用于控制旋转电机以减少直流总线上的电流纹波的系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种系统(11)，包括用于施加转动能到车辆的相应的第一车轮(30)的第一马达(26)。第二马达(28)被布置用于施加转动能到车辆的相应的第二车轮(32)。第一换流器(22)被连接到第一马达(28)，其中第一换流器(22)能够从直流总线(12)接收直流电能。第一换流器(22)被配置为提供具有相应的参考相位的第一组交流电流。第二换流器(24)被连接到第二马达(28)。第二换流器(24)能够从直流总线(12)接收直流电能。第二换流器(24)被配置为提供具有相对于参考相位的相移的第二组交流电流，使得相移对于减少在直流总线(12)上的直流电流纹波是有效的。
【专利说明】用于控制旋转电机以减少直流总线上的电流纹波的系统
[0001]根据35 USC 119(E)，本文件要求基于2011年3月16日提交的美国临时申请序列号 61/453，169 的题为 “SYSTEM FOR CONTROLLING ROTARY ELECTRIC MACHINES TO REDUCE⑶RRENT RIPPLE ON A DIRECT⑶RRENT BUS(用于控制旋转电机以减少直流总线上的电流纹波的系统)”的优先权。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种用于控制旋转电机以减少直流总线上的电流纹波的系统。
【背景技术】
[0003]在现有技术中，车辆可以配置有由相应的换流器组控制的多个旋转电机。旋转电机可以包括一个或多个交流驱动马达、一个或多个发电机，或两者兼而有之。换流器中的每一个都可能从直流数据总线抽取直流电流，并且将其转换成具有用于每个旋转电机的相应的相位的交流电流信号。由于每个换流器要求直流电流产生具有一个或多个相位的交流电流，直流总线上的直流电流可能经历与所产生的交流电流的相位一致或者相关的波动或电流纹波。例如，在某些情况下，在直流总线上的电流纹波可能会被称为直流总线上的瞬时低于预期的直流电流，或者直流总线上的不想要的直流电流随时间的波动，其使得旋转电机的控制(例如，电动马达转速或指令转矩)容易出错。为了解决直流总线上的升高的电流纹波的问题，例如，若干现有技术的车辆在直流总线上使用较大的电容器组形式进行更大的(或成比例地升高的)电容滤波。然而，更大的电容滤波可能会增加车辆的成本和重量，这可能会导致降低的燃油经济性。因此，需要降低直流总线上的电流纹波，以减小较大的电容器组所需的尺寸和相关的成本。
【发明内容】
[0004]在根据本发明的一个实施例中，系统能够在直流总线上的纹波电流降低的情况下控制车辆的推进。该系统包括用于施加转动能到车辆的相应的第一车轮的第一马达。第二马达被布置用于施加转动能到车辆的相应的第二车轮。第一换流器被连接到第一马达，其中第一换流器能够从直流总线接收直流电能。第一换流器被配置为提供具有相应的参考相位的第一组交流电流。第二换流器被连接到第二马达。第二换流器能够从直流总线接收直流电能。第二换流器被配置为提供具有相对于参考相位的相移的第二组交流电流，使得所述相移对于减少直流总线上的直流电流纹波是有效的。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1是用于控制旋转电机以减少在直流总线上的电流纹波的系统的一个实施例的方框图。
[0006]图2是用于控制旋转电机以减少在直流总线上的电流纹波的系统的另一个实施例的方框图。[0007]图3是用于控制旋转电机以减少在直流总线上的电流纹波的系统的又一个实施例的方框图。
[0008]图4示出直流数据总线上的直流电流随时间变化的一组图表，用于在连接到直流数据总线的旋转电机之间或者之中的不同程度的相位同步。
【具体实施方式】
[0009]纹波是指直流总线的别样的直流电流(DC)或电压的变化。纹波可以被建模为幅度降低的交流电流信号分量(例如，一般为锯齿波形)，其与更大幅度的直流电流分量结合以在直流总线上形成集合信号。纹波的峰-峰幅度或者纹波的均方根幅度可以表示为直流电流分量或在直流总线上的集合信号的百分比。
[0010]电容器或电容器组可以与纹波额定值相关，纹波额定值是可以以纹波电流的相应频率(例如，换流器的开关频率)施加到电容器的最大电流。
