CN103190069A - 高功率密度开关磁阻电机 - Google Patents

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Abstract

提供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。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。

Description

高功率密度开关磁阻电机
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。
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：第一开关和第二开关；第一单向电流装置和第二单向电流装置，分别单向传导电流。第一开关和第二开关与第一单向电流装置和第二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二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；（3）存在第三运行状态，其中，第二开关的导通状态使得电池通过第一相绕组传导电流，以将能量存储在第一相绕组中；（4）存在第四运行状态，其中，第二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dc电压源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dc电压源中。
另外，本发明的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来实现。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电池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dc电压源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dc电压源中。
另外，本发明的目的可全部或部分地通过一种无刷电机系统来实现，其中，所述无刷电机系统具有电池和具有第一相绕组和第二相绕组的无刷电机。相绕组和电池互相连接，从而当与dc电压源互相连接时，存在第一运行状态，其中，第一相绕组存储的能量通过电池传导电流被释放，从而将能量存储在电池中。
附图说明
在说明书的以下段落中描述本发明的优选实施例，并且当结合附图进行阅读时，可以更好地理解本发明的优选实施例，在附图中：
图1示出由本发明定义的电源转换器的第一实施例；
图2示出由本发明定义的电源转换器的第二实施例；
图3示出由本发明定义的电源转换器的第三实施例；
图4示出由本发明定义的电源转换器的第四实施例；
图5示出由本发明定义的电源转换器的第五实施例；
图6示出由本发明定义的电源转换器的第六实施例。
具体实施方式
图1示出由本发明定义的电源转换器的第一实施例。电源转换器100具有由公用电网提供的单相交流（ac）电源电压102。电源电压102通过单相桥整流器104整流并通过电容器C1106滤波。电容器106两端的直流（dc）电压被指定为Vdc，并且还被称为dc链电压。电源转换器100提供电池组充电、电动机驱动和发电的操作模式。
在充电操作期间，Vdc通过降压转换器向电池组116充电，其中，降压转换器包括晶体管TA108、续流二极管DA110和用作电感器的A相电机绕组120。通过使用脉宽调制（PWM）控制来改变晶体管108的导通持续时间来完成对电池组116的充电，从而相绕组120中的电流被调节为与电池组116的期望的充电电流相等。以占空比d来导通和截止晶体管108，从而通过晶体管108传导的电流通过电机绕组120（也用作电压平滑电感器）将电池组116充电到电压Vb。因此，在充电操作期间，来自电容器106的部分能量被传送到电池组116，其他能量被传送到电机绕组120。
当传送到电池组116的电流超过设定量时，晶体管108截止。在晶体管108截止之后，存储在电机绕组120中的能量将被释放为流过相绕组120、电池组116和二极管110的电流。因此，在晶体管108截止之后，电池组继续充电一段时间。通过降压电源转换控制系统的充电反馈电流控制回路中的参考电流命令来确定对电池组116充电的速率。通过反馈电流控制回路的电流误差来调节晶体管108的占空比，并且该电流误差是参考电流命令和通过电池组116传送的电流之间的差。通过电流控制器来处理电流误差，以调节晶体管108的占空比。
电流控制器可以是比例积分控制器或另一类型的电流控制器。电流控制器的输出被限制到在电池充电阶段期间能够由所述电池处理的最大安全电流。
假设电源转换器100用于电动车辆，那么参考电流的大小确定充电的速率（即，快、慢或涓流），并且可基于用户的驾驶习惯通过控制器来确立参考电流的大小。通过将电流控制器的输出与可以是三角波形的脉宽调制载波频率信号比较，来把电流控制器的输出转换为可变脉宽调制信号。随着电流控制器输出的大小增大，占空比d增大。稳态占空比如下得出：
Ve=dVdc-VTA-RAIA     （1）
其中，VB是电池电压，VTA是晶体管108的传导电压降，RA是相绕组120的电阻，IA是通过电池组116传送的电流，d是应用于晶体管108的占空比。占空比通过以下等式给出：
d = V TA + R A I A V dc - - - ( 2 )
在电动机驱动操作期间，晶体管TB112根据施加到其控制栅极的PWM信号而导通，从而由电池组116存储的能量可通过B相电机绕组122放电。PWM电流控制可以与如上所述的电池组116的充电系统中的电流控制类似。当晶体管112截止时，电机绕组122通过二极管DB114、电容器106电容器C2118传送电流来释放电机绕组122的存储的能量，这导致能量从电机绕组122传送到电容器106。使用施加到晶体管112的控制栅极的PWM信号，按照PWM占空周期的每个导通时间段将能量存储在电机绕组122中，并且该能量被部分传送到电容器106。
从电机绕组122传送到电容器106的能量可用于向电机绕组120供给能量。因此，电容器106从包括电池组116、电容器118、电机绕组122、晶体管112、二极管114和电容器106的升压电路接收能量。
当在电动机绕组电感对转子位置特性中出现负斜率时，存在发电模式的操作。在一相的发电模式期间，可通过导通各自的晶体管开关来向相应的电机绕组供给能量达到期望水平；其后，晶体管截止。例如，针对电机绕组120，晶体管108截止，针对电机绕组122，晶体管112截止，从而存储在电机绕组120中的能量被传送到电池组116，存储在电机绕组122中的能量被传送到电容器106。
