励磁线圈的放电技术制造技术

本发明专利技术的各实施例涉及励磁线圈的放电技术。用于使用励磁线圈(103)的磁场(183)来极化磁性材料(182)的电路(100)包括端口(199)，该端口(199)被配置为提供与DC电源(111)的连接。电路(100)还包括至少一个电容器(104、105)和驱动器电路(102)，其被配置为驱动励磁线圈(103)和至少一个电容器(104、105)。驱动器电路(102)被配置为经由至少一个电容器(104、105)使励磁线圈(103)放电到DC电源(111)。

Discharge Technology of Excitation Coil

【技术实现步骤摘要】
励磁线圈的放电技术
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使用励磁线圈(103)的磁场(183)来极化磁性材料(182)的电路(100)，包括：端口(199)，所述端口(199)被配置为提供与DC电源(111)的连接，至少一个电容器(104、105)，和驱动器电路装置(102)，所述驱动器电路(102)被配置为驱动所述励磁线圈(103)和所述至少一个电容器(104、105)，其中，所述驱动器电路装置(102)被配置为经由所述至少一个电容器(104、105)使所述励磁线圈(103)放电到所述DC电源(111)。

【技术特征摘要】
2018.01.31 DE 102018102145.31.一种用于使用励磁线圈(103)的磁场(183)来极化磁性材料(182)的电路(100)，包括：端口(199)，所述端口(199)被配置为提供与DC电源(111)的连接，至少一个电容器(104、105)，和驱动器电路装置(102)，所述驱动器电路(102)被配置为驱动所述励磁线圈(103)和所述至少一个电容器(104、105)，其中，所述驱动器电路装置(102)被配置为经由所述至少一个电容器(104、105)使所述励磁线圈(103)放电到所述DC电源(111)。2.根据权利要求1所述的电路(100)，其中，所述驱动器电路装置(102)被配置为激活包括对所述励磁线圈(103)充电的操作的第一模式(1021、1022)并且激活包括所述励磁线圈(103)的所述放电的操作的第二模式(1014、1023)。3.根据权利要求2所述的电路(100)，其中，操作的所述第一模式(1021、1022)包括将所述至少一个电容器(104、105)充电到预定电压。4.根据权利要求3所述的电路(100)，其中，操作的所述第一模式(1021、1022)包括当所述至少一个电容器(104、105)两端的电压小于所述预定电压时对所述至少一个电容器(104、105)充电，并且当所述至少一个电容器(104、105)两端的电压大于所述预定电压时对所述至少一个电容器(104、105)放电。5.根据权利要求3或4所述的电路(100)，其中所述预定电压包括由所述DC电源(111)提供的电压。6.根据权利要求2至5中任一项所述的电路(100)，其中所述励磁线圈(103)和所述至少一个电容器(104、105)在操作的所述第一模式(1021、1022)中并联连接。7.根据权利要求2至6中任一项所述的电路(100)，其中所述励磁线圈(103)和所述至少一个电容器(104、105)在操作的所述第二模式(1014、1023)中串联连接。8.根据权利要求2至7中任一项所述的电路(100)，其中操作的所述第二模式(1014、1023)包括对所述励磁线圈(103)放电，直到流过所述励磁线圈(103)的电流达到零。9.根据权利要求2至8中任一项所述的电路(100)，其中操作的所述第一模式(1021、1022)包括所述励磁线圈(103)中的上升电流(401)，其中操作的所述第二模式(1014、1023)包括所述励磁线圈(103)中的下降电流(403)。10.根据权利要求2至9中任一项所述的电路(100)，其中操作的所述第一模式(1021、1022)包括增加存储在所述励磁线圈(103)中的能量，其中操作的所述第二模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE