多相機器電流控制的制作方法

多相機器電流控制的制作方法
【專利摘要】本發明涉及多相機器電流控制。描述了一種用于控制多相馬達的控制器。該控制器可被配置成在主動模式下驅動第一虛擬多相馬達以及在被動模式下驅動第二虛擬多相馬達。在主動模式下，參考轉矩的至少一部分被分配給第一虛擬多相馬達。在被動模式下，零轉矩被分配給第二虛擬多相馬達。
【專利說明】
多相機商電流te·制
技術領域
[0001] 本公開涉及多相機器，并且更特別地涉及與多相機器相關聯的技術和電路。
【背景技術】
[0002] 多相馬達的操作要求專用控制器。在低速下，可以根據每安培最大轉矩(MTPA)和 每通量最大轉矩(MTPF)條件來控制多相馬達。在高速(在額定速度以上的速度)下，可使用 場削弱來控制多相馬達。

【發明內容】

[0003] 本公開描述了用于改善多相機器的操作的技術和系統。
[0004] 在某些示例中，本公開針對一種用于控制多相馬達的控制器。該控制器可被配置 成在主動模式下驅動第一虛擬多相馬達以及在被動模式下驅動第二虛擬多相馬達。在主動 模式下，參考轉矩的至少一部分被分配給第一虛擬多相馬達。在被動模式下，零轉矩被分配 給第二虛擬多相馬達。
[0005] 在某些示例中，本公開針對一種控制多相馬達的方法。該方法可包括在主動模式 下驅動第一虛擬多相馬達以及在被動模式下驅動第二虛擬多相馬達。在主動模式下，參考 轉矩的至少一部分被分配給第一虛擬多相馬達。在被動模式下，零轉矩被分配給第二虛擬 多相馬達。
[0006] 在某些示例中，本公開針對一種包括多相馬達系統和用于控制該多相馬達系統的 控制器的系統。該控制器可被配置成在主動模式下驅動第一虛擬多相馬達并在被動模式下 驅動第二虛擬多相馬達。在主動模式下，參考轉矩的至少一部分被分配給第一虛擬多相馬 達。在被動模式下，零轉矩被分配給第二虛擬多相馬達。
[0007] 在附圖和以下描述中闡述了一個或多個示例的細節。根據本描述和附圖以及根據 權利要求，本公開的其它特征、對象以及優點將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0008] 圖1是圖示出根據本公開的一個或多個方面的用于操作多相機器的示例性系統的 框圖。
[0009] 圖2是圖示出根據本公開的一個或多個方面的示例性控制器的框圖。
[0010] 圖3是圖示出根據本公開的一個或多個方面的示例性轉矩控制模塊的框圖。
[0011] 圖4是圖示出根據本公開的一個或多個方面的示例性控制器的框圖。
[0012] 圖5是圖示出根據本公開的一個或多個方面的示例性控制器的框圖。
[0013] 圖6是圖示出根據本公開的一個或多個方面的示例性控制器的框圖。
[0014] 圖7是圖示出根據本公開的一個或多個方面的用于示例性控制器的操作的示例性 方法的流程圖。
[0015] 圖8是圖示出根據本公開的一個或多個方面的用于示例性控制器的操作的示例性 方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016] 本公開描述了用于控制多相機器(諸如包括多相永磁體同步馬達的機器)的技術。 多相機器可包括控制器。該控制器可被配置成產生參考電流和參考電壓。在某些示例中，控 制器可確定可用來調整參考電流和參考電壓的通量修正值。相應地，當馬達以在場削弱范 圍內的速度操作時，控制器可控制多相馬達。在某些示例中，控制器可被配置成將多相馬達 作為多個虛擬多相馬達控制，這可提供多相馬達的冗余控制。控制器可確定用于每個虛擬 多相馬達的通量修正值，這可迫使每個虛擬多相馬達處于相同的場削弱水平。相應地，控制 器可使虛擬多相馬達同步，這可降低對永磁體的損壞風險，延長多相機器的使用期限，并使 多相機器能夠更高效地操作。
[0017] 在某些示例中，控制器可被配置成在多個虛擬多相馬達之間分配參考轉矩。在某 些示例中，控制器可關閉一個虛擬多相馬達或向虛擬多相馬達中的一個分配零轉矩。通過 向仍操作的冗余虛擬多相馬達分配轉矩，控制器可在一個或多個相不操作的情況下保持多 相馬達的控制。在某些示例中，關閉給定虛擬多相馬達或向給定虛擬多相馬達分配零轉矩 可改善多相機器的一個或多個操作特性。控制器可檢測多相機器中的諧波并使用諧波消除 技術來使多相機器中的諧波最小化。相應地，控制器可通過減少諧波、減少電流或轉矩脈動 以及減少多相機器中的聲音噪聲來改善多相機器的操作。
[0018] 圖1是圖示出根據本公開的一個或多個方面的用于操作多相機器101的示例性系 統100的框圖。圖1將系統100示為具有被示為電源102和多相機器101的單獨且不同的部件， 然而系統100可包括附加的或更少的部件。例如，電源102、控制器104、逆變器106以及馬達 108可以是四個單獨部件，或者可表示提供如本文所述的系統100的功能的一個或多個部件 的組合。
[0019] 系統100可包括向馬達108提供電功率的電源102。例如，當電源102包括一個或多 個發電機、變壓器、電池、太陽能板或再生制動系統時，系統100可包括電源102。在其它示例 中，系統100可與電源102分離。例如，當電源102包括電網、發電機、變壓器、外部電池、外部 太陽能板、風車、水電或風力發電機或能夠向系統100提供電功率的任何其它形式的設備 時，系統100可與電源102分離。如上所述，存在電源102的許多示例，并且所述示例可包括但 不限于電網、發電機、變壓器、電池、太陽能板、風車、可再生制動系統、水電或風力發電機或 能夠向系統100提供電功率的任何其它形式的設備。
