用于控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)以減少直流總線上的電流紋波的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種系統(tǒng)(11),包括用于施加轉(zhuǎn)動(dòng)能到車輛的相應(yīng)的第一車輪(30)的第一馬達(dá)(26)。第二馬達(dá)(28)被布置用于施加轉(zhuǎn)動(dòng)能到車輛的相應(yīng)的第二車輪(32)。第一換流器(22)被連接到第一馬達(dá)(28),其中第一換流器(22)能夠從直流總線(12)接收直流電能。第一換流器(22)被配置為提供具有相應(yīng)的參考相位的第一組交流電流。第二換流器(24)被連接到第二馬達(dá)(28)。第二換流器(24)能夠從直流總線(12)接收直流電能。第二換流器(24)被配置為提供具有相對(duì)于參考相位的相移的第二組交流電流,使得相移對(duì)于減少在直流總線(12)上的直流電流紋波是有效的。
【專利說(shuō)明】用于控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)以減少直流總線上的電流紋波的系統(tǒng)
[0001]根據(jù)35 USC 119(E),本文件要求基于2011年3月16日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào) 61/453,169 的題為 “SYSTEM FOR CONTROLLING ROTARY ELECTRIC MACHINES TO REDUCE⑶RRENT RIPPLE ON A DIRECT⑶RRENT BUS(用于控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)以減少直流總線上的電流紋波的系統(tǒng))”的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種用于控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)以減少直流總線上的電流紋波的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中,車輛可以配置有由相應(yīng)的換流器組控制的多個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以包括一個(gè)或多個(gè)交流驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī),或兩者兼而有之。換流器中的每一個(gè)都可能從直流數(shù)據(jù)總線抽取直流電流,并且將其轉(zhuǎn)換成具有用于每個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相應(yīng)的相位的交流電流信號(hào)。由于每個(gè)換流器要求直流電流產(chǎn)生具有一個(gè)或多個(gè)相位的交流電流,直流總線上的直流電流可能經(jīng)歷與所產(chǎn)生的交流電流的相位一致或者相關(guān)的波動(dòng)或電流紋波。例如,在某些情況下,在直流總線上的電流紋波可能會(huì)被稱為直流總線上的瞬時(shí)低于預(yù)期的直流電流,或者直流總線上的不想要的直流電流隨時(shí)間的波動(dòng),其使得旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制(例如,電動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速或指令轉(zhuǎn)矩)容易出錯(cuò)。為了解決直流總線上的升高的電流紋波的問(wèn)題,例如,若干現(xiàn)有技術(shù)的車輛在直流總線上使用較大的電容器組形式進(jìn)行更大的(或成比例地升高的)電容濾波。然而,更大的電容濾波可能會(huì)增加車輛的成本和重量,這可能會(huì)導(dǎo)致降低的燃油經(jīng)濟(jì)性。因此,需要降低直流總線上的電流紋波,以減小較大的電容器組所需的尺寸和相關(guān)的成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,系統(tǒng)能夠在直流總線上的紋波電流降低的情況下控制車輛的推進(jìn)。該系統(tǒng)包括用于施加轉(zhuǎn)動(dòng)能到車輛的相應(yīng)的第一車輪的第一馬達(dá)。第二馬達(dá)被布置用于施加轉(zhuǎn)動(dòng)能到車輛的相應(yīng)的第二車輪。第一換流器被連接到第一馬達(dá),其中第一換流器能夠從直流總線接收直流電能。第一換流器被配置為提供具有相應(yīng)的參考相位的第一組交流電流。第二換流器被連接到第二馬達(dá)。第二換流器能夠從直流總線接收直流電能。第二換流器被配置為提供具有相對(duì)于參考相位的相移的第二組交流電流,使得所述相移對(duì)于減少直流總線上的直流電流紋波是有效的。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1是用于控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)以減少在直流總線上的電流紋波的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。
[0006]圖2是用于控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)以減少在直流總線上的電流紋波的系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的方框圖。[0007]圖3是用于控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)以減少在直流總線上的電流紋波的系統(tǒng)的又一個(gè)實(shí)施例的方框圖。
[0008]圖4示出直流數(shù)據(jù)總線上的直流電流隨時(shí)間變化的一組圖表,用于在連接到直流數(shù)據(jù)總線的旋轉(zhuǎn)電機(jī)之間或者之中的不同程度的相位同步。
【具體實(shí)施方式】
[0009]紋波是指直流總線的別樣的直流電流(DC)或電壓的變化。紋波可以被建模為幅度降低的交流電流信號(hào)分量(例如,一般為鋸齒波形),其與更大幅度的直流電流分量結(jié)合以在直流總線上形成集合信號(hào)。紋波的峰-峰幅度或者紋波的均方根幅度可以表示為直流電流分量或在直流總線上的集合信號(hào)的百分比。
