專利名稱：具有去耦相的旋轉(zhuǎn)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)電機，具體地涉及用在如機動車輛中的交流發(fā)電機起動器。
更具體地，本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)電機，包括機電組件，被適配為將交流電形
式的電能轉(zhuǎn)換為機械能。該組件包括n相，其中n至少等于2;逆變器電 路，被適配為傳送所述交流電，該逆變器電路包括n對彼此串聯(lián)連接的開關(guān) 電路，每對開關(guān)電路耦接到該機電組件的各個相。
背景技術(shù)：
這樣的旋轉(zhuǎn)電機的使用是已知的，特別是在交流發(fā)電機起動器型的可逆 機器的環(huán)境內(nèi)的使用。在這種旋轉(zhuǎn)電機中，機電組件包括，例如n相同步電
同步電動機包括定子，具有由繞組形成的多個相；和轉(zhuǎn)子，被安裝為能夠 相對于該定子移動，并且包括例如永久石茲鐵。
在這種機器處于起動器模式的使用過程期間，該開關(guān)電路將由車輛的電 池產(chǎn)生的DC電能轉(zhuǎn)換為AC電能。由此AC電能，該定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場， 以便產(chǎn)生機械力矩，在啟動過程期間提供給該電動機。理想的是，在此操作 模式下產(chǎn)生大力矩。
但是，開關(guān)電路的控制可能被電磁信號所干擾，可能引起電動機的控制 的故障。該電^f茲干擾可能由工作在該旋轉(zhuǎn)電機附近的其它設(shè)備所產(chǎn)生。
此外，該旋轉(zhuǎn)電機自身也可能產(chǎn)生電磁干擾，其能夠證明在周圍區(qū)域內(nèi) 存在其它設(shè)備的噪聲干擾(nuisance)。
因此，期望這種設(shè)備符合與EMC(電磁兼容性)標準有關(guān)的事物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過提供一種對電磁干擾不敏感的旋轉(zhuǎn)電機來特別克 服前述缺陷。
為了達到此目的，根據(jù)本發(fā)明的實施例，討論中的這種旋轉(zhuǎn)電機包括
第一電容性元件，與每一相應對開關(guān)電路并聯(lián)連接；和阻尼電路，包括電阻 性元件和第二電容性元件，該阻尼電路與每一相應對開關(guān)電路的第一電容性 元件并聯(lián)連接。
通過這些構(gòu)造的優(yōu)點，提供了每一相的開關(guān)電路的去耦。因而較好地保 護該旋轉(zhuǎn)電機免受電磁干擾，因此該旋轉(zhuǎn)電機能夠用在更需要的環(huán)境中。此 外，通過這些電容平滑了電流的高頻分量，因而使得可能干擾附近設(shè)備的諧 波的幅度降低(傳導和輻射EMC)。
器電路的電纜的電感)形成調(diào)諧振蕩電路。為了抑止特別是由開關(guān)時的壓降 引起的該振蕩電路內(nèi)的振蕩，該阻尼電路與每個第一電容性元件并聯(lián)耦接。 該阻尼電路的電阻性元件的電阻被選擇為最佳地抑止這些振蕩。
該第二電容性元件的第 一功能是防止DC電源電流被阻尼電路的電阻永 久耗散。這是因為對于DC電流來說，電容作為開路開關(guān)，阻止通過該電阻 性元件導電。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第二電容性元件的電容基本大于該第一電 容性元件的電容。
這是因為，當?shù)诙娙菪栽碾娙荽笥诘谝浑娙菪栽碾娙輹r，后 者傳導頻率低于寄生(stmy)振蕩電路的諧振頻率的電流。結(jié)果，該第一電容 性元件通過該電阻性元件的電阻^皮分流(shunt),以便抑止振蕩。
更準確地說，該第二電容性元件的電容值例如基本等于或大于該第 一 電 容性去耦元件的電容的三倍。這在部件的尺寸和第 一 電容性元件的高頻時的 分流效率之間構(gòu)成了良好的折衷，這點事實上已得到了確定。
根據(jù)本發(fā)明的變體，該逆變器電路通過導電元件耦接到DC電流源，所 述導電元件具有內(nèi)在寄生電感。
該阻尼電路和該第 一 電容性元件與該導電元件形成振蕩電路。該阻尼電 路的電阻性元件被適配為衰減所述振蕩電路內(nèi)的振蕩。
因此該電阻性元件的電阻被選擇為該寄生電感和該電容的值的函數(shù)，以 使得該振蕩電路被最佳抑止。
有益的是，該電阻性元件的電阻可以被選擇為基本等于纟,其中L
是導電元件的寄生電感的總和，d是第一電容性元件的電容，C2是第二電容 性元件的電容。
這是因為這給定了耦接到寄生電感的每個電容性元件的特有諧振頻率 的幾何平均的區(qū)域中的位置。對于接近于此平均的值，阻尼是最佳的。
有益的是，該旋轉(zhuǎn)電機也可以包括控制電路，其具有n對輸出，用于分
別控制該n對開關(guān)電路，并且該控制電路可以包括至少一個連接到所述輸出
的電阻性輸出元件。
這使得能夠限制電容性元件的兩端處的電壓變化速度。這是因為，在開 關(guān)期間，電容經(jīng)受大的電壓變化，這會引起大的電流流動。為了限制這些電 流，從導電狀態(tài)到斷開狀態(tài)的切換以及從斷開狀態(tài)到導電狀態(tài)的切換被減 慢。這具有允許使用小尺寸的部件的優(yōu)點，特別是陶瓷電容器的使用。因此 控制電路的總尺寸減小，其可以被真正地合并到電動機中。但是，注意到， 由于較長的開關(guān)時間而引起較大的開關(guān)損失。
根據(jù)變體實施例，每個電阻性輸出元件與相應開關(guān)電路的寄生電容形成
具有給定時間常數(shù)的RC電路。該電阻性元件的值為使得該時間常數(shù)基本上 為交流電的最小周期的5%時的值。
這種折衷實際上使得能夠很大程度上減小電容性元件的尺寸，而不用開 關(guān)電路經(jīng)受太大的開關(guān)損失。
相似地，每個電阻性輸出元件與相應開關(guān)電路的寄生電容形成具有給定 時間常數(shù)的RC電路。該電阻性元件的值為使得該第一電容性元件的兩端處 的最大電壓變化基本上小于5V/ws時的值。這允許特別是陶瓷電容器的使 用，陶瓷電容器的尺寸小，并且足夠提供電磁去耦效率。


在下面參照附圖描述以非限制示例的方式給出的本發(fā)明的實施例之一 的過程中，本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點將變得明顯。 在附圖中
圖l是^^艮據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機的簡化圖2是圖1的旋轉(zhuǎn)電機的一個相的布線圖；以及
圖3是描述圖2的相中的開關(guān)期間的信號變化的時序圖。
具體實施例方式
在不同的圖中，相同的參考數(shù)字指代相等或相似的元件。
如圖1所示，由DC電壓源(例如，電池2)為旋轉(zhuǎn)電機1供電。旋轉(zhuǎn)電 機1包括機電組件3，被適配為將電能轉(zhuǎn)化為機械能。在示出的示例中，其 是三相同步電動機3(n = 3)。如果有關(guān)聯(lián)，此電動機可以用作交流發(fā)電機， 特別是如果旋轉(zhuǎn)電機1是交流發(fā)電機起動器。
此外，該旋轉(zhuǎn)電機1包括三相逆變器電路4， 一方面通過端子B+和B-耦^接到電池2，另一方面通過相U、 V、 W耦4妻到三相電動才幾3。在示出的 示例中，定子繞組是Y型連接的，也就是說它們具有公共端，中間端N。但 是，也可以使用三角形結(jié)構(gòu)。相似地，相數(shù)可以不同。但是優(yōu)選地為奇數(shù)相。
逆變器4包括六個開關(guān)電路4a到4f。每對開關(guān)電路的公共端子耦接到 一個相應的相。因而，4a-4d對具有連接到定子繞組U的/仝共端U。相似地， 4b-4e對具有連接到定子繞組V的公共端V, 4c-4f對具有連接到定子繞組W 的7>共端W。
為了簡化對本發(fā)明的研究，這里將限于研究一相的開關(guān)，例如具有相應 開關(guān)電路4a-4d對的相U。圖2以簡化的方式描述了開關(guān)電路4a-4d對，以 及開關(guān)電路4d的控制電路5的一部分。每個開關(guān)電路包括相似的控制電路， 為了筒明，將不再描述這些相似的控制電路。
在所示的示例中，開關(guān)電路4a和4d是MOSFET(金屬氧化物半導體場 效應晶體管)?？刂齐娐繁贿m配為利用交流發(fā)電機控制塊 6(ALTERN.CONTROL.)以交流發(fā)電機模式控制機電組件，以及利用電動機模 式控制塊8(MOT.CONTROL.)以電動機模式控制機電組件?？刂菩盘柪缬?兩輸入多路復用器7來多路復用。電阻性輸出元件Rom可以連接在電動機控 制塊8和多路復用器7之間?？刂齐娐?通過電阻器Rl與晶體管4d的柵極 輛接。