[0020] 多相機器101可包括具有三個或更多相的任何機器。例如，多相機器101可包括三 個相、四個相、五個相、六個相或者潛在地任意的多個相。一般地，多相機器101可包括N個 相，其中N是大于二的任意正整數。N-相馬達108中的每個相可從其它相偏移或移位，這樣可 創建旋轉場。例如，每個相可偏巷
[0021] 多相機器101可包括控制器104、逆變器106以及多相馬達108。在某些示例中，多相 機器101可包括電動或混合動力運載工具。電動或混合動力運載工具包括客運車輛、商務車 輛、全地形車輛、船舶、航空器或任何其它類型的運載工具。然而，多相機器101不限于運載 工具，并且可包括具有多相馬達108的任何機器。
[0022] 在某些示例中，控制器104可被配置成將多相機器101視為多個虛擬多相機器。例 如，多相機器101可包括單個六相馬達108,并且控制器104可被配置成將六相馬達108視為 兩個虛擬三相馬達。在某些示例中，多相機器101可包括九相馬達108,以及控制器104可被 配置成將九相馬達視為多個虛擬多相馬達。例如，第一虛擬馬達可包括四個相，以及第二虛 擬馬達可包括5個相。一般地，控制器104可被配置成將多相機器101虛擬化為M個虛擬多相 馬達，其中M是任何正整數。每個虛擬多相馬達可包括任何數目的相，只要虛擬多相馬達的 相的總數等于多相馬達108的N-相即可。在某些示例中，每個虛擬多相馬達可包括相同的相 數。然而，在某些示例中，至少一個虛擬多相馬達可具有與至少一個其它虛擬多相馬達不同 的相數。
[0023] 控制器104將多相機器101虛擬化為M個虛擬多相馬達的能力可提供多相機器101 的冗余控制。在某些示例中，控制器104可被配置成虛擬地將六相馬達108作為兩個冗余三 相馬達控制，使得萬一第一虛擬三相馬達的某些相變得不操作，控制器104仍可經由第二虛 擬三相馬達來控制多相馬達108。在某些示例中，多相機器101的冗余控制可通過在一個或 多個相變得不操作的情況下保持多相機器101的控制來改善安全性或可靠性。控制器104使 多相機器101虛擬化的能力還可提供性能益處。在某些示例中，多相機器101的操作在用多 相機器101的N-相的子集而不是利用多相機器101的所有的N-相操作時可以是更高效的。例 如，控制器104可被配置成虛擬地將六相馬達108作為兩個三相馬達來控制，使得控制器104 可關掉一組的三個相并且僅用三個相來控制多相馬達108。
[0024] 逆變器106包括N-相逆變器，這里的N與N-相機器101的相數相同。逆變器106包括 由控制器104根據一個或多個調制技術控制的一個或多個開關(例如，基于MOS功率晶體管 的開關、基于氮化鎵(GaN)的開關或其它類型的開關設備）。控制器104可包括一個或多個柵 極驅動器和控制邏輯以使用調制技術來控制（例如，接通和關斷）一個或多個開關。開關的 調制可根據脈沖密度調制(PDM)、脈沖寬度調制(PffM)、脈沖頻率調制(PFM)或另一適當調制 技術進行操作。在PWM中，基于調制器信號來調制脈沖的寬度(即，持續時間）。在PDM中，脈沖 的相對密度對應于模擬信號的振幅。在PFM中，脈沖序列的頻率在采樣間隔處基于調制信號 的瞬時振幅來改變。通過使用調制技術來控制逆變器106的開關，控制器104可調節多相馬 達108的操作。
[0025] 在某些示例中，多相馬達108可包括永磁體同步馬達(PMSM) JMSM可包括軸、轉子、 定子以及永磁體。可將永磁體安裝在轉子上或其中。在某些示例中，永磁體可以被表面安裝 到轉子，嵌入轉子中或者掩埋在轉子內。在某些示例中，永磁體可以是內部磁體。永磁體可 包括稀土元素，諸如釹鐵硼(NdFeB )、釤鈷(SmCo )或鐵氧體(例如，鋇(Ba )或鎖(Sr ))。在某些 示例中，永磁體可包括保護層，諸如一層金(Au)、鎳(Ni)、鋅(Zn)諸如此類。在操作中，PMSM 在三相矢量域(例如，三相參考系：Ia、Ib和I。）中生成定子相電流。多相機器101可包括用于 檢測和測量定子電流Wb和I。、馬達速度以及轉子位置的傳感器。
[0026]控制器104可控制多相馬達108的操作。在某些示例中，控制器104可使用矢量控制 (也稱為場定向控制(FOC))來控制多相馬達108。控制器108可執行克拉克變換(也稱為α-β 變換)和帕克變換以從3-相矢量域變換到2-維DQ域(例如，二相參考系：Id、Iq)，其允許Id和 Iq電流的解耦。控制器104可調整Id電流以控制多相馬達108的通量，并調整Iq電流以控制多 相馬達108的轉矩。
[0027]圖2是圖示出根據本公開的一個或多個方面的示例性控制器200的框圖。控制器 200可包括轉矩控制模塊202、電流控制模塊204以及脈沖調制器206。控制器200可經由模塊 202、204和206來控制逆變器106。結果，控制器200可控制多相馬達108。
[0028]轉矩控制模塊202可包括多個輸入和至少一個輸出。在某些示例中，到轉矩控制模 塊202的輸入可包括DC電壓Vdc、馬達速度coe，參考轉矩Tref以及通量修正值在某些示 例中，轉矩控制模塊202可輸出參考電流Id和Iq(為了方便起見共同地標記為Idq, ref)。參考圖 3來更全面地描述轉矩控制模塊輸入和輸出之間的關系。