[0011]根据一个实施例，图1示出了系统11，其能够在直流(DC)总线12上的电流纹波或纹波电流减少的情况下控制车辆的推进。
[0012]电能量源10连接到直流(DC)总线12的正极端和负极端。例如，电能量源10可以包括电池、燃料电池、发电机的输出、交流发电机的整流输出或另外的电能量源。
[0013]直流(直流)总线12具有正极端和负极端。第一电容器14连接在直流总线12的正和负极端之间。第一电容器14跨接在第一换流器22的直流输入端(或相应的输入导体)之间。第二电容器18连接在直流总线12的正极端和负极端之间。第二电容器18跨接在第二换流器24的直流输入端(或相应的输入导体)之间。在一个实施例中，第一电容器14和第二电容器18被选择为:(I)满足在最大预期纹波电流处的纹波额定值，和(2)具有对应的电容，该电容足以合理平滑纹波电流，以与第一换流器22和第二换流器24的交流输出信号之间的相移协作实现目标纹波幅度(例如，小于集合直流总线信号的大约百分之五)相移，这将在后面被更详细地描述。
[0014]第一线路电感16连接在第一电容器14和第二电容器18的正极端之间。第二线路电感19连接在第一电容器14和第二电容器18的负极端之间。第一电容器14和第二电容器18被配置为对直流总线12上的直流电流纹波进行滤波。第一电容器14、第二电容器
18、第一线路电感16和第二线路电感19可以形成用于减少纹波的滤波网络，其中滤波网络被调谐到合适的谐振频率范围，以减少在直流总线2中的纹波电流。例如，合适的频率范围可以被调谐到第一换流器22和第二换流器24的输出信号的频率范围(例如，包括辅助谐波、其他谐波或换流器输出的互调产物)。
[0015]第一换流器22连接或电连接到直流总线12，用于直流总线12的直流电能到第一换流器22的输入。第二换流器24连接或电连接到直流总线12，用于直流总线12的直流电能到第二换流器24的输入。换流器(22，24)可以包括马达控制器、发电机控制器、旋转电机控制器、或用于将直流电流电转换成具有相应相位的一个或多个交流电流信号的装置。例如，换流器可以将直流电流电转换成具有三个相应相位的输出信号。输出信号可以包括方波、正弦波、脉冲宽度调制或其他交流电流信号。第一换流器22被连接到第一马达26的输入端，并且第二换流器24被连接到第二马达28的输入端。
[0016]如图1所示，第一换流器22输出交流电流信号34，而第二换流器24输出移相交流电流信号36，移相交流电流信号36通过相对于交流电流信号34的相移(例如，约30度)以减少在直流总线12上的电流纹波而被相移。在一个实施例中，交流电流信号34包括相对于彼此偏移相位的三个分量信号，其中每个分量信号相对于相同换流器(22,24)的任何其他分量信号在相位上偏移大约120度。因此，第一换流器22和第二换流器24之间的相移或换流器间相移实际上被单独地应用到相移交流电流信号36的三个相位分量中的每一个。
[0017]在图1中，系统I包括第一马达26，用于通过用于传递旋转能的机构33施加转动能到车辆的相应的第一车轮30。第二马达28被配置为通过用于传递转动能的机构33施加转动能到车辆的相应的第二车轮32。例如，机构33可以包括轴、连杆、驱动桥、齿轮箱或用于传送转动能的其他装置。在各种配置中，第一马达26和第二马达28可以包括:(I) 一对永磁电机，(2) 一对开关式磁阻电机,和(3)永磁电机和开关式磁阻电机的组合。
[0018]如果第一马达26和第二马达28包括永磁电机和开关式磁阻电机的组合，第一换流器22和第二换流器24可以具有相对于彼此偏移的输出信号(例如，并且被调整大约30度相移，以适应不同的马达或电机配置)，具有相移(例如，调整后的相移)，以通过增加或通过最大化直流总线上的纹波电流的脉冲计数或频率而尽量减少纹波电流。通过增加或最大化直流总线上的纹波电流的脉冲计数或频率，用于直流总线12的滤波的电容器尺寸和空间要求可以大大减小。同样地，如果第一马达26和第二马达28具有不同的极对数，第一换流器22和第二换流器24可以具有相对于彼此偏移(例如，被调整约30度相移以适应不同的极对数或配置)的输出信号，具有相移(例如，调整后的相移)以尽量减少直流总线12上的电流的纹波电流。
[0019]数据总线32支持第一换流器22和第二换流器24之间的通信。该数据总线能够载送表不第一换流器22和第二换流器24之间的参考相位的数据消息。在一个实施例中，数据总线包括控制器局域网(CAN)数据总线或其他车辆数据总线。