根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，第 一電容性元件Q與MOSFET 4a和4d對 并聯(lián)連接。該電容性元件使得能夠使連接到端子B+和B-的相和供電臂去耦。 因而，旋轉(zhuǎn)電機1對電磁干擾不敏感，而電磁干擾可以引起MOSFET 4a和 4d對的故障。這是因為，如果沒有此"吸收"高頻的去耦電容，電磁干擾可 以修改參考電位，例如點B+處的電位，然后引起4a的開關(guān)。在這個示例中， 電容C,已被選擇為基本等于220 nF。
但是，第一電容性元件d與由圖2所示的線圏模擬的導電元件的總寄
生電感L形成振蕩電路，其諧振頻率近似等于~~^=。為了抑止此振蕩
電路，將電阻性元件R2與此電容并聯(lián)放置。
接著，為了避免此電阻性元件R2永久分流該MOSFET對，將電容性元 件C2與此電阻串聯(lián)放置。這是因為，當DC電流對此電容元件充電時，隔斷 電路的此臂，AC電流可以流過此電容性元件C2，并且可以耗散或衰減在電
阻性元件R2的電阻中。
因而，通過將第二電容性元件的電容選擇為大于第一電容性元件d的 電容，可以抑止由振蕩電路Ld產(chǎn)生的振蕩。優(yōu)選地，電容C2被選擇為基 本等于電容Q的三倍，在此示例中也就是680 nF。這是因為，在這種情況 下，對于接近振蕩電路Ld的諧振頻率的AC電流來說，第二電容性元件
C2基本表現(xiàn)為閉合開關(guān)。
然后，電阻性元件R2抑止此振蕩電路中產(chǎn)生的振蕩。為了優(yōu)化此阻尼
效應，電阻R2被選擇為基本等于〗丄一。因而，在每次開關(guān)時刻，由振蕩
引起的過沖具有這樣的幅度其變得如此小使得這些振蕩不能引起MOSFET 4a和4d之一的亂真開關(guān)(spurious switching)。此夕卜，能很快達到穩(wěn)定狀態(tài)。
圖3是示出在從MOSFET4d的導電狀態(tài)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)期間，圖2的電 路的不同的電壓和電流的變化的時序圖。在初始狀態(tài)to,晶體管4a處于斷開 狀態(tài)，晶體管4d處于導電狀態(tài)。在瞬時時刻tP控制電路在連接到MOSFET 4d的柵極的輸出端處生成低信號。柵極電壓V(j然后開始降低，降低的時間 常數(shù)是MOSFET 4d的寄生電容與電阻和的函數(shù)。
當此電壓Vcj達到第一閾值時，在瞬時時刻t2，此電壓降低得更慢。此 現(xiàn)象被稱為"米勒平坦效應(Miller Plateau)",其持續(xù)時間T,依賴于電阻R！ 和Rout以及MOSFET的寄生電容。在此平坦的"過程"期間，MOSFET 4d 的內(nèi)部電阻開始增加，MOSFET 4d工作在線性導電模式。由于相U的定子 繞組的電感的原因使得來自此繞組的電流I不能很快變化，所以MOSFET4d 的漏極電壓VD隨著晶體管的內(nèi)部電阻的增加而增加。
當電壓VD在瞬時時刻t3達到電源電位B+時，MOSFET 4a的體二極管 變?yōu)閷щ?，并且來自定子的電流開始經(jīng)過此二極管。結(jié)果，MOSFET 4d中 的電流I1減小，導電元件的寄生電感引起參考電位B-的負變化。此變化是危險的，因為控制電路連接到此參考。
在瞬時時刻t4,生成過電壓，MOSFET 4d處于擊穿(breakdown)模式，
并且在存儲在逆變器4和電池2(圖l)之間的電路的寄生電感中的能量耗散在
晶體管中的時間內(nèi)，保持在此導電模式。
在此開關(guān)期間，電容性元件d和C2的各個端處的電壓變化很快。其直 接后果是在這些部件中形成高電流。為了限制此電流，放置電阻性元件Rout， 以使得此附加電阻引起MOSFET 4d的寄生電容的放電的時間常數(shù)的增加。
其結(jié)果特別是米勒平坦效應的持續(xù)時間Tt的延長。結(jié)果，可以限制(！)的
最大值，其中V是電容性元件的兩端的電壓。在此示范性實施例中，此最大 值近似為5V/jlis。此值使得能夠使用尺寸更小的陶瓷電容器，其允許控制電 路組件的更好的集成度。
此外，限制電壓變化使得能夠避免大的過電流，因此延長了整個電路的 服務(wù)壽命。