[0029]電流控制模塊204可包括多個輸入和至少一個輸出。在某些示例中，到電流控制模 塊204的輸入可包括馬達速度、參考轉矩以及DQ參考電流(相應地為VDC、coe以及I dq,ref)。電 流控制模塊204可輸出參考電壓Vd, ref和Vq, ref (為了簡單起見共同地標記為Vdq, ref)以及通量 修正值Ψ corr 〇
[0030] 控制器200可通過使用通量修正值Wccirr來更新參考電流Idq,ref、參考電壓Vdq,ref以 及逆變器106的占空比以在多向機器101在場削弱速度下操作時改善多相機器101的操作。 [0031]電流控制模塊204可基于參考電流Idq,ref來確定參考電壓Vdq,ref，確定最大可用電 壓V max(也稱為可用DC鏈路電壓），并基于參考電壓Vdq,ref和最大可用電壓Vmax來確定通量修 正值Ψ corr 〇
[0032 ]與Vdc成比例的最大可用電壓1^取決于應用的調制方法。例如，使用空間矢量調制 (SVM)，可用以下公式來計算Vmax:
在某些示例中，可通過如所示地用以下公式對參考電壓Vdq,ref與Vmax之間的差（Δ V)求 積分來計算通量修正值Ψ corr :
在某些示例中，可用以下公式來計算參考電壓Vdq,ref與Vmax之間的差（AV):
并且"k"（也稱為通量修正系數)是被選擇來產生通量修正效果的因數。在某些示例中， 通量修正系數是約70%與約100%之間的百分數。然而，通量修正系數可以是適合于產生通量 修正效果的任何值。在某些示例中，通量修正系數可以是預先確定的。在某些示例中，控制 器200可基于操作特性(例如，多相馬達108的速度、加速度或溫度)來確定通量修正系數。在 某些示例中，可將通量修正值Ψ反饋到轉矩控制模塊202。
[0033]在某些示例中，電流控制模塊204可向脈沖調制器206輸出參考電壓Vdq,ref。脈沖調 制器206可包括一個或多個脈沖調制設備。脈沖調制器206可根據脈沖密度調制(PDM)、脈沖 寬度調制(PWM)、脈沖頻率調制(PFM)或另一適當調制技術進行操作。脈沖調制器206可從電 流控制器204接收參考電壓V dq,ref。脈沖調制器206可基于參考電壓Vdq,ref來調整逆變器106 的占空比。結果，控制器200可改善場削弱速度下的多相機器101的操作。
[0034]圖3是圖示出根據本公開的一個或多個方面的示例性轉矩控制模塊300的框圖。轉 矩控制模塊300可包括最大通量計算器302、最佳通量計算器304、通量調節器306、通量修正 器308、最大轉矩計算器310、轉矩限制器312以及查找表314。
[0035]轉矩控制模塊300可包括多個輸入和至少一個輸出。在某些示例中，到轉矩控制模 塊300的輸入包括DC電壓(Vdc)、馬達速度c〇e、參考轉矩Tref以及通量修正值在某些示 例中，轉矩控制模塊300可輸出參考電流Idq,ref。
[0036] 最大通量計算器302可接收DC電壓VDC和馬達速度的指示。由于通量是DC電壓和 馬達速度的函數，所以最大通量計算器302可確定最大可用通量Wmax并且輸出最大可用通 量的指示。最佳通量計算器304可接收參考轉矩的指示并且基于每安培最大轉矩(MTPA)條 件來確定最佳通量ψ opt。最佳通量計算器304可輸出最佳通量ψ opt的指示。
[0037I 通量調節器306可接收最大可用通量的指示和最佳通量的指示。通量調節器306可 基于接收到的值來確定已調節通量Wreg。在某些示例中，可將已調節通量設置成等于最佳 通量最大可用通量Wmax的最小值。通量調節器306可輸出已調節通量Wreg的指示。 [00 38] 通量修正器308可接收已調節通量和通量修正值的指示以及確定通量極限Wlim。 在某些示例中，可將通量極限設置成通量修正值和已調節通量中的較大者。通量修正器308 可輸出通量極限Wlim的指示。
[0039]最大轉矩計算器310可接收通量極限的指示，并基于每通量最大轉矩(MTPF)條件 來確定最大可用轉矩Tmax。最大轉矩計算器310可輸出最大可用轉矩Tmax的指示。轉矩限制器 312可接收最大轉矩T max和參考轉矩Tref的指示并確定轉矩極限Tlim。在某些示例中，轉矩限 制器312可將轉矩極限T lim設置成等于最大可用轉矩Tmax和參考轉矩Tref中的較大者。轉矩限 制器312可輸出轉矩極限T llJ^指示。
[0040] 轉矩控制模塊300可將通量極限Wlim的指示和轉矩極限1^?的指示與Idq查找表314 相比較。Idq查找表314可包括通量極限ΨΗ"和轉矩極限Tl im到參考電流Idq,ref之間的映射。轉 矩控制模塊300可基于Idq查找表314來確定參考電流Idq,ref并輸出所確定的參考電流Idq,ref。 在某些示例中，轉矩控制模塊300可在沒有查找表314的情況下確定參考電流Idq,ref。例如， 轉矩控制模塊300可直接地基于MTPA和MPTF條件來計算參考電流Idq, ref。如參考圖2所描述， 電流控制模塊204可接收參考電流Idq,rrf的指示并基于接收到的參考電流Idq,rrf來確定參考 電壓Vdq, ref。
