励磁线圈的放电技术的制作方法

本发明的各种示例一般涉及操作用于对磁性材料进行极化的电路的励磁线圈的驱动器电路装置的技术。各种示例具体涉及经由至少一个电容器使励磁线圈放电。

背景技术：

电马达使用于各种用例中。电马达在其中发现应用的一种情景是皮带驱动的启动器和发马达(bsg)。在此，电马达例如经由内燃机的曲轴来与车辆的内部内燃机耦合。

直流(dc)电源被用来操作电马达。近来，使用具有48v直流供电电压的dc电源已变得流行。

电马达的各种实现是已知的。例如，电马达在爪极设计中的实现是已知的。通常，电马达包括定子和转子，其中转子可以相对于定子移动。励磁线圈被用来极化磁性材料，从而增加转子和定子之间的磁通量。由此，可以增加作用在定子和转子之间的扭矩。

磁性材料的极化对应于沿共同的方向对准磁性材料的磁化；这种状态有时被称为饱和。

流过励磁线圈的电流被用来给励磁线圈充电并使磁性材料朝饱和极化。励磁线圈中的磁场方向与磁性材料中的磁场方向相同。通常，使用软铁磁材料。因此，通过对励磁线圈充电和放电，磁性材料的极化可以在饱和(施加全磁场)和剩磁(没有施加磁场)之间显著变化。

励磁线圈中的电流是dc电流。通常，电流不大于10a。励磁线圈可以由具有显著电感的电感器和与电感器串联连接的电阻器来建模。电感的典型值为几mh到几百mh。

bsg可以在不同的系统状态下操作。第一系统状态有时被称为电动状态；并且第二系统状态有时被称为发电状态。例如，在电动状态下，电马达驱动负载，典型是内燃机；不同地，在发电状态下，电马达由负载驱动——例如由于其质量惯性。作为一般规则，bsg将消耗由dc电源在电动状态下提供的电力；但是将在发电状态下为dc电源供电。例如，在电动状态下，bsg可以提供用于启动内燃机或附加的加速的扭矩。不同地，当不需要内燃机提供扭矩时可以激活发电状态，这可以例如是在车辆的制动或续流期间的情况。在发电状态下，bsg可以充当交流发马达以向dc电源提供电能。例如，电能可以被用于对连接到dc电源的电池充电。

然而，存在向dc电源提供电能导致故障状态甚至损坏系统的风险。例如，可能遇到电池与dc电源断开的情景。然后，由bsg提供的电能不能被用于电池的充电。然后，dc电源上的电压可能超过与安全操作相关联的阈值电压。例如，标称在48v下操作的dc电源的典型阈值电压可以是60v。例如，如果提供给bsg的扭矩为高，则可以快速达到该阈值电压，例如，这可能是针对在车辆的大速度下可能遇到的高速操作的情况。如果达到阈值电压，则可能发生包括损坏电子组件在内的电子组件的故障。

存在本领域中已知的各种技术来减轻到dc电源中的这种过度能量反馈。

一种技术涉及减小励磁线圈中的电流，优选地减小到零。然后，由于较弱的通量耦合，磁性材料被去极化并且在相绕组处的感应电压减小。通常，电马达的设计策略包括设定由于相绕组相对于磁场移动而在相绕组处感应的电压，即所谓的“反电动势电压”bemv，有时也被称为“反电动势”(bemf)，使得在零电流流过励磁线圈时，不超过相应dc电源的阈值电压。bemv是在电枢和由马达的激励线圈产生的磁场之间存在相对运动时在电马达中生成的在任何两个电马达相绕组端子两端的电压。由于bemv具有随着(例如，以每分钟转数rpm所测量的)电马达速度增加而增加的趋势，设计——例如，转子和定子之间的间隙的大小、所使用的磁性材料的形状和磁化等等——通常被设定成使得在所有相关的马达速度下满足该设计约束。例如，48vbsg可以被设计为最大马达速度为16,000rpm：这里，在励磁线圈中的最大电流——例如4a——处的bemv可以达到250v；不同地，在零电流流过励磁线圈的bemv只能达到约50v，其远低于60v的典型阈值电压。从该示例可以清楚地看出，即使对于励磁线圈中很小的剩余电流流动，也存在着由于dc电源处的过电压而引起的电气组件损坏的显著风险。对于最坏情景，在励磁线圈中从最大电流到零电流的典型持续时间(放电时间)可以长达15ms。该数量级的放电时间通常足够长，导致由于过量的过电压被反馈到dc电源而引起电子组件的损坏。

为了减少放电时间，可以采用弱通量技术(有时也被称为磁场定向控制(foc))。例如，foc技术描述于us9,614,473b1或wai，jackson和thomasm.jahns的“用于利用内部pm交流发马达实现宽恒定功率速度操作的新控制技术”(anewcontroltechniqueforachievingwideconstantpowerspeedoperationwithaninteriorpmalternatormachine)，工业应用会议，2001年，第36届ias年会，2001年ieee会议记录，第2卷，ieee，2001。在foc中，控制电流矢量角。采用逆变器。通常，foc的有效性受到逆变器的输出电流能力的限制。例如，可以将6相逆变器的最大输出电流限制为对于每相的150arms。通常，由于逆变器的输出电流能力有限，foc可有助于将励磁线圈电流生成的间隙磁场减小到某一程度，但使用foc将组合的间隙磁场完全减小到零通常是不可能的。然后，励磁线圈中的剩余电流能够足以导致在dc电源上的过度过电压。

