CN107636944B - 电动机***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电动机***和用于操作该电动机***的方法。电动机***包括直流(DC)源、与DC源并联连接的滤波器和具有至少两组绕组的电动机。电压信号从DC源提供给逆变器电路，其中信号被调制。然后，调制的信号从逆变器电路分别以在每组绕组之间的相应时间偏移被供应到每组绕组，提供非常有效的DC母线纹波减少。因此，例如可能在电动机***中使用小型滤波电容器/电容器组。

Description

电动机***及其控制方法
本发明的技术领域
本发明涉及电动机，且更具体地涉及电动机控制。
背景
近年来越来越多的资源被用于在技术、特别是汽车技术的很多领域中提供环境友好解决方案。由于在车辆的推进范围、功率和可靠性方面取得了巨大的进步，电动车辆(诸如，例如混合电动车辆、燃料电池动力车辆和电池动力车辆)正在流行性方面迅速增加，以便达到在世界上减少原油消耗和有害污染物和温室气体的排放的长期目标。
常规电动机***由电源、在AC馈电的情况下具有滤波电容器的整流器或者在DC馈电的情况下的仅仅滤波电容器和逆变器(电动机控制电路) 组成。脉冲宽度调制(PWM)技术长期以来用于改善功率转换设备的性能和可靠性，并且常常用于生成到在电动车辆中的电动机的交流电。PWM 方案用于调整逆变器输出的基波分量的振幅和频率，且当这么做时电流经由逆变器电路被瞬时馈送到电动机，但是，即使存在于电动机的绕组中的电感使对电动机的电流冲动(rush of current)减慢，仍然有电动机中的感应电流从馈电电路到瞬时电流的换向，这将导致在DC母线上的大纹波AC 分量。
处理在DC母线上的常常有害的电压纹波的常规方式已经被引入配置成吸收DC母线纹波的非常大的电容器。然而，目前可用的具有所需电容的电容器与诸如成本、尺寸和可靠性的许多问题相关联。常常必须使用电解电容器，其增加了***的重量/尺寸，严重减少了***的总体使用寿命，并且在汽车应用中存在的环境条件下也展现出差的性能，导致对整个***的复杂且常常昂贵的改装的需要。
因此需要用于特别是在汽车应用中的电动机控制的改进的方法和***，以满足对于电动车辆的成本、尺寸和寿命要求。尽管上述讨论聚焦于电动车辆，但在许多其他类型的旋转电机应用中也遇到类似的情况和问题。
发明概述
因此，本发明的目的是提供电动机***和用于操作电动机***的方法，该电动机减轻目前已知***的所有或至少一些的上面讨论的缺点。
该目的借助于如在所附权利要求中限定的电动机控制方法和***来实现。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制电动机***的方法，该电动机***包括直流(DC)源、与DC源并联连接的滤波器和具有至少两组绕组的电动机，所述方法包括以下步骤：
经由导体将来自DC源的电压信号提供给逆变器电路，所述导体具有电感；
在逆变器电路中调制所述电压信号；
将时移调制信号分别供应给所述至少两组绕组中的每一组，在每组绕组之间具有时间偏移，其中所述时间偏移基于谐振频率的周期，所述谐振频率取决于滤波器电容和导体电感。
“DC源”可以包括提供直流电而不需要整流设备的任何设备，诸如电池、燃料电池、燃料电池堆、太阳能电池、超级单元电容器或可用作电压源的任何其他等效解决方案。然而，DC源还可以包括交流(AC)源和整流器电路。整流器电路可以是半波整流器，但是优选地为全波整流器，并且电路可以以在本领域中已知的各种方式使用半导体器件(诸如结式二极管、肖特基二极管、晶闸管等)来布置。此外，根据预期的应用，整流器电路可以是单相的或者多相的。在示例性实施方式中，整流器电路可以是包括诸如例如晶体管的有源部件的同步整流器。通过使用同步整流器，回到电压源的路径可以对电流被打开，以便例如对再生制动***而打开。
滤波器优选地例如直接在电池和逆变器电路之上与DC源并联连接。可选地，如果使用下面的AC源，则滤波器可以耦合在整流器电路上。滤波器可以是常常被称为DC母线电容器的任何类型的电容器，并且它通常需要用于滤除或吸收在DC母线电压线上的常常有害的电压纹波。滤波器可以是单个滤波电容器；然而，可以使用提供单个滤波电容器的功能的任何滤波电容器电路。