[0020]在一个实施例中，第一换流器22和第二换流器24能够通过数据总线32或其它传输线路相互连通。例如，传输换流器(22或24)可以通过数据总线32或传输线路发送或传输数据消息或信号到其它换流器或接收换流器，所述数据消息或信号指示传输换流器的相位状态、或者指示接收换流器根据某个相位操作，或者相对于传输换流器的相移。在一个实施例中，第一换流器22和第二换流器24可以由共同时钟信号或另一个定时信号驱动以同步它们的操作，并且这样的时钟信号或定时信号可以通过数据总线32或传输线路在换流器(22，24)之间分布。
[0021]第一换流器22能够从直流总线12接收直流电能。第一换流器22被配置为提供具有相应参考相位的第一组交流电流信号34。第二换流器24被连接到第二马达28。第二换流器24能够从直流总线接收直流电能。第二换流器24被配置为提供具有相对于参考相位的相移的第二组交流电流信号36，使得相移有效地减少直流总线上的直流电流纹波。
[0022]在另一个实施例中，第一换流器22包括主换流器并且第二换流器24包括从属换流器。主换流器提供时钟信号到从属换流器，和提供指示从属换流器以某个相位偏移或相移的数据消息或信号到主换流器。例如，相位偏移是指参照主换流器的一个输出信号(例如，正弦输出信号、脉宽调制信号或其它波形或脉冲的前沿或后沿)确定的相位。第二换流器24被连接到第二马达28。第二换流器24能够接收来自直流总线的直流电能。[0023]在一个配置中，第二换流器24被配置为提供具有相对于参考相位的相移的第二组交流电流，使得相移(例如，约30度)对于减小在直流总线上的直流电流纹波是有效的。例如，减少纹波电流的相移可能是约30度，其中第一马达26和第二马达28是匹配对，具有相同的极对数，并且是相同的机器类型(例如，永磁、三相交流马达)。如在本文档中使用，“大约”是指加上或减去(±)5%的相移，或如上下文所需要的其他相关的值。虽然在第一换流器22和第二换流器24的交流电流信号之间的相移可以是约30度，在实践中，相移取决于以下因素中的一个或多个:(I)连接到相同直流总线的换流器的数量，⑵连接到每个换流器的输出的负载(例如，马达或电机)的负载电感或其它电特性，(3)第一换流器22和第二换流器24两者是否使用相同数量和配置的极对或不同数量的极对控制马达，(4)第一换流器22和第二换流器24两者是否控制开关式磁阻电机，(5)第一换流器22和第二换流器24两者是否控制永磁电机，(6)第一换流器22是否被连接到永磁电机并且第二换流器24是否被连接到开关式磁阻电机，或反之亦然，(7)换流器如何被封装(例如，与电感器、电容器、滤波器、匹配网络或连接器配置)，(8)换流器是否具有直流(DC)线路电感，(9)与负载马达相关的直流总线电感的水平，(10)在换流器和它的马达之间的线束的调谐、滤波或阻抗匹配，和(11)连接到直流总线的马达或电机的工作速度范围和转矩的要求。
[0024]多相换流器(22，24)的每个输出相位可能大约偏移360度除以多相换流器的输出相位的数量。对于三相换流器，输出相位(例如，内部换流器输出相)可以被偏移大约120度，而对于两相换流器，输出相位可能会偏移大约180度。大约是指在讨论值上加上或减去5%。第一换流器22可以输出第一组交流电流信号,第一组交流电流信号包括与三个相应的不同的输出相位(例如，第一换流器相位A、第一换流器相位B和第一换流器相位C，其中偏移相位被偏移换流器间相移量)相关的三个相应信号。第二换流器24可以输出第二组交流电流信号，第二组交流电流信号包括具有三个相应的不同的输出相位(例如，第二换流器相位A、第二换流器相位B和第二换流器相位C，其中偏移相位被偏移换流器间相移)的三个相应的信号。这里，任何两个换流器之间的相移或者相位偏移(即，换流器间相移)可以被定义为以下一个或多个:(I)第I换流器相位A和第二换流器相位A之间的差的绝对值，(2)第I换流器相位B和第二换流器相位B之间的差的绝对值，(3)第一换流器相位C和第二换流器相位C之间的差的绝对值。第一组交流电流信号包括用于第一马达26的每个输入端的不同的脉冲宽度调制信号。第二组交流电流信号包括用于第二马达28的每个输入端的不同的脉冲宽度调制信号。