[0041] 圖4是圖示出根據本公開的一個或多個方面的示例性控制器400的框圖。控制器 400可被配置成將多相馬達108(圖1)視為多個虛擬多相馬達。控制器400可被配置成將N-相 馬達108作為任何數目的虛擬多相馬達來控制，其中每個虛擬多相馬達包括任何數目的相。 例如，控制器400可控制兩個虛擬馬達、三個虛擬馬達或任何數目的虛擬馬達。在某些示例 中，每個虛擬多相馬達可包括相同的相數。例如，多相馬達108可包括六個相，并且控制器 400可被配置成控制兩個虛擬多相馬達，每個虛擬馬達具有三個相。然而，每個虛擬多相馬 達中的相數可以是不同的。例如，多相機器101可包括七個相，以及控制器400可被配置成控 制兩個虛擬多相馬達，其中第一虛擬馬達包括三個相以及第二虛擬多相馬達包括四個相。 [0042]僅僅為了便于說明，將多相機器101描述為六相機器，以及將控制器400描述為控 制兩個虛擬多相馬達(其每個具有三個相）。然而，在其它示例中，虛擬馬達的數目可大于二 和/或每個虛擬馬達的相的數目可大于三。
[0043]從控制器400的視角出發，虛擬多相馬達中的每個共享軸和轉子。由于每個虛擬多 相馬達共享同一物理結構，所以人們可能預期每個虛擬三相馬達是對稱的，并且每個虛擬 三相馬達中的電流將是同樣的。然而，在某些示例中，每個虛擬三相馬達中的電流并不是同 樣的。在某些示例中，不同定子電流可在多向馬達108中造成諧波。某些諧波可能是不期望 的，因為其可引起較高溫度。進而，較高溫度可使轉子中的永磁體退化或消磁。在某些示例 中，控制器400可基于每個虛擬三相馬達中的實際電流來確定通量修正值W ccirrt3通量修正 值可允許控制器400通過調整通量和參考電流Idq,ref來執行場削弱，這在某些示例中 可減少或消除多相馬達108中的不期望諧波，并減少或防止對永磁體的損壞。
[0044] 控制器400可包括轉矩分配模塊420和子系統401、411。子系統401、411其每個可控 制虛擬多相馬達中的一個。每個子系統401、411可包括轉矩控制模塊(相應地為402、412 )、 電流控制模塊(相應地為404、414)以及脈沖調制器(相應地為406、416)。控制器400可根據 虛擬多相馬達的數目而包括附加子系統。例如，如果控制器400包括三個虛擬多相馬達，則 控制器400可包括三個子系統。
[0045]轉矩分配模塊420可在子系統之間分配參考轉矩Tref。例如，轉矩分配模塊420可將 參考轉矩Tref的一半分配給轉矩控制模塊402和轉矩控制模塊412,使得1'_>:39以及 ?、 =?1。在某些示例中，轉矩分配模塊420可不相等地分配參考轉矩Tref。
[0046]轉矩控制模塊402可接收多個輸入和至少一個輸出。在某些示例中，到轉矩控制模 塊402的輸入包括DC電壓VDC、馬達速度coe以及參考轉矩Trefl。轉矩控制模塊402可基于輸入 從I dq查找表314確定參考電流Idq,并輸出參考電流，如參考圖3所描述。電流控制模塊404 可接收參考電流I dq,refl、DC電壓Vdc以及馬達速度的指示。電流控制模塊404可基于接收 到的參考電流Idq, refl來確定參考電壓Vdq,rrfl，如參考圖2所討論的。電流控制模塊404還可確 定通量修正值Wcorrl并輸出通量修正值Wcorrl的指示。在某些示例中，可基于參考電壓 Vdq,TefjPVmax來確定通量修正值，如參考圖2所描述。轉矩控制模塊402可接收通量修正值 Ψ COTrl的指示并基于通量修正值Ψ COTrl來調整參考電流Idq, rrfl。
[0047]同樣地，子系統411可基于DC電壓VDC、馬達速度Qe以及參考轉矩Tref2來確定參考 電流Idq, ref 2和參考電壓Vdq, ref 2。子系統41 1還可確定通量修正值Wcc)rr2并基于該通量修正值 Ψ?ι·ι·2來更新參考電流Idq,ref2和參考電壓Vdq,ref2。
[0048] 控制器400可獨立于彼此來確定通量修正值Wccirrl、Wccirr2。控制器400可基于相應 的通量修正值屯。。^、屯。。^來獨立地調整參考電壓￥ (1(^(^1、￥(1(^(^2并分別地向脈沖調制器 406、416輸出參考電壓￥ (1(1,^1、￥(1(1,^2。脈沖調制器406、416可調制相應的逆變器的占空比， 其可幫助用于相應的虛擬多相馬達的場削弱控制。相應地，控制器400可減少或消除多相馬 達108中的不期望諧波，并防止或減少對永磁體的損壞。
[0049] 圖5是圖示出根據本公開的一個或多個方面的示例性控制器500的框圖。控制器 500可被配置成將多相馬達108(圖1)視為多個虛擬多相馬達。控制器500可被配置成將N-相 馬達108作為M個虛擬多相馬達控制，其中，M是任意正整數，并且每個虛擬多相馬達包括任 意數目的相。僅僅為了便于說明，將多相機器101描述為六相機器，并將控制器500描述為控 制其每個具有三個相的兩個虛擬多相馬達。
[0050] 控制器500可包括轉矩分配模塊520。轉矩分配模塊520可在子系統之間分配參考 轉矩Tref。例如，轉矩分配模塊520可將參考轉矩Tref的一半分配給轉矩控制模塊502和轉矩 控制模塊512以使彳4
Ξ某些示例中，轉矩分配模塊520可不相等地分 配參考轉矩Tref。
[0051 ]控制器500可包括子系統501和511，其中的每個控制虛擬多相馬達中的一個。控制 器500可根據虛擬多相馬達的數目而包括附加子系統。例如，如果控制器500包括三個虛擬 多相馬達，則控制器500可包括三個子系統。每個子系統501、511可包括轉矩控制模塊(相應 地是502、512)、電流控制模塊(相應地是504、514)以及脈沖調制器(相應地是506、516)。在 某些示例中，控制器500可包括轉矩分配模塊520和聯合通量修正模塊520。