电动机可以是包括至少两组绕组的任何可适用的电动机，诸如例如 AC感应电动机、无刷DC电动机(BLDC)、永磁同步电动机(PMSM) 等。应当理解，一组绕组包括至少一个绕组或线圈。例如，根据本发明的示例性实施方式的单相AC电动机包括放置在转子的相对侧(相隔180°) 的两个分离的绕组/线圈，于是也可以认为这种电动机具有两组绕组，其中每组包括一个绕组/线圈。然而，根据另一个示例性实施方式，单相AC电动机包括具有串联的两个绕组/线圈的第一组绕组，该两个绕组缠绕在相隔 180°定位的槽上，并且第二组绕组占据(或共享)相同的槽。根据后一实施方式的电动机于是也可以被认为包括两组绕组，其中每组包括两个绕组 /线圈。
尽管上面讨论的术语关于单相AC电动机，但它同样可适用于多相AC 电动机，其中一组绕组将包括所有相和它们各自的绕组，例如三相AC电动机可以包括两组绕组，其中每组包括三个单独的绕组，对每相有一个绕组。多相AC电动机中的至少两组绕组可以占据相同的槽或者它们可以在空间上分开。
而且，电动机可以是单相或多相AC电动机。在示例性实施方式中，电动机是包括至少两组绕组的单相AC电动机，其中至少两组绕组彼此电隔离。
在另一个示例性实施方式中，电动机是多相AC电动机，诸如例如两相AC电动机，其中电动机包括至少两组绕组，每组绕组优选地彼此电(电流地)隔离。多相电动机可以被布置为具有与位于转子的相对侧(相隔 180°)上的绕组/线圈串联连接的绕组/线圈，对于每相，形成对每相的极对。组合的所有相绕组然后形成一组绕组(对于两相电动机的两相绕组、对于三相电动机的三相绕组等)。因此，根据示例性实施方式，第二组绕组被布置为占据与第一组绕组相同的槽。然而，绕组/线圈也可以是分开的，即不串联连接，并且在这种情况下，被馈送有相同AC信号(其可能具有多个相位)的绕组将根据条件落在一组相绕组之下。而且，在多相电动机中，同一组绕组内的每个相绕组可以在共同和/或中性节点处的一端处连接。
此外，所述组的绕组可以具有对于多相AC电动机的多相配置，诸如例如在三相AC电动机的情况下的三相配置。至少两组绕组可具有相同的绕组结构，即具有的第一组具有与第二组相同的绕组因子。该至少两组绕组可以进一步占据相同的定子槽，但是彼此电流隔离，即在第一组绕组上的A相绕组可以与在第二组绕组上的A相绕组共享同一定子槽。
继续地，提供给逆变器电路的电压信号在逆变器电路中被调制。优选地，调制可以由控制器来控制。逆变器电路可以被配置成提供用于控制AC 电动机的调制信号，但是它可以可选地被配置为提供适合于控制BLDC电动机的已调制电压信号。可以使用任何已知的用于供应调制的信号的方法；优选地，电动机利用在本领域中广泛已知的脉宽调制(PWM)来控制。为了简洁起见，没有详细描述与信令、电流感测、电动机控制和***的其它功能方面有关的常规技术，然而，相关领域中的普通技术人员将容易认识到，本发明可以在没有一个或更多个具体细节的情况下被实践。
本发明基于以下认识：通过允许电流流过电动机中的至少两组绕组，在每个电流(每组绕组)之间有时间偏移，并且其中时间偏移基于***的谐振频率的周期，可以实现许多优点，诸如例如，在馈电装置两端的电压变化的减小、与在接近谐振频率的开关频率下操作的逆变器电路中的开关相关联的大的电压变化的逐渐缩小、可以减小的馈电电流的RMS值、来自布线的电磁干扰的减小等。发明人认识到，在***中使用的导体/电线中存在的电感将引起与滤波电容器组合的谐振电路，并且被认为是与在接近谐振频率的开关频率下的开关的操作相关联的高纹波电压。
此外，由于常规电动机将具有一组绕组，因此在根据本发明有至少两组的情况下，通过每个绕组的电流可以减小而不损失性能，电流的这个减小将对电压纹波没有任何影响，但是替代地，当逆变器中的开关经历较小的电流(电流幅度)时，损耗可能降低，并且***的寿命可能增加。
实际优点在于可以使用具有较低的电容值的滤波电容器，因此可以较大程度地避免电解电容器，且通过避免电解电容，完整***的总寿命连同其鲁棒性将增加。使用充电电路来处理大的涌入(inrush)电流/输入浪涌 (surge)电流对具有高于某个值的电容值的电容器是一般惯例；充电电路常常包括几个部件，诸如例如熔断器、反向极性保护电路等。因此，通过避免较大的电容值，可以使用更简单和更具成本效益的***。然而，一些高功率应用将总得需要使用电解电容器，但是根据创造性概念的***仍然会降低纹波电压，以足以降低电容要求，并相应地减小电容器组的尺寸，并且因此减小整个***的尺寸。