[0010]電容器或電容器組可以與紋波額定值相關(guān),紋波額定值是可以以紋波電流的相應(yīng)頻率(例如,換流器的開(kāi)關(guān)頻率)施加到電容器的最大電流。
[0011]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例,圖1示出了系統(tǒng)11,其能夠在直流(DC)總線12上的電流紋波或紋波電流減少的情況下控制車輛的推進(jìn)。
[0012]電能量源10連接到直流(DC)總線12的正極端和負(fù)極端。例如,電能量源10可以包括電池、燃料電池、發(fā)電機(jī)的輸出、交流發(fā)電機(jī)的整流輸出或另外的電能量源。
[0013]直流(直流)總線12具有正極端和負(fù)極端。第一電容器14連接在直流總線12的正和負(fù)極端之間。第一電容器14跨接在第一換流器22的直流輸入端(或相應(yīng)的輸入導(dǎo)體)之間。第二電容器18連接在直流總線12的正極端和負(fù)極端之間。第二電容器18跨接在第二換流器24的直流輸入端(或相應(yīng)的輸入導(dǎo)體)之間。在一個(gè)實(shí)施例中,第一電容器14和第二電容器18被選擇為:(I)滿足在最大預(yù)期紋波電流處的紋波額定值,和(2)具有對(duì)應(yīng)的電容,該電容足以合理平滑紋波電流,以與第一換流器22和第二換流器24的交流輸出信號(hào)之間的相移協(xié)作實(shí)現(xiàn)目標(biāo)紋波幅度(例如,小于集合直流總線信號(hào)的大約百分之五)相移,這將在后面被更詳細(xì)地描述。
[0014]第一線路電感16連接在第一電容器14和第二電容器18的正極端之間。第二線路電感19連接在第一電容器14和第二電容器18的負(fù)極端之間。第一電容器14和第二電容器18被配置為對(duì)直流總線12上的直流電流紋波進(jìn)行濾波。第一電容器14、第二電容器
18、第一線路電感16和第二線路電感19可以形成用于減少紋波的濾波網(wǎng)絡(luò),其中濾波網(wǎng)絡(luò)被調(diào)諧到合適的諧振頻率范圍,以減少在直流總線2中的紋波電流。例如,合適的頻率范圍可以被調(diào)諧到第一換流器22和第二換流器24的輸出信號(hào)的頻率范圍(例如,包括輔助諧波、其他諧波或換流器輸出的互調(diào)產(chǎn)物)。
[0015]第一換流器22連接或電連接到直流總線12,用于直流總線12的直流電能到第一換流器22的輸入。第二換流器24連接或電連接到直流總線12,用于直流總線12的直流電能到第二換流器24的輸入。換流器(22,24)可以包括馬達(dá)控制器、發(fā)電機(jī)控制器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制器、或用于將直流電流電轉(zhuǎn)換成具有相應(yīng)相位的一個(gè)或多個(gè)交流電流信號(hào)的裝置。例如,換流器可以將直流電流電轉(zhuǎn)換成具有三個(gè)相應(yīng)相位的輸出信號(hào)。輸出信號(hào)可以包括方波、正弦波、脈沖寬度調(diào)制或其他交流電流信號(hào)。第一換流器22被連接到第一馬達(dá)26的輸入端,并且第二換流器24被連接到第二馬達(dá)28的輸入端。
[0016]如圖1所示,第一換流器22輸出交流電流信號(hào)34,而第二換流器24輸出移相交流電流信號(hào)36,移相交流電流信號(hào)36通過(guò)相對(duì)于交流電流信號(hào)34的相移(例如,約30度)以減少在直流總線12上的電流紋波而被相移。在一個(gè)實(shí)施例中,交流電流信號(hào)34包括相對(duì)于彼此偏移相位的三個(gè)分量信號(hào),其中每個(gè)分量信號(hào)相對(duì)于相同換流器(22,24)的任何其他分量信號(hào)在相位上偏移大約120度。因此,第一換流器22和第二換流器24之間的相移或換流器間相移實(shí)際上被單獨(dú)地應(yīng)用到相移交流電流信號(hào)36的三個(gè)相位分量中的每一個(gè)。
[0017]在圖1中,系統(tǒng)I包括第一馬達(dá)26,用于通過(guò)用于傳遞旋轉(zhuǎn)能的機(jī)構(gòu)33施加轉(zhuǎn)動(dòng)能到車輛的相應(yīng)的第一車輪30。第二馬達(dá)28被配置為通過(guò)用于傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)33施加轉(zhuǎn)動(dòng)能到車輛的相應(yīng)的第二車輪32。例如,機(jī)構(gòu)33可以包括軸、連桿、驅(qū)動(dòng)橋、齒輪箱或用于傳送轉(zhuǎn)動(dòng)能的其他裝置。在各種配置中,第一馬達(dá)26和第二馬達(dá)28可以包括:(I) 一對(duì)永磁電機(jī),(2) 一對(duì)開(kāi)關(guān)式磁阻電機(jī),和(3)永磁電機(jī)和開(kāi)關(guān)式磁阻電機(jī)的組合。
[0018]如果第一馬達(dá)26和第二馬達(dá)28包括永磁電機(jī)和開(kāi)關(guān)式磁阻電機(jī)的組合,第一換流器22和第二換流器24可以具有相對(duì)于彼此偏移的輸出信號(hào)(例如,并且被調(diào)整大約30度相移,以適應(yīng)不同的馬達(dá)或電機(jī)配置),具有相移(例如,調(diào)整后的相移),以通過(guò)增加或通過(guò)最大化直流總線上的紋波電流的脈沖計(jì)數(shù)或頻率而盡量減少紋波電流。通過(guò)增加或最大化直流總線上的紋波電流的脈沖計(jì)數(shù)或頻率,用于直流總線12的濾波的電容器尺寸和空間要求可以大大減小。同樣地,如果第一馬達(dá)26和第二馬達(dá)28具有不同的極對(duì)數(shù),第一換流器22和第二換流器24可以具有相對(duì)于彼此偏移(例如,被調(diào)整約30度相移以適應(yīng)不同的極對(duì)數(shù)或配置)的輸出信號(hào),具有相移(例如,調(diào)整后的相移)以盡量減少直流總線12上的電流的紋波電流。
