过逆变器输送给蓄能器。逆变器包括三个半桥、即分支对，所述三个半桥分别包含各一个由上侧的和下侧的可控半导体开关形成的串联电路，所述上侧的和下侧的可控半导体开关又分别并联有各一个二极管。优选脉宽调制地控制这些半导体开关。控制电子设备A产生用于半导体开关的控制信号。在马达运行(模式)中，将一具有预定频率的三相电压系统输入电机M，并因此使电机M处于转动状态。
相反，在发电机运行(模式)中，能量可从电机经过逆变器输送给蓄能器B和C并因此可以给蓄能器B和C充电。可是也可以在电机不转动的情况下实施充电。当例如车辆处于停车状态时，初级绕组L2可以从外部与次级绕组Ll感应耦合。该次级绕组Ll是充电单元2的一部分，该充电单元与剩余的电机-变换器-单元1插接连接。初级绕组由回转器G馈电，该回转器又由单相的逆变器馈电，该单相逆变器包含开关Si、S2、S3、S4并且由电容器C2上的直流电压馈电。在此，回转器G将单相逆变器输出侧的电压源特性变换为到次级绕组Ll上的电流源特性。为了断开所供给的能量，设置有一与次级绕组并联的短路器R。如果该短路器R开路，则次级交流电流被输送给包含二极管D2、D3、D4、D5的整流器并且经整流的电流经过二极管Dl被输送给蓄能器B和C。在过电压的情况下或也通常为了保护蓄能器B和C、例如防止过充电，使用所述逆变器来结束充电，其方式是使逆变器的一个或多个下侧的开关、也就是布置在蓄能器下侧电位上的开关处于导通状态，由此经由电机M的中性点SP和电机M的一个或多个定子绕组和所述一个或多个下侧开关导走/分路经整流的交流电流。如果逆变器的所有开关都开路，则经整流的交流电流中的一部分经过中性点SP 和电机M的定子绕组被输送给逆变器的二极管，逆变器的这些二极管对交流电流进行整流并从中得到用于给蓄能器B和C充电的单级电流。在此，定子绕组降低高频分量并且有助于滤波。即使中性点上存在的电压SP小于所需的充电电压，也能够对蓄能器进行充电。因为借助于定子绕组的电感能够实现升压器运行。为此，电机连同逆变器不仅用于单纯的整流而且也作为升压器运行。为此目的，相应地控制开关，从而在蓄能器上可产生一比可由整流器产生的、单极电压的峰值电压高得多的电压。在此，定子绕组的电感在逆变器的半导体开关的切换过程中共同作用并且使蓄能器上的电压幅度可控或在安装有一用于检测蓄能器上的电压的元件的情况下可调。在此，重要参数是逆变器开关的接通频率。尽管电源电压/网路电压的峰值和/或有效值小于蓄能器所需的充电电压，也能够对蓄能器进行充电。在电机的马达运行和/或发电机运行中，如此控制逆变器，使得在电机上存在一三相电压。在此，亦即控制信号彼此依赖，从而在定子绕组上存在所述三相电压。在所描述的充电方式和电机M不驱动或被驱动的情况下可以彼此独立地产生用于半桥开关的控制信号。在此，可以同步实施对逆变器的三个半桥、即分支对的控制。在异步实现控制信号的情况下，能够进一步改善开关的均勻满载/充电。在此，“异步”意味着，分配给各个半桥的控制信号具有不同的频率并因此彼此非同步。借助于在对蓄能器进行充电并且升压器运行时产生的单极电流，特别是在同步电机的实施形式下在电机中产生一保持力矩。借助于闭合逆变器的下侧开关，可以防止电池过充电或过电压。在另一种本发明的实施例中，设置有另一电子开关，该另一电子开关设置在中性点和下侧电位之间或设置在电机接线端子之一和下侧电位之间，也就是与下侧开关之一并联。通过这种方式可以进一步提高安全性。特别是在该另一开关实施为晶间管的情况下可以实现一无源电路、例如包含一稳压二极管或类似元件，利用该无源电路从超过一临界电压开始能够将电流从中性点导走/分路到蓄能器B和C的下侧电位中，该临界电压大于在被超过时逆变器的下侧开关被闭合的临界电压。在另一种本发明的实施例中不是脉宽调制地而是由在图1中没有示出的控制装置区块换向地(blockkommutiert)控制逆变器的开关。在另一种本发明的实施例中，即便在电机M的马达运行中也能以所描述的方式给蓄能器输入电流，从而使蓄能器的容量缓慢上升，亦即上述充电电流可用于至少部分地给逆变器馈电。当然为此定子绕组和整流器的二极管必须相应选择更结实的尺寸。在另一种本发明的实施例中，由所述蓄能器给多个逆变器供电，这些逆变器分别给各一个电机馈电，其中经过第一电机或多个电机的一定子绕组，蓄能器以上面描述的方式分别与相应定子绕组上的一用于受控制地输入电流的开关相连接。在另一种本发明的实施例中，在中性点SP和整流器(D2、D3、D4、D5)之间插入有一附加电感L，该附加电感的电流能由一可控开关影响。在此该开关基本相当于降压变换器/ buck变换器，然而其中至少定子绕组的中性点上的电感L和定子绕组被设置作为电感并且逆变器与蓄能器一起用作为负载。该开关、优选半导体开关并联有一二极管，其中该并联电路经过串联的二极管与单极电压的下侧电位相连接。通过这种方式现在能够借助于该开关将交流电流输送给中性点，从而能经过逆变器1的二极管将充电电流输送给蓄能器。因此能够对蓄能器进行充电。在本发明中，定子绕组对经过该开关输入的电流进行滤波并且定子绕组也是一个附加的蓄能器。
权利要求