此外，在汽车应用中，存在用于模拟DC电源上的残留AC的标准化测试(ISO 16750-2：2006(E)，4.4)，残留AC将破坏电解电容器，除非使用特定的保护电路和/或部件。因此，本发明还通过减轻对过多的保护部件的需要而提供更简单和更具成本效益的电动机控制***的可能性。
在一个示例性实施方式中，***的谐振频率是预先确定的。可以基于***的已知参数(诸如，例如滤波电容器的电容以及在DC源与逆变器电路之间的导体/电线中的电感)来计算谐振频率。因此，可以实现简单且成本有效的***。但是，因为必须预先知道在DC源和逆变器电路之间的导体/电线的长度，所以该***对于特定模型或在其中***被使用的设备是特定的。因此，对于使用来自DC源的不同导体/电线的每个***确定和设置谐振频率，即，除去逆变器电路、电动机和滤波器，并且将它们安装在某个其他地方在没有重新调整的情况下并不总是可能的。
在另一个示例性实施方式中，该方法还包括确定***的谐振频率的步骤。可以例如通过在馈电装置上发送脉冲并然后从因而得到的振荡波形得出频率值来执行确定测量值。可以在安装完整***时测量谐振频率，和/ 或可以在任何时间执行测量。这导致非常动态的解决方案，特别是对于一些参数可能是未知的***，诸如例如在逆变器电路和DC源之间的导体/ 电线的长度，使导体/电线的电感值的确定变得繁琐。
所测量的或预先确定的谐振频率被用于确定适当的时间偏移。根据一个示例实施方式的时间偏移可以取决于在谐振频率的周期与电动机所包括的绕组的组的数量之间的比。谐振出现在其中馈电电路的导体/电线的电感阻抗和滤波器的电容阻抗相等时的频率处；谐振频率可以从以下公知的公式导出：
Figure GDA0002200327650000061
其中，L是***的导体/电线电感，以及C是滤波器的电容。因此，谐振频率的周期由关系式
Figure GDA0002200327650000062
给出，该关系式将导致时间偏移
Figure GDA0002200327650000063
其中n 是绕组的组的数量。因此，对于包括两组绕组的电动机，偏移将是谐振频率(180°)的周期的一半，对于三组绕组，它将是谐振频率(120°)的三分之一，依此类推。
在一个示例性实施方式中，在逆变器电路中调制所述电压信号的方法步骤包括在开关频率下操作逆变器电路所包括的多个开关。开关频率基于各种参数来选择，并且常常取决于电动机特征和绕组的电感/电阻值；需要在噪声抑制和损耗之间进行权衡多少次。本文讨论的基于谐振的时间偏移被应用于调制的信号，即参考开关频率，这可以通过将时间偏移施加到(三角形/锯齿)载波信号或者到因而得到的调制的信号来完成，例如如果PWM方案被使用。因此，在本发明的一个示例性实施方式中，使用时移载波信号来执行调制，以便生成多个时移调制信号。因此，可以将时移调制信号供应给多组绕组中的每一组。
在另一示例性实施方式中，使用一个单载波信号来执行调制以生成一个调制的信号，该调制的信号被时移以生成多个时移调制信号。此外在此，可以将时移调制信号供应给多组绕组中的每一组。
以时间偏移或相位偏移来移位供应给每组绕组的调制的信号的概念在本领域中是已知的，可以在诸如例如US 8,373,372、US 8,115,433和US 8,648,559中的各种文件中找到示例，所有这些文件都特此通过引用被并入。在前面提到的文件中引入的相移基于开关频率(载波频率)，并且其主要在相对接近于谐振频率的频率下操作开关时是有效的，这可能不总是实际的解决方案并且实际上常常被避免。然而，在前面提到的文件中根本没有提及谐振频率，特别是与时间/相位偏移无关。
通过实施基于***的谐振频率的时间偏移，电压纹波减小在宽开关频率跨度上是有效的，这导致在DC源上(甚至对于不接近***的谐振频率的开关频率)的有效电压纹波减小。因此，本发明允许***被设计成使得它具有较高的谐振频率，这可以通过选择较小的滤波器电容值来完成，这直接导致较小的滤波电容器，而不需要逆变器电路中的开关在更高的开关频率下操作，且因此避免了相关联的损耗和与高频信号调制相关的其他问题。将逆变器配置成由于效率需要而在低于谐振频率的开关频率下操作是在电动机控制的领域中的一般惯例，这意味着如前面提到的文件中的纹波减小的已知技术在这样的***中将不是有效的。因此，本发明提供了更高的自由度和由于甚至在较低的开关频率下也降低DC母线纹波的能力引起的损耗的潜在减少。因此，根据本发明的一个示例性实施方式，开关频率不同于谐振频率。开关频率可以低于或高于谐振频率。
根据本发明的另一方面，提供一种电动机***，其包括：
DC源；
包括至少两组绕组的电动机；
