用于减少电动机驱动系统中的扭矩变化的方法和设备的制造方法_2

文档序号:8491982阅读:来源:国知局
为转换器或整流器以将从处于发电机模式的电动机4接收的多相功率转换为直流功率,以对电池11充电,用于再生制动。在这样的模式下,开关装置12调节从电动机4移除的以及诸如通过产生的电流的脉冲宽度调制供应到电池11的电功率的量以提供期望的制动量。
[0020]图2示出了对于施加到电牵引电动机4的不同电压的扭矩相对于速度的曲线的示例性实施方式。应当注意,针对某一电动机速度,随着施加的电压(以及因此施加的电流)的增加,扭矩也增加。扭矩增加是由于与施加的电流的增加有关的、定子5和转子7之间磁链的增加。如图3中所示,随着输出扭矩的增加,输出功率也增加。由于这些曲线描述了电动机4的操作,它们可以被逆变器控制器使用以控制逆变器9的操作使得电动机4如期望地响应。
[0021]返回参见图1,控制器10耦接到逆变器9。应当理解,控制器10的功能可以被纳入逆变器9。控制器10被配置成控制逆变器9的电气方面以便实现期望的结果,诸如增加处于电动机模式的电动机4施加的扭矩或者调节从处于发电机模式的电动机4中移除的功率的量。为了考虑在不同的电动机4之间磁通耦合的变化,控制器10被配置成接收待操作的特定电动机4的BEMF系数。如上所述,BEMF是定子5和转子7之间磁通耦合的量的度量。控制器10被配置成补偿磁通耦合的量的变化。在一个示例中,如果BEMF小于预期(基于电动机额定),那么对于给定的施加电压所得的输出扭矩将小于预期。在这个示例中,控制器10可以增加每相中的电压、电流或脉冲宽度以将磁通耦合增加到预期的磁通耦合的相应量,导致电动机4提供预期的输出扭矩。在另一个示例中,如果BEMF高于预期(基于电动机额定),那么对于给定的施加电压所得的输出扭矩将大于预期。在这个示例中,控制器10可以降低电压、电流或脉冲宽度以将磁通耦合降低到预期的磁通耦合的相应量,导致电动机4提供预期的输出扭矩。通过将期望的量的扭矩施加到动力传动系统13而不是施加因磁通量耦合的变化而产生的另一个量的扭矩,车辆3的加速和移动将是期望的那样,从而消除或者限制了任何非期望的加速。
[0022]控制器10在发电机模式下类似地工作用于再生制动。在BEMF比基于电动机额定的预期的量更低的示例中,结果是对于给定的电动机速度、产生的电压、电流或电动机4所产生的功率将小于预期。为了补偿较低的BEMF,控制器10可以增加每相中的电压或电流的脉冲宽度以从电动机4中移除期望量的功率。在BEMF比基于电动机额定的预期的量更高的示例中,结果是产生的电压、电流或产生的功率将大于所期望的。因此,在没有补偿的这个示例中,车辆操作者可以经历比预期更大量的减速。为了补偿这个示例中较高的BEMF,控制器10可以降低每相中的电压或电流的脉冲宽度以从电动机4中移除期望量的功率。
[0023]控制器10可以接收若干输入以便计算将要施加到电动机4或者将从电动机4中移除的电流或功率的校正量。如上所述,一个输入是将要被操作的特定电动机4的BEMF系数。另一个输入是温度传感器16所感测的电动机4的温度。电动机温度被感测,因为通常BEMF系数是温度的函数,如图4中的BEMF系数相对于温度的曲线所示。通常曲线的斜率是恒定的,使得通过测量温度并且已知斜率,可以确定BEMF系数。控制器10的其他输入可以包括速度传感器17所感测的电动机旋转速度、作为一个示例的加速器踏板位置所确定的从电动机4输出的期望的功率的量、以及作为一个示例的制动器踏板位置所确定的从电动机4移除的期望的制动或功率的量。在一个或更多个实施方式中,已知电动机速度有助于确定电动机操作特性曲线上电动机正在操作的点,以便计算由于一个或更多个输入的变化导致的逆变器9的操作参数的变化。
[0024]在一个或更多个实施方式中,所使用的一种电动机4的模型的默认的或标定的BEMF系数被编程到控制器10中。默认的或标定的BEMF系数与预期提供电动机4的额定操作特性的磁通耦合的标定额定量有关。然而,标定额定不考虑因制造公差产生的实际磁通耦合的变化。在这些实施方式中,特定BEMF系数与标定BEMF系数额定的偏离量可以被用于确定通过逆变器9施加到电动机4的每相的电参数的补偿或调节的量。例如,在一个或更多个实施方式中,如果特定BEMF系数与标定系数的偏离是10% (即特定BEMF系数比标定BEMF系数高10% ),则控制器10可以向逆变器9发送命令以将每相的电流减少10%以补偿偏离。