此外，为了减少放电时间，可以采用有源短路技术。对于这种技术，3个高侧/低侧开关同步接通，以迫使定子绕组短路一段持续时间。在此持续时间期间，无论马达速度如何，逆变器都不会生成任何电压。在持续时间之后，再次断开开关。经过一段持续时间之后，励磁线圈中的电流减少为零；并且因此，bemv相对较小。然而，有源短路技术的缺点是可以观察到相对大的扭矩。通常，由马达产生的扭矩将遵循并满足来自中央控制单元的所指令的扭矩。然后，当短路时，扭矩可能进一步增加。此外，当短路时，流过开关的电流可以很高。可能导致损坏。另一个缺点包括当进入安全状态时逆变器的复杂性增加；这是因为针对3个高侧/低侧开关的驱动器电路装置必须保持有源，即使在进入其他组件被禁用的安全状态下时也是如此。

技术实现要素：

因此，存在对于操作针对磁性材料的励磁线圈的先进技术的需要。具体地，存在对于一种克服或减轻至少一些上述限制和缺点的先进技术的需要。

独立权利要求的特征满足了这种需要。从属权利要求的特征描述了实施例。

一种用于使用励磁线圈的磁场来极化磁性材料的电路包括端口。端口被配置为提供与dc电源的连接。该电路还包括至少一个电容器。该电路还包括驱动器电路装置，该驱动器电路装置被配置为驱动励磁线圈和至少一个电容器。驱动器电路装置被配置为经由至少一个电容器使励磁线圈放电到dc电源。

一种系统包括用于使用励磁线圈的磁场来极化磁性材料的电路、励磁线圈和包括磁性材料的设备。

一种使磁性材料极化的方法包括经由至少一个电容器使励磁线圈放电。

一种使磁性材料极化的方法包括在励磁线圈中实现电流的上升斜率以使磁性材料极化。该方法还包括在励磁线圈中实现电流的下降斜率以使磁性材料去极化。下降斜率中的电流流过励磁线圈和至少一个电容器。

这些方法可以由用于使磁性材料极化的电路执行。

应当理解，上面提及的特征和下面还要解释的特征不仅可以在所指示的各个组合中使用，而且可以在不脱离本发明的范围的情况下在其他组合中使用或单独使用。

附图说明

图1示意性地图示出了根据各种示例的包括用于极化磁性材料的电路的系统。

图2示意性地图示出了根据各种示例的用于不同马达速度和磁性材料的不同极化的bemv。

图3示意性地图示出了根据各种示例的用于极化磁性材料的电路。

图4示意性地图示出了根据各种示例的用于极化磁性材料的电路。

图5a是根据各种示例的方法的流程图。

图5b是根据各种示例的方法的流程图，其中该方法包括电动状态和发电状态。

图6a示意性地图示出了根据各种示例的用于极化磁性材料的电路，其中该电路包括励磁线圈和电容器。

图6b示意性地图示出了根据各种示例的用于极化磁性材料的电路，其中该电路包括励磁线圈和电容器。

图7是根据各种示例的方法的流程图。

图8示意性地图示出了处于充电模式中的图6b的电路中的电流。

图9示意性地图示出了处于放电模式中的图6b的电路中的电流。

图10示意性地图示出了图6b的电路的励磁线圈中的电流和图6b的电路的电容器两端的电压的时间依赖性。

图11示意性地图示出了根据各种示例的用于极化磁性材料的电路。

图12示意性地图示出了根据各种示例的用于极化磁性材料的电路。

图13示意性地图示出了根据各种示例的用于极化磁性材料的电路。

图14示意性地图示出了根据各种示例的用于极化磁性材料的电路。

图15示意性地图示出了根据各种示例的用于极化磁性材料的电路。

图16示意性地图示出了根据各种示例的用于极化磁性材料的电路。

图17示意性地图示出了根据各种示例的用于极化磁性材料的电路。

图18示意性地图示出了根据各种示例的用于极化磁性材料的电路。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。应理解，以下对实施例的描述不应被视为具有限制意义。本发明的范围不旨在受下文描述的实施例或受附图的限制，这些仅用于说明。

附图被认为是示意性表示，并且附图中图示出的元件不一定按比例示出。相反，表示各种元件以使得它们的功能和一般目的对于本领域技术人员而言是显而易见的。在附图中示出或本文描述的功能块、设备、组件或其他物理或功能单元之间的任何连接或耦合也可以通过间接连接或耦合来实现。还可以通过无线连接建立组件之间的耦合。功能块可以用硬件、固件、软件或其组合来实现。

在下文中，描述了操作励磁线圈的技术。励磁线圈的电感可以设计维度成实现磁性材料(例如铁磁材料)的极化。作为一般规则，励磁线圈的电感可以不小于50mh，可选地不小于200mh，进一步可选地不小于500mh。励磁线圈可以围绕磁性材料缠绕，或者可以布置在磁性材料附近。