通过导体与DC源并联连接的滤波器，所述导体具有电感；
连接在滤波器和电动机之间的逆变器电路，所述逆变器电路包括多个开关；
控制器，其被配置用于生成对于多个开关的控制信号，以便将调制的信号供应给每组绕组，其中每个调制的信号分别以在每组绕组之间的时间偏移移位，其中所述时间偏移取决于***的谐振频率的周期，所述谐振频率取决于滤波器电容和导体电感。
利用本发明的这个方面，类似的优点和优选的特征在本发明的如前面所讨论的第一方面中存在。
将参考在下文中所述的实施方式来在下面进一步澄清本发明的这些和其它特征。
附图简述
为了例示目的，本发明将参考在附图中示出的其实施方式在下文中被更详细地描述，其中：
图1A 示出了常规单相电动机的绕组结构。
图1B 示出了根据本发明的实施方式的单相电动机的绕组结构。
图1C 示出了根据本发明的实施方式的单相电动机的绕组结构。
图2A 示出了常规三相电动机的绕组结构。
图2B 示出了根据本发明的实施方式的三相电动机的绕组结构。
图2C 示出了根据本发明的实施方式的三相电动机的绕组结构。
图3是根据本发明的实施方式的具有包括两组绕组的电动机的电动电动机***的示意图；
图4是示出根据本发明的实施方式的方法的流程图。
详细描述
在下面的详细描述中，将描述本发明的优选实施方式。然而，应理解，不同实施方式的特征在实施方式之间是可互换的并可以用不同的方式组合，除非任何其它事情被特别指示。即使在下面的描述中，也阐述了很多特定的细节以提供对本发明的更彻底的理解。对本领域中的技术人员将明显，本发明可在没有这些特定细节的情况下被实施。在其它实例中，没有详细描述公知的结构或功能，以免使本发明模糊。
图1A 、图1B 和图1C 示出了用于示例性单相AC电动机1的三个定子绕组模型，附图主要用于帮助理解创造性方法和***。
在常规单相AC电动机1(图1A )中，两个绕组5串联连接，并且它们被供应有相同的调制的信号，因此它们通常由单组绕组4表示，即缠绕在位于相隔180°的转子(未示出)的相对侧上的槽3上的串联的两个绕组 5提供在转子上的交变磁场，如在本领域中已知的。这是单相AC电动机的公知通用模型，且关于功能、操作、控制等的许多细节被省略，因为这些细节对于本领域技术人员是明显的。此外，在图中未示出如用于如在常规单相AC电动机中的发起转子的旋转的任何“起动绕组”，但是它们可以在本发明的各种实施方式中使用，如将对本领域中的技术人员明显的。
图1B 示出了对于单相AC电动机1的示例性绕组结构，其中图1A 的串联绕组5被分成彼此电流隔离的两个单独的绕组7，由此限定两组绕组，每组绕组包括一个绕组(或线圈)7。然后，每组绕组(在这个示例中的每个绕组/线圈7)被供应有基本上相同的调制的信号，以便产生如在图1A 中的交变磁场，但是有在两个调制的信号之间引入的时间偏移(根据本发明)，以实现在DC馈电装置两端的电压纹波的减小，其中时间偏移基于***的谐振频率的周期。
然而，在图1C 中示出了另一个示例性绕组结构，其中第二组绕组9 被引入并缠绕在与第一组绕组4相同的槽3周围(第一组绕组4基本上是图1A 中所示的绕组)，两组绕组彼此电流隔离。然后每组绕组4、9被供应有基本上相同的调制的信号，但是有在两个调制的信号之间引入的时间偏移，以便以与在前述示例性实施方式中的类似的方式实现在DC馈电装置两端的电压纹波的减小，时间偏移基于***的谐振频率的周期。
通过在电动机中具有至少两组绕组，通过开关的电流可以减少一半 (在图1B -C的两个示例中)并且仍然保持相同的磁场强度(如在图1A 中)，这将减小流过开关的电流大小以及相关联的损耗，另外改善了开关的寿命 /持久性。然而，减小的电流对于电压纹波减小没有明显的影响，电压纹波减小几乎完全是在调制的信号之间引入的时间偏移的结果。
应该理解，术语“一组绕组”可以意指一个绕组/线圈7，如图1B 所示，其中有两组绕组4、9，即两个线圈7。此外，该术语还应该被理解为串联连接以形成如图1C 所示的一组绕组4、9的多个(a plurality of)绕组，其中有成对地连接以形成两组绕组4、9的总共四个绕组或线圈。它也可以是两个定义的组合，例如在三相电动机中，可以有两组或三组绕组，每组包括一组相绕组，其中相绕组可以根据图2B 或图2C 或者两者的结合。技术人员理解，存在其中可以布置电动机中的绕组或线圈的几个可选的方式，以及只要有至少两组绕组存在，本发明就可容易地应用于那些可选方式中的任一个。而且，即使几乎所有参考都是针对单相电动机，本文所述的主题与电动机的相的数量无关，并且本发明同样可应用在多相电动机上，如将在下文中对三相电动机简要介绍的。