由于电源转换器100使用用于充电、发电和电动机驱动的电机侧转换器，因此电源转换器100是紧凑的。与用于无刷系统的电源转换器相比，电源转换器100还使用最小数量的开关器件。
图2示出由本发明定义的电源转换器的第二实施例。电源转换器200具有在其前端的降压转换器以及在其后端的两个升压转换器电路，而电源转换器100具有一个降压转换器和一个升压转换器。因此，电源转换器200与电源转换器100相似，但是电源转换器200具有包括电机相绕组、晶体管和续流二极管的另外的升压电路。两个升压电路中的一个升压电路的电机绕组、晶体管和二极管与另一个升压电路的这样的组件并联电连接。每个升压电路的操作与针对图1中示出的电源转换器100中的升压电路确定的操作相同。
在电源转换器200中，使用包括晶体管208、电机绕组220、续流二极管210、电池组216、电容器206和由整流器204整流的ac电压源202的降压转换器进行前端充电。第一后端升压转换器包括电容器206、电池组216、电容器218、电机绕组234、晶体管230和二极管232。第二后端升压转换器包括电容器206、电池组216、电容器218、电机绕组222、晶体管212和二极管214。
在电池充电模式期间，降压电路使用在电容器206两端施加的整流的ac电压以电压Vb向电池组216充电。通过导通晶体管208来完成这种电池充电，从而电容器206通过晶体管208、电机绕组220和电池组216传送电流。
第一升压电路和第二升压电路分别向电机绕组234和222供给能量，并且还控制这些电机绕组中的发电。在发电和电流换向期间，电机绕组234和222的能量被部分传送到电容器206。存储在电容器206中的能量用于以电动机形式驱动一相电机绕组220。从电机绕组234和222恢复的能量通常足以以满额定条件向电机绕组220供电。
绕组220、222和234可以是具有半波操作的三相开关磁阻电机（SRM）的三相绕组，或者是三相永磁无刷dc（PMBDC）电机的绕组。可选地，绕组220、222和234可用于具有公共极或背铁绕组的两相SRM；在这种情况下，电机绕组234和222是相绕组，电机绕组220是围绕公共极缠绕（例如，如在具有六定子极和三转子极的SRM或E型磁芯电机中使用）或者是（例如，四定子极和两转子极的电机的）背铁绕组。公共极绕组具有电流可以是连续的优点，而不同相的公共极绕组将具有有限持续时间的电流。
图3示出由本发明定义的电源转换器的第三实施例。整流器304对由ac电压源302提供的电压整流，并且将整流的电压施加在电容器306的两端。通过导通晶体管308向电池组316充电，从而电容器306通过晶体管308、电机绕组320和电池组316传送电流。晶体管308、续流二极管326和电机绕组320构成降压电路；以上针对电源转换器100和200中的降压电路提供了降压电路操作的描述。
在电机绕组322的电动机驱动操作模式期间，晶体管312导通，从而电池组316通过电机绕组322和晶体管312传送电流来释放其存储的能量。通过使用适当的PWM信号控制晶体管312来实现电流调节。当晶体管312截止时，存储在电机绕组322中的能量通过电机绕组322、二极管314、电容器306和电容器318的电流传导被释放；当能量从电机绕组322被释放时，施加在电机绕组322的两端的电压是-（Vdc-Vb）。由于Vdc大于Vb，因此电流的换向可更快。
可通过包括晶体管324和电池组316的升压电路向电机绕组320供给能量。当晶体管324导通时，由电池组316通过电机绕组320和晶体管324传送电流。当通过电机绕组320传送的电流超过设定极限或者存储在电机绕组320中的能量需要被释放时，晶体管324截止，并且存储在电机绕组320中的能量通过电机绕组320、二极管326、电容器306和电容器318的电流的传送被释放。通过电机绕组320释放的能量被电容器306存储。当电机绕组320释放其存储的能量时，电压-（Vdc-Vb）被施加在电机绕组320的两端，这迫使流过电机绕组320的电流减小到零。通过使用升压操作模式将全部功率施加到A相。
还可使用包括电容器306、晶体管308、电机绕组320和电池组316的降压电路从存储在电容器306中的能量向电机绕组320供给能量。向电机绕组320供给能量的操作与上述向电池组316充电的操作相似。因此，可以在电动机驱动模式下从存储在电容器306中的能量或者存储在电池组316中的能量向电机绕组320供给能量。
从电机绕组322传送到电容器306的能量可用于向电机绕组320供给能量。因此，电容器306从包括电池组316、电容器318、电机绕组322、晶体管312、二极管314和电容器306的升压电路接收能量。
电源转换器300的优点包括以下内容。电机绕组320和322均从电池组316被供给能量，从而以期望的输出工作。前端降压电路使用从电网输入接收的且存储在电容器306中的能量来向电池组316充电。电容器306使用在电流控制和转向间隔期间从电机绕组320和322接收的电荷，在电动机驱动操作期间向电机绕组320供给能量。电机绕组320的电动机驱动操作独立于由电容器306存储的电容性电荷。电机绕组322中的电流换向不受电机绕组320的电动机驱动操作妨碍。
晶体管324和续流二极管310可以集成在单个器件封装（诸如绝缘栅双极型晶体管（IGBT））或单个器件（诸如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET））中。晶体管308和二极管326可以集成在单个器件封装（诸如IGBT）或单个器件（诸如MOSFET）中。IGBT或MOSFET的密集封装支持用于电源转换器300的更紧凑的封装。两个IGBT/MOSFET封装件可通过逆变桥的单个臂来实现。这些布置极大地减小封装体积和重量以及电源变换器的成本。
图4示出由本发明定义的电源转换器的第四实施例。整流器404对由ac电压源402提供的ac电压整流，并且将整流的电压施加在电容器406的两端。当晶体管408导通时，电容器406通过晶体管408和电机绕组420传送电流，从而向电机绕组420供给能量。当流过电机绕组420的电流在向电池组416充电期间达到设定极限时，晶体管408截止，从而由电机绕组420存储的能量通过电机绕组420、电池组416和二极管410的电流传送被释放。当向电池组416传送的电流的流量减小到设定量时，晶体管408可切换回导通，以重新向电机绕组420供给能量，并且随后当晶体管408截止时将该能量传送到电池组416；这是转换器操作的降压-升压模式。