因此，励磁线圈可以找到在采用磁致动器的各种用例中的应用。示例用例包括但不限于：磁力致动阀；电马达；继电器等等。在下文中，为了简单起见，将相关于包括电马达的用例来描述各种技术；然而，这仅用于说明目的，并且下文描述的概念可以容易地应用于其他用例。

在下文中，描述了促进从励磁线圈快速释放能量的技术。换言之，在下文中，描述了促进在短的放电时间对励磁线圈进行放电的技术。换言之，在下文中，描述了促进快速减小励磁线圈中的电流的技术；具体地，本文描述的技术可以用于促进将励磁线圈中的电流减小到小的绝对值，例如减小到零。可以提供与大的放电率相关联的电流的下降斜率，即，每个时间间隔的电流的变化。

在需要快速减小由励磁线圈极化的磁性材料所引起的磁通量的情景中，这种技术可能是有用的。例如，在采用励磁线圈来极化电马达的磁性材料的情况下，这种磁通量的快速减小可能是有用的。这里，通过快速地使励磁线圈放电，可以使磁性材料去极化，例如，使其剩磁。然后，磁性材料的杂散磁场相对较小，特别是对于诸如nife合金等软磁材料而言。然后，电马达的转子和定子之间的通量耦合减小，并且因此，相绕组的bemv快速降低。这避免了与励磁线圈的驱动器电路装置耦合的dc电源的持续过度过电压。

作为一般规则，本文描述的技术可以找到在各种系统状态中的应用。例如，本文描述的技术可以找到在系统的电动状态中的应用，其中电马达被用来在bsg的情况下驱动诸如内燃机之类的负载。备选地或另外地，本文描述的技术可以找到在电马达的发电状态中的应用，其中电马达由负载驱动，例如在bsg的情况下由内燃机的惯性驱动。通常，电动状态或发电状态涉及励磁线圈中的电流的脉冲宽度调制(pwm)，以通过周期性地接通和断开开关来实现可调节的稳定激励电流。

作为一般规则，当采用pwm时，可以根据充电操作模式和放电操作模式周期性地对励磁线圈进行充电和放电。在pwm操作期间的这种周期性充电和放电可以被称为微观充电和微观放电。时间平均的激励电流可以增加或降低，即，可以具有上升斜率或下降斜率。有时，上升斜率是指宏观充电，而下降斜率是指宏观放电。换句话说，宏观充电或宏观放电可以包括根据pwm的微观充电和微观放电。

为避免过度过电压被反馈到电池和dc电源，需要快速放电。例如，所有开关都断开并保持断开直到激励电流减小到零。这再次对应于相应操作的放电模式。

根据各种示例，通过将励磁线圈与电容器串联连接来实现励磁线圈的快速放电。然后，电容器可以促进高放电率。因此，可以经由电容器对励磁线圈进行放电。

通过励磁线圈和电容器的这种串联连接，可以实现换向电路。放电时，通过电容两端的电压而增加线圈两端的电压。这导致放电率增加。

根据示例，在包括励磁线圈的放电的相关联驱动器电路装置的操作模式中，电容器可以选择性地与励磁线圈串联连接。该操作模式可以被称为放电模式。根据示例，在包括励磁线圈的充电的驱动器电路装置的另一操作模式中，电容器可以不与励磁线圈串联连接。该操作模式可以被称为充电模式。可以相应地操作驱动器电路装置的一个或多个开关，以提供励磁线圈和电容器的选择性串联连接。这种选择性串联连接的优点是励磁线圈的充电过程不会被电容器改变。相反，可以并联地对电容器和励磁线圈充电。在充电模式中可以提供励磁线圈和电容器的去耦合。

放电模式可以导致励磁线圈中的电流的下降斜率。

通过使用选择性串联连接，可以实现放电率大于充电率。因此，可以相对快速地实现放电。

作为一般规则，可以采用单个电容器或多于一个电容器。在下文中，讨论了各种示例情景，其可以容易地适于使用较大数量或较小数量的电容器。通常存在较少数量的电容器减少相称时间的趋势。

所采用的电容器可以具有在10μf至1mf的范围内的容量。通常，由于电容器两端的电压增加以减小容量，因此对于较小的容量，可以增加放电率。

在本文描述的各种示例中，存在可用于实现驱动器电路装置的不同选项。一种情景包括使用h桥。h桥被配置为在相关联负载两端施加电压。负载可以由励磁线圈实现。h桥被配置为操纵在相关联负载两端的电流。h桥通常包括两个开关和两个二极管。在一些情景中，h桥可以包括四个开关。

通常，在本文描述的情景中，h桥不被用来切换励磁线圈中的电流的方向性。通常，励磁线圈中的电流的方向性由对应系统的设计来固定。通常，励磁线圈中的电流的方向性是单向的。电流可能会降至零以下。这意味着存在与励磁线圈相关联的电流输入端子和电流输出端子。电流输入端子可以连接到h桥的开关；并且励磁线圈的输出端子可以连接到h桥的另一个开关。

