[发明专利]高功率密度开关磁阻电机

说明书

本申请要求于2010年11月3日提交的第61/409,638号美国临时申请的优先权，该申请的内容通过引用包含于此。

背景技术

由于车辆应用（诸如电动自行车，以下称为E-Bikes）中的使用电池存储的能量运行的低成本电动机对环境的积极影响，电动自行车的现有的大众市场，以及在诸如中国、印度和其他发展中国家的国家中的用户群体的有限的经济资源，因此所述低成本电动机被追捧。在电动机中具有显著成本的元件之一是电源转换器电路，尤其是诸如晶体管和功率二极管的功率器件的数量。功率器件使用的节约转化为减少的控制电路组件，诸如栅极驱动器、逻辑电源和器件保护电路；这种节约还导致减小的印刷电路板面积、重量和散热器容量。更少的功率器件还导致用于电动机的电力电子系统的更低的成本。

发明内容

这里公开的本发明提供一种用于包括E-Bikes的车辆应用的低成本电力电子电路。所述电路具有小数量的功率器件，并且从存储在电池中的能量来运行。电池可以串联连接、并联连接、或者串联和并联连接（这样的布置在这里被称为电池组），以获得特定期望的直流（dc）电压。具有用于电动车辆（EV）应用（以下称为EV驱动）的控制的电力电子电路可以：（1）从公用电网向电池充电；（2）从电池组获得电动机驱动；（3）在电机发电期间对电池组再充电。

当应用于开关磁阻电机（SRM）或永磁无刷dc电机（PMBDCM）时，公开的电力电子电路：（1）不需要用于对电池充电的单独的电力电子电路；（2）不需要充电器电路中的单独的电感器（或扼流圈），因为电机的绕组对用于向电池充电的控制的和整流的电压进行平滑；（3）采用每相仅具有一个开关（即，晶体管）的转换器，以降低总成本，尤其是当充电和发电被包括在转换器的功能中时；（4）可选地采用每相具有两个开关（即，晶体管）的转换器，以获得紧凑和高效的封装，其中，晶体管被封装为单相逆变器臂。

本发明的这些和其他目的可全部或部分地通过一种具有第一开关和单向传导电流的第一单向电流装置的电源转换器实现。第一开关和第一单向电流装置互相连接，从而当与dc电压源、电池和电机的第一相绕组互相连接时：（1）存在第一运行状态，其中，第一开关的导通状态使得dc电压源通过第一开关和第一相绕组传导电流，以将能量存储在第一相绕组中；（2）存在第二运行状态，其中，第一开关的非导通状态使得第一相绕组通过第一单向电流装置和电池传导电流来释放第一相绕组的存储的能量，以将能量存储在电池中。

另外，本发明的目的可全部或部分地通过一种电源转换器来实现，所述电源转换器具有：（1）第一电容器，具有第一电端子和第二电端子；（2）第一开关，当第一开关启用时，第一开关在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流，当第一开关停用时，第一开关在第一端子和第二端子之间不传导电流；（3）第一单向电流装置，在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流；（4）电机的第一相绕组；（5）电池，具有第一电端子和第二电端子。第一电容器的第一端子直接连接到第一开关的第一端子。第一开关的第二端子直接连接到第一单向电流装置的第二端子和第一相绕组的第一端子。第一相绕组的第二端子直接连接到电池的第一端子，并且第一电容器的第二端子直接连接到第一单向电流装置的第一端子和电池的第二端子。

另外，本发明的目的可全部或部分地通过一种电源转换器来实现，所述电源转换器具有：（1）第一电容器，具有第一电端子和第二电端子；（2）第一开关和第二开关，当第一开关和第二开关启用时，第一开关和第二开关分别在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流，当第一开关和第二开关停用时，第一开关和第二开关在第一端子和第二端子之间不传导电流；（3）第一单向电流装置和第二单向电流装置，分别在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流；（4）电机的第一相绕组；（5）电池，具有第一电端子和第二电端子。第一电容器的第一端子直接连接到第一开关的第一端子和第一单向电流装置的第二端子。第一开关的第二端子直接连接到第二单向电流装置的第二端子以及第一相绕组、第二开关和第一单向电流装置的第一端子。第二开关的第二端子直接连接到第二单向电流装置和电池的第一端子。第一电容器的第二端子直接连接到第一相绕组和电池的第二端子。