用于车辆的电动马达驱动系统的制作方法

1.本公开涉及一种使用至少一个主逆变器来部分地或全部地替换辅助逆变器的功能，由此减少对马达驱动系统的硬件要求的方法。


背景技术：

2.电动车辆采用辅助动力系统(即，辅助驱动器)来给辅助负载提供功率。这些辅助动力系统不同于通常采用具有较高额定功率的牵引驱动逆变器的车辆推进系统。辅助负载的额定功率通常小于10kw。这些辅助负载可以包括空气压缩机、冷却系统油/水泵以及电动助力转向系统。图1示出包括逆变器的传统辅助马达驱动系统200。该逆变器包括六个功率开关220和dc总线电容器210。该系统还可以包括栅极驱动板和控制器。逆变器在大多数情况下可能需要主动冷却，并且与逆变器相关的硬件增加系统的重量/体积/成本。逆变器给辅助负载，例如电动马达230，提供功率。
3.期望找到一种在不使用附加硬件的情况下满足辅助系统的功率要求的方式。


技术实现要素：

4.本文公开了一种使用至少一个主逆变器或牵引马达逆变器来部分地或全部地替换辅助马达逆变器的功能，由此减少对马达驱动系统的硬件要求的方法。
5.所公开的系统提供不同的辅助驱动电路以全部地或部分地消除辅助逆变器硬件要求，并且包括用于所有受影响电路的独特控制算法。
6.根据一个公开的实施例，公开了一种用于车辆的电驱动系统。该系统包括第一、第二和第三电动推进马达，其用于驱动车辆，其中，每个推进马达包括三条主相线，并且其中，每个推进马达包括在三条主相线之间的中性点。该系统还包括第一、第二和第三逆变器电路，其中，每个逆变器电路由控制器控制并与电动推进马达中的一个配对，使得每个逆变器电路跨过多条主相线给电动推进马达中的一个提供多个相电压，以便驱动推进马达。该系统还包括三相辅助马达，其用于驱动位于车辆中的辅助装置，其中，辅助马达包括三条辅助相线。三条辅助相线中的一条连接到第一推进马达的中性点，并且三条辅助相线中的第二条连接到第二推进马达的中性点，并且三条辅助相线中的第三条连接到第三推进马达的中性点。用于每个逆变器电路的控制器被配置为在中性点和相连接的辅助相线中产生零序电压，由此在辅助相线中产生驱动辅助马达所需的相电压。
7.根据另一个公开的实施例，公开了一种用于车辆的电驱动系统。该系统包括第一、第二和第三电动推进马达，其用于驱动车辆，其中，每个推进马达包括三条主相线，并且其中，每个推进马达包括在三条主相线之间的中性点。该系统还包括第一、第二和第三逆变器电路，其中，每个逆变器电路由控制器控制并与电动推进马达中的一个配对，使得每个逆变器电路穿过多条主相线给推进马达中的一个提供多个相电压，以便驱动推进马达。用于驱动辅助装置的两相辅助马达位于车辆中。辅助马达包括三条辅助相线。两条辅助相线中的一条连接到第一推进马达的中性点，并且两条辅助相线中的第二条连接到第二推进马达的
中性点。辅助马达的中性点连接到第三推进马达的中性点。用于第一和第二推进马达的每个逆变器电路的控制器被配置为在中性点和相连接的辅助相线中产生零序电压，由此在辅助相线中产生驱动两相辅助马达所需的相电压。
8.根据又一个公开的实施例，公开了一种用于车辆的电驱动系统。该系统包括第一和第二电动推进马达，其用于驱动车辆，其中，每个推进马达包括三条主相线，并且其中，每个推进马达包括在三条主相线之间的中性点。该系统还包括第一和第二逆变器电路，其中，每个逆变器电路由控制器控制并与电动推进马达中的一个配对，使得每个逆变器电路穿过多条主相线给推进马达中的一个提供多个相电压，以便驱动推进马达。第一逆变器电路包括附加逆变器支路，其包括一对开关，其中，附加逆变器支路不连接到多条主相线中的任何一条。该系统包括三相辅助马达，其用于驱动位于车辆中的辅助装置，其中，辅助马达包括三条辅助相线。三条辅助相线中的一条连接到第一推进马达的中性点。三条辅助相线中的第二条连接到第二推进马达的中性点。三条辅助相线中的第三条连接到第一逆变器电路的附加逆变器支路。用于两个逆变器电路中的每一个的控制器被配置为在中性点和相连接的辅助相线中产生零序电压，由此在辅助相线中产生驱动辅助马达所需的相电压，其中，用于第一逆变器电路的控制器被配置为在附加逆变器支路和辅助相线中的一条中产生用于驱动辅助马达的电压。