根据一些示例，可以修改h桥。可以修改h桥以包括至少一个电容器。另外，修改h桥以包括一个或多个另外的开关是可能的，以提供至少一个电容器和励磁线圈的选择性去耦合。

图1示意性地图示出了关于系统90的各方面。系统90包括电路100、dc电源111和设备181。电池113经由dc电源111连接到电路100。

可选地，提供开关112，其可以被用来将电池113与dc电源111断开。开关112可以支持用于电池113的保护功能性。具体地，例如如果在相绕组处观察到显著的bemv，则可以防止施加在电池130的电池单元上的过电压。

dc电源111经由端口199来与电路100耦合。例如，端口199可以经由接合焊盘、接合线、插座或插头来实现。

dc电源111可以由dc总线系统来实现。dc电源111可以包括电线和dc链电容器，以用于支持dc电流和dc电压。dc电源111的示例标称操作电压在24v-54v的范围内，例如48v。如果与标称操作电压相比的话，过电压可以对应于超电压。

电路100包括励磁线圈103和电容器104。电容器104促进励磁线圈103的快速放电。

电路100还包括驱动器电路装置102。驱动器电路装置102被配置为控制励磁线圈103和电容器104的操作。例如，驱动器电路装置102可以包括一个或多个开关。作为一般规则，开关取决于相关联电压来提供电流控制。例如，可以将驱动器电路装置102的一个或多个开关中的至少一些实现为固态开关，例如，场效应晶体管(fet)等。例如，可以将驱动器电路装置102的一个或多个开关中的至少一些实现为二极管。

作为一般规则，可以设想驱动器电路装置102的不同设计。一个示例设计包括用于控制dc电源111与励磁线圈103和电容器104之间的电流的h桥。驱动器电路装置可以包括多个开关。

励磁线圈103被配置为生成磁场183。例如，励磁线圈103中的dc电流可以与磁场183的场强成比例。磁场183可以被用来极化设备181的磁性材料182。在这方面，可以将励磁线圈103布置在磁性材料182附近。在一些示例中，励磁线圈103可以围绕磁性材料182缠绕，因为通常，然后可以将磁性材料182的区域中的磁场183的场强最大化。

电路100还包括控制电路装置121。控制电路装置121被配置为控制驱动器电路装置102的操作。控制电路装置121可以用硬件和/或软件来实现。例如，控制电路装置121可以包括微处理器、现场可编程阵列(fpga)、专用集成电路(asic)等。操作控制可以包括操作导电状态或非导电状态(有时也被称为on状态和off状态)中的驱动器电路装置102的一个或多个开关。例如，在一个或多个开关由一个或多个固态开关实现的情况下，那么导电状态可以与相应开关的输入端子和输出端子之间的低电阻率相关联，而不导电状态可以与输入端子和输出端子之间的高电阻率相关联。为此，控制电路装置121可以包括与一个或多个开关的控制端子(被称为fet的栅极端子)连接的一个或多个控制端子驱动器电路装置。

通常，控制电路装置121可以被配置为选择性地激活励磁线圈的充电模式或励磁线圈的放电模式。可以通过适当地操作驱动器电路装置102的一个或多个开关来激活励磁线圈的充电模式和励磁线圈的放电模式。

作为一般规则，控制电路装置121可以被配置为考虑用于激活充电模式或放电模式的一个或多个触发标准。示例触发标准包括pwm的定时。如果系统90处于电动状态和发电状态下，则这可能是有帮助的。由此，可以设定马达扭矩。可以根据定时交替地激活充电模式和放电模式。

示例触发标准还包括指示在相绕组两端的电压的信号。示例触发标准还包括指示在dc电源111处的电压的信号。如果系统90处于发电状态下，则这可能是有用的。例如，由此可以避免由于在发电状态下在相绕组处观察到的大的bemv而反馈到dc电源111的过度过电压。

又一示例触发标准包括指示dc电源111朝向电池113的连接状态的信号。例如，可能会遇到开关112处于非导电状态的情形；然后，例如由于在发电状态下感应bemv，电池113不能充当用于由励磁线圈103提供的能量的灌(sink)。然后，连接到dc电源111的电气组件损坏的可能性可能增加。因此，当检测到开关112处于非导电状态下时，对励磁线圈103进行放电可能是有帮助的，以减少bemv。

又一示例触发标准包括例如在dc电源111中或在电池113处或在电路121、2013、2012中指示电能损失的信号。

作为一般规则，可以在不同情景中不同地实现设备181。例如，设备181可以是电马达。这里，可以将磁性材料182附接到定子或转子；然后，通过极化磁性材料182，可以实现定子和转子之间的大的通量耦合。可以通过调适磁场183的场强来调适通量耦合的强度，并因此调适bemv。反过来，可以通过对励磁线圈103充电和放电来调适磁场183的场强。结合图2针对作为电马达的设备181的示例实现描述了关于bemv的各方面。

图2图示出了关于bemv202的各方面。图2图示出了作为电马达181的速度201的函数的bemv202。如图2中所图示，存在bemv202随着速度201的增加而增加的趋势。

图2还图示出了关于bemv202对励磁线圈103中的电流的依赖性的各方面。图2图示出了针对零电流(实线)和针对最大电流(虚线)的bemv。如图2中所图示，存在励磁线圈103中流过较大电流导致较大bemv的趋势。