在电机绕组420被供给能量的同时，电容器406两端的全部电压减去晶体管408两端的电压降和任何寄生电压损耗之后被施加在电机绕组的两端。相似地，就像电机绕组420损失能量一样，电机绕组420的全部电压减去二极管410两端的二极管电压降和任何寄生损耗之后被施加在电池组416的两端。
来自电池组416的能量通过导通晶体管424被传送到电机绕组420，从而电流从电池组416通过电机绕组420和晶体管424被传送。当晶体管424截止时，由电机绕组420存储的能量通过电机绕组420、二极管426和电容器406的电流传送被释放。当在电容器406中存储过多的能量时，存储在电机绕组420中的能量的这种释放在由电源转换器400供电的电机中提供连续的电动机驱动扭矩。
在电机绕组420损失能量时间段期间，电机绕组420两端的电压是施加在电容器406两端（即，dc电压源）的全部dc电压减去二极管426两端的二极管电压降和任何寄生损耗。相反，电源转换器300的电机绕组320两端的电压是dc电压源（即，电容器306两端的电压）和电池组316两端的电压之间的差。
晶体管412导通以从电池组416通过电机绕组422和晶体管412传送电流。全部电池电压减去晶体管412两端的电压和任何寄生损耗之后被施加在电机绕组422的两端。当晶体管412截止时，由电机绕组422存储的能量通过电机绕组422、二极管414、二极管426和电容器406的电流传送被释放。电容器418用作电池组416两端的滤波器。
电机绕组422两端的电压与电容器406两端的电压（即，dc电压源）减去二极管电压降和任何寄生损耗相等。相反，在电机绕组322损失能量期间，电源转换器300的电机绕组322两端的电压近似为dc电压源和电池组电压之间的差。
在电源转换器400的电动机驱动操作期间可用的相同优点在发电模式操作期间对于电机绕组420和422两者同样可用。此外，如同电源转换器300一样，电源转换器400仅需要三个晶体管和三个二极管，从而支持密集封装和低成本。
虽然已经结合两相电动机驱动系统描述了电源转换器300和400，但是这些电源转换器的原理可扩展到三相或更多相电机。例如，电机绕组322和二极管314构成电源转换器300中的升压电路的部分；包括电机绕组和二极管的相似的升压电路部分可与电机绕组322和二极管314并联连接，以用于多于两相的电机中的每一相。类似地，电机绕组422和二极管414构成电源转换器400中的升压电路的部分；包括电机绕组和二极管的相似的升压电路部分可以与机绕组422和二极管414并联连接，以用于多于两相的电机中的每一相。
图5示出由本发明定义的电源转换器的第五实施例。整流器504对由ac电压源502提供的ac电压整流。整流的电压被施加在电容器506的两端。当晶体管508导通时，电容器506通过晶体管508、电机绕组520和电池组516传送电流。晶体管508、电机绕组520和续流二极管构成降压转换器电路的一部分。当晶体管508截止时，电机绕组520通过电池组516和二极管510传送电流来释放电机绕组520的存储的能量。
当向一相的电机绕组520供给能量是在正半周期（即，感应电动势（emf）与电池组516两端的电压Vb相反）中时，晶体管524调节电机绕组520中的电流。当晶体管524截止以降低电机绕组520中的电流或者消除电流时，电机绕组520通过电机绕组520、二极管526、电容器506和电容器518传送电流来释放存储的能量。
当一相的电机绕组520的感应的emf处于增加状态时，电机准备好负电流操作。导通晶体管508使得电容506通过晶体管508、电机绕组520和电池组516传送电流。
当感应的emf为负时注入正电流（反之亦然）在PMBDC电动机中实现再生制动。当一相电机绕组520的感应的emf为正（即，其极性与Vb相反）时，晶体管508导通，从而负电流（在示出的电机绕组520中从左向右流动）流过电机绕组520以将能量从电机传送到电池组516。相同地，当感应的emf为负时（即，当感应的emf增加到Vb时），晶体管524导通以传送正电流（即，在示出的电机绕组520中电流从右向左流动）。在每种情况下，再生制动减缓电机的速度。
当电流为正时，感应的emf加上Vb作用，以便在晶体管524截止时积累电流，从而感应的emf与Vb的和驱动电流流入电机绕组520，以将能量传送到电容器506。当电机绕组520中的电流为负时，感应的emf必须为正；这意味着感应的emf与Vb相反，从而导致Vdc与感应的emf的和协助在晶体管508导通时积累电流。当晶体管508截止时，为了调节电流，感应的emf协助能量从电机绕组传送到电池组516。
电源转换器500的优点在于以下内容。电源转换器500的电池充电操作不需要外部电感器。电池充电操作和电动机驱动（以及发电）操作两者仅需要两个晶体管和两个二极管，并且四个器件（即，两个晶体管和两个二极管）可以在作为逆变器封装的一个相角的一个封装中获得，或者作为分别在一个封装中包括一个晶体管和一个二极管的两个器件被获得。这些封装提供了低成本实现、高密度和小体积。所有的器件和电机绕组用于在所有模式下运行电动机和的电池充电；因此，电源转换器和电机的最大利用导致紧凑的封装、最少的组件、高效率和低成本。因为在任何时间仅有一个器件（即，晶体管/二极管）与电机绕组520一起工作（相反，在传统的电动机驱动中两个器件工作），所以实现了高效率；这导致低的器件传导损耗以及高的转换器和系统效率。小数量的器件减小了需要的散热器尺寸、印刷电路板空间以及逻辑电源、栅极驱动器和控制电子器件的数量。所有这些导致封装紧凑型、材料和组件节约以及低成本。
图6示出由本发明定义的电源转换器的第六实施例。通过添加另一电机绕组和用于第二电动机相位的逆变器相角，从电源转换器500得到电源转换器600。更具体地讲，电源转换器600的附加组件是B相电机绕组622以及晶体管612和630，其中，晶体管612和630分别具有在其两端反并联的二极管632和614。类似于晶体管508和524以及二极管510和520，晶体管612和630以及二极管632和614构成逆变器相角。逆变器的这两组相角一起构成单相H桥逆变器，其中，单相H桥逆变器可按具有栅极驱动器和用于过电流、欠电压和过电压操作的保护电路的智能电源模块的形式使用；这些器件在尺寸上紧凑并且对于大规模生产具有很好的成本效益。
晶体管508、电机绕组520、电池组516、电容器506和二极管510用作用于从dc电源电压Vdc向电池充电的降压电源电路。类似地，晶体管630、电机绕组622、电池组516、电容器506和二极管632用作用于从电容器506向电池组516充电的另一降压电源转换器电路。通过电机绕组520和电机绕组622向电池充电的两种途径提供用于快速充电的机会。
分别通过晶体管524和晶体管612来注入和控制电机绕组520和622中的正电流。类似地，分别通过晶体管508和晶体管630来控制电机绕组520和622中的负电流。