[0025]为了在不出错的情况下快速并且有效地输入被操作的特定电机4的BEMF系数,电机4可以包括含有该BEMF系数的、诸如UPS标签或射频识别装置(RFID)标签的标签20。在这样的实施方式中,控制器10可以被配置成扫描UPC标签或读取RFID标签以便接收该特定电机4的BEMF系数。
[0026]应当理解,可以通过处理器19执行控制器10的功能。另外,各种分析组件可以被用在控制器10中,诸如数字和/或模拟系统。系统可以具有诸如处理器、存储介质、存储器、输入、输出、通信链路(有线、无线、脉冲泥浆、光学或其他的)、用户接口、软件程序、信号处理器(数字或模拟)的组件以及其他这样的组件(诸如电阻器、电容器、电感器以及其他),以用本领域充分理解的若干方式中的任何一种提供本文中描述的设备和方法的操作和分析。可以认为:这些教导可以(但不必须)连同存储在非暂时性计算机可读介质上的一组计算机可执行指令一起实现,上述非暂时性计算机可读介质包括存储器(ROM、RAM)、光学的(CD-ROM)、或磁的(磁盘、硬盘驱动器)、或者当被执行时能使计算机实现本发明的方法的任何其他类型。这些指令可以提供设备操作、控制、数据采集和分析以及除在本公开中描述的功能之外的、系统设计者、拥有者、用户或其他这样的人员认为相关的其他功能。
[0027]图5是用于控制特定电机的方法50的流程图。框51表示采用控制器接收受控的特定电机的反电动势(BEMF)系数,控制器被配置成控制耦接到电机的逆变器的操作,逆变器被配置成向处于电动机模式的电机提供多相电或者被配置成从处于发电机模式的电机接收多相电。这个框能够包括被操作的特定电机的BEMF的自测量。框52表示采用控制器接收与处于电动机模式的电机待施加的所选择的扭矩有关的输入或者接收与从处于发电机模式的电机待移除的所选择的功率有关的输入。框53表示使用BEMF系数确定逆变器向处于电动机模式的电机施加的、具有第一特性的第一电压或电流以便实现所选择的扭矩,或者使用BEMF系数确定逆变器将功率转换成的具有第二特性的第二电压或电流以便从处于发电机模式的电机中移除所选择的功率。这个框还可以包括接收用于电机的模型或类型的标定BEMF系数并且基于接收的BEMF (在框51中)与标定的BEMF系数的偏离来确定第一特性或第二特性。框54表不使用逆变器向处于电动机模式的电机施加第一电压或电流或者使用逆变器将从处于发电机模式的电机接收的功率转换成第二电压或电流。
[0028]本文中公开的设备和方法的一个优点是显著节约了减少扭矩变化的成本。大多数EV和HEV具有被校准用于在某一或标定电动机性能情况下的最佳操作的动力总成控制器(例如,扭矩作为速度、电流以及电流向量角的函数)。针对给定电流向量,电动机扭矩的变化将主要归因于在转子和定子绕组之间的装配的磁链的变化。存在对磁链变化做出贡献的分量变化,包括磁属性(Br,Hci)、磁化过程、磁体尺寸、层压钢属性(laminat1nsteel properties)(例如,磁导率)、层压尺寸以及层压叠压系数(laminat1n stackingfactor)。从单个电动机到单个电动机减少输出扭矩变化的一种方式在于减少这些单个贡献因素的变化。然而,针对这些贡献因素的每一个存在工业标准公差,并且它们在任何电动机设计时导致一定水平的扭矩变化。为了将扭矩变化减少到工业水平以下,需要将单个贡献因素的公差减少到工业标准以下,结果电动机成本显著增加。
[0029]已经采用冠词“一 (a) ”或“一个(an) ”介绍实施方式的元件。冠词旨在表示存在一个或更多个元件。术语“包括”和“具有”旨在为包括性的,使得可以存在除所列元件之外的额外的元件。连词“或者”在与一列至少两个术语一起使用时旨在表示任何术语或任何术语的组合。术语“耦接”涉及一个组件直接地耦接到另一组件或者经由一个或更多个中间组件间接地耦接到另一组件。术语“第一”和
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