为了增加励磁线圈103中的电流，激活上升过渡211。上升过渡211包括励磁线圈103的充电。励磁线圈103的充电——即，电流的上升斜率——包括增加由励磁线圈103存储的能量。通过增加存储在励磁线圈103中的能量，励磁线圈103中的电流增加。因此，上升过渡211可以与图2中从下部实线朝向上部虚线的移动相关联。相反，为了降低励磁线圈103中的电流，激活下降过渡212。下降过渡212包括励磁线圈103的放电。励磁线圈103的放电包括减小励磁线圈103存储的能量。通过减小存储在励磁线圈103中的能量，励磁线圈103中的电流减小。因此，下降过渡212可以与图2中从上部虚线向下部实线的移动相关联。

图2还示出了关于阈值bemv205(点线)的各方面。如图2中所图示，对于非零电流，bemv202可以超越阈值bemv205。然后，过电压可以被反馈到dc电源111，这可能导致连接到dc电源111的电气组件的损坏。

根据各种示例，可以实现大的放电率。放电率可以与每个时间单位的励磁线圈103中的电流的变化相关。通过实现大的放电率，可以例如从图2中的虚线快速移动到图2中的实线(由垂直箭头图示出)。可以实现大的放电率以用于放电。

图3图示出了关于电路100的各方面。图3图示出了电路100的示例实现。在图3的情景中，控制电路装置121由控制逻辑2012和栅极驱动器2013来实现。dc电源111由来自电池113的电迹线和电容器381实现。

图4图示出了关于电路100的各方面。图4图示出了电路100的另一示例实现。在图4的示例中，控制逻辑2012是dc-ac逆变器2011的一部分。dc-ac逆变器2011被配置为应用foc以驱动马达的相绕组2002。励磁线圈103也被布置在马达中。

图5a是根据各种示例的方法的流程图。图5a图示出了关于励磁线圈(例如图1的励磁线圈103)的放电的各方面。在框1000中，励磁线圈经由至少一个电容器放电。因此，能量可以从励磁线圈传递到该至少一个电容器。换向电路由励磁线圈和至少一个电容器来实现。当开始放电时，励磁线圈两端的电压的极性可以与至少一个电容器中的每一个两端的电压的极性相反。励磁线圈两端的电压增加。这增加了放电率。在励磁线圈的放电期间，流过励磁线圈的电流减小到零。快速放电对应于一种可能的放电励磁线圈的方法。

图5b是根据各种实施例的方法的流程图。根据图5b的方法图示出了关于在其中可以操作系统90的不同状态的各方面。具体地，根据图5b的方法图示出了电动状态1098下的操作以及发电状态1099下的操作。

根据图5b的示例，该方法开始于电动状态1098下的操作。这涉及励磁线圈103中的电流的pwm操作。例如，励磁线圈103可以周期性地充电和放电；即，交替地激活充电模式和放电模式是可能的。这里，通过改变充电模式和放电模式的占空比，设定电马达181的扭矩或速度201成为可能。

在框1012处，检查电动状态是否应保持有源。如果电动状态1098保持有源，那么继续执行框1011。

否则，开始在发电状态1099下的操作。在发电状态1099下的操作包括在1011a处的pwm操作以及在框1013检查bemv202是否超过阈值205。在肯定的情况下，执行框1014。在框1014中，通常激活快速放电，直到达到励磁线圈103中的零电流(参见图2)。这提供了快速放电。

作为一般规则，在框1013中，用于激活与1014相关联的快速放电的附加或备选触发标准是可用的。例如，可以考虑开关112的状态。例如，作为考虑bemv202的替代或补充，可以考虑在dc电源111处测量的电压。

图6a图示出了关于电路100的各方面。图6a图示出了驱动器电路装置102的示例实现。驱动器电路装置102被配置为操作励磁线圈103和电容器104。如此，驱动器电路装置102被配置为切换励磁线圈103中的电流和电容器104中的电流。

在图6a中，图示出了其中驱动器电路装置102包括h桥361的情景。h桥361包括开关391-394。开关391-394可以由诸如双极晶体管的晶体管、fet和/或二极管来实现。

修改h桥361：h桥361还包括开关396和电容器104。开关396串联连接在励磁线圈103(包括对应的电阻率351和电感352)和电容器104之间。开关396促进电容器104和励磁线圈103的选择性去耦合。例如，可以将开关396实现为二极管或fet或双极晶体管。

例如，当在非导电状态下操作开关396和开关394，可以使电容器104充电到预定电压。预定电压由电压源113a来限定。

电压源113a被配置为对电容器104充电。为此，电压源113a连接到电容器104。电压源113a经由开关397、398连接到电容器114。电压源113a的第一端子经由开关397连接到电容器104的电极，电容器104的该电极连接到开关394并且与开关394相邻。电压源113a的第二端子连接到电容器104的另一个电极，即电容器104的连接到开关396并与开关396相邻的电极，其中该连接经由开关398。