9.根据又一个公开的实施例，公开了一种用于车辆的电驱动系统。该系统包括第一和第二电动推进马达，其用于驱动车辆，其中，每个推进马达包括三条主相线。每个推进马达包括三条主相线之间的中性点。该系统还包括第一和第二逆变器电路，其中，每个逆变器电路由控制器控制并与电动推进马达中的一个配对，使得每个逆变器电路穿过多条相线给推进马达中的一个提供多个相电压，以便驱动推进马达。第一逆变器电路包括附加逆变器支路，其包括一对开关，其中，附加逆变器支路不连接到多条主相线中的任何一条。提供两相辅助马达，其用于驱动位于车辆中的辅助装置，其中，辅助马达包括三条辅助相线。两条辅助相线中的一条连接到第一推进马达的中性点，并且两条辅助相线中的第二条连接到第一逆变器电路的附加逆变器支路。辅助马达的中性点连接到第二推进马达的中性点。用于第一逆变器电路的控制器被配置为在中性点和相连接的辅助相线中产生零序电压，由此在连接的辅助相线中产生驱动辅助马达所需的相电压。用于第一逆变器电路的控制器被配置为在附加逆变器支路和在连接的辅助相线中产生电压以驱动辅助马达。
10.鉴于以下实施例的详细描述，其他方面、特征和技术对于相关领域的技术人员将是明显的。
附图说明
11.所公开的实施例的特征、目的和优点将在下文记载的详细描述结合附图时变得更加明显，附图中相同的附图标记贯穿全文对应地标识，并且其中：
12.图1是用于控制辅助马达的现有技术逆变器的示例性实施例的电路图。
13.图2是多逆变器驱动系统的示例性实施例的电路图，其中，多个主逆变器通过使用由主逆变器供电的多个主马达的零序电压来给辅助马达提供功率。
14.图3是多逆变器驱动系统的示例性实施例的电路图，其中，多个主逆变器通过使用由主逆变器供电的多个主马达的零序电压来给辅助马达提供功率。
15.图4是多逆变器驱动系统的示例性实施例的电路图，其中，多个主逆变器通过使用由主逆变器结合专用逆变器支路供电的多个主马达的零序电压来给辅助马达提供功率。
16.图5是多逆变器驱动系统的示例性实施例的电路图，其中，多个主逆变器通过使用由主逆变器结合专用逆变器支路供电的多个主马达的零序电压来给辅助马达提供功率。
具体实施方式
17.本公开的一个方面涉及一种使用至少一个主马达逆变器来部分地或全部地替代辅助马达逆变器的功能，由此减少对马达驱动系统的硬件要求的方法。
18.贯穿本文件对“一个实施例”、“某些实施例”、“一实施例”或类似术语的引用意指结合该实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本技术文件在各种地方出现的这样的短语不一定都是指同一实施例。此外，具体特征、结构或特性可以在一个或更多个实施例中以任何合适的方式组合而不受限制。例如，本文描述的两种或更多种创新方法可以组合在单个方法中，但是本技术不限于本文描述的方法的特定示例性组合。
19.如本文所用，术语“一”或“一个”应当意指一个或多于一个。术语“多个”应当意指两个或多于两个。术语“另一个”被定义为第二个或更多个。术语“包括”和/或“具有”是开放式的(例如，包括)。如本文所用，术语“或”应被解释为包含的或意指任何一个或任何组合。因此，“a、b或c”意指“以下中的任何：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。只有当元件、功能、步骤或行为的组合在某种程度上固有地相互排斥时，才会出现此定义的例外情况。
20.字符“n”在下文中指的是集合的最后一个成员或集合中成员的总数。字符“x”在下文中指的是集合的变量成员。字符“a”、“b”、“c”等指的是集合的特定的但却未定义的成员。
21.提供了各种实施例的具体实施方式；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是示例性的并且可以用各种替代形式来实施。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被夸大或最小化以示出具体组件的细节。因此，本文公开的特定的结构细节和功能细节并不被解释为限制性的，而仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式采用所公开的实施例的代表性基础。