[0019]數(shù)據(jù)總線32支持第一換流器22和第二換流器24之間的通信。該數(shù)據(jù)總線能夠載送表不第一換流器22和第二換流器24之間的參考相位的數(shù)據(jù)消息。在一個(gè)實(shí)施例中,數(shù)據(jù)總線包括控制器局域網(wǎng)(CAN)數(shù)據(jù)總線或其他車輛數(shù)據(jù)總線。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中,第一換流器22和第二換流器24能夠通過(guò)數(shù)據(jù)總線32或其它傳輸線路相互連通。例如,傳輸換流器(22或24)可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線32或傳輸線路發(fā)送或傳輸數(shù)據(jù)消息或信號(hào)到其它換流器或接收換流器,所述數(shù)據(jù)消息或信號(hào)指示傳輸換流器的相位狀態(tài)、或者指示接收換流器根據(jù)某個(gè)相位操作,或者相對(duì)于傳輸換流器的相移。在一個(gè)實(shí)施例中,第一換流器22和第二換流器24可以由共同時(shí)鐘信號(hào)或另一個(gè)定時(shí)信號(hào)驅(qū)動(dòng)以同步它們的操作,并且這樣的時(shí)鐘信號(hào)或定時(shí)信號(hào)可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線32或傳輸線路在換流器(22,24)之間分布。
[0021]第一換流器22能夠從直流總線12接收直流電能。第一換流器22被配置為提供具有相應(yīng)參考相位的第一組交流電流信號(hào)34。第二換流器24被連接到第二馬達(dá)28。第二換流器24能夠從直流總線接收直流電能。第二換流器24被配置為提供具有相對(duì)于參考相位的相移的第二組交流電流信號(hào)36,使得相移有效地減少直流總線上的直流電流紋波。
[0022]在另一個(gè)實(shí)施例中,第一換流器22包括主換流器并且第二換流器24包括從屬換流器。主換流器提供時(shí)鐘信號(hào)到從屬換流器,和提供指示從屬換流器以某個(gè)相位偏移或相移的數(shù)據(jù)消息或信號(hào)到主換流器。例如,相位偏移是指參照主換流器的一個(gè)輸出信號(hào)(例如,正弦輸出信號(hào)、脈寬調(diào)制信號(hào)或其它波形或脈沖的前沿或后沿)確定的相位。第二換流器24被連接到第二馬達(dá)28。第二換流器24能夠接收來(lái)自直流總線的直流電能。[0023]在一個(gè)配置中,第二換流器24被配置為提供具有相對(duì)于參考相位的相移的第二組交流電流,使得相移(例如,約30度)對(duì)于減小在直流總線上的直流電流紋波是有效的。例如,減少紋波電流的相移可能是約30度,其中第一馬達(dá)26和第二馬達(dá)28是匹配對(duì),具有相同的極對(duì)數(shù),并且是相同的機(jī)器類型(例如,永磁、三相交流馬達(dá))。如在本文檔中使用,“大約”是指加上或減去(±)5%的相移,或如上下文所需要的其他相關(guān)的值。雖然在第一換流器22和第二換流器24的交流電流信號(hào)之間的相移可以是約30度,在實(shí)踐中,相移取決于以下因素中的一個(gè)或多個(gè):(I)連接到相同直流總線的換流器的數(shù)量,⑵連接到每個(gè)換流器的輸出的負(fù)載(例如,馬達(dá)或電機(jī))的負(fù)載電感或其它電特性,(3)第一換流器22和第二換流器24兩者是否使用相同數(shù)量和配置的極對(duì)或不同數(shù)量的極對(duì)控制馬達(dá),(4)第一換流器22和第二換流器24兩者是否控制開(kāi)關(guān)式磁阻電機(jī),(5)第一換流器22和第二換流器24兩者是否控制永磁電機(jī),(6)第一換流器22是否被連接到永磁電機(jī)并且第二換流器24是否被連接到開(kāi)關(guān)式磁阻電機(jī),或反之亦然,(7)換流器如何被封裝(例如,與電感器、電容器、濾波器、匹配網(wǎng)絡(luò)或連接器配置),(8)換流器是否具有直流(DC)線路電感,(9)與負(fù)載馬達(dá)相關(guān)的直流總線電感的水平,(10)在換流器和它的馬達(dá)之間的線束的調(diào)諧、濾波或阻抗匹配,和(11)連接到直流總線的馬達(dá)或電機(jī)的工作速度范圍和轉(zhuǎn)矩的要求。
[0024]多相換流器(22,24)的每個(gè)輸出相位可能大約偏移360度除以多相換流器的輸出相位的數(shù)量。對(duì)于三相換流器,輸出相位(例如,內(nèi)部換流器輸出相)可以被偏移大約120度,而對(duì)于兩相換流器,輸出相位可能會(huì)偏移大約180度。大約是指在討論值上加上或減去5%。第一換流器22可以輸出第一組交流電流信號(hào),第一組交流電流信號(hào)包括與三個(gè)相應(yīng)的不同的輸出相位(例如,第一換流器相位A、第一換流器相位B和第一換流器相位C,其中偏移相位被偏移換流器間相移量)相關(guān)的三個(gè)相應(yīng)信號(hào)。第二換流器24可以輸出第二組交流電流信號(hào),第二組交流電流信號(hào)包括具有三個(gè)相應(yīng)的不同的輸出相位(例如,第二換流器相位A、第二換流器相位B和第二換流器相位C,其中偏移相位被偏移換流器間相移)的三個(gè)相應(yīng)的信號(hào)。這里,任何兩個(gè)換流器之間的相移或者相位偏移(即,換流器間相移)可以被定義為以下一個(gè)或多個(gè):(I)第I換流器相位A和第二換流器相位A之間的差的絕對(duì)值,(2)第I換流器相位B和第二換流器相位B之間的差的絕對(duì)值,(3)第一換流器相位C和第二換流器相位C之間的差的絕對(duì)值。第一組交流電流信號(hào)包括用于第一馬達(dá)26的每個(gè)輸入端的不同的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。第二組交流電流信號(hào)包括用于第二馬達(dá)28的每個(gè)輸入端的不同的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
[0025]圖2的系統(tǒng)111與圖1的系統(tǒng)11類似,除了圖2的系統(tǒng)111還包括連接到數(shù)據(jù)總線32的控制器38。這里,控制器38能夠與第一換流器22和第二換流器24通信。第一換流器22和第二換流器24能夠通過(guò)控制器38或直接通過(guò)數(shù)據(jù)總線32或傳輸線路彼此通信。例如,傳輸換流器可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線32或傳輸線路發(fā)送或傳輸數(shù)據(jù)消息或信號(hào)到其它換流器或接收換流器,所述數(shù)據(jù)消息或信號(hào)指示傳輸換流器的相位狀態(tài)。