[0052]轉矩控制模塊502可接收DC電壓Vdc以及馬達速度coe和參考扭矩Trefl的指示。轉矩 控制模塊502可基于輸入從Idq查找表314確定參考電流Idq,refl并輸出參考電流I dq,refl，如參 考圖3所描述。電流控制模塊504可接收參考電流Idq, refl、DC電壓Vdc以及馬達速度coe的指 示。電流控制模塊404可基于接收到的參考電流Idqjrfi來確定參考電壓Vdq,rrfi，如參考圖2所 討論的。電流控制模塊404還可確定通量修正值Ψ Ctirrl并輸出通量修正值Ψ m。在某些示 例中，可基于參考電壓Vdq,refjP Vmax來確定通量修正值，如參考圖2所描述。同樣地，子系統 511可基于DC電壓VDC、馬達速度CO e以及參考轉矩Tref2來確定參考電流Idq,ref2和參考電壓 Vdq, ref2。電流控制模塊514還可確定通量修正值ψ ccirr2并輸出通量修正值Ψ CCirr2。
[0053] 在某些示例中，基于同一通量修正值來調整參考電流Idq,refl、Idq,ref2和參考電壓 Vdq,refl、Vdq,ref2可能是有利的。在某些示例中，聯合通量修正模塊520可接收通量修正值 ψ CC^l、ψ 并基于輸入通量修正值ψ 、Ψ 來確定聯合通量修正值Ψ 。聯合通 量修正值Ψ?ι?·*可與通量修正值Ψ。。!·!!、Ψ?ι?·2中的一個成比例。例如，通量修正限制器可將 聯合通量修正值Ψ 設置成等于通量修正值Ψ corrl、Ψ cm2中的最小值。在某些示例中，如 果等式3被重寫為放。，則可將通量修正值Wecirr*設置成等于通量修正 值Ψ corrl、Ψ CCirr2中的最大值。聯合通量修正模塊520可輸出聯合通量修正值Ψ Ctirr*，其可被 反饋給轉矩控制模塊502、512。
[0054]轉矩控制模塊502、512可接收聯合通量修正值Wccirr*并基于聯合通量修正值 來分別地調整參考電流1如,-1、1如,^2。轉矩控制模塊502、512可輸出已更新參考電 I^I dq, ref I '?Idq, ref 2 〇 電流控制模塊504、514可接收已更新參考電流Idq,refl 、Idq，ref2， 并且可基 于已更新參考電流1<^,1^1、1(^,1^2來調整參考電壓￥(^,1^1、'\^,1^2。電流控制模塊504、514可 將參考電壓￥如,^1、￥ (1(1,^2輸出到相應的脈沖調制器506、516。脈沖調制器506、516可調制相 應的逆變器的占空比。通過使用同一聯合通量修正值來更新用于虛擬三相馬達中的 每個的參考電流和電壓，每個虛擬三相馬達可在相同的場削弱水平下操作。結果，控制器 500可比其它示例更有效地減少或消除多相馬達108中的不期望諧波，這可防止或減少對永 磁體的損壞。
[0055]圖6是圖示出根據本公開的一個或多個方面的示例性控制器600的框圖。在某些示 例中，控制器600包括轉矩分配模塊620和子系統601、611。控制器500可被配置成將多相馬 達108(圖1)視為多個虛擬多相馬達。控制器600可被配置成將N-相馬達108作為M個虛擬多 相馬達控制，其中M是任意正整數并且M個虛擬多相馬達中的每個包括任意數目的相。僅為 了便于說明，將多相機器101描述為六相機器，并且將控制器600描述為控制其每個具有三 個相的兩個虛擬多相馬達。控制器600可包括M個子系統，使得每個子系統對應于一個虛擬 多相馬達。
[0056]子系統601可包括轉矩控制模塊602、電流控制模塊604、脈沖調制器606、相位測量 模塊608以及諧波估計模塊609。同樣地，子系統611可包括轉矩控制模塊612、電流控制模塊 614、脈沖調制器616、相位測量模塊618以及諧波估計模塊619。
[0057]轉矩控制模塊602、612可基本上類似于參考圖3所描述的轉矩控制模塊300。轉矩 控制模塊602、612可包括多個輸入，諸如DC電壓VDC、馬達速度coe以及參考轉矩（相應地為 Tref!、Tref2)。在某些示例中，轉矩控制模塊602、612可接收通量修正值。轉矩控制模塊602、 612可確定參考電流Idq, refl、Idq,ref2并輸出該參考電流。
[0058]電流控制模塊604、614可包括多個輸入，諸如DC電壓VDC、馬達速度《0以及相應的 參考電流Idq, refl、Idq, rrf2。電流控制模塊604、614分別地確定參考電壓Vdq, ref 1、Vdq, ref 1。電流 控制模塊604、614分別地向脈沖調制器606、616輸出參考電壓。
[0059] 轉矩分配模塊620在子系統601、611之中分配參考轉矩Tref。子系統601、611可在 "主動"模式或"被動"模式下操作。在某些示例中，子系統601、611兩者可在主動模式下操 作。在某些不例中，一個子系統（例如，601)可在主動模式下操作且另一個子系統（例如， 611)可在被動模式下操作。在主動模式下，轉矩分配模塊620向用于特定子系統的轉矩控制 模塊分配參考轉矩T ref的至少一部分。在被動模式下，轉矩分配模塊620向特定子系統分配 零轉矩或近似零轉矩。
[0060] 在某些示例中，子系統601、611兩者在主動模式下操作。轉矩分配模塊620可在子 系統之間均勻地分配參考轉矩Tref。例如，轉矩分配模塊620可向轉矩控制模塊602、612中的 每個分配參考轉矩Tref的一半，使彳彳