接下来，解释电路100的功能。

最初，电容器104两端的电压为零。没有电流流过励磁线圈103。

接下来，激活第一操作模式。第一操作模式包括励磁线圈103的充电。第一操作模式还包括使电容器104充电到预定电压。在第一操作模式中，开关391和开关393在导电状态下操作；开关392和开关396以及开关394在非导电状态下操作。由此，励磁线圈103经由dc电源111并且经由端口112从电池113充电。开关397、398在导电状态下操作。由此，电容器104由电压源113a充电到预定电压。通过将开关396操作在非导电状态，电容器104的充电与励磁线圈103的充电去耦合。

接下来，激活第二操作模式。这里，开关391、393在非导电状态下操作，开关392、394、396在导电状态下操作。开关397、398在非导电状态下操作。这对应于励磁线圈103和电容器104相关于端口112的串联连接。由此，励磁线圈103经由电容器104经由端口112放电到dc电源111。

虽然在图6a的情景中，电压源113a与电池113分开图示出，但是电池113以及因此的dc电源111也被用来对电容器104充电通常也是可能的。这种情景可以受益于在励磁线圈103的充电期间励磁线圈103和电容器104的并联连接。结合图6b对这种情景进行说明。

图6b图示出了关于电路100的各方面。图6b图示出了驱动器电路装置102的示例实现。驱动器电路装置102被配置为操作励磁线圈103和电容器104。如此，驱动器电路装置102被配置为切换励磁线圈103中的电流和电容器104中的电流。

在图6b中，图示出了其中驱动器电路装置102包括由开关311、333、331、312实现的h桥361的情景。修改h桥361。h桥361还包括二极管332、开关312、321和电容器104。可以实现励磁线圈103和电容器104经由二极管332的串联连接。

开关311与励磁线圈103的输入端子连接；开关312与励磁线圈103的输出端子连接。

开关321与dc电源111以及与电容器104连接。开关322与电容器104和dc电源111连接。电容器104的正极性与二极管332的负极性和开关321连接。电容器104的负极性与开关322和二极管333的正极性连接。

作为一般规则，用晶体管代替二极管331、332和333中的一个或多个是可能的。

图7是根据各种示例的方法的流程图。图7图示出了关于电路100的操作的各方面，并且具体地，图示出了与励磁线圈103和电容器104相关的驱动器电路装置102。例如，根据图7的方法可以由驱动器电路装置102和/或控制电路装置121执行。

图7图示出了关于充电模式以及关于放电模式的各方面。图7图示出了交替激活充电模式和放电模式的情景。这可以是例如根据pwm定时，例如作为图5b的框1011和框1011a的一部分。可替代地，这可以响应于在发电状态1099下检测到bemv超过阈值，即，根据框1013-1014。这里，不需要切换回激活充电模式(因此，相应的箭头通过使用图7中的虚线将其标记为可选的；参见图7的框1023)。

充电模式包括励磁线圈的充电(框1021)。可选地，充电模式还包括电容器104的充电或放电(框1022)。例如，当电容器104两端的电压小于预定电压诸如由dc电源提供的电压时，可以对电容器104进行充电。当电容器两端的电压大于预定电压时，可以对电容器104进行放电(参见图6a：电源113a；以及参见图6b：电池113)。

放电模式包括经由电容器104放电励磁线圈103(框1023)。

关于图8、图9和图10解释充电模式和放电模式的细节。

图8图示出了关于电路100的各方面。图8对应于图6b的情景。具体而言，图8图示出了关于电路100的功能的各方面。

图8图示出了关于处于充电模式中的电路100的功能的各方面。具体而言，图8图示出了励磁线圈103中的电流401(使用图8中的实箭头图示出)。此外，图8图示出了电容器104中的电流402。

电流401/402经由dc电源111由电池113提供。如图8中所图示，开关311、312在导电状态下操作。同样，开关321、322在导电状态下操作。因此，励磁线圈103和电容器104在充电模式下并联连接。电流401被用来对励磁线圈103充电。电流402被用来对电容器104充电。

图8图示出了电容器两端的电压小于dc电源111的高侧和低侧之间的dc供电电压的情景。当电容器104两端的电压小于dc供电电压时，电容器104如图8中所图示借助于电流402进行充电——直到最终电容器104两端的电压达到dc供电电压。当电容器104两端的电压大于dc供电电压时，那么使电容器104放电到dc电源111(图8中未图示出)。这有助于降低系统90的总能量消耗，因为能量不会消散但会被恢复。

作为一般规则，虽然在图8中经由dc电源从电池113对电容器104进行充电，但是在其他示例中可以通过提供适当的另外dc电源使电容器104充电到任意预定电压(参见图6a中的dc电源113a)。

当在充电模式开始时开始对电容器104充电时，可能存在浪涌电流尖峰。如果电池支持这种浪涌电流尖峰，则励磁线圈103的充电不受影响。可以提供扼流器以减轻浪涌电流尖峰。否则，通过电容器104的充电会在一定程度上影响励磁线圈103的充电。除此之外，通过二极管332和并联连接在dc电源111的高侧和低侧之间的励磁线圈103和电容器104来实现电容器104和励磁线圈103的充电的去耦合。一旦坚持了稳定状态，在电容器104两端观察到恒定的预定电压，该电压对应于由电池113所提供的直流供电电压。还观察到流过励磁线圈103的电流。电流尤其由电阻率351来限定。