电源转换器600提供的优点包括以下内容。因为在从电网向电池充电期间电机相位用于滤波目的，因此不需要用于滤波的外部电感器。正负电流都可被注入到电机相位中，因此增加了电机的扭矩。实现了完整的再生制动。实现了电子器件和电机的完全利用。单相逆变桥的使用提供了电源电路的紧凑封装，导致低成本和高可靠性。电源转换器600为操作具有高扭矩输出的两相PMBDC电动机的电池的控制提供了低成本方案。逆变器的两组相角构成单相H桥逆变器，其中，单相H桥逆变器通常可按具有栅极驱动器和用于过电流、欠电压和过电压操作的保护电路的智能电源模块的形式使用。
其他实施例可从第一实施例到第六实施例获得。考虑单相电动机，与第五实施例的电动机类似，可从第四实施例获得。去除电机绕组422及其相关的晶体管412和续流二极管414提供了这样的单相电动机，其具有从电容器406经过晶体管408、电机绕组420和续流二极管410向电池组416充电的完整能力。类似地，相同的充电路径用于来自存储在电容器406中的能量的电机绕组420的电动机驱动操作。使用晶体管424发起电流将来自电池组416的能量应用于电机绕组420的电动机驱动操作；当晶体管424终止电流时，由电机绕组420存储的能量通过沿续流二极管426到电容器406的路径流动的电流被放电。本实施例中的发电与关于第四实施例的描述的发电类似。单相电动机的两个这样的单元将提供具有用于电池充电、电动机驱动和发电的独立能力的两相电动机，与第六实施例类似。本领域中的技术人员可从这里呈现的各种实施例获得本发明的许多实施例。
这里呈现的所有实施例可同样地用于开关磁阻电机和永磁无刷dc电机（PMBDCM）两者。除了在电动车辆电动机中的应用之外，这些实施例还可用于手工工具和电器电动机。
公开的电源转换器的实施例包括：（1）两相SRM或PMBDCM驱动系统，具有互相连接的两个晶体管和两个二极管以提供电池组的充电、动力和不使用外部电感器的发电；（2）两相SRM或PMBDCM驱动系统，具有互相连接的两个晶体管和两个二极管以提供电池组的充电、动力和发电，同时每个相绕组仅使用一个晶体管或一个二极管；（3）被扩展到多于两相的项（1）和（2）的实施例，而不需要改变它们的操作特性；（4）两相SRM或PMBDCM驱动系统，具有互相连接的三个晶体管和三个二极管以提供电池组的充电、动力和发电，其中，两个相绕组能够从电池获得达到最大程度的动力（即，在扭矩产生期间施加到相绕组的电压是忽略晶体管电压降的全部电池电压）；（5）两相SRM或PMBDCM驱动系统，具有互相连接的三个晶体管和三个二极管以提供电池组的充电、动力和发电，从而两个相绕组能够从电池获得达到最大程度的动力（即，在扭矩产生期间施加到相绕组的电压是忽略晶体管电压降的全部电池电压，并且在充电期间，全部dc总线电压被施加到第一相）；（6）单相SRM或PMBDCM电动机电路，仅具有互相连接的两个晶体管和两个二极管以提供电池组的充电、动力和发电，从而两个相绕组能够从电池获得达到最大程度的动力（即，在扭矩产生期间施加到相绕组的电压是忽略晶体管电压降的全部电池电压）；（7）单相SRM或PMBDCM电动机电路，仅具有互相连接的两个晶体管和两个二极管以提供电池组的充电、动力和发电，从而两个相绕组能够从电池获得达到最大程度的动力（即，在扭矩产生期间施加到相绕组的电压是忽略晶体管电压降的全部电池电压，并且在充电期间，全部dc总线电压被施加到第一相）；（8）在一个电路中互相连接以创建两相电动机电路的两个单相SRM或PMBDCM电动机实施例，其中，所述两相电动机电路能够提供电池组的充电、动力和发电，同时两个相绕组能够从电池获得达到最大程度的动力（即，在扭矩产生期间施加到相绕组的电压是忽略晶体管电压降的全部电池电压，并且在充电期间，全部dc总线电压被施加到第一相）；（9）能够按照电机相位仅使用一个器件顺序地将全部电池电压或dc电压源施加到电机相位；（10）单相全桥逆变器互相连接以向两相电机和电池组供给能量、充电或发电，所述电池组能够使用前端中的用于产生dc电压源的整流器从公共电网被充电；（11）能够使用两个相绕组对电池充电的电源转换器；（12）能够在两相电机的电机相位中注入正负电流的电源转换器。
以上已经详细描述了本发明的可能的实施例。通过考虑说明书和本发明的实施，本发明的其他实施例对于本领域中技术人员将是清楚的。因此，本说明书及其公开的实施例旨在仅被考虑为示例性，本发明的真实范围和精神将由权利要求指示。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种电源转换器，包括：
第一开关；和
单向传导电流的第一单向电流装置，其中：
第一开关和第一单向电流装置互相连接，从而当与直流（dc）电压源、电池和电机的第一相绕组互相连接时：
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、第一相绕组和电池传导电流，以将能量存储在第一相绕组和电池中，
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存储的能量，以将能量存储在电池中。
2.如权利要求1所述的电源转换器，还包括：
第二开关；和
单向传导电流的第二单向电流装置，其中：
第一开关和第二开关与第一单向电流装置和第二单向电流装置互相连接，从而当与dc电压源、电池、电机的第一相绕组和第二相绕组互相连接时：
存在第三运行状态，其中，第二开关的导通状态使得电池通过第二相绕组传导电流，以将能量存储在第二相绕组中，
存在第四运行状态，其中，第二开关的非导通状态使得第二相绕组通过第二单向电流装置和dc电压源传导电流来释放存储的能量，以将能量存储在dc电压源中。
3.如权利要求1所述的电源转换器，其中，向第一相绕组供给能量用于：（1）为电机提供电动机驱动扭矩，以用于所述电机的转子极和定子极的第一对准；（2）为电机提供再生扭矩，以用于转子极和定子极的非对准；（3）提供电感滤波电源电压，电感滤波电源电压对提供显著的电动机驱动扭矩或再生扭矩的电池充电，以用于转子极和定子极的第二对准。
4.如权利要求2所述电源转换器，还包括：
第三开关；和
单向传导电流的第三单向电流装置，其中：
第一开关、第二开关、第三开关与第一单向电流装置、第二单向电流装置、第三单向电流装置互相连接，从而当与dc电压源、电池、电机的第一相绕组和第二相绕组以及电机的第三相绕组互相连接时：
存在第五运行状态，其中，第三开关的导通状态使得电池通过第三相绕组传导电流，以将能量存储在第三相绕组中，
存在第六运行状态，其中，第三开关的非导通状态使得第二相绕组通过第三单向电流装置和dc电压源传导电流来释放第二相绕组的存储的能量，以将能量存储在dc电压源中。