1.一种驱动系统，包含电机、逆变器、蓄能器，其中，所述电机能由所述逆变器馈电，所述逆变器能由所述蓄能器供电， 其中，所述电机实现为呈星形接法的三相电机， 其特征在于，所述电机的中性点能够从一整流器输入电流，该整流器由一次级绕组馈电， 其中，所述次级绕组能由一初级绕组供电，该初级绕组设置成与所述次级绕组感应耦I=I O
2.根据上述权利要求中至少一项所述的驱动系统，其特征在于，所述初级绕组由一电压-电流转换器、特别是回转器供电，该电压-电流转换器由一逆变器馈给交流电压，其中，所述电压-电流转换器如此至少包含一电容和一电感，使得相应的谐振频率基本上与所述交流电压的频率一致，特别是其中，电容和电感串联。
3.根据上述权利要求至少一项所述的驱动系统，其特征在于，在中性点上出现的电压超过第一临界值时，充电电流借助于一二极管直接从整流器输出到所述蓄能器上，特别是其中，所述第一临界值相当于所述蓄能器的充电电压。
4.根据上述权利要求中至少一项所述的驱动系统，其特征在于，在中性点上的电压低于第一临界值时，充电电流经过至少一个定子绕组和所述逆变器从所述整流器被引到所述蓄能器，特别是其中，所述逆变器与所述定子绕组一起能够作为升压器运行。
5.根据上述权利要求中至少一项所述的驱动系统，其特征在于，在超过一大于所述第一临界值的第二临界值时，一开关被闭合，经过该开关，电流从中性点被导走到下侧电位， 特别用以防止所述蓄能器过充电。
6.按照上述权利要求中至少一项所述的驱动系统，其特征在于，至少一个蓄能器实施为电容器、超级电容器和/或电池。
7.按照上述权利要求中至少一项所述的驱动系统，其特征在于，所述电机的所述定子绕组以星形接法相连接。
8.按照上述权利要求中至少一项所述的驱动系统，其特征在于，在所述中性点和给该中性点馈电的所述整流器之间设置有一附加电感。
9.按照上述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述逆变器与一定子绕组或所述定子绕组、特别是与所述附加电感一起形成一升压器，特别是，该升压器从所述整流器被输入电流并且该升压器给所述蓄能器提供充电电流。
10.按照上述权利要求中至少一项所述的驱动系统，其特征在于，供应给所述整流器的、出现在所述次级绕组上的电压的有效值或峰值小于所述蓄能器的充电电压，尤其也就是小于所述蓄能器充电所需的电压、特别是所述逆变器的输入电压。
11.一种用于运行——特别是按照上述权利要求中至少一项所述的——驱动系统的方法，该方法包含一能由蓄能器供电的电机， 其中使所述电机以星形接法工作， 其特征在于，将电流从一整流器输入所述电机的中性点，该整流器由一次级绕组馈电， 其中，所述次级绕组由一初级绕组无接触地馈电，其中，只要中性点上出现的电压低于第一临界值，便由一逆变器形成所述蓄能器的充电电流，能经过该逆变器——特别是以在马达运行中在由所述蓄能器给所述逆变器馈电时产生的三相电压系统——给所述电机的定子绕组馈电。
12.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，只要中性点上出现的电压高于第一临界值，便直接从所述整流器将充电电流输入所述蓄能器，和/或只要中性点上出现的电压高于一大于所述第一临界值且被超过时蓄能器有一定可能性被损坏的第二临界值，便使逆变器的下侧开关中的至少一个处于导通状态，由此将电流从所述整流器经过相应的定子绕组引出到蓄能器的下侧电位上，特别是亦即防止来自整流器的电流损坏蓄能器，和/或只要中性点上出现的电压高于一大于第二临界值且被超过时蓄能器具有更大可能性被损坏的第三临界值，便释放另一电流路径，经过该另一电流路径将电流从所述整流器直接或经过相应的定子绕组引出到蓄能器的下侧电位上，特别是亦即防止来自整流器的电流损坏蓄能器，特别是其中，由一无源电路结构形成该另一电流路径，特别是其中该另一电流路径包含一晶间管，在该晶间管的控制路径中设置一稳压二极管或一具有开关阈值的特性的相应部件。
13.按照上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，特别是为了以马达或发电机的方式运行所述电机，脉宽调制或区块换向地控制所述逆变器，和/或所述逆变器实施成多相的，并且在给蓄能器充电时将用于所述逆变器的所述开关的控制信号设计成同步的、时间延迟地同步的或异步的。
14.按照上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述蓄能器的再充电周期性地重复，特别是所述再充电交替地利用电机的马达运行模式或发电机运行模式进行。
15.电机的定子绕组作为用于给蓄能器充电的充电电路——特别是降压转换器或升压器——的电感的应用。
全文摘要
本发明涉及一种驱动系统和用于运行驱动系统的方法，该驱动系统包含电机、逆变器、蓄能器，其中电机可由逆变器供电，逆变器可从蓄能器馈电，其中可给电机的至少一个定子绕组输入一可由开关控制的电流，该电流由不同于蓄能器的电能源供电。
文档编号B60L11/18GK102365188SQ201080015344
公开日2012年2月29日 申请日期2010年3月17日 优先权日2009年3月27日
发明者H·J·科拉尔, J·施密特, J·马伦, L·波德别尔斯基, M·莱万多夫斯基, M·豪克 申请人:索尤若驱动有限及两合公司