[发明专利]包括具有开关元件的励磁电路的同步机

说明书

本申请要求于2011年3月11日提交的在先美国临时申请no.61／451,988的优先权，并且作为其非临时申请；本申请还要求于2011年3月11日提交的欧洲申请no.EP11157883的优先权；欧洲申请no.EP11157883和美国申请no.61／451,988的整体在此通过引用各自全部被明确地并入本文，为了所有的意图和目的，等同在此全文阐明。

本发明涉及一种他励同步机，具有在转子侧的励磁电路，包括励磁绕组，用于励磁绕组的电源，用于将电源连接到励磁绕组的开关元件，第一定子侧初级绕组和第一转子侧次级绕组，其耦合到该第一定子侧初级绕组，并且至少部分地形成转子电路的电源。

同步机久已为公众所知，其作为电动机和发电机而被用于多种应用。最重要的是，它们被用作所谓的“无刷直流电机”，用于各种驱动器，例如用于电动车。此处，在逆变器的帮助下从直流电流产生定子的旋转磁场。进一步地，同步机可以分为永久励磁同步机和他励同步机。永久励磁的转子磁场由永久磁体产生，而他励的转子磁场由转子侧的励磁绕组(直流电流流动在其中)产生。

为此，他励同步机经常包括与转子绕组一起旋转的整流器，其通过滑环或通过旋转变压器被供给交流电流，并将该交流电流转换成直流电流给转子绕组。如果励磁绕组以这种方式被磁化，则转子与施加到定子上的旋转磁场同步地一起旋转。

在同步机的启动期间除了已知的容易“失步”(在极角90°负载转矩超过停转力矩)的问题，还存在实现快速转子退磁的问题，快速转子退磁有利于同步机的快速关闭操作或快速响应调节。另外，在一段较长的时间段内感应流入定子的电流，直到转子磁场主动衰减，这样将对连接的设备造成损害。

特别地，电动车的同步机也可以被用作“电气离合器”，从而避免了机械式离合器的需要。此处转子磁场被关闭，并且同步机可以运行自如。这种耦合操作应快速完成，从而使能驱动转矩，例如在紧急情况下，可以从电动车的驱动轮被快速移除。

为了解决该问题，例如参考现有技术WO1993／020614A1，其披露了通过旋转阻抗实现同步机的转子退磁，旋转阻抗在正常运行中通过一个晶闸管被短路。晶闸管的激活通过滑环来实现。

该解决方案的问题是，由于在电刷和滑环间的相对运动，前者可以很迅速地举起后者，从而导致激活晶闸管中的错误，特别是当电刷和滑环二者都被弄脏或磨损时。当使用一旦点火就保持导通的晶闸管时这种情况是可接受的，但是当应用其它快速反应开关元件时是不可接受的。为了临界安全应用、例如为了电动车的驱动，同样需要可靠的解决方案。

无刷发电机的转子的退磁的另一例来自US2006／0181249A1。该解决方案的问题是方案复杂，并且一直运行在次级绕组的满额电压。此外，退磁所需时间太长。

此外，JP58-036198披露了一种方案，用于在负载被中断后通过插入与发电机的励磁回路串联的电阻，以抑制切断负载时发电机的电压上升。由于这个原因，一个电阻和开关的并联电路被插入同步发电机的励磁回路中，其中开关是常闭合的。当负载被中断从而使得母线电压降低时，电压降检测器被操作来打开该开关。因此，电阻被串联连接到励磁线圈。通过这种方式，当中断负载时的电压上升可以被抑制。

最后，US2009／153105A1披露了一种发电机，包括：发电机定子，包括传递输出电压的主次级绕组；至少一个辅助绕组；以及励磁机励磁绕组，由该(些)辅助绕组供电；调节器，用于调节发电机的输出电压；以及发电机转子，包括励磁机次级绕组；旋转磁场绕组，由该励磁机次级绕组供电；以及控制电路，用于控制到旋转磁场绕组的电源，并配置成：通过响应于来自电压调节器的控制信号控制到旋转磁场绕组的电源，从而维持来自发电机的输出电压幅值在预定水平，该(些)辅助绕组产生电压，因为它们被暴露于由旋转的旋转磁场绕组产生的变化的磁场中。来自电压调节器的信号通过专用变压器被从定子侧传输到转子侧。

然而，由US2009／153105A1提出的方案相对复杂。从而使得这样的发电机价格昂贵，同时由于复杂的方案，其故障的风险比较高。

本发明提出一种改进的同步机以满足需求。更特别地，该需求为确保转子的安全快速退磁，同时不需太多额外的技术努力。

根据本发明，该需求通过在本发明中提到的这样一种同步机来满足，该同步机包括：

a)连接到开关元件的控制元件的第一转子侧次级绕组的抽头，或者

b)第二转子侧次级绕组，其耦合到第一定子侧初级绕组，并连接到开关元件的控制元件。