5.一种电机，包括：
权利要求4所述的电源转换器；
具有转子极的转子；和
具有第一激励相极、第二激励相极和公共极的定子，其中：
第一相绕组围绕第一激励相极，
第二相绕组围绕第二激励相极，
第三相绕组围绕公共极，
公共极接收通过第一激励相极至转子极中的每一个传送的磁通量，并且接收通过第二激励相极至转子极中的每一个传送的磁通量。
6.一种电机，包括：
权利要求4所述的电源转换器；
具有转子极的转子；和
具有第一激励相极、第二激励相极和与第一激励相极、第二激励相极互相连接的定子后臂的定子，其中：
第一相绕组围绕第一激励相极，
第二相绕组围绕第二激励相极，
第三相绕组围绕定子后臂。
7.如权利要求2所述的电源转换器，还包括：
第三开关；和
单向传导电流的第三单向电流装置，其中：
第一开关、第二开关、第三开关与第一单向电流装置、第二单向电流装置、第三单向电流装置互相连接，从而当与dc电压源、电池、电机的第一相绕组和第二相绕组互相连接时：
存在第五运行状态，其中，第三开关的导通状态使得电池通过第一相绕组传导电流，以将能量存储在第一相绕组中，
存在第六运行状态，其中，第三开关的非导通状态使得第一相绕组通过第三单向电流装置和dc电压源传导电流来释放存储的能量，以将能量存储在dc电压源中。
8.如权利要求7所述的电源转换器，其中，在第一运行状态和第二运行状态期间通过第一相绕组传导的电流沿着与在第五运行状态和第六运行状态期间通过第一相绕组传导的电流的流动方向相反的方向流动。
9.如权利要求1所述的电源转换器，还包括：
第二开关；和
单向传导电流的第二单向电流装置，其中：
第一开关和第二开关与第一单向电流装置和第二单向电流装置互相连接，从而当与dc电压源、电池和第一相绕组互相连接时：
存在第三运行状态，其中，第二开关的导通状态使得电池通过第一相绕组传导电流，以将能量存储在第二相绕组中，
存在第四运行状态，其中，第二开关的非导通状态使得第二相绕组通过第二单向电流装置和dc电压源传导电流来释放存储的能量，以将能量存储在dc电压源中。
10.如权利要求7所述的电源转换器，还包括：
第四开关；和
单向传导电流的第四单向电流装置，其中：
第一开关至第四开关与第一单向电流装置至第四单向电流装置互相连接，从而当与dc电压源、电池、电机的第一相绕组和第二相绕组互相连接时：
存在第七运行状态，其中，第四开关的导通状态使得dc电压源通过第二相绕组和电池传导电流，以将能量存储在第二相绕组和电池中，
存在第八运行状态，其中，第四开关的非导通状态使得第二相绕组通过电池和第四单向电流装置传导电流来释放存储的能量，以将能量存储在电池中。
11.如权利要求10所述的电源转换器，其中，在第三运行状态和第四运行状态期间通过第二相绕组传导的电流沿着与在第七运行状态和第八运行状态期间通过第二相绕组传导的电流的流动方向相反的方向流动。
12.一种电源转换器，包括：
第一电容器，具有第一电端子和第二电端子；
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；
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；
电机的第一相绕组；和
电池，具有第一电端子和第二电端子，其中：
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，
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。
13.如权利要求12所述的电源转换器，还包括：
第二电容器，具有第一电端子和第二电端子；
第N开关，当第N开关启用时，第N开关在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流，当第N开关停用时，第N开关在第一端子和第二端子之间不传导电流；
第N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；和
电机的第N相绕组，其中：
对于大于1的整数值N：
第N相绕组的第一端子直接连接到第一相绕组的第二端子以及电池和第二电容器的第一端子，
第N相绕组的第二端子直接连接到第N开关和第N单向电流装置的第一端子，
第N单向电流装置的第二端子直接连接到第一电容器和第一开关的第一端子，
第N开关的第二端子直接连接到第一单向电流装置的第一端子以及第一电容器、电池和第二电容器的第二端子。
14.如权利要求13所述的电源转换器，还包括：
第N+1开关，当第N+1开关启用时，第N+1开关在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流，当第N+1开关停用时，第N+1开关在第一端子和第二端子之间不传导电流；和
第N+1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，其中：
第N+1开关的第一端子直接连接到第一开关和第一单向电流装置的第二端子以及第一相绕组和第N单向电流装置的第一端子，
第N+1单向电流装置的第二端子直接连接到第一电容器和第一开关的第一端子以及第N单向电流装置的第二端子，
第N+1开关的第二端子直接连接到第一单向电流装置的第一端子以及第一电容器、电池、第二电容器和第N开关的第二端子。
15.如权利要求12所述的电源转换器，还包括：
第二电容器，具有第一电端子和第二电端子；
第二开关，当第二开关启用时，第二开关在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流，当第二开关停用时，第二开关在第一端子和第二端子之间不传导电流；和
第二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，其中：
第二电容器的第一端子直接连接到电池的第一端子和第一相绕组的第二端子，
第二单向电流装置的第一端子直接连接到第二开关的第一端子以及第一开关和第一单向电流装置的第二端子，
第二单向电流装置的第二端子直接连接到第一电容器和第一开关的第一端子，
第二开关的第二端子直接连接到第一单向电流装置的第一端子以及第一电容器、第二电容器和电池的第二端子。
16.如权利要求15所述的电源转换器，还包括：
第N开关，当第N开关启用时，第N开关在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流，当第N开关停用时，第N开关在第一端子和第二端子之间不传导电流；
第N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；和
电机的第N-1相绕组，其中：
对于大于2的整数值N：