图9图示出了关于电路100的各方面。图9对应于图6b和图8的情景。图9图示出了关于电路100的功能的各方面。

图9图示出了关于电路100在放电模式下的功能的各方面。具体而言，图9图示出了励磁线圈103中的电流403。电流403经过电容器104。因此，在放电模式中，励磁线圈103和电容器104串联连接。这对应于换向电路。励磁线圈103经由电容器104放电到dc电源111。例如，如果放电模式与发电状态1099相关联(参见图5b)，那么可以激活放电模式直到电流403达到零(参见图2中的实线)。

接下来，在采用电容器104时观察到的放电时间减少的效果将是有动力的。放电率由下式给出：

其中，ul是励磁线圈103两端的电压；l是励磁线圈103的电感352；和|di/dt|是放电率。

励磁线圈103两端的电压由下式给出：

ul-uc+ub+ur，(2)

其中，uc是电容器104两端的电压；ub是电池113的电池电压；ur是电阻器351两端的电压。

这里，为简单起见，忽略了二极管331、332和333两端的电压降。等式2的电压的极性在图9中图示出。从等式(1)和等式(2)的比较中可以理解，如果与其中uc＝0v的没有电容器104的参考实现相比，通过提供电容器104，增加了放电速率(认为电池电压和电阻器两端的电压对于参考实现和当前实现是相同的)。通常，电阻器351可以具有r＝1-20ω范围内的电阻。

励磁线圈103两端的电压的极性与电容器104两端的电压的极性相反(也在图9中图示出)。因此，电容器104两端的电压增加了励磁线圈103两端的电压。这有助于增加放电率。

电容器104两端的电压取决于电容器104的容量。作为一般规则，容量可以在1μf-1mf的范围内，可选地在10μf-700μf的范围内。然后，电容器两端的电压范围可以大约为uc＝50v-1000v。通常，uc的较大值将导致较高的放电率。因此，uc的较大值可以缩短放电时间。

使用这种技术观察到的典型放电时间达到1ms-10ms。通常，这种放电时间足够短到避免了由于dc电源111上的过度过电压而引起的对电子组件的损坏。

图10图示出了关于具有足够持续时间的放电模式中的电压-电流时间依赖性的各方面。具体地，图10图示出了在放电模式中作为时间的函数的励磁线圈103中的电流403(使用图10中的实线和左轴图示出了电流403)。如所图示，电流403在放电时间219内从最大值减小到零。与没有提供电容器104的情景相比，缩短了放电时间219。这是因为放电率增加。

图10图示出了作为放电模式和时间的函数的电容器104两端的电压(使用图10中的虚线和右轴图示出了电压)。

如所图示，电容器两端的电压最初从预定电压470增加。预定电压可以包括dc电源111/电池113的电压(参见图6b)或另一dc电源113a的电压(参见图6a)。然后，在励磁线圈电流减小到零的时刻，电容器104的电压达到最大值。

从图10中，显然电流403在放电模式下降低/减小。电流403在充电模式中对应地上升/增加(图10中未图示出)。励磁线圈103中的电流403与存储在励磁线圈103中的能量正相关。这是因为励磁线圈103所生成的磁场与励磁线圈103中的电流403成比例。因此，充电模式包括增加存储在励磁线圈103中的能量，并且放电模式包括减少存储在励磁线圈103中的能量。

为了进一步减少放电时间219，可以用foc通量减弱技术补充经由电容器104对励磁线圈103放电的这种技术。这可以通过使用根据图4示例的dc-ac逆变器2011来实现。

图11图示出了关于电路100的各方面。图11图示出了驱动器电路装置102的示例实现。图11的情景通常对应于图6b的情景。在图11的情景中，电路100包括扼流器390。扼流器390与开关321和电容器104串联连接。扼流器有助于减小充电模式中的峰值电流402。避免电流尖峰。在无法自由控制开关321、322的接通时间的情况下，扼流器390可能是有用的。

图11的插图图示出了开关321由二极管实现的情景。

图12图示出了关于电路100的各方面。图12图示出了驱动器电路装置102的示例实现。图12的情景通常对应于图6b的情景。在图12的情景中，开关321不直接与dc电源111和端口112连接；而是经由开关311连接。

图12的插图图示出了开关321由二极管实现的情景。

图13图示出了关于电路100的各方面。图13图示出了驱动器电路装置102的示例实现。图13的情景通常对应于图6b的情景。在图13的情景中，如果与图6b的情景相比，电容器104和励磁线圈103的布置被交换。

图13的插图图示出了开关322由二极管实现的情景。

图14图示出了关于电路100的各方面。图14图示出了驱动器电路装置102的示例实现。图14的情景通常对应于图6b的情景。在图14的情景中，开关322不直接与dc电源111和端口112连接；而是经由开关312连接。

图14的插图图示出了开关322由二极管代替的情景。

图15图示出了关于电路100的各方面。图15图示出了驱动器电路装置102的示例实现。图15的情景通常对应于图13的情景。在图15的情景中，提供附加的开关325、开关326和二极管337。开关325、326和二极管337与电容器105相关联。

作为一般规则，可以提供多个电容器104、105。每个电容器可以由相关联的一个或多个开关操作。通过使用两个或更多个电容器104、105，可以进一步减小放电时间219。励磁线圈103两端的电压进一步增加。将励磁线圈103布置在电容器104、105之间。