图2A 、图2B 和图2C 示出了如在图1A 、图1B 和图1C 中对单相电动机所述的三相电动机的相应绕组结构。图2A 示出了对于三相电动机的常规绕组结构，该三相电动机具有带有三个极对(定子201中的相对槽203)的定子201和一组相绕组204、206、208，因此电动机可以被认为具单个组的绕组。如在对于单相电动机的相应图示中，在图2A -2C 中没有示出转子。此外，每个相绕组204、206、208可以每个具有连接到可以被终止的公共节点221的一端，即，绕组结构可以被布置在所谓的Y形配置(或wye 配置)中。
图2B 示出了根据本发明的示例性绕组结构，其中对于每个极对的串联绕组被分开以形成两组绕组，每组绕组包括一组相绕组204、206、208、 209、211、213(在这种情况下，在每组中有三个相绕组)，其是电气/电流地隔离的。在图2B 所示的这个示例性实施方式中，一组绕组可以是204、 206、208，并且第二组可以是209、211、213，其中第一组204、206、208 可以被供应有已调制AC信号，其具有AC分量(相隔120°)：分别是相A、 B和C。因此，第二组绕组209、211、213被供应有基本上相同的调制的信号，但是具有时间偏移(相A加上绕组/线圈209的偏移，相B加上绕组/线圈211的偏移，依此类推)。此外，在该实施方式(图2B )中，可能通过将同一组内的每个相绕组的一端连接到公共节点(未示出)来在每组绕组中布置Y形配置。
图2C 示出了根据本发明的示例性绕组结构，其中附加的一组绕组已经被添加到图2A 的绕组结构。该图示出了共享定子201的相同槽203但是电流隔离的第一组绕组204、206、208和第二组绕组209、211、213。该绕组结构遵循与前面对图2B 所描述的操作的相同原理，并且也可以被布置在Y形配置中，其中每组绕组被连接到公共节点221、222的一端处。此外，在定子201中布置另外一组绕组、与其他组绕组共享相同的槽203、这三组彼此电流隔离也在本发明的范围内，即三重绕组结构。可以相应调整在三组绕组的情况下的时间偏移。图2A 至图2C 用于示出本发明的基本原理以及对多相电动机的可适用性，并且即使附图指三相电动机，它也同样可适用于任何多相电动机，例如遵循具有至少两组绕组的相同的一般概念的两相或五相电动机。
在图3中，提供了根据本发明的示例性实施方式的电动机控制***10 的示意图。该***包括DC源13，电压信号从该DC源13生成并通过导体/电线14被传输至逆变器电路20。导体的一般示意性模型可以用串联电感17和电阻15来近似。在逆变器电路20与DC馈电电路12之间并联连接滤波器19。在该示例性实施方式中，滤波器19被示为单个电容器，然而，本领域中的技术人员容易理解，在本发明的各种实施方式中可以使用提供相同功能的任何滤波器电路或电容器组。
逆变器电路20包括多个开关21、23、25、27、31、33、35、37，其中开关在H桥配置中布置在单相电动机1的每组绕组4、9周围。即使用n 沟道MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)说明了这个特定实施方式，但应该理解，这仅仅是为了说明的目的。因此，本发明在这方面中不受限制。替代地，可以使用提供与在示例性实施方式中所示的开关相同的功能的任何类型的开关元件或电路。而且，开关可以包括以反并联方式与晶体管连接的二极管，以便防止任何在晶体管(未示出)的漏极到源极处的反向电压的出现。
用于控制电动机的H桥的部署在本领域中是公知的，并且将不会以任何特定的细节被讨论，因为本领域中的技术人员将容易认识到如何在没有这些特定细节的情况下实施本发明。此外，还存在诸如例如使用半桥拓扑结构而不是如图3所示的全桥拓扑结构来控制电动机的可选方式。
包含一个或更多个微处理器的控制器40被配置成操作逆变器电路20 以实现在DC源13和电动机1之间的期望功率流并减小电压纹波，如下所述。控制器还可以被配置成和用于将电动机相电流、转子位置/速度、DC 输出电压和/或电动机速度的测量结果或转矩命令作为输入，并且用于执行电动机控制算法以生成一组信号(单相或多相)调制信号。
此外，控制器40可以被配置为通过将该组单相/多相信号与载波信号进行比较并且驱动相应开关21、23、25、27、31、33、35、37的输入门 22、24、26、28、32、34、36、38来执行脉宽调制。