但是，通過這樣延長米勒平坦效應，開關(guān)操作被放慢，其導致較大的開 關(guān)損失。然而，在此電動機工作模式下，主要目的是提供大的力矩以便啟動 熱引擎。由于電阻性元件放置在多路復用器7和電動機模式控制電路8之間， 因此在交流發(fā)電機模式(在此期間，要求具有最佳能量輸出)下不發(fā)生這種開 關(guān)時間的延長。
利用此結(jié)構(gòu)，可以保留交流發(fā)電機模式下機械能轉(zhuǎn)化為電能的最佳性 能，并且在起動器和交流發(fā)電機這兩個模式下可以提供附加的良好去耦效 應。
權(quán)利要求
1、一種旋轉(zhuǎn)電機(1)，包括機電組件(3)，被適配為將交流電形式的電能轉(zhuǎn)換為機械能，并且包括n相，其中n至少等于2，逆變器電路(4)，被適配為傳送所述交流電，該逆變器電路包括n對彼此串聯(lián)連接的開關(guān)電路(4a-4f)，每對開關(guān)電路耦接到該機電組件的各個相(U、V、W)，其特征在于，第一電容性去耦元件(C1)與每一相應對開關(guān)電路(4a-4f)并聯(lián)連接；以及其特征在于，包括電阻性元件(R2)和第二電容性元件(C2)的阻尼電路與每一相應對開關(guān)電路的第一電容性去耦元件并聯(lián)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機，其中，該第二電容性元件的電容(C2)基本大于該第一電容性元件的電容。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電機，其中，該第二電容性元件的電容(C2)的值基本等于或大于該第一電容性去耦元件的電容(C,)的三倍。
4、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)電機，其中，該逆變 器電路(4)通過導電元件耦接到DC電壓源(2),所述導電元件具有內(nèi)在寄生電 感，其中，該阻尼電路和該第一電容性元件與該導電元件形成振蕩電路，該阻尼電路的電阻性元件(R2)的值被適配為衰減所述振蕩電路內(nèi)的振蕩。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)電機，其中，該電阻性元件的電阻基本其中，L是導電元件的寄生電感的總和，Q是第一電容性元件的電容，C2 是第二電容性元件的電容。
6、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)電機，也包括控制電 路(8),其具有n對輸出，用于分別控制該n對開關(guān)電路，以及其中，該控制 電路包括至少一個連接到所述輸出的電阻性輸出元件(Rout)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)電機，其中，每個電阻性輸出元件與相 應開關(guān)電路(4d)的寄生電容形成具有給定時間常數(shù)的RC電路，并且其中， 該電阻性元件的值為使得該時間常數(shù)基本大于大約交流電的最大周期的5 % 時的值。
8、根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的旋轉(zhuǎn)電機，其中，每個電阻性輸出元件 與相應開關(guān)電路(4d)的寄生電容形成具有給定時間常數(shù)的RC電路，并且其 中，該電阻性元件的值為使得該第一電容性元件的兩端處的最大電壓變化基 本上小于大約5V/jas時的值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)電機，包括具有n相的機電組件，其被適配為將電能轉(zhuǎn)換為機械能；和靜態(tài)轉(zhuǎn)換器電路，用于提供所述電能，并且包括n對串聯(lián)安裝的開關(guān)電路。每對開關(guān)電路耦接到該機電組件的相應相。第一電容性去耦元件(C₁)與每一相應對開關(guān)電路(4a，4d)并聯(lián)連接，以及包括電阻性元件(R₂)和第二電容性元件(C₂)的阻尼電路與每一相應對開關(guān)電路的第一電容性去耦元件并聯(lián)連接。
文檔編號H02M1/12GK101346874SQ200680048764
公開日2009年1月14日 申請日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者皮埃爾·薩達特 申請人:法雷奧電機設(shè)備公司