图15的插图图示出了开关325由二极管实现的情景。图15的另一个插图图示出了开关322由二极管实现的情景。还可以由二极管实现开关322以及开关325二者。请参阅再一个插图。

图16图示出了关于电路100的各方面。图16图示出了驱动器电路装置102的示例实现。图16的情景基本上对应于图15的情景和图12的情景的组合。

图16的插图图示出了开关325由二极管实现的情景。图16的另一个插图图示出了开关322由二极管实现的情景。还可以由二极管实现开关322以及开关325二者。请参阅再一个插图。

图17图示出了关于电路100的各方面。图17图示出了驱动器电路装置102的示例实现。图17的情景基本上对应于图15的情景和图14的情景的组合。

图17的插图图示出了开关325由二极管实现的情景。图17的另一个插图图示出了开关322由二极管实现的情景。还可以由二极管实现开关325以及开关322二者。请参阅再一个插图。

图18图示出了关于电路100的各方面。图18图示出了驱动器电路装置102的示例实现。图18的情景基本上对应于图17和图16的情景的组合。

图18的插图图示出了开关325由二极管实现的情形。图18的另一个插图图示出了开关322由二极管实现的情景。还可以由二极管实现开关325以及开关322二者。请参阅再一个插图。

总之，已经描述了上述技术，其促进了针对励磁线圈的短放电时间。例如，结合bsg，可以解决以下情景：考虑到bsg正在以高速运行于发电状态下。然后，由于某种原因，电池主开关断开的情景可能出现。在这个时刻，如果dc电源的dc供电电压超过某个阈值，例如在标称48vdc供电电压的情景下为54v，则可以同时执行两个动作。首先，可以操作驱动器电路装置以激活放电模式；因此，相应开关可以在非导电状态下操作。此外，该系统可以采用设定为具有最大减id的0扭矩设定点的foc通量减弱。然后，bsg马达和逆变器操作发马达和整流器以对dc电源的电容器充电，因为有限的通量减弱可以部分地抑制间隙磁场。考虑到在70v的过电压持续40ms或更长的持续时间时通常会发生对连接到dc电源的电气组件的损坏，在放电模式下提供与励磁线圈串联连接的电容器有助于避免这种损坏。

具体地，通过提供一个或多个电容器，可以在放电模式期间将存储在励磁线圈中的至少一部分能量传递到一个或多个电容器。然后，可以在充电模式下将存储在一个或多个电容器中的能量传递回电池。

如果与没有与励磁线圈串联连接的电容器的情景相比，通过串联连接励磁线圈和一个或多个电容器，至少在放电模式中，励磁线圈两端的电压增加，参见等式2。

这有助于减少放电时间，参见等式1。励磁线圈的放电率与励磁线圈两端的电压成比例。因此，如果与没有与励磁线圈串联连接的电容器的情况相比，励磁线圈的放电率增加。

如果与使用有源短路技术的参考实现相比，则产生的扭矩减小。具体地，根据各种示例，不需要采用有源短路技术；相反，通过经由一个或多个电容器对励磁线圈进行放电，可选地结合foc通量减弱，可以充分地减小放电时间。

此外，可以在不需要提供电能的情况下实现励磁线圈的放电。经由电容器实现放电。这有助于减少损失和延迟。自动放电是可能的。

最后，可以降低系统复杂性，因为可能不需要使用有源短路技术。然后，不需要为有源短路技术的相应开关操作驱动器电路装置，这可能导致安全状态下的问题。在本文描述的各种技术中，当进入系统进入安全状态时，可能不需要保持与包括励磁线圈的电路相关联的任何驱动器电路装置是有源的。

尽管已经关于某些优选实施例示出和描述了本发明，但是在阅读和理解说明书之后，本领域技术人员将想到等同物和修改。本发明包括所有这些等同物和修改，并且仅受所附权利要求的范围限制。

为了说明，已经描述了各种示例，其中开关由fet实现。在其他情景中，开关可以由晶体管或机械开关或二极管实现。

尽管已经描述了使用pwm的各种情景，但是本发明的功能实现不必使用pwm。

为了说明，虽然已经描述了其中励磁线圈可用于极化马达的磁性材料的上述各种情景，但是在其他示例中，励磁线圈可以在其他用例例如阀门等等中使用。

参考标记的列表

90系统

100电路

102驱动器电路装置

103励磁线圈

104电容器

105电容器

111dc电源

112开关

113电池

121控制电路装置

181设备

182磁性材料

183磁场

201速度

202bemv

205阈值bemv

211上升过渡

212下降过渡

219放电时间

282电容器

311开关

312开关

321开关

322开关

326开关

331二极管

332二极管

333二极管

335二极管

337二极管

351电阻

352电感

361h桥

390扼流器

391开关

392开关

393开关

394开关

396开关

397开关

398开关

403电流

470预定电压

1000方法步骤

1011方法步骤

1011a方法步骤

1012方法步骤

1013方法步骤

1014方法步骤

1021方法步骤

1022方法步骤

1098电动状态

1099发电状态

2011dc/ac逆变器

2012控制逻辑

2013栅极驱动器