[0026]在一個(gè)配置中,控制器38使用軟件指令編程以分配標(biāo)識(shí)符到每個(gè)換流器(23,24)和分配相移(例如,以參考相位為基準(zhǔn))到每個(gè)換流器??刂破?8指示第一換流器22和第二換流器24使用控制器38確定的目標(biāo)分配相位操作,其中相位具有相對(duì)于彼此的相移。在一個(gè)配置中,基于換流器(22,24)的數(shù)量和連接到直流總線12的相應(yīng)馬達(dá)(26,28)確定相移。[0027]在一個(gè)實(shí)施例中,控制器38提供共用時(shí)鐘信號(hào)或其他定時(shí)信號(hào)到第一換流器22和第二換流器24,以同步它們的操作,并且這樣的時(shí)鐘信號(hào)或定時(shí)信號(hào)可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線32或傳輸線路在換流器之間分布。
[0028]第一換流器22能夠從直流總線12接收直流電能。第一換流器22被配置為提供具有相應(yīng)參考相位的第一組交流電流。第二換流器24被連接到第二馬達(dá)28。第二換流器24能夠從直流總線12接收直流電能。第二換流器24被配置為提供具有相對(duì)于參考相位的相移的第二組交流電流,使得相移(例如,約30度)對(duì)于減少直流總線上的直流電流紋波是有效的。雖然在第一換流器22和第二換流器24的交流電流信號(hào)之間的相移可以是大約30度,在實(shí)踐中,相移可以取決于以下因素中的一個(gè)或多個(gè):(I)連接到相同的直流總線2的換流器的數(shù)目,(2)負(fù)載電感或到每個(gè)換流器的輸出的負(fù)載(例如,馬達(dá)或電機(jī))的其它電氣特性連接,(2)連接到每個(gè)換流器的輸出的負(fù)載(例如,馬達(dá)或電機(jī))的負(fù)載電感或其它電特性,(3)第一換流器22和第二換流器24兩者是否使用相同數(shù)量和配置的極對(duì)控制馬達(dá),(4)第一換流器22和第二換流器24兩者是否控制開(kāi)關(guān)式磁阻電機(jī),(5)第一換流器22和第二換流器24兩者是否控制永磁電機(jī),(6)第一換流器22是否被連接到永磁電機(jī)并且第二換流器24是否被連接到開(kāi)關(guān)式磁阻電機(jī),或反之亦然,(7)換流器如何被封裝(例如,與電感器、電容器、濾波器、匹配網(wǎng)絡(luò)或連接器配置),(8)換流器是否具有直流(DC)線路電感,O)與負(fù)載馬達(dá)相關(guān)的直流總線電感水平,(10)在換流器和它的馬達(dá)之間的線束的調(diào)諧、濾波或阻抗匹配,和(11)連接到直流總線的馬達(dá)或電機(jī)的工作速度范圍和轉(zhuǎn)矩的要求。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中,直流總線12具有正極端和負(fù)極端。第一電容器14具有正極端和負(fù)極端,分別地并聯(lián)連接在直流總線12的正極端和負(fù)極端之間。第二電容器18具有分別地并聯(lián)連接在直流總線12的正極端和負(fù)極端之間的正極端和負(fù)極端。第一線路電感16在第一電容器14和第二電容器18的正極端之間串聯(lián)連接直流總線的正極端。第二線路電感19在第一電容器14和第二電容器18的負(fù)極之間串聯(lián)連接直流總線的負(fù)極端,其中第一電容器14和第二電容器18的電容的所需的值(例如,法拉)或所需大小可以與直流電流紋波中歸因于第一換流器22和第二換流器24之間的(交流電流信號(hào))的相移的相應(yīng)減少成比例地減小,可歸屬于
[0030]在一個(gè)配置中,第一線路電感16具有約50 (納亨)nH至約IOOnH的范圍內(nèi)的電感,第二線路電感19具有約50nH至約IOOnH的范圍內(nèi)的電感。
[0031]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例,圖3示出系統(tǒng)211,其能夠在直流總線333上的紋波電流減少的情況下控制車輛的推進(jìn)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)16連接到直接(直流)電流總線333的正極端和負(fù)極端。
[0032]旋轉(zhuǎn)電機(jī)106可以包括發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī)的整流輸出。內(nèi)燃機(jī)116可以提供轉(zhuǎn)動(dòng)能到旋轉(zhuǎn)電機(jī)106或發(fā)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)106或發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能,如所生成的被施加到直流總線333的直流輸出電壓。
[0033]直流總線333可以被連接至電能量源10,如電池,用于存儲(chǔ)由旋轉(zhuǎn)電機(jī)104或發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能。
[0034]直流(DC)總線333具有正極端和負(fù)極端。主電容器組212被連接在直流總線333的正極端和負(fù)極端之間。主電容器組212跨接在控制器310 (例如,整流器或整流換流器)的直流輸入端(或相應(yīng)的輸入導(dǎo)體)之間。
[0035]一系列輔助電容器組200被連接在直流總線333的正極端和負(fù)極端之間。每個(gè)輔助電容器組200跨接在換流器(102,110)的直流輸入端(或相應(yīng)的輸入導(dǎo)體)之間。特別地,相應(yīng)的輔助電容器組200與主換流器102的直流輸入端并聯(lián)連接,并且相應(yīng)的輔助電容器組200與每個(gè)對(duì)應(yīng)的從屬換流器110的直流輸入端并聯(lián)連接。
[0036]第一線路電感202連接在輔助電容器組200的正極端之間。第二線路電感204連接在輔助電容器組200的負(fù)極端之間。在控制器310的直流輸出端處或附近,第一線路電感202連接在主電容器組212的正極端和輔助電容器組200的正極端之間。同樣地,第二線路電感204連接在主電容器組212的負(fù)極端和輔助電容器組200的負(fù)極端之間。