第N-1相绕组的第一端子直接连接到第一相绕组的第二端子以及电池和第二电容器的第一端子，
第N-1相绕组的第二端子直接连接到第N开关和第N单向电流装置的第一端子，
第N单向电流装置的第二端子直接连接到第一电容器和第一开关的第一端子以及第二单向电流装置的第二端子，
第N开关的第二端子直接连接到第一单向电流装置的第一端子以及第一电容器、电池、第二开关和第二电容器的第二端子。
17.如权利要求15所述的电源转换器，还包括：
第三开关和第四开关，当第三开关和第四开关启用时，第三开关和第四开关分别在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流，当第三开关和第四开关停用时，第三开关和第四开关在第一端子和第二端子之间不传导电流；
第三单向电流装置和第四单向电流装置，分别在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流；和
电机的第二相绕组，其中：
第二相绕组的第一端子直接连接到第一相绕组的第二端子以及电池和第二电容器的第一端子，
第二相绕组的第二端子直接连接到第四开关和第三单向电流装置的第一端子以及第三开关和第四单向电流装置的第二端子，
第三单向电流装置的第二端子直接连接到第一电容器、第一开关和第三开关的第一端子以及第二单向电流装置的第二端子，
第四开关的第二端子直接连接到第一单向电流装置和第四单向电流装置的第一端子以及第一电容器、电池、第二开关和第二电容器的第二端子。
18.一种电源转换器，包括：
第一电容器，具有第一电端子和第二电端子；
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；
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；
电机的第一相绕组；和
电池，具有第一电端子和第二电端子，其中：
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。
19.如权利要求18的电源转换器，还包括：
第二电容器，具有第一电端子和第二电端子；
第N开关，当第N开关启用时，第N开关在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流，当第N开关停用时，第N开关在第一端子和第二端子之间不传导电流；
第N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；和
电机的第N-1相绕组，其中：
对于大于2的整数值N：
第N开关的第一端子直接连接到第N-1相绕组和第N单向电流装置的第一端子，
第N开关的第二端子直接连接到第二开关的第二端子以及电池、第二电容器和第二单向电流装置的第一端子，
第N单向电流装置的第二端子直接连接到第一电容器和第一开关的第一端子以及第一单向电流装置的第二端子，
第N-1相绕组的第二端子直接连接到第一电容器、第二电容器、电池和第一相绕组的第二端子。
20.一种电源转换器，包括：
第一开关和第二开关；
第一单向电流装置和第二单向电流装置，分别单向传导电流，其中：
第一开关和第二开关与第一单向电流装置和第二单向电流装置互相连接，从而当与直流（dc）电压源、电池和电机的第一相绕组互相连接时：
存在第一运行状态，其中，第一开关的导通状态使得dc电压源通过第一相绕组传导电流，以将能量存储在第一相绕组中，
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二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，
存在第三运行状态，其中，第二开关的导通状态使得电池通过第一相绕组传导电流，以将能量存储在第一相绕组中，
存在第四运行状态，其中，第二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dc电压源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dc电压源中。
21.如权利要求20所述的电源转换器，还包括：
第三开关；和
单向传导电流的第三单向电流装置，其中：
第一开关、第二开关、第三开关与第一单向电流装置、第二单向电流装置、第三单向电流装置互相连接，从而当与dc电压源、电池、电机的第一相绕组以及电机的第二相绕组互相连接时：
存在第五运行状态，其中，第三开关的导通状态使得电池通过第二相绕组传导电流，以将能量存储在第二相绕组中，
存在第六运行状态，其中，第三开关的非导通状态使得第二相绕组通过第三单向电流装置和dc电压源传导电流来释放第二相绕组的存储的能量，以将能量存储在dc电压源中。
22.一种电源转换器，包括：
开关；和
单向传导电流的单向电流装置，其中：
开关和单向电流装置互相连接，从而当与直流（dc）电压源、电池和电机的相绕组互相连接时：
存在第一运行状态，其中，开关的导通状态使得电池通过开关和相绕组传导电流，以将能量存储在相绕组中，
存在第二运行状态，其中，开关的非导通状态使得相绕组通过单向电流装置和dc电压源传导电流来释放相绕组的存储的能量，以将能量存储在dc电压源中，
开关、电池和dc电压源中的每一个具有直接连接到电路网络的同一节点的电端子。

Claims (24)

1.一种电源转换器，包括：
第一开关；和
单向传导电流的第一单向电流装置，其中：
第一开关和第一单向电流装置互相连接，从而当与直流（dc）电压源、电池和电机的第一相绕组互相连接时：
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、第一相绕组和电池传导电流，以将能量存储在第一相绕组和电池中，
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存储的能量，以将能量存储在电池中。
2.如权利要求1所述的电源转换器，还包括：
第二开关；和
单向传导电流的第二单向电流装置，其中：
第一开关和第二开关与第一单向电流装置和第二单向电流装置互相连接，从而当与dc电压源、电池、电机的第一相绕组和第二相绕组互相连接时：
存在第三运行状态，其中，第二开关的导通状态使得电池通过第二相绕组传导电流，以将能量存储在第二相绕组中，
存在第四运行状态，其中，第二开关的非导通状态使得第二相绕组通过第二单向电流装置和dc电压源传导电流来释放存储的能量，以将能量存储在dc电压源中。
3.如权利要求1所述的电源转换器，其中，向第一相绕组供给能量用于：（1）为电机提供电动机驱动扭矩，以用于所述电机的转子极和定子极的第一对准；（2）为电机提供再生扭矩，以用于转子极和定子极的非对准；（3）提供电感滤波电源电压，电感滤波电源电压对提供显著的电动机驱动扭矩或再生扭矩的电池充电，以用于转子极和定子极的第二对准。