[0025]图2的系统111与图1的系统11类似，除了图2的系统111还包括连接到数据总线32的控制器38。这里，控制器38能够与第一换流器22和第二换流器24通信。第一换流器22和第二换流器24能够通过控制器38或直接通过数据总线32或传输线路彼此通信。例如，传输换流器可以通过数据总线32或传输线路发送或传输数据消息或信号到其它换流器或接收换流器，所述数据消息或信号指示传输换流器的相位状态。
[0026]在一个配置中，控制器38使用软件指令编程以分配标识符到每个换流器(23，24)和分配相移(例如，以参考相位为基准)到每个换流器。控制器38指示第一换流器22和第二换流器24使用控制器38确定的目标分配相位操作，其中相位具有相对于彼此的相移。在一个配置中，基于换流器(22，24)的数量和连接到直流总线12的相应马达(26，28)确定相移。[0027]在一个实施例中，控制器38提供共用时钟信号或其他定时信号到第一换流器22和第二换流器24，以同步它们的操作，并且这样的时钟信号或定时信号可以通过数据总线32或传输线路在换流器之间分布。
[0028]第一换流器22能够从直流总线12接收直流电能。第一换流器22被配置为提供具有相应参考相位的第一组交流电流。第二换流器24被连接到第二马达28。第二换流器24能够从直流总线12接收直流电能。第二换流器24被配置为提供具有相对于参考相位的相移的第二组交流电流，使得相移(例如，约30度)对于减少直流总线上的直流电流纹波是有效的。虽然在第一换流器22和第二换流器24的交流电流信号之间的相移可以是大约30度，在实践中，相移可以取决于以下因素中的一个或多个:(I)连接到相同的直流总线2的换流器的数目，(2)负载电感或到每个换流器的输出的负载(例如，马达或电机)的其它电气特性连接，(2)连接到每个换流器的输出的负载(例如，马达或电机)的负载电感或其它电特性，(3)第一换流器22和第二换流器24两者是否使用相同数量和配置的极对控制马达，(4)第一换流器22和第二换流器24两者是否控制开关式磁阻电机，(5)第一换流器22和第二换流器24两者是否控制永磁电机，(6)第一换流器22是否被连接到永磁电机并且第二换流器24是否被连接到开关式磁阻电机，或反之亦然，(7)换流器如何被封装(例如，与电感器、电容器、滤波器、匹配网络或连接器配置)，(8)换流器是否具有直流(DC)线路电感，O)与负载马达相关的直流总线电感水平，(10)在换流器和它的马达之间的线束的调谐、滤波或阻抗匹配，和(11)连接到直流总线的马达或电机的工作速度范围和转矩的要求。
[0029]在一个实施例中，直流总线12具有正极端和负极端。第一电容器14具有正极端和负极端，分别地并联连接在直流总线12的正极端和负极端之间。第二电容器18具有分别地并联连接在直流总线12的正极端和负极端之间的正极端和负极端。第一线路电感16在第一电容器14和第二电容器18的正极端之间串联连接直流总线的正极端。第二线路电感19在第一电容器14和第二电容器18的负极之间串联连接直流总线的负极端，其中第一电容器14和第二电容器18的电容的所需的值(例如，法拉)或所需大小可以与直流电流纹波中归因于第一换流器22和第二换流器24之间的(交流电流信号)的相移的相应减少成比例地减小，可归属于
[0030]在一个配置中，第一线路电感16具有约50 (纳亨)nH至约IOOnH的范围内的电感，第二线路电感19具有约50nH至约IOOnH的范围内的电感。
[0031]根据另一个实施例，图3示出系统211，其能够在直流总线333上的纹波电流减少的情况下控制车辆的推进。旋转电机16连接到直接(直流)电流总线333的正极端和负极端。
[0032]旋转电机106可以包括发电机或交流发电机的整流输出。内燃机116可以提供转动能到旋转电机106或发电机。旋转电机106或发电机将转动能转换成电能，如所生成的被施加到直流总线333的直流输出电压。
[0033]直流总线333可以被连接至电能量源10，如电池，用于存储由旋转电机104或发电机产生的电能。
[0034]直流(DC)总线333具有正极端和负极端。主电容器组212被连接在直流总线333的正极端和负极端之间。主电容器组212跨接在控制器310 (例如，整流器或整流换流器)的直流输入端(或相应的输入导体)之间。
[0035]一系列辅助电容器组200被连接在直流总线333的正极端和负极端之间。每个辅助电容器组200跨接在换流器(102，110)的直流输入端(或相应的输入导体)之间。特别地，相应的辅助电容器组200与主换流器102的直流输入端并联连接，并且相应的辅助电容器组200与每个对应的从属换流器110的直流输入端并联连接。