[0037]主電容器組212被配置為對(duì)直流總線333的電流紋波進(jìn)行濾波,用于由控制器310和旋轉(zhuǎn)電機(jī)104(例如,發(fā)電機(jī))產(chǎn)生的直流輸出。輔助電容組200被配置為對(duì)由旋轉(zhuǎn)電機(jī)104(如馬達(dá))消耗的直流總線333上的直流電流紋波進(jìn)行濾波。主電容器組212、第二電容器組200、第一線路電感202、第二線路電感204可以形成用于減少紋波的濾波網(wǎng)絡(luò),其中濾波網(wǎng)絡(luò)被調(diào)諧到合適的諧振頻率范圍,以減少在直流總線333中的紋波電流。合適的諧振頻率范圍可以與一個(gè)或多個(gè)換流器(102,110)的開(kāi)關(guān)頻率(或諧波)相稱。
[0038]在一個(gè)實(shí)施例中,每個(gè)主電容器組212可以包括電解電容器的陣列或組。同樣地,每個(gè)輔助電容器組200可以包括電解電容器的陣列或組。每一個(gè)電解電容器也可以由膜、電解材料、介電材料、密封殼體、金屬板或電解電容器組成。
[0039]主換流器102 (或主換流器)連接或電連接到直流總線333,用于直流總線的直流電能到主換流器102的輸入。從屬換流器110 (或輔助換流器)組被連接或電連接到直流總線333,用于直流總線333的直流電能到從屬換流器110 (輔助換流器)的輸入。主換流器102 (或主換流器)的每一個(gè)可以包括馬達(dá)控制器、發(fā)電機(jī)控制器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制器、或用于將直流電流電轉(zhuǎn)換為具有相應(yīng)的相位的一個(gè)或多個(gè)交流電流信號(hào)的裝置。同樣地,每個(gè)從屬換流器110(或輔助換流器)可以包括馬達(dá)控制器、發(fā)電機(jī)控制器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制器、或?qū)⒅绷麟娏麟娹D(zhuǎn)換成具有相應(yīng)的相位的一個(gè)或多個(gè)交流電流信號(hào)的裝置。例如,換流器可以將直流電流轉(zhuǎn)換成具有三個(gè)相應(yīng)相位的輸出信號(hào)。輸出信號(hào)可以包括方波、正弦波、脈沖寬度調(diào)制或其他交流電流信號(hào)。
[0040]在一個(gè)實(shí)施例中,主換流器102 (或主換流器)可以建立用于其輸出信號(hào)的參考相位,該輸出信號(hào)由從屬換流器10(或輔助換流器)跟蹤。例如,主換流器102可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線32傳輸參考相位信號(hào)103以及定時(shí)信號(hào)或時(shí)鐘信號(hào)到每一個(gè)從屬換流器110,使得每個(gè)從屬換流器110可以指示其旋轉(zhuǎn)電機(jī)104以相對(duì)于主換流器102的不同的相移(或相移信號(hào)105)操作。在另一個(gè)例子中,主換流器102可以分配操作相位(或相移)到每個(gè)從屬換流器110,其中每個(gè)從屬換流器110都具有對(duì)應(yīng)的獨(dú)特的換流器標(biāo)識(shí)符。
[0041]每個(gè)換流器(102,110)通過(guò)諸如電源電纜108之類的導(dǎo)體連接到旋轉(zhuǎn)電機(jī)104的端子。例如,主換流器102被連接到旋轉(zhuǎn)電機(jī)104或馬達(dá)的輸入端。從屬換流器110被連接到旋轉(zhuǎn)電機(jī)104或馬達(dá)的輸入端??刂破?10被連接到旋轉(zhuǎn)電機(jī)106的輸出端。
[0042]在圖3中,系統(tǒng)211包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)104(例如,第一馬達(dá)105),用于通過(guò)傳送轉(zhuǎn)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)122施加轉(zhuǎn)動(dòng)能到車輛的相應(yīng)的第一車輪2 (例如,右后車輪)。另一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)104(例如,第二馬達(dá)107)適于通過(guò)傳送轉(zhuǎn)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)122施加轉(zhuǎn)動(dòng)能到車輛的相應(yīng)的第二車輪114(例如,右前車輪)。另一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)104(例如,第三馬達(dá)09)適于通過(guò)傳送轉(zhuǎn)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)122施加轉(zhuǎn)動(dòng)能到車輛的相應(yīng)的第三車輪118 (例如,左前車輪)。另一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)104 (例如,第四電機(jī)113)適于通過(guò)傳送轉(zhuǎn)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)122施加轉(zhuǎn)動(dòng)能到車輛的相應(yīng)的第二車輪114(例如,左后車輪)。用于傳送轉(zhuǎn)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)122可以包括軸、車輪轂、連桿、傳動(dòng)系、變速驅(qū)動(dòng)橋、萬(wàn)向接頭、等速萬(wàn)向節(jié)、實(shí)心軸、變速器、鏈條或皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),或從旋轉(zhuǎn)電機(jī)104傳輸轉(zhuǎn)動(dòng)能量到車輪、地面接合構(gòu)件或履帶的其它機(jī)械結(jié)構(gòu)。
[0043]主換流器102和每個(gè)從屬換流器110能夠通過(guò)數(shù)據(jù)總線32或其他的傳輸線路相互連通。例如,主換流器102可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線32或傳輸線路發(fā)送或傳輸數(shù)據(jù)消息或信號(hào)到其他換流器或從屬換流器110 (控制器310),所述數(shù)據(jù)消息或信號(hào)指示主換流器102的相位狀態(tài),或指示從屬換流器110和控制器310 (例如,整流器)使用某個(gè)相應(yīng)的相位、協(xié)調(diào)的偏移或相移(例如,每一個(gè)偏移約12至約36度相移)操作。在一個(gè)實(shí)施例中,主換流器102和從屬換流器110(控制單元310)可以由共用時(shí)鐘信號(hào)或另一個(gè)定時(shí)信號(hào)驅(qū)動(dòng),以同步它們的操作,并且這樣的時(shí)鐘信號(hào)或定時(shí)信號(hào)可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線32或傳輸線路在換流器之間分布。