在某些示例中，在控制器600包 括M個子系統的情況下，轉矩分配模塊620可向M個子系統中的每個均勻地分配轉矩，使得每 個轉矩控制模塊接收等于
轉矩量。在某些示例中，轉矩分配模塊620可不均勻地分配 參考轉矩Tref，使得Trefl不等于Trrf2(例如：
[0061] 在某些示例中，控制器600可被配置成關閉子系統601、611中的至少一個，使得用 于特定子系統的那組相電流不是操作的，或者在被動模式下驅動子系統601、611中的至少 一個。在某些示例中，如果多相機器101并未適當地工作，則關閉一組相可能是有利的。在某 些示例中，關閉一組相可改善多相機器101的效率或其它操作特性(例如，溫度、諧波等）。 [0062] 轉矩分配模塊620可不向子系統601、611中的至少一個分配任何轉矩。例如，控制 器600可被配置成將六相機器101視為兩個虛擬三相馬達。在某些示例中，控制器600可被配 置成關閉第一虛擬三相馬達，使得僅第二虛擬多相馬達產生轉矩（即，在主動模式下驅動第 二虛擬多相馬達）。在某些示例中，控制器600可被配置成將九相機器101視為三個虛擬三相 馬達，并且可被配置成關閉虛擬多相馬達中的至少一個。例如，控制器600可被配置成關閉 三個虛擬三相馬達中的一個，并通過向其余操作的虛擬多相馬達的轉矩控制模塊(相等地 或不相等地)分配參考轉矩T ref來主動地驅動其余操作的虛擬多相馬達。作為另一示例，控 制器600可被配置成關閉三個虛擬三相馬達中的兩個，使得唯一操作的虛擬多相馬達被主 動地驅動并產生等于參考轉矩T ref的轉矩。然而，在某些示例中，關閉虛擬多相馬達可干擾 被主動地驅動的馬達的操作，并且可將多相馬達108限制于在場削弱速度以下的速度。 [0063]在某些示例中，作為控制器600關閉虛擬多相馬達的替代，控制器600可被配置成 通過向虛擬多相馬達分配零轉矩或近似零轉矩來被動地驅動虛擬多相馬達的相。在某些示 例中，通過分配轉矩的近似零牛頓-米的轉矩來被動地驅動虛擬多相機器可減少主動地驅 動的馬達的干擾，同時仍使得多相馬達108能夠在場削弱范圍內操作。
[0064]控制器600可通過結合諧波檢測和消除來改善被主動地驅動的子系統的操作。控 制器600的子系統601可包括相位測量模塊608、諧波估計模塊609以及諧波消除模塊610。同 樣地，子系統611可包括相位測量模塊618、諧波估計模塊619以及諧波消除模塊620。相位測 量模塊608、618可測量定子電流I a,b,c或轉子位置。諧波估計模塊609、619可檢測多相馬達 108中的諧波的存在。例如，諧波估計模塊609、619可對定子電流執行快速傅立葉變換(FFT) 分析以檢測諧波(包括不期望諧波)的存在，并確定多相馬達108中的諧波的水平。
[0065]諧波消除模塊610、620可允許控制器600檢測多相馬達108中的諧波，并消除或減 少不期望諧波以降低電流或轉矩脈動、振動以及聲音噪聲的量。諧波消除模塊610、620可從 諧波估計模塊609、619接收諧波的指示，并且控制器600可調整電流或電壓以減少或消除不 期望諧波。例如，電流控制模塊609、619可接收諧波的指示并調整參考電壓Vd q,refi、Vdq,ref2， 因此改變相應逆變器的占空比。調整占空比可減少多相馬達108中的不期望諧波，這可改善 多相馬達108和/或永磁體的操作或壽命。
[0066] 圖7是圖示出根據本公開的一個或多個方面的用于示例性控制器的操作的示例性 方法的流程圖。在某些示例中，圖5的控制器500可被配置成確定用于多相馬達中的每個虛 擬馬達的通量修正值(702)。可通過對最大可用電壓與參考電壓之間的差求積分來確定通 量修正值。控制器500可被配置成輸出通量修正值的指示(704)，并基于通量修正值的指示 來更新參考電流（Id q,ref)(706)。通過更新參考電流，控制器500可對多相馬達108執行場削 弱，這可改善多相馬達108的操作，降低對永磁體的損壞風險，并延長多相馬達108的使用期 限。在某些示例中，控制器500可被配置成控制多個虛擬多相馬達并確定聯合通量修正值。 通過使用聯合通量修正值，控制器500可使所述多個虛擬多相馬達同步，這可降低對永磁體 的損壞風險。控制器500可進一步被配置成基于已更新參考電流來更新參考電壓(Vdq,ref) (708)。控制器500可基于已更新參考電壓來更新脈沖調制設備的占空比（710)。更新參考電 壓和占空比可允許控制器500通過使場削弱和生成更多通量和轉矩成為可能來改善多相馬 達108的操作。
[0067] 圖8是圖示出根據本公開的一個或多個方面的用于示例性控制器的操作的示例性 方法的流程圖。在某些示例中，圖6的控制器600可被配置成確定要分配給多相馬達108中的 第一虛擬多相馬達和第二虛擬多相馬達的轉矩的量(802)。控制器600可被配置成主動地驅 動多相馬達中的第一虛擬多相馬達(804)。控制器600可被配置成被動地驅動多相馬達中的 第二虛擬多相馬達(806)。在某些示例中，主動地驅動第一虛擬多相馬達和被動地驅動第二 虛擬多相馬達可使得控制器600能夠在一個或多個相不操作的情況下保持多相馬達108的 冗余控制。控制器600可被配置成檢測多相馬達中的不期望諧波(808)。控制器600可被配置 成減小多相馬達108中的不期望諧波(810)。結果，控制器600可通過減少不期望諧波、減少 電流或轉矩脈動以及減少聲音噪聲來改善多相馬達108的操作。