[0036]第一线路电感202连接在辅助电容器组200的正极端之间。第二线路电感204连接在辅助电容器组200的负极端之间。在控制器310的直流输出端处或附近，第一线路电感202连接在主电容器组212的正极端和辅助电容器组200的正极端之间。同样地，第二线路电感204连接在主电容器组212的负极端和辅助电容器组200的负极端之间。
[0037]主电容器组212被配置为对直流总线333的电流纹波进行滤波，用于由控制器310和旋转电机104(例如，发电机)产生的直流输出。辅助电容组200被配置为对由旋转电机104(如马达)消耗的直流总线333上的直流电流纹波进行滤波。主电容器组212、第二电容器组200、第一线路电感202、第二线路电感204可以形成用于减少纹波的滤波网络，其中滤波网络被调谐到合适的谐振频率范围，以减少在直流总线333中的纹波电流。合适的谐振频率范围可以与一个或多个换流器(102，110)的开关频率(或谐波)相称。
[0038]在一个实施例中，每个主电容器组212可以包括电解电容器的阵列或组。同样地，每个辅助电容器组200可以包括电解电容器的阵列或组。每一个电解电容器也可以由膜、电解材料、介电材料、密封壳体、金属板或电解电容器组成。
[0039]主换流器102 (或主换流器)连接或电连接到直流总线333，用于直流总线的直流电能到主换流器102的输入。从属换流器110 (或辅助换流器)组被连接或电连接到直流总线333，用于直流总线333的直流电能到从属换流器110 (辅助换流器)的输入。主换流器102 (或主换流器)的每一个可以包括马达控制器、发电机控制器、旋转电机的控制器、或用于将直流电流电转换为具有相应的相位的一个或多个交流电流信号的装置。同样地，每个从属换流器110(或辅助换流器)可以包括马达控制器、发电机控制器、旋转电机控制器、或将直流电流电转换成具有相应的相位的一个或多个交流电流信号的装置。例如，换流器可以将直流电流转换成具有三个相应相位的输出信号。输出信号可以包括方波、正弦波、脉冲宽度调制或其他交流电流信号。
[0040]在一个实施例中，主换流器102 (或主换流器)可以建立用于其输出信号的参考相位，该输出信号由从属换流器10(或辅助换流器)跟踪。例如，主换流器102可以通过数据总线32传输参考相位信号103以及定时信号或时钟信号到每一个从属换流器110，使得每个从属换流器110可以指示其旋转电机104以相对于主换流器102的不同的相移(或相移信号105)操作。在另一个例子中，主换流器102可以分配操作相位(或相移)到每个从属换流器110，其中每个从属换流器110都具有对应的独特的换流器标识符。
[0041]每个换流器(102，110)通过诸如电源电缆108之类的导体连接到旋转电机104的端子。例如，主换流器102被连接到旋转电机104或马达的输入端。从属换流器110被连接到旋转电机104或马达的输入端。控制器310被连接到旋转电机106的输出端。
[0042]在图3中，系统211包括旋转电机104(例如，第一马达105)，用于通过传送转动能的机构122施加转动能到车辆的相应的第一车轮2 (例如，右后车轮)。另一个旋转电机104(例如，第二马达107)适于通过传送转动能的机构122施加转动能到车辆的相应的第二车轮114(例如，右前车轮)。另一个旋转电机104(例如，第三马达09)适于通过传送转动能的机构122施加转动能到车辆的相应的第三车轮118 (例如，左前车轮)。另一个旋转电机104 (例如，第四电机113)适于通过传送转动能的机构122施加转动能到车辆的相应的第二车轮114(例如，左后车轮)。用于传送转动能的机构122可以包括轴、车轮毂、连杆、传动系、变速驱动桥、万向接头、等速万向节、实心轴、变速器、链条或皮带驱动系统，或从旋转电机104传输转动能量到车轮、地面接合构件或履带的其它机械结构。
[0043]主换流器102和每个从属换流器110能够通过数据总线32或其他的传输线路相互连通。例如，主换流器102可以通过数据总线32或传输线路发送或传输数据消息或信号到其他换流器或从属换流器110 (控制器310)，所述数据消息或信号指示主换流器102的相位状态，或指示从属换流器110和控制器310 (例如，整流器)使用某个相应的相位、协调的偏移或相移(例如，每一个偏移约12至约36度相移)操作。在一个实施例中，主换流器102和从属换流器110(控制单元310)可以由共用时钟信号或另一个定时信号驱动，以同步它们的操作，并且这样的时钟信号或定时信号可以通过数据总线32或传输线路在换流器之间分布。