22.图2示出用于电动车辆的动力系统。该系统包括电路300a，在其中三个逆变器320
a1-a3
用于驱动电动车辆中三个星形连接的马达330
a1-a3
。每个逆变器连接到相同或不同的dc总线(vdc)。dc总线由电池、发电机或其他电功率源供应功率。电路300a可以被用在电动车辆中，该电动车辆在其动力总成中包括三个逆变器320，其用于给两个或更多个推进马达330提供功率。这些牵引马达330
a1-a3
中的每一个由三个相电压驱动，其中，每个相电压被承载跨过相线。在一个实施例中，每条相线对应于一对逆变器开关，其中，该对逆变器开关的动作给该相线提供电压信号/相电压，并且相电压进而驱动马达的运行。
23.在主马达330中，功率通过穿过气隙的磁通量传输，其具有非常低的磁导率，这会限制马达的性能。图2所示的配置允许辅助马达335的相线电压由主马达的零序电压驱动。这种配置避免使用附加逆变器支路，从而节省辅助逆变器的成本/重量/体积。
24.在一个实施例中，如图2所示，辅助马达335a的至少一条相线由主(例如，牵引)马达330a的零序电压驱动，而不是由一对逆变器开关驱动。如在本技术中使用的，术语“辅助马达”是指不用于直接推进车辆的马达。辅助马达被用于驱动位于车辆中的辅助装置。辅助
装置或负载通常具有小于10kw的额定功率。这些装置可以包括空气压缩机、冷却系统油/水泵和电动助力转向系统，其中的每一个可以包括一个或更多个辅助马达。
25.马达的零序电压是马达在其中性点和接地之间的电压。马达330a的中性点是马达330a内三条相线相交的点。在一个实施例中，如图2所示，马达1、2和3(330
a1-a3
)的中性点(分别)连接到辅助马达335a的相线r、s和t。每个马达由控制器控制。马达1的控制器被配置为产生零序电压vr。马达2的控制器被配置为产生零序电压vs。马达3的控制器被配置为产生零序电压v
t
。每个马达可以具有专用控制器，或者单个控制器可以控制一个或更多个马达。
26.提供三个相电压vr、vs、v
t
以驱动辅助马达335a。辅助马达r相的电流在马达1 330
a1
的三条相线u、v和w之间平均共享，因为马达1 330
a1
的电压和零序阻抗相同。这种配置不会在马达1 330
a1
中产生任何气隙磁链，并且因此不会影响马达1 330
a1
的转矩产生。以与上述对于辅助马达335a的r相相同的方式，辅助马达s相的电流在马达2 330
a2
的三条相线a、b和c之间平均共享，因为马达2 330a2的电压和零序阻抗相同。这种配置不会在马达2 330
a2
中产生任何气隙磁链，并且因此不会影响马达2 330
a2
的转矩产生。类似地，辅助马达t相的电流在马达3 330
a3
的三条相线x、y和z之间平均共享，因为马达3 330
a3
的电压和零序阻抗相同。这种配置不会在马达3 330
a3
中产生任何气隙磁链，并且因此不会影响马达3 330
a3
的转矩产生。
27.图3示出提出的电路b 300b。该电路包括三个逆变器320。逆变器320和马达330可以与上述逆变器和马达相同或相似。在一个实施例中，马达1 330
b1
的中性点连接到两相辅助马达335b的中性点，同时马达2 330
b2
的中性点连接到相线r并且马达3 330
b3
的中性点连接到相线s。
28.马达1的控制器被配置为产生零序电压0。马达2的控制器被配置为产生零序电压vr。马达3的控制器被配置为产生零序电压vs。电压(vr、vs)驱动辅助马达335b的旋转。
29.图4示出提出的电路c 300c，在其中两个逆变器320
c1-c2
及其对应的主推进马达330
c1-c2
被配置为驱动三相辅助马达335c。逆变器320和马达330可以与上述逆变器和马达相同或相似。逆变器320
c1