[0044]主換流器102能夠從直流總線333接收直流電能。主換流器102被配置為提供具有相應(yīng)參考相位的第一組交流電流。從屬換流器110被連接到相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)104(例如,電動(dòng)馬達(dá))。每個(gè)從屬換流器110能夠從直流總線333接收直流電能。每個(gè)從屬換流器110被配置為提供具有相對(duì)于參考相位的相移的第二組交流電流,使得相移對(duì)于減少在直流總線333上的直流電流紋波是有效的。
[0045]在另一個(gè)實(shí)施例中,主換流器102提供時(shí)鐘信號(hào)到從屬換流器110,和提供指示從屬換流器110使用某個(gè)相移操作的數(shù)據(jù)消息或信號(hào)到主換流器102。例如,相移是指參照主換流器102的一個(gè)輸出信號(hào)(例如,正弦輸出信號(hào),脈沖寬度調(diào)制信號(hào),或其它波形)確定的相位。
[0046]在一個(gè)實(shí)施例中,系統(tǒng)211用于控制車輛的推進(jìn),系統(tǒng)211包括直流總線333和多個(gè)相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)104,旋轉(zhuǎn)電機(jī)104用于施加轉(zhuǎn)動(dòng)能到車輛的相應(yīng)車輪。旋轉(zhuǎn)電機(jī)104可以包括電動(dòng)馬達(dá)或一組電動(dòng)馬達(dá)和發(fā)電機(jī)(例如,交流發(fā)電機(jī))。多個(gè)換流器包括主換流器102和從屬換流器110。每一個(gè)換流器333被連接到旋轉(zhuǎn)電機(jī)104中的相應(yīng)的一個(gè)。每個(gè)換流器被布置為接收來(lái)自直流總線的直流電能。主換流器102適于提供具有相應(yīng)參考相位的參考交流電流信號(hào)組。每一個(gè)從屬換流器110適于提供具有相對(duì)于參考相位的不同的偏移相移的相應(yīng)交流電流信號(hào)組,使得不同的偏移相移對(duì)于減少在直流總線333上的直流電流紋波是有效的。
[0047]數(shù)據(jù)總線32支持102主換流器和從屬換流器110之間的通信。數(shù)據(jù)總線32能夠載送表示從主換流器102到從屬換流器10的參考相位的數(shù)據(jù)消息。在一種配置中,數(shù)據(jù)總線32包括控制器局域網(wǎng)(CAN)數(shù)據(jù)總線或其他車輛數(shù)據(jù)總線32。主換流器102適合于分配標(biāo)識(shí)符到每個(gè)換流器,和分配以參考相位為基準(zhǔn)的相移到每個(gè)換流器。
[0048]直流總線333具有正極端和負(fù)極端。主電容器組212具有正極端和負(fù)極端,其分別地并聯(lián)連接在直流總線的正極端和負(fù)極端之間。輔助電容器組200具有正極端和負(fù)極端,其分別地并聯(lián)連接在直流總線的正極端和負(fù)極端之間。第一線路電感202在主電容器組212和輔助電容器組200的正極端之間串聯(lián)連接直流總線的正極端。第二線路電感204在主電容器組212和第二電容器組200的負(fù)極端之間串聯(lián)連接直流總線的負(fù)極端,其中,主電容器組212和輔助電容器組200的所述所需的值(例如,法拉)或所需的電容大小可以與直流電流紋波的減少而成比例地減小,直流電流紋波的減少歸因于主換流器102和每個(gè)相應(yīng)的從屬換流器110之間的相移,以及歸因于主換流器102和控制器310 (例如,整流器)之間的相移。
[0049]在一個(gè)實(shí)施例中,第一線路電感202具有在大約50納亨(nH)至大約IOOnH的范圍內(nèi)的電感,和第二線路電感204具有大約50nH至大約IOOnH的范圍內(nèi)的電感。在另一個(gè)實(shí)施例中,根據(jù)下面的公式確定主換流器102和每個(gè)從屬換流器110之間的相移:
[0050]P=360/6XN),其中P是主換流器102和任何從屬換流器110之間的相移,而N是包括主換流器102和從屬換流器110的換流器的總數(shù)。
[0051]在一個(gè)配置中,不同的交流電流信號(hào)(103,105)的各個(gè)組包括與三個(gè)相應(yīng)偏移相位相關(guān)的三個(gè)相應(yīng)信號(hào)。交流電流信號(hào)的各個(gè)組包括用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)104的每個(gè)輸入端的不同的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
[0052]在一個(gè)替代實(shí)施例中,在本文中公開(kāi)的任何實(shí)施例的所有的分布的電容器(例如,電解/薄膜電容器)可以被組合或集合在一起成為集合電容器組,其中換流器通過(guò)層疊母線(例如,或其他電容增強(qiáng)傳輸線路)與集合電容器組連接,以在其他母線或?qū)w配置上提供最低可能的電感或降低的電感。
[0053]圖4示出用于在直流總線上的直流電流隨時(shí)間變化的圖表或圖形,用于連接到直流總線(12或333)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)(104,106,26或28)之間或者之中的不同程度的相位同步。在左上角的第一圖表401表示直流輸出電流,用于連接到相同的直流總線(例如,12)的兩個(gè)換流器(例如,22,24),在換流器之間沒(méi)有相移。垂直軸400表示信號(hào)幅度,而水平軸402表示時(shí)間。