[0044]主换流器102能够从直流总线333接收直流电能。主换流器102被配置为提供具有相应参考相位的第一组交流电流。从属换流器110被连接到相应的旋转电机104(例如，电动马达)。每个从属换流器110能够从直流总线333接收直流电能。每个从属换流器110被配置为提供具有相对于参考相位的相移的第二组交流电流，使得相移对于减少在直流总线333上的直流电流纹波是有效的。
[0045]在另一个实施例中，主换流器102提供时钟信号到从属换流器110，和提供指示从属换流器110使用某个相移操作的数据消息或信号到主换流器102。例如，相移是指参照主换流器102的一个输出信号(例如，正弦输出信号，脉冲宽度调制信号，或其它波形)确定的相位。
[0046]在一个实施例中，系统211用于控制车辆的推进，系统211包括直流总线333和多个相应的旋转电机104，旋转电机104用于施加转动能到车辆的相应车轮。旋转电机104可以包括电动马达或一组电动马达和发电机(例如，交流发电机)。多个换流器包括主换流器102和从属换流器110。每一个换流器333被连接到旋转电机104中的相应的一个。每个换流器被布置为接收来自直流总线的直流电能。主换流器102适于提供具有相应参考相位的参考交流电流信号组。每一个从属换流器110适于提供具有相对于参考相位的不同的偏移相移的相应交流电流信号组，使得不同的偏移相移对于减少在直流总线333上的直流电流纹波是有效的。
[0047]数据总线32支持102主换流器和从属换流器110之间的通信。数据总线32能够载送表示从主换流器102到从属换流器10的参考相位的数据消息。在一种配置中，数据总线32包括控制器局域网(CAN)数据总线或其他车辆数据总线32。主换流器102适合于分配标识符到每个换流器，和分配以参考相位为基准的相移到每个换流器。
[0048]直流总线333具有正极端和负极端。主电容器组212具有正极端和负极端，其分别地并联连接在直流总线的正极端和负极端之间。辅助电容器组200具有正极端和负极端，其分别地并联连接在直流总线的正极端和负极端之间。第一线路电感202在主电容器组212和辅助电容器组200的正极端之间串联连接直流总线的正极端。第二线路电感204在主电容器组212和第二电容器组200的负极端之间串联连接直流总线的负极端，其中，主电容器组212和辅助电容器组200的所述所需的值(例如，法拉)或所需的电容大小可以与直流电流纹波的减少而成比例地减小，直流电流纹波的减少归因于主换流器102和每个相应的从属换流器110之间的相移，以及归因于主换流器102和控制器310 (例如，整流器)之间的相移。
[0049]在一个实施例中，第一线路电感202具有在大约50纳亨(nH)至大约IOOnH的范围内的电感，和第二线路电感204具有大约50nH至大约IOOnH的范围内的电感。在另一个实施例中，根据下面的公式确定主换流器102和每个从属换流器110之间的相移:
[0050]P=360/6XN)，其中P是主换流器102和任何从属换流器110之间的相移，而N是包括主换流器102和从属换流器110的换流器的总数。
[0051]在一个配置中，不同的交流电流信号(103,105)的各个组包括与三个相应偏移相位相关的三个相应信号。交流电流信号的各个组包括用于旋转电机104的每个输入端的不同的脉冲宽度调制信号。
[0052]在一个替代实施例中，在本文中公开的任何实施例的所有的分布的电容器(例如，电解/薄膜电容器)可以被组合或集合在一起成为集合电容器组，其中换流器通过层叠母线(例如，或其他电容增强传输线路)与集合电容器组连接，以在其他母线或导体配置上提供最低可能的电感或降低的电感。
[0053]图4示出用于在直流总线上的直流电流随时间变化的图表或图形，用于连接到直流总线(12或333)的旋转电机(104，106，26或28)之间或者之中的不同程度的相位同步。在左上角的第一图表401表示直流输出电流，用于连接到相同的直流总线(例如，12)的两个换流器(例如，22，24)，在换流器之间没有相移。垂直轴400表示信号幅度，而水平轴402表示时间。