4.如权利要求2所述电源转换器，还包括：
第三开关；和
单向传导电流的第三单向电流装置，其中：
第一开关、第二开关、第三开关与第一单向电流装置、第二单向电流装置、第三单向电流装置互相连接，从而当与dc电压源、电池、电机的第一相绕组和第二相绕组以及电机的第三相绕组互相连接时：
存在第五运行状态，其中，第三开关的导通状态使得电池通过第三相绕组传导电流，以将能量存储在第三相绕组中，
存在第六运行状态，其中，第三开关的非导通状态使得第二相绕组通过第三单向电流装置和dc电压源传导电流来释放第二相绕组的存储的能量，以将能量存储在dc电压源中。
5.一种电机，包括：
权利要求4所述的电源转换器；
具有转子极的转子；和
具有第一激励相极、第二激励相极和公共极的定子，其中：
第一相绕组围绕第一激励相极，
第二相绕组围绕第二激励相极，
第三相绕组围绕公共极，
公共极接收通过第一激励相极至转子极中的每一个传送的磁通量，并且接收通过第二激励相极至转子极中的每一个传送的磁通量。
6.一种电机，包括：
权利要求4所述的电源转换器；
具有转子极的转子；和
具有第一激励相极、第二激励相极和与第一激励相极、第二激励相极互相连接的定子后臂的定子，其中：
第一相绕组围绕第一激励相极，
第二相绕组围绕第二激励相极，
第三相绕组围绕定子后臂。
7.如权利要求2所述的电源转换器，还包括：
第三开关；和
单向传导电流的第三单向电流装置，其中：
第一开关、第二开关、第三开关与第一单向电流装置、第二单向电流装置、第三单向电流装置互相连接，从而当与dc电压源、电池、电机的第一相绕组和第二相绕组互相连接时：
存在第五运行状态，其中，第三开关的导通状态使得电池通过第一相绕组传导电流，以将能量存储在第一相绕组中，
存在第六运行状态，其中，第三开关的非导通状态使得第一相绕组通过第三单向电流装置和dc电压源传导电流来释放存储的能量，以将能量存储在dc电压源中。
8.如权利要求7所述的电源转换器，其中，在第一运行状态和第二运行状态期间通过第一相绕组传导的电流沿着与在第五运行状态和第六运行状态期间通过第一相绕组传导的电流的流动方向相反的方向流动。
9.如权利要求1所述的电源转换器，还包括：
第二开关；和
单向传导电流的第二单向电流装置，其中：
第一开关和第二开关与第一单向电流装置和第二单向电流装置互相连接，从而当与dc电压源、电池和第一相绕组互相连接时：
存在第三运行状态，其中，第二开关的导通状态使得电池通过第一相绕组传导电流，以将能量存储在第二相绕组中，
存在第四运行状态，其中，第二开关的非导通状态使得第二相绕组通过第二单向电流装置和dc电压源传导电流来释放存储的能量，以将能量存储在dc电压源中。
10.如权利要求7所述的电源转换器，还包括：
第四开关；和
单向传导电流的第四单向电流装置，其中：
第一开关至第四开关与第一单向电流装置至第四单向电流装置互相连接，从而当与dc电压源、电池、电机的第一相绕组和第二相绕组互相连接时：
存在第七运行状态，其中，第四开关的导通状态使得dc电压源通过第二相绕组和电池传导电流，以将能量存储在第二相绕组和电池中，
存在第八运行状态，其中，第四开关的非导通状态使得第二相绕组通过电池和第四单向电流装置传导电流来释放存储的能量，以将能量存储在电池中。
11.如权利要求10所述的电源转换器，其中，在第三运行状态和第四运行状态期间通过第二相绕组传导的电流沿着与在第七运行状态和第八运行状态期间通过第二相绕组传导的电流的流动方向相反的方向流动。
12.一种电源转换器，包括：
第一电容器，具有第一电端子和第二电端子；
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；
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；
电机的第一相绕组；和
电池，具有第一电端子和第二电端子，其中：
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，
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。
13.如权利要求12所述的电源转换器，还包括：
第二电容器，具有第一电端子和第二电端子；
第N开关，当第N开关启用时，第N开关在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流，当第N开关停用时，第N开关在第一端子和第二端子之间不传导电流；
第N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；和
电机的第N相绕组，其中：
对于大于1的整数值N：
第N相绕组的第一端子直接连接到第一相绕组的第二端子以及电池和第二电容器的第一端子，
第N相绕组的第二端子直接连接到第N开关和第N单向电流装置的第一端子，
第N单向电流装置的第二端子直接连接到第一电容器和第一开关的第一端子，
第N开关的第二端子直接连接到第一单向电流装置的第一端子以及第一电容器、电池和第二电容器的第二端子。
14.如权利要求13所述的电源转换器，还包括：
第N+1开关，当第N+1开关启用时，第N+1开关在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流，当第N+1开关停用时，第N+1开关在第一端子和第二端子之间不传导电流；和
第N+1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，其中：
第N+1开关的第一端子直接连接到第一开关和第一单向电流装置的第二端子以及第一相绕组和第N单向电流装置的第一端子，
第N+1单向电流装置的第二端子直接连接到第一电容器和第一开关的第一端子以及第N单向电流装置的第二端子，
第N+1开关的第二端子直接连接到第一单向电流装置的第一端子以及第一电容器、电池、第二电容器和第N开关的第二端子。
15.如权利要求12所述的电源转换器，还包括：
第二电容器，具有第一电端子和第二电端子；
第二开关，当第二开关启用时，第二开关在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流，当第二开关停用时，第二开关在第一端子和第二端子之间不传导电流；和
第二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，其中：
第二电容器的第一端子直接连接到电池的第一端子和第一相绕组的第二端子，
第二单向电流装置的第一端子直接连接到第二开关的第一端子以及第一开关和第一单向电流装置的第二端子，