而且，控制器可以用于例如通过加载导体14来测量***的谐振频率。谐振频率将分别主要取决于导体14和滤波器19的电感和电容值。因此，对于具有变化的空间设置和应用的各种***，导体/电线14将具有变化的长度，并且滤波器将具有变化的尺寸，这导致不同的谐振频率，因此通过测量谐振频率，简化了安装且实现更动态的解决方案。可以可选地通过分别使用对于滤波器19和导体/电线14的已知电容和电感值计算或近似馈电电路12的谐振频率来预先确定***的谐振频率。谐振频率可以由本领域中的技术人员已知的各种已知公式或方程式来确定。可选地，可以通过连接适当的无源部件来实现时间偏移，如例如在利用起动绕组/辅助绕组的单相电动机中连接到与主绕组相同的馈电装置，但是通过电容器(例如电容器起动感应电动机)分离。
一旦确定了谐振频率和因而的谐振频率的相应周期，待供应到电动机 1所包括的两组绕组4、9的调制的信号就相对于彼此以时间偏移时移。时间偏移基于谐振频率的周期。时间偏移优选地取决于在谐振频率的周期与由电动机包括的绕组的组的数量之间的比。而且，即使几乎所有参考都是针对单相电动机，本文所述的主题也与电动机的相的数量无关，并且本发明同样可应用在多相电动机上。
图4是示出根据本发明的一个示例性实施方式的方法的流程图。假设根据本发明的任何示例性实施方式的***(诸如例如图3所示的***)，***的谐振频率可以被预先确定110，如在前面的段落中所描述的。在可选的示例性实施方式中，谐振频率被测量120。如由图4中的箭头所示的，测量可以在任何时间被执行。然而优选地，在信号被调制103之前测量谐振频率。电压信号从DC源经由一些导体或电线被提供到逆变器电路101，其中导体通常将具有在***安装之前可能已知的某个电感。在逆变器电路和馈电电路之间并联耦合的滤波器旨在最小化可能存在于DC信号中的 AC分量，但还用于处理由电动机的操作引起的电压纹波。在另一步骤中，所提供的电压信号在逆变器电路中被调制103，通常调制将由外部或集成控制器(或控制电路)来控制。优选地根据PWM方案来调制信号。脉宽调制可以通过如在本领域中已知的任何已知方法来执行，例如通过比较调制信号与三角形或锯齿形载波信号。继续地，调制的信号被供应105到电动机内的每组绕组；其中被供应给每组绕组的调制的信号相对于彼此以时间偏移被移位107，其中时间偏移基于谐振频率的预定或测量周期的周期。
现在参考特定的实施方式描述本发明。然而，电动机控制***的多个变化是可行的。例如，控制方法可以被应用在单相或多相电动机上，绕组的几种可能的配置是可能的，如已经例示的。此外，控制器可以被配置为以多种方式并且使用提供相同的功能的可互换的部件来调制信号。这样的和其它明显的修改必须被考虑为在本发明的范围内，如由所附权利要求限定的。应注意，以上提到的实施方式示出而不是限制本发明，并且本领域的技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下，设计很多可替换的实施方式。在权利要求中，放置在括号之间的任何参考符号不应被解释为对于权利要求的限制。词“包括”并不排除除了在权利要求中列出的元件或步骤以外的其它元件或步骤的存在。元件之前的词语“一个(a)”或者“一个(an)”并不排除多于一个这种元件的存在。

Claims (17)

1.一种用于控制电动机***的方法，所述电动机***包括直流DC源、与所述DC源并联连接的滤波器和具有至少两组绕组的电动机，所述方法包括以下步骤：
经由导体将来自所述DC源的电压信号提供给逆变器电路，所述导体具有电感；
在所述逆变器电路中调制所述电压信号；
将调制的信号分别供应给所述至少两组绕组中的每一组，在每组绕组之间有时间偏移，其中所述时间偏移基于所述***的谐振频率的周期，所述谐振频率取决于所述滤波器的电容和所述导体的电感。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括通过测量所述谐振频率来确定所述谐振频率的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述谐振频率被预先确定。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述时间偏移取决于所述谐振频率的所述周期与所述电动机所包括的绕组的组的数量之间的比。