[0054]在右上角的第二图表407表示直流输出电流，用于连接到相同的直流总线(12或333)的两个换流器(22或24)，在两个换流器之间具有大约30度的相移。例如，如果第一换流器22具有三个输出相位，称为第一相位(A相)、第二相位(B相)和第三相位(C相)，其中第一换流器22的各个相位偏移大约120度到第一换流器22的任何其他相位；第二换流器24具有第一相位(A相)，第二换流器24的第一相位(A相)偏移大约30度到第一换流器22的第一相位(A相)；第二换流器24具有第二相位(B相)，第二换流器24的第二相位(B相)偏移大约30度到第一换流器22的第二相位(B相)；和第二换流器24具有从所述第三相位(C相)偏移大约30度的第三相位(C相)。因此，图407表示图1或图2的系统的可能的性能，其中第一换流器和第二换流器之间的相移是大约30度。图表407中的直流电流的纹波电流的减少关于图表401是显而易见的。图表401和图表407中的参考号码表示相同的元件或特征。
[0055]在图4的左下角中，图表403与图表401是相似的，除了其进一步包括第一换流器22的输出的交流电流相位。对于第一换流器22，第一相位408、第二相位404和第三相位406分开约120度。直流总线电流中的电流纹波，受到在最大偏差的区域中的三个相位的每一个或由换流器(22或24)输出到旋转电机或马达的电流的影响。在图表403中，第一换流器22和第二换流器24在相对于彼此没有相移的情况下操作，并且被连接到相同的直流总线12。[0056]在图4的右下角，图表409与图表407相同，除了其进一步包括第一换流器42输出的交流电流相位。对于第一换流器42，第一相位408、第二相位404和第三相位406分开大约120度。在直流总线12电流中的电流纹波被在最大偏差区域中的三个相位的每一个或由换流器(22或24)输出到旋转电机或马达(26或28)的电流影响。在图表403中，第一换流器22和第二换流器24在相对于彼此大约30度相移的情况下操作，并且被连接到相同的直流总线12。因此，以与图407中所示类似的方式，在直流总线上的电流纹波被减少。
[0057]在本文中所公开的系统非常适合于减少在供送车辆的多个换流器的直流总线上的一个或多个电容器的尺寸、重量或最大容量。电容器的尺寸、重量或容量可以从最坏情况下的尺寸或最坏情况下的容量降低，否则最坏情况下的尺寸或最坏情况下的容量需要支持车辆的一个或多个马达或电机的最坏情况下的操作条件，例如低速运转、马达中的失速电流和马达的最小开关频率。相反地，本文所公开的系统通过同步换流器交流电流相位(例如，使用规定的相移量)以削减、限制或管理纹波电流而有利于使用多个换流器和相应马达控制车辆。另外，在本文件中所公开的系统支持在同一车辆上使用永磁电机和开关式磁阻电机或马达两者，同时通过同步供送开关式磁阻(SR)机(例如，SR电机)和永磁电机(SM)的交流电流信号的相位最大限度地减少电容器组的尺寸和重量。本文所公开的系统支持使用具有不同极对数的电机或用于相同车辆的配置，同时通过同步使电机具有不同极对配置的交流电流信号的相位，最大限度地减少电容器组尺寸和重量。例如，上述发明用于降低更大容量的电容器的成本(和相关联的重量或空间要求)，以使否则将被用在混合动力汽车和电动汽车中的在直流总线上的纹波电流平滑。
[0058]虽然描述了优选实施例，在不脱离所附权利要求中限定的本发明的范围情况下，显而易见地可以进行各种修改。
【权利要求】
1.一种用于控制车辆的推进的系统，所述系统包括: 直流总线； 第一马达，用于施加转动能到车辆的相应的第一车轮； 第二马达，用于施加转动能到车辆的相应的第二车轮； 连接到第一马达的第一换流器，第一换流器从直流总线接收直流电能，第一换流器提供具有相应的参考相位的第一组交流电流；和 连接到第二马达的第二换流器，第二换流器从直流总线接收直流电能，第二换流器提供具有相对于参考相位的相移的第二组交流电流，使得所述相移对于减少在直流总线上的直流电流纹波是有效的。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括: 数据总线，该数据总线支持第一换流器和第二换流器之间的通信，该数据总线能够载送表示从第一换流器到第二换流器的所述参考相位的数据消息。
3.根据权利要求2所述的系统，其中数据总线包括控制器局域网(CAN)数据总线或其他车辆数据总线。