[0068] 下面的示例可說明本公開的一個或多個方面。
[0069] 示例1。一種用于控制包括多個虛擬多相馬達的多相馬達系統的控制器，其中，所 述控制器被配置成:在主動模式下驅動第一虛擬多相馬達；以及在被動模式下驅動第二虛 擬多相馬達，其中在主動模式下驅動第一虛擬多相馬達包括向第一虛擬多相馬達分配參考 轉矩的至少一部分，其中在被動模式下驅動第二虛擬多相馬達包括向第二虛擬多相馬達分 配零轉矩。
[0070] 示例2。示例1的控制器，其中，在主動模式下，第一虛擬多相馬達的每個相是操作 的。
[0071] 示例3。示例1-2的任何組合的控制器，其中，在被動模式下，第二虛擬多相馬達的 至少一個相不是操作的。
[0072] 示例4。示例1-3的任何組合的控制器，其中，所述控制器進一步被配置成在主動模 式下驅動多個虛擬多相馬達，其中，在主動模式下驅動多個虛擬多相馬達包括在主動模式 下在所述多個虛擬多相馬達中的每個之間相等地分配參考轉矩。
[0073] 示例5。示例1-4的任何組合的控制器，其中所述控制器進一步被配置成檢測多相 馬達系統中的不期望諧波。
[0074] 示例6。示例1-5的任何組合的控制器，其中所述控制器進一步被配置成抑制不期 望諧波。
[0075] 示例7。示例1-6的任何組合的控制器，其中檢測多相馬達系統中的諧波包括測量 相電流和轉子位置。
[0076] 示例8。一種用于控制包括多個虛擬多相馬達的多相馬達系統的方法，該方法包 括:在主動模式下驅動第一虛擬多相馬達；以及在被動模式下驅動第二虛擬多相馬達，其中 在主動模式下驅動第一虛擬多相馬達包括向第一虛擬多相馬達分配參考轉矩的至少一部 分，其中在被動模式下驅動第二虛擬多相馬達包括向第二虛擬多相馬達分配零轉矩。
[0077]第9條。示例8的方法，其中，在主動模式下，第一虛擬多相馬達的每個相是操作的。
[0078] 示例10。示例8-9的任何組合的方法，其中在被動模式下，第二虛擬多相馬達的至 少一個相不是操作的。
[0079] 示例11。示例8-10的任何組合的方法，進一步包括在主動模式下驅動多個虛擬多 相馬達，其中在主動模式下驅動多個虛擬多相馬達包括在主動模式下在所述多個虛擬多相 馬達中的每個之間相等地分配參考轉矩。
[0080] 示例12。示例8-11的任何組合的方法，進一步包括檢測多相馬達系統中的不期望 諧波。
[0081] 示例13。示例8-12的任何組合的方法，進一步包括抑制不期望諧波。
[0082 ]示例14。示例8 -13的任何組合的方法，其中檢測多相馬達系統中的諧波包括測量 相電流和轉子位置。
[0083] 示例15。一種系統，包括:多相馬達系統和用于控制多相馬達系統的控制器，其中 所述多相馬達系統包括多個虛擬多相馬達，其中，所述控制器被配置成:在主動模式下驅動 第一虛擬多相馬達；以及在被動模式下驅動第二虛擬多相馬達，其中在主動模式下驅動第 一虛擬多相馬達包括向第一虛擬多相馬達分配參考轉矩的至少一部分，其中在被動模式下 驅動第二虛擬多相馬達包括向第二虛擬多相馬達分配零轉矩。
[0084] 示例16。示例15的系統，其中，在主動模式下，第一虛擬多相馬達的每個相是操作 的。
[0085] 示例17。示例15-16的任何組合的系統，其中在被動模式下，第二虛擬多相馬達的 至少一個相不是操作的。
[0086] 示例18。示例15-17的任何組合的系統，其中所述控制器進一步被配置成在主動模 式下驅動多個虛擬多相馬達，其中，在主動模式下驅動多個虛擬多相馬達包括在主動模式 下在所述多個虛擬多相馬達中的每個之間相等地分配參考轉矩。
[0087] 示例19。示例15-18的任何組合的系統，其中所述控制器進一步被配置成檢測多相 馬達系統中的不期望諧波。
[0088]示例20。示例15-19的任何組合的系統，其中所述控制器進一步被配置成抑制不期 望諧波。
[0089] 前述示例用來示出適用于本文所描述的技術和電路的示例或應用。在一個或多個 示例中，可用硬件、軟件、固件或其任何組合來實施所述功能。例如，可用硬件、軟件、固件或 其任何組合來實施本文所述的控制器中的一個或多個。如果用軟件實施，則可將功能作為 一個或多個指令或代碼存儲在計算機可讀介質上或者通過計算機可讀介質傳輸并被基于 硬件的處理單元執行。計算機可讀介質可包括計算機可讀存儲介質，其對應于諸如數據存 儲介質之類的有形介質或者包括促進例如根據通信協議將計算機程序從一地傳輸到另一 地的任何介質的通信介質。以這種方式，計算機可讀介質一般地可對應于（1)非臨時的有形 計算機可讀存儲介質，或者(2)通信介質，諸如信號或載波。數據存儲介質可以是可以被一 個或多個計算機或一個或多個處理器訪問以檢索用于實施本公開中所描述的技術的指令、 代碼和/或數據結構的任何可用介質。計算機程序產品可包括計算機可讀介質。
[0090] 以示例而非限制的方式，這樣的計算機可讀存儲介質可以包括RAM、R0M、EEPR0M、 ⑶-ROM或其它光盤儲存器、磁盤儲存器或其它磁存儲器件、閃速存儲器或者可以用來以指 令或數據結構的形式存儲期望的程序代碼且可以被計算機訪問的任何其它介質。并且，將 任何連接適當地稱為計算機可讀介質。例如，如果使用同軸電纜、纖維光纜、雙絞線、數字用 戶線(DSL)或諸如紅外線、無線電以及微波之類的無線技術從網站、服務器或其它遠程源傳 輸指令，那么在介質的定義中包括同軸電纜、纖維光纜、雙絞線、DSL或諸如紅外、無線電和 微波之類的無線技術。然而，應理解的是計算機可讀存儲介質和數據存儲介質不包括連接、 載波、信號或其它暫時性介質，反而是針對非暫時性、有形存儲介質。