中的一个可以包括附加逆变器支路。附加逆变器支路325
c1,r
连接到辅助马达335c的相线r，同时马达1330
c1
的中性点连接到相线s并且马达2 330
c2
的中性点连接到相线t。马达1的控制器被配置为在辅助马达335c的相绕组s中产生零序电压vs。马达2的控制器被配置为在辅助马达335c的相绕组t中产生零序电压v
t
。
30.图5示出提出的电路d 300d，在其中两相辅助马达335d由两个逆变器驱动，其被配置为驱动主推进马达。该逆变器中的一个可以包括附加逆变器支路。附加逆变器支路325
d1,aux
连接到辅助马达335d的相线r。马达1 330
d1
的中性点连接到相线s。马达1的控制器被配置为在相绕组或相线s中产生零序电压vs。马达2 330
d2
的中性点连接到辅助马达335d的中性点。马达2的控制器被配置为产生零序电压0。
31.电路a 300a和b 300b的设置允许包括图1中使用的所有相关联的硬件(例如，功率开关、电容器、栅极驱动板和微控制器板)在内的专用辅助逆变器可以被替换。此外，电路c 300c和d 300d的设置同样允许辅助逆变器的一部分被消除。这两个电路包括辅助支路，其被集成到一个或更多个驱动主推进马达的主逆变器中。
32.下面进一步描述用于电路a 300a和b 300b的控制方法。为相关联的电压提供以下定义：为了使辅助马达335a达到期望的速度并产生基准扭矩，辅助马达需要在静止参考系
中被提供旋转电压μ
αa
和μ
βa
；辅助马达中的这些电压需要马达1中的对应电压μ
α1
和μ
β1
以及马达2中的对应电压μ
α2
和μ
β2
；对于马达3，它需要μ
α3
和μ
β3
。
33.对于辅助马达335a，相r、s和t的电压可以如下等式(1)计算。在一个实施例中，功率不变阿尔法-贝塔逆变换被用于找到必要的相电压以实现期望的辅助马达旋转电压和零序电压。
[0034][0035]
逆变器1 320
a1
的相u、v和w的电压可以如下等式(2)计算。在一个实施例中，零序电压μr由用于辅助马达335a的逆变器1 320
a1
产生。在一个实施例中，逆变器1 320
a1
不仅产生正序电压以驱动马达1 330
a1
，它还产生用于辅助马达335a的r相的零序电压，其中，辅助马达r相电流在马达1 330
a1
的三个相绕组/线和逆变器1 320
a1
的相u、v和w之间平均共享。
[0036][0037]
类似地，对于逆变器2 320
a2
，相a、b和c的电压可以如下等式(3)计算。在一个实施例中，零序电压us由用于辅助马达335a的逆变器2 320
a2
产生。
[0038][0039]
在逆变器3 320
a3
中，相x、y和z的电压可以如下等式(4)计算。零序电压μ
t
由用于辅助马达335a的逆变器3 320
a3
产生。
[0040][0041]
所有上述等式指示经由逆变器1～3 320
a1-a3
的辅助马达335a的控制。如上所述，图2-5所示的示例性实施例允许用于辅助马达的专用逆变器被消除。
[0042]
用于电路b 300b的控制算法可以如下所述来开发。例如，逆变器1 320
b1
的相u、v、w的电压可以如下等式(5)计算。零序电压0由用于辅助马达335b的逆变器1 320
b1
产生。然而，它必须取辅助马达335b的r相和s相的总电流。
[0043][0044]
在逆变器2 320
b2
中，相a、b和c的电压可以如下等式(6)计算。在一个实施例中，零序电压ur由用于辅助马达335b的逆变器2 320
b2
产生。在一个实施例中，逆变器2 320
b2
供应辅助马达335b的r相电流。
[0045][0046]
在逆变器3 320
b3
中，相x、y和z的电压可以如下等式(7)计算。零序电压us由用于辅助马达335b的逆变器3 320
b3
产生。
[0047][0048]
用于电路c 300c和d 300d的控制规则可以按类似方式开发。
[0049]
尽管本公开提到示例性实施例，但本领域的技术人员将理解，可以在其中进行形式和细节的各种改变，而不会偏离要求保护的实施例的范围。