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，在所述逆变器电路中调制所述电压信号的步骤包括在开关频率下操作所述逆变器电路所包括的多个开关。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述逆变器电路中调制所述电压信号的步骤包括在开关频率下操作所述逆变器电路所包括的多个开关。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述开关频率不同于所述谐振频率。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述开关频率不同于所述谐振频率。
9.根据权利要求1-3和6-8中的任一项所述的方法，其中，使用时移载波信号来执行所述调制，以便生成多个时移调制信号。
10.根据权利要求4所述的方法，其中，使用时移载波信号来执行所述调制，以便生成多个时移调制信号。
11.根据权利要求5所述的方法，其中，使用时移载波信号来执行所述调制，以便生成多个时移调制信号。
12.根据权利要求1-3和6-8中的任一项所述的方法，其中，使用一个单载波信号来执行所述调制以生成一个调制的信号，所述调制的信号被时移以生成多个时移调制信号。
13.根据权利要求4所述的方法，其中，使用一个单载波信号来执行所述调制以生成一个调制的信号，所述调制的信号被时移以生成多个时移调制信号。
14.根据权利要求5所述的方法，其中，使用一个单载波信号来执行所述调制以生成一个调制的信号，所述调制的信号被时移以生成多个时移调制信号。
15.一种电动机***，包括：
DC源；
电动机，其包括至少两组绕组；
滤波器，其通过导体与所述DC源并联连接，所述导体具有电感；
逆变器电路，其连接在所述滤波器和所述电动机之间，所述逆变器电路包括多个开关；
控制器，其被配置用于生成对于所述多个开关的控制信号，以便将调制的信号供应给每组绕组，其中每个调制的信号分别以在每组绕组之间的时间偏移移位，其中所述时间偏移取决于所述***的谐振频率的周期，所述谐振频率取决于滤波器电容和导体电感。
16.根据权利要求15所述的***，其中，所述DC源包括电池。
17.根据权利要求15所述的***，其中，所述DC源包括交流(AC)源和整流器电路。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7226250B2 (ja) * 2019-11-01 2023-02-21 株式会社オートネットワーク技術研究所 駆動装置、短絡検知方法及びコンピュータプログラム
EP3985781A4 (en) * 2020-08-19 2023-04-19 Microvast GmbH PARALLEL BATTERY MANAGEMENT METHOD

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1181657A (zh) * 1996-11-04 1998-05-13 三星电子株式会社 转换式磁阻电动机的速度控制装置
EP1531543A2 (de) * 2003-11-11 2005-05-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Stromversorgung eines mehrsträngigen, durch Pulsweitenmodulation gesteuerten Elektromotors
CN101316078A (zh) * 2007-05-31 2008-12-03 通用汽车环球科技运作公司 用于操作电动机以降低电动车辆噪声的方法和***
CN101420184A (zh) * 2007-07-30 2009-04-29 通用汽车环球科技运作公司 具有阻抗源逆变器子***的双端逆变器***
CN103618491A (zh) * 2013-11-21 2014-03-05 中国矿业大学 一种基于双三电平逆变器供电拓扑的svpwm策略

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6313602B1 (en) 1999-04-30 2001-11-06 Texas Instruments Incorporated Modified space vector pulse width modulation technique to reduce DC bus ripple effect in voltage source inverters