[0091] 可以由一個或多個處理器執行指令，所述處理器諸如一個或多個數字信號處理器 (DSP)、通用微處理器、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其它等價的集成 或分立邏輯電路。相應地，如本文所使用的術語"處理器"可指的是任何前述結構或適合于 實施本文所描述技術的任何其它結構。另外，在某些方面，可在被配置成用于編碼和解碼的 專用硬件和/或軟件模塊內提供本文所描述的功能，或者將其結合在組合編解碼器中。并 且，該技術可完全用一個或多個電路或邏輯元件來實施。
[0092]本公開的技術可在多種設備或裝置(包括集成電路（IC)或一組IC(例如，芯片組）） 中實施。在本公開中描述了各種部件、模塊或單元以強調被配置成實現公開技術的設備的 功能方面，但不一定要求用不同的硬件單元來實現。相反地，如上文所描述，可將各種單元 組合在硬件單元中，或者用許多互操作硬件單元來提供各種單元，包括如上文所描述的一 個或多個處理器，與適當的軟件和/或固件相結合。
【主權項】
1. 一種用于控制包括多個虛擬多相馬達的多相馬達系統的控制器，其中所述控制器被 配置成： 在主動模式下驅動第一虛擬多相馬達；以及 在被動模式下驅動第二虛擬多相馬達， 其中在主動模式下驅動第一虛擬多相馬達包括向第一虛擬多相馬達分配參考轉矩的 至少一部分， 其中，在被動模式下驅動第二虛擬多相馬達包括向第二虛擬多相馬達分配零轉矩。2. 根據權利要求1所述的控制器，其中，在主動模式下，第一虛擬多相馬達的每個相是 操作的。3. 根據權利要求1所述的控制器，其中，在被動模式下，第二虛擬多相馬達的至少一個 相不是操作的。4. 根據權利要求1所述的控制器，其中所述控制器進一步被配置成在主動模式下驅動 多個虛擬多相馬達， 其中在主動模式下驅動多個虛擬多相馬達包括在主動模式下在所述多個虛擬多相馬 達中的每個之間相等地分配參考轉矩。5. 根據權利要求1所述的控制器，其中所述控制器進一步被配置成檢測多相馬達系統 中的不期望諧波。6. 根據權利要求5所述的控制器，其中所述控制器進一步被配置成抑制所述不期望諧 波。7. 根據權利要求5所述的控制器，其中檢測多相馬達系統中的諧波包括測量相電流和 轉子位置。8. -種用于控制包括多個虛擬多相馬達的多相馬達系統的方法，所述方法包括： 在主動模式下驅動第一虛擬多相馬達；以及 在被動模式下驅動第二虛擬多相馬達， 其中在主動模式下驅動第一虛擬多相馬達包括向第一虛擬多相馬達分配參考轉矩的 至少一部分， 其中在被動模式下驅動第二虛擬多相馬達包括向第二虛擬多相馬達分配零轉矩。9. 根據權利要求8所述的方法，其中，在主動模式下，第一虛擬多相馬達的每個相是操 作的。10. 根據權利要求8所述的方法，其中，在被動模式下，第二虛擬多相馬達的至少一個相 不是操作的。11. 根據權利要求8所述的方法，進一步包括在主動模式下驅動多個虛擬多相馬達，其 中在主動模式下驅動多個虛擬多相馬達包括在主動模式下在所述多個虛擬多相馬達中的 每個之間相等地分配參考轉矩。12. 根據權利要求8所述的方法，進一步包括檢測多相馬達系統中的不期望諧波。13. 根據權利要求12所述的方法，進一步包括抑制所述不期望諧波。14. 根據權利要求12所述的方法，其中檢測多相馬達系統中的諧波包括測量相電流和 轉子位置。15. -種系統，包括： 多相馬達系統，其包括多個虛擬多相馬達；以及 控制器，其用于控制多相馬達系統，其中，所述控制器被配置成： 在主動模式下驅動第一虛擬多相馬達；以及 在被動模式下驅動第二虛擬多相馬達， 其中在主動模式下驅動第一虛擬多相馬達包括向第一虛擬多相馬達分配參考轉矩的 至少一部分， 其中，在被動模式下驅動第二虛擬多相馬達包括向第二虛擬多相馬達分配零轉矩。16. 根據權利要求15所述的系統，其中，在主動模式下，第一虛擬多相馬達的每個相是 操作的。17. 根據權利要求15所述的系統，其中，在被動模式下，第二虛擬多相馬達的至少一個 相不是操作的。18. 根據權利要求15所述的系統，其中所述控制器進一步被配置成在主動模式下驅動 多個虛擬多相馬達，其中在主動模式下驅動多個虛擬多相馬達包括在主動模式下在所述多 個虛擬多相馬達中的每個之間相等地分配參考轉矩。19. 根據權利要求18所述的系統，其中所述控制器進一步被配置成檢測多相馬達系統 中的不期望諧波。20. 根據權利要求18所述的系統，其中所述控制器進一步被配置成抑制所述不期望諧 波。
【文檔編號】H02P21/14GK106067751SQ201610253214
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年4月22日 公開號201610253214.9, CN 106067751 A, CN 106067751A, CN 201610253214, CN-A-106067751, CN106067751 A, CN106067751A, CN201610253214, CN201610253214.9
【發明人】D.T.努格拉哈, R.武萊蒂克
【申請人】英飛凌科技股份有限公司