第二单向电流装置的第二端子直接连接到第一电容器和第一开关的第一端子，
第二开关的第二端子直接连接到第一单向电流装置的第一端子以及第一电容器、第二电容器和电池的第二端子。
16.如权利要求15所述的电源转换器，还包括：
第N开关，当第N开关启用时，第N开关在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流，当第N开关停用时，第N开关在第一端子和第二端子之间不传导电流；
第N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；和
电机的第N-1相绕组，其中：
对于大于2的整数值N：
第N-1相绕组的第一端子直接连接到第一相绕组的第二端子以及电池和第二电容器的第一端子，
第N-1相绕组的第二端子直接连接到第N开关和第N单向电流装置的第一端子，
第N单向电流装置的第二端子直接连接到第一电容器和第一开关的第一端子以及第二单向电流装置的第二端子，
第N开关的第二端子直接连接到第一单向电流装置的第一端子以及第一电容器、电池、第二开关和第二电容器的第二端子。
17.如权利要求15所述的电源转换器，还包括：
第三开关和第四开关，当第三开关和第四开关启用时，第三开关和第四开关分别在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流，当第三开关和第四开关停用时，第三开关和第四开关在第一端子和第二端子之间不传导电流；
第三单向电流装置和第四单向电流装置，分别在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流；和
电机的第二相绕组，其中：
第二相绕组的第一端子直接连接到第一相绕组的第二端子以及电池和第二电容器的第一端子，
第二相绕组的第二端子直接连接到第四开关和第三单向电流装置的第一端子以及第三开关和第四单向电流装置的第二端子，
第三单向电流装置的第二端子直接连接到第一电容器、第一开关和第三开关的第一端子以及第二单向电流装置的第二端子，
第四开关的第二端子直接连接到第一单向电流装置和第四单向电流装置的第一端子以及第一电容器、电池、第二开关和第二电容器的第二端子。
18.一种电源转换器，包括：
第一电容器，具有第一电端子和第二电端子；
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；
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；
电机的第一相绕组；和
电池，具有第一电端子和第二电端子，其中：
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。
19.如权利要求18的电源转换器，还包括：
第二电容器，具有第一电端子和第二电端子；
第N开关，当第N开关启用时，第N开关在第一电端子和第二电端子之间单向传导电流，当第N开关停用时，第N开关在第一端子和第二端子之间不传导电流；
第N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；和
电机的第N-1相绕组，其中：
对于大于2的整数值N：
第N开关的第一端子直接连接到第N-1相绕组和第N单向电流装置的第一端子，
第N开关的第二端子直接连接到第二开关的第二端子以及电池、第二电容器和第二单向电流装置的第一端子，
第N单向电流装置的第二端子直接连接到第一电容器和第一开关的第一端子以及第一单向电流装置的第二端子，
第N-1相绕组的第二端子直接连接到第一电容器、第二电容器、电池和第一相绕组的第二端子。
20.一种电源转换器，包括：
第一开关和第二开关；
第一单向电流装置和第二单向电流装置，分别单向传导电流，其中：
第一开关和第二开关与第一单向电流装置和第二单向电流装置互相连接，从而当与直流（dc）电压源、电池和电机的第一相绕组互相连接时：
存在第一运行状态，其中，第一开关的导通状态使得dc电压源通过第一相绕组传导电流，以将能量存储在第一相绕组中，
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二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，
存在第三运行状态，其中，第二开关的导通状态使得电池通过第一相绕组传导电流，以将能量存储在第一相绕组中，
存在第四运行状态，其中，第二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dc电压源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dc电压源中。
21.如权利要求20所述的电源转换器，还包括：
第三开关；和
单向传导电流的第三单向电流装置，其中：
第一开关、第二开关、第三开关与第一单向电流装置、第二单向电流装置、第三单向电流装置互相连接，从而当与dc电压源、电池、电机的第一相绕组以及电机的第二相绕组互相连接时：
存在第五运行状态，其中，第三开关的导通状态使得电池通过第二相绕组传导电流，以将能量存储在第二相绕组中，
存在第六运行状态，其中，第三开关的非导通状态使得第二相绕组通过第三单向电流装置和dc电压源传导电流来释放第二相绕组的存储的能量，以将能量存储在dc电压源中。
22.一种电源转换器，包括：
第一开关；和
单向传导电流的第一单向电流装置，其中：
第一开关和第一单向电流装置互相连接，从而当与直流（dc）电压源、电池和电机的第一相绕组互相连接时：
存在第一运行状态，其中，第一开关的导通状态使得电池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，
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dc电压源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dc电压源中。
23.一种无刷电机系统，包括：
具有第一相绕组和第二相绕组的无刷电机；和
电池，其中：
相绕组和电池互相连接，从而当与直流（dc）电压源互相连接时，存在第一运行状态，其中，第一相绕组存储的能量通过电池传导电流被释放，从而将能量存储在电池中。
24.如权利要求23所述的无刷电机系统，其中，存在第二运行状态，其中，电池存储的能量通过第二相绕组传导电流被释放，从而将电动机驱动或再生扭矩施加到无刷电机。
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