DE19934668A1 (de) * 1999-07-23 2001-01-25 Bosch Gmbh Robert Elektronisch kommutierbarer Motor
DE10350460B4 (de) * 2003-10-29 2006-07-13 X-Fab Semiconductor Foundries Ag Verfahren zur Herstellung von mikromechanische und/ oder mikroelektronische Strukturen aufweisenden Halbleiterbauelementen, die durch das feste Verbinden von mindestens zwei Halbleiterscheiben entstehen, und entsprechende Anordnung
US8208556B2 (en) * 2007-06-26 2012-06-26 Microsoft Corporation Video coding using spatio-temporal texture synthesis
US8385097B2 (en) 2008-01-08 2013-02-26 Abb Technology Ag Method for controlling a voltage source converter and a voltage converting apparatus
US8115433B2 (en) 2008-09-23 2012-02-14 GM Global Technology Operations LLC Electrical system for pulse-width modulated control of a power inverter using phase-shifted carrier signals and related operating methods
US8373372B2 (en) * 2009-09-25 2013-02-12 Ut-Battelle, Llc Electrical motor/generator drive apparatus and method
US8648559B2 (en) 2011-03-16 2014-02-11 Deere & Company System for controlling rotary electric machines to reduce current ripple on a direct current bus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1181657A (zh) * 1996-11-04 1998-05-13 三星电子株式会社 转换式磁阻电动机的速度控制装置
EP1531543A2 (de) * 2003-11-11 2005-05-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Stromversorgung eines mehrsträngigen, durch Pulsweitenmodulation gesteuerten Elektromotors
CN101316078A (zh) * 2007-05-31 2008-12-03 通用汽车环球科技运作公司 用于操作电动机以降低电动车辆噪声的方法和***
CN101420184A (zh) * 2007-07-30 2009-04-29 通用汽车环球科技运作公司 具有阻抗源逆变器子***的双端逆变器***
CN103618491A (zh) * 2013-11-21 2014-03-05 中国矿业大学 一种基于双三电平逆变器供电拓扑的svpwm策略

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Publication number Publication date
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