4.根据权利要求2所述的系统，还包括: 连接到数据总线的控制器，控制器分配标识符到每个换流器，和分配以参考相位为基准的相移到每个换流器。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括: 具有正极端和负极端的直流总线； 第一电容器，具有分别地并联连接在直流总线的正极端和负极端之间的正极端和负极端; 第二电容器，具有分别地并联连接在直流总线的正极端和负极端之间的正极端和负极端; 第一线路电感，在第一电容器和第二电容器的正极端之间与直流总线的正极端串联连接；和 第二线路电感，在第一电容器和第二电容器的负极端之间与直流总线的负极端串联连接，其中第一电容器和第二电容器的电容的所需的值或所需的大小能够与直流电流纹波的相应减少成比例地减小。
6.根据权利要求4所述的系统，其中第一线路电感具有在大约50(纳亨)nH至大约IOOnH的范围内的电感，并且其中第二线路电感具有在大约50nH至大约IOOnH的范围内的电感。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述相移是在第一换流器的参考相位和第二换流器的相位之间的大约30度。
8.根据权利要求1所述的系统，其中: 第一组交流电流信号包括与三个相应的偏移相位相关联的三个相应信号，并且其中 第二组交流电流信号包括具有三个相应偏移相位的三个相应信号。
9.根据权利要求1所述的系统，其中: 第一组交流电流信号包括用于第一电动马达的每个输入端的不同的脉冲宽度调制信号，并且其中第二组交替电流信号包括用于第二马达的每个输入端的不同的脉冲宽度调制信号。
10.一种用于控制车辆的推进的系统，该系统包括: 直流总线； 多个单独的旋转电机，用于施加转动能到车辆的相应车轮； 多个换流器，包括主换流器和从属换流器，每个换流器连接到旋转电机中的相应的一个，每个换流器被布置为从直流总线接收直流电能； 主换流器，适于提供具有相应的参考相位的交流电流信号的参照组； 每个从属换流器适于提供相应的具有相对于参考相位的不同的偏移相移的交流电流信号组，使得不同的偏移相移对于减少直流总线上的直流电流纹波是有效的。
11.根据权利要求10所述的系统，还包括: 数据总线，该数据总线支持主换流器和从属换流器之间的通信，数据总线能够载送表示从主换流器到从属换流器的参考相位的数据消息。
12.根据权利要求11所述的系统，其中数据总线包括控制器区域网络(CAN)数据总线或其他车辆数据总线。
13.根据权利要求11所述的系统，进一步包括: 主换流器，适于分配标识符到每个换流器，和分配以所述参考相位为基准的相移到每个换流器。
14.根据权利要求10所述的系统，进一步包括: 直流总线，具有正极端和负极端； 第一电容器，具有分别地并联连接在直流总线的正极端和负极端之间的正极端和负极端; 第二电容器，具有分别地并联连接在直流总线的正极端和负极端之间的正极端和负极端; 第一线路电感，在第一电容器和第二电容器的正极端之间与直流总线的正极端串联连接；和 第二线路电感，在第一电容器和第二电容器的负极端之间与直流总线的负极端串联连接，其中第一电容器和第二电容器的电容的所需的值或所需的大小可以与直流电流纹波的相应减少成比例地减小。
15.根据权利要求14所述的系统，其中第一线路电感具有在大约50纳亨(nH)至大约IOOnH的范围内的电感，并且其中第二线路电感具有在大约50nH至大约IOOnH的范围内的电感。
16.根据权利要求10所述的系统，其中主换流器和每个从属换流器之间的相移是根据下面的公式确定的: P=360 / ^XN)，其中P是主换流器和任何从属换流器之间的相移，并且N是包括主换流器和从属换流器的换流器的总数量。
17.根据权利要求10所述的系统，其中 所述相应的不同的交流电流信号组包括与三个相应的偏移相位相关的三个相应信号。
18.根据权利要求10所述的系统，其中: 所述相应的交流电流信号组包括用于旋转电机的每个输入端的不同的脉冲宽度调制信号。
19.根据权利要求10所述的系统，其中旋转电机包括电动马达。
20.根据权利要求10所述的 系统，其中旋转电机包括发电机和一个或多个马达。
【文档编号】H02P6/00GK103765756SQ201280013442
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年3月6日 优先权日:2011年3月16日
【发明者】波雷吉·N·辛格 申请人:迪尔公司