[发明专利]用于控制同步电机的他励转子绕组的控制装置和方法

说明书

本申请要求在2010年1月14日提交的美国临时申请No.61/295,161的优先权，并且将其并入作为非临时性的部分。该申请也要求在2010年1月13日提交的现有的瑞士国家申请No.0038/2010的优先权。为了所有的意图和目的，瑞士申请No.0038/2010和美国临时申请No.61/295,161的全部通过引用作为整体合并在这里，如同在这里提出一样。

本发明涉及一种用于同步电机的他励转子绕组的控制装置，包括连接到转子绕组的电压源，用于通过如下的方式将来自电源的电能传输到转子绕组，即，通过在定子侧的旋转磁场使转子绕组旋转。此外，本发明涉及一种用于控制同步电机的他励转子绕组的方法，其中，通过如下的方式将来自电源的电能经由连接到所述转子绕组的电压源馈送到转子绕组，即，通过在定子侧的旋转磁场使转子绕组旋转。

同步电机是长久以来就已知的，并且作为发电机和电动机两者用于非常广泛的目的。作为无刷直流电动机，它们也占据了在直流驱动技术中的较大的领域。在逆变器的辅助下，从DC电压生成用于定子激励的AC电压。同步电机可以进一步地分为永磁同步电机和他励同步电机。在第一设计中，转子包括永磁体，而在第二设计的情形中，设置转子绕组，当电流流过该转子绕组时，该转子绕组就建立起相应的转子磁场。

他励同步电机的普遍的实施方式由在转子上布置的转子绕组和与转子一起运行的整流器组成。所述整流器经由集电环或经由旋转变压器被提供AC电压，并且将所述AC电压转换为转子绕组所需的DC电压。如果绕组是磁化的，则同步电机原理上可以在施加在定子侧的旋转磁场中运行。

除了在启动同步电机时的已知困难之外，还存在转子绕组的退磁方面的其它问题。例如，同步发电机通常被关闭使得转子绕组退磁。在定子侧，在不存在旋转磁场的情况下，没有AC电压被引入绕组中。特别地，在故障的情况下，转子绕组必须被尽快地退磁使得不再生成电压，这可能引起损坏。现有技术公开了用于转子绕组的退磁的一些解决方案。

例如，AT362456B公开了其转子可以经由闸流晶体管和共同旋转的电阻器而退磁的同步电机。

此外，DE1638344A公开了如下的无刷同步电机，该电机的转子包括两个极性相反的转子绕组，该两个极性相反的转子绕组可以经由两个旋转变压器和两个共同旋转的整流器来单独地起动。

除此之外，DE2737541Al描述了具有共同旋转的受控整流器的无刷同步电机，该受控整流器根据操作在励磁机电压的正半波期间或负半波期间导通。

最后，EP0152719Al公开了具有共同旋转的整流器的同步电机，其中，在经由集电环起动的两个共同旋转的闸流晶体管的辅助下，可以使转子绕组中的电流方向反向。

尽管已知的解决方案适合用于特定的应用或特定的条件，但是根据现有技术，退磁进行得既不非常快也不有效的事实是有问题的。然而，特别地，当在电动车辆结构中使用同步电动机时，这些限制通常是不可接受的。

因此，本发明的目的是提供用于控制同步电机的他励转子绕组的改善的控制装置和改善的方法，特别地，在转子绕组的快速和有效退磁方面。

根据本发明，通过在开始提到的类型的控制装置来实现该目的，该控制装置具有用电设备，该用电设备连接到转子绕组并且用于将电能从转子绕组传输到电源。

根据本发明，通过在开始提到的类型的方法来实现该目的，在该方法中，经由连接到转子绕组的用电设备从转子绕组回收电能并且将该电能传输到电源。

通过本发明，同时克服了现有技术的几个缺陷。首先，可以非常快速地退磁转子绕组；其次，可以非常有效地实现退磁。这是可能实现的原因在于，在转子绕组中存储的能量没有如通常一样被转换为热量，而是传送回到电源。因此，也没有必要提供能够应对必要的热功率的大尺寸的电阻器。这意味着，在设计同步电机时，工程人员不再面临在体积大的负载电阻器/快速退磁和小负载电阻器/缓慢磁化之间的有冲突的选择。另外，没有能量以热量的形式被“消耗”。

尽管本发明当然也可以用于其它领域中，但是，特别是当同步电机用于电动车辆时，本发明的优点是明显的。因为电动车辆通常用于运送人，所以必须采取特别的安全预防措施以避免危及乘客的健康。