[0054]在右上角的第二圖表407表示直流輸出電流,用于連接到相同的直流總線(12或333)的兩個(gè)換流器(22或24),在兩個(gè)換流器之間具有大約30度的相移。例如,如果第一換流器22具有三個(gè)輸出相位,稱為第一相位(A相)、第二相位(B相)和第三相位(C相),其中第一換流器22的各個(gè)相位偏移大約120度到第一換流器22的任何其他相位;第二換流器24具有第一相位(A相),第二換流器24的第一相位(A相)偏移大約30度到第一換流器22的第一相位(A相);第二換流器24具有第二相位(B相),第二換流器24的第二相位(B相)偏移大約30度到第一換流器22的第二相位(B相);和第二換流器24具有從所述第三相位(C相)偏移大約30度的第三相位(C相)。因此,圖407表示圖1或圖2的系統(tǒng)的可能的性能,其中第一換流器和第二換流器之間的相移是大約30度。圖表407中的直流電流的紋波電流的減少關(guān)于圖表401是顯而易見(jiàn)的。圖表401和圖表407中的參考號(hào)碼表示相同的元件或特征。
[0055]在圖4的左下角中,圖表403與圖表401是相似的,除了其進(jìn)一步包括第一換流器22的輸出的交流電流相位。對(duì)于第一換流器22,第一相位408、第二相位404和第三相位406分開(kāi)約120度。直流總線電流中的電流紋波,受到在最大偏差的區(qū)域中的三個(gè)相位的每一個(gè)或由換流器(22或24)輸出到旋轉(zhuǎn)電機(jī)或馬達(dá)的電流的影響。在圖表403中,第一換流器22和第二換流器24在相對(duì)于彼此沒(méi)有相移的情況下操作,并且被連接到相同的直流總線12。[0056]在圖4的右下角,圖表409與圖表407相同,除了其進(jìn)一步包括第一換流器42輸出的交流電流相位。對(duì)于第一換流器42,第一相位408、第二相位404和第三相位406分開(kāi)大約120度。在直流總線12電流中的電流紋波被在最大偏差區(qū)域中的三個(gè)相位的每一個(gè)或由換流器(22或24)輸出到旋轉(zhuǎn)電機(jī)或馬達(dá)(26或28)的電流影響。在圖表403中,第一換流器22和第二換流器24在相對(duì)于彼此大約30度相移的情況下操作,并且被連接到相同的直流總線12。因此,以與圖407中所示類似的方式,在直流總線上的電流紋波被減少。
[0057]在本文中所公開(kāi)的系統(tǒng)非常適合于減少在供送車輛的多個(gè)換流器的直流總線上的一個(gè)或多個(gè)電容器的尺寸、重量或最大容量。電容器的尺寸、重量或容量可以從最壞情況下的尺寸或最壞情況下的容量降低,否則最壞情況下的尺寸或最壞情況下的容量需要支持車輛的一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)或電機(jī)的最壞情況下的操作條件,例如低速運(yùn)轉(zhuǎn)、馬達(dá)中的失速電流和馬達(dá)的最小開(kāi)關(guān)頻率。相反地,本文所公開(kāi)的系統(tǒng)通過(guò)同步換流器交流電流相位(例如,使用規(guī)定的相移量)以削減、限制或管理紋波電流而有利于使用多個(gè)換流器和相應(yīng)馬達(dá)控制車輛。另外,在本文件中所公開(kāi)的系統(tǒng)支持在同一車輛上使用永磁電機(jī)和開(kāi)關(guān)式磁阻電機(jī)或馬達(dá)兩者,同時(shí)通過(guò)同步供送開(kāi)關(guān)式磁阻(SR)機(jī)(例如,SR電機(jī))和永磁電機(jī)(SM)的交流電流信號(hào)的相位最大限度地減少電容器組的尺寸和重量。本文所公開(kāi)的系統(tǒng)支持使用具有不同極對(duì)數(shù)的電機(jī)或用于相同車輛的配置,同時(shí)通過(guò)同步使電機(jī)具有不同極對(duì)配置的交流電流信號(hào)的相位,最大限度地減少電容器組尺寸和重量。例如,上述發(fā)明用于降低更大容量的電容器的成本(和相關(guān)聯(lián)的重量或空間要求),以使否則將被用在混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車中的在直流總線上的紋波電流平滑。
[0058]雖然描述了優(yōu)選實(shí)施例,在不脫離所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍情況下,顯而易見(jiàn)地可以進(jìn)行各種修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制車輛的推進(jìn)的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括: 直流總線; 第一馬達(dá),用于施加轉(zhuǎn)動(dòng)能到車輛的相應(yīng)的第一車輪; 第二馬達(dá),用于施加轉(zhuǎn)動(dòng)能到車輛的相應(yīng)的第二車輪; 連接到第一馬達(dá)的第一換流器,第一換流器從直流總線接收直流電能,第一換流器提供具有相應(yīng)的參考相位的第一組交流電流;和 連接到第二馬達(dá)的第二換流器,第二換流器從直流總線接收直流電能,第二換流器提供具有相對(duì)于參考相位的相移的第二組交流電流,使得所述相移對(duì)于減少在直流總線上的直流電流紋波是有效的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),還包括: 數(shù)據(jù)總線,該數(shù)據(jù)總線支持第一換流器和第二換流器之間的通信,該數(shù)據(jù)總線能夠載送表示從第一換流器到第二換流器的所述參考相位的數(shù)據(jù)消息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng),其中數(shù)據(jù)總線包括控制器局域網(wǎng)(CAN)數(shù)據(jù)總線或其他車輛數(shù)據(jù)總線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng),還包括: 連接到數(shù)據(jù)總線的控制器,控制器分配標(biāo)識(shí)符到每個(gè)換流器,和分配以參考相位為基準(zhǔn)的相移到每個(gè)換流器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),還包括: 具有正極端和負(fù)極端的直流總線; 第一電容器,具有分別地并聯(lián)連接在直流總線的正極端和負(fù)極端之間的正極端和負(fù)極端; 第二電容器,具有分別地并聯(lián)連接在直流總線的正極端和負(fù)極端之間的正極端和負(fù)極端; 第一線路電感,在第一電容器和第二電容器的正極端之間與直流總線的正極端串聯(lián)連接;和 第二線路電感,在第一電容器和第二電容器的負(fù)極端之間與直流總線的負(fù)極端串聯(lián)連接,其中第一電容器和第二電容器的電容的所需的值或所需的大小能夠與直流電流紋波的相應(yīng)減少成比例地減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng),其中第一線路電感具有在大約50(納亨)nH至大約IOOnH的范圍內(nèi)的電感,并且其中第二線路電感具有在大約50nH至大約IOOnH的范圍內(nèi)的電感。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中所述相移是在第一換流器的參考相位和第二換流器的相位之間的大約30度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中: 第一組交流電流信號(hào)包括與三個(gè)相應(yīng)的偏移相位相關(guān)聯(lián)的三個(gè)相應(yīng)信號(hào),并且其中 第二組交流電流信號(hào)包括具有三個(gè)相應(yīng)偏移相位的三個(gè)相應(yīng)信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中: 第一組交流電流信號(hào)包括用于第一電動(dòng)馬達(dá)的每個(gè)輸入端的不同的脈沖寬度調(diào)制信號(hào),并且其中第二組交替電流信號(hào)包括用于第二馬達(dá)的每個(gè)輸入端的不同的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
10.一種用于控制車輛的推進(jìn)的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括: 直流總線; 多個(gè)單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)電機(jī),用于施加轉(zhuǎn)動(dòng)能到車輛的相應(yīng)車輪; 多個(gè)換流器,包括主換流器和從屬換流器,每個(gè)換流器連接到旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的相應(yīng)的一個(gè),每個(gè)換流器被布置為從直流總線接收直流電能; 主換流器,適于提供具有相應(yīng)的參考相位的交流電流信號(hào)的參照組; 每個(gè)從屬換流器適于提供相應(yīng)的具有相對(duì)于參考相位的不同的偏移相移的交流電流信號(hào)組,使得不同的偏移相移對(duì)于減少直流總線上的直流電流紋波是有效的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng),還包括: 數(shù)據(jù)總線,該數(shù)據(jù)總線支持主換流器和從屬換流器之間的通信,數(shù)據(jù)總線能夠載送表示從主換流器到從屬換流器的參考相位的數(shù)據(jù)消息。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng),其中數(shù)據(jù)總線包括控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)數(shù)據(jù)總線或其他車輛數(shù)據(jù)總線。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng),進(jìn)一步包括: 主換流器,適于分配標(biāo)識(shí)符到每個(gè)換流器,和分配以所述參考相位為基準(zhǔn)的相移到每個(gè)換流器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng),進(jìn)一步包括: 直流總線,具有正極端和負(fù)極端; 第一電容器,具有分別地并聯(lián)連接在直流總線的正極端和負(fù)極端之間的正極端和負(fù)極端; 第二電容器,具有分別地并聯(lián)連接在直流總線的正極端和負(fù)極端之間的正極端和負(fù)極端; 第一線路電感,在第一電容器和第二電容器的正極端之間與直流總線的正極端串聯(lián)連接;和 第二線路電感,在第一電容器和第二電容器的負(fù)極端之間與直流總線的負(fù)極端串聯(lián)連接,其中第一電容器和第二電容器的電容的所需的值或所需的大小可以與直流電流紋波的相應(yīng)減少成比例地減小。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng),其中第一線路電感具有在大約50納亨(nH)至大約IOOnH的范圍內(nèi)的電感,并且其中第二線路電感具有在大約50nH至大約IOOnH的范圍內(nèi)的電感。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng),其中主換流器和每個(gè)從屬換流器之間的相移是根據(jù)下面的公式確定的: P=360 / ^XN),其中P是主換流器和任何從屬換流器之間的相移,并且N是包括主換流器和從屬換流器的換流器的總數(shù)量。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng),其中 所述相應(yīng)的不同的交流電流信號(hào)組包括與三個(gè)相應(yīng)的偏移相位相關(guān)的三個(gè)相應(yīng)信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng),其中: 所述相應(yīng)的交流電流信號(hào)組包括用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的每個(gè)輸入端的不同的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng),其中旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括電動(dòng)馬達(dá)。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的 系統(tǒng),其中旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括發(fā)電機(jī)和一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)。
【文檔編號(hào)】H02P6/00GK103765756SQ201280013442
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月16日
【發(fā)明者】波雷吉·N·辛格 申請(qǐng)人:迪爾公司