专利名称：操作马达以避免选定的脉冲比值的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及马达，且更具体地涉及搮作电动机以避免选定 的脉冲比值的方法和系统.
背景技术：
近年来，技术的进步以及別具风格地进行的尝试引起了汽车设计 的很大的变化.这些变化之一涉及汽车内的电力系统的复杂性以及动 力使用，尤其是可替换燃料车辆，例如混合、电力、和燃料电池车辆， 这种可替换燃料车辆通常使用电动机，可能与另一致动器结合，以驱 动车轮.
对于高速应用，例如用于可替换燃料车辆，需要足够大的"脉冲 比"以提供关于马达性能的重要信息，例如马达端子电流和转子位置. 脉冲比定义为变换器的开关频率对马达的基本频率的比，其中变换器
将来自电池的直流(DC)电力转换为交流(AC)电力.
近年来，用于这些车辆中的马达的极和操作速度的数量已经增加， 结果，马达的基本频率也增加，其继而降低脉冲比.由于脉冲比的非 三重结构奇次谐波(NT0H)，在这些马达的操作期间遇到的问题之一 为定子电流的振动发生，称为"拍频振动".这些振动能够妨碍马达 的性能，且经过长时间周期以后损害变换器内的晶体管.
因此，希望提供一种搮作马达以防止由于NTOH (Non-triplenOdd Harmonic)引起的振动的方法和系统.此外，本发明的其他希望的特 征和特性从随后详细说明和所附权利要求书结合附困和前述技术领域 以及背景技术变得显而易见。
发明内容
提供一种操作马达的方法.电力通过以第一开关频率搮作的至少 一个开关(switch)供应到马达.所述马达的脉冲比基于笫一开关频 率计算.如果所计算的脉冲比小于第一脉冲比值且大于第二脉冲比值， 所述至少一个开关以笫二开关频率搮作.也提供一种汽车驱动系统.该系统包括电动机；联接到该电动机 的直流(DC)电源；变换器，包括至少一个晶体管并联接到电动机和 DC电源，以从DC电源接收DC电力且提供交流(AC)电力给电动机； 和处理器，与电动机、DC电源和变换器可操作地连通.所述处理器用 于以第一开关频率搮作所述至少一个晶体管，以将DC电力转换为AC
电力；基于第一开关频率计算电动机的脉冲比；如果所计算的脉冲比
小于第一脉冲比值且大于第二脉冲比值，以笫二开关频率操作所述至 少一个晶体管.
其后，本发明将结合以下附图描述，其中相同的附图标记标识相 同的元件，且
困l是根据本发明一个实施例的示范性汽车的示意困；
图2是在图1的汽车内的变换器的示意图； 图3是操作图1的汽车内的马达的方法和/或系统的方块图； 图4是描绘采用图3的方法和/或系统的马达操作的图解图示； 图5是进一步描绘采用图3的方法和/或系统的马达搮作的困解图 示5和
图6是描绘采用根据本发明另一实施例的方法和/或系统的马达搮 作的图解图示.
具体实施例方式
以下详细说明性质上仅为示范性的，且并不打算限定本发明及其 应用或用途。另外，并非打算受限于前述技术领域、背景技术、发明 内容或以下具体实施方式
中提出的任何明确的或隐含的理论.
以下说明涉及"连接"或"联接"在一起的元件或零件.如在此 所使用的，除非另外清楚地声明，"连接"意味着一个元件/零件直接 而不必机械地接合(或直接连通)到另一元件/零件.类似地，除非另 外清楚地声明，"联接"意味着一个元件/零件直接或间接地而不必机 械地接合(或直接或间接地连通)到另一元件/零件.然而，应当理解 的是，虽然两个元件在以下实施例中可描述为"连接"，在可替换的 实施例中，类似元件可以"联接"，反之亦然，因而，虽然在此所示的示意图描绘元件的示意性布置，在实际的实施例中可以有附加的居
间元件、设备、零件或部件.也应当理解的是，图l-6仅为图示性的， 且可能没有按比例画出.
图l到图6图示操作马达的方法和系统.联接到该马达的至少一 个开关以第一开关频率搮作，以提供电力给马达.马达的脉冲比至少 部分地基于第一开关频率计算.如果所计算的脉冲比小于第一脉冲比 值且大于第二脉冲比值，该至少一个开关以第二开关频率操作.
该方法和系统可用于汽车，且用于控制用来驱动汽车车轮的电动 机.该至少一个开关可以是汽车内变换器的一个或更多的晶体管，变 换器用于将来自DC电源的直流(DC)电力转换为适于电动机使用的交 流(AC)电力.
图1图示根据本发明一个实施例的车辆10,或"汽车".汽车10 包括底盘12、本体14、四个车轮16和电子控制系统18.本体14设置 在底盘12上且基本包含汽车10的其他部件.本体14和底盘12共同 地形成车架.车轮16在本体14的相应的角附近各自可旋转地联接到 底盘12.
汽车IO可以为许多不同类型的汽车的任何一种，例如轿车、货车、 卡车、或运动型多用途车辆(SUV)，可以为二轮驱动(2WD)(即后 轮驱动或前轮驱动)、四轮驱动(4WD)或全轮驱动(AWD).车辆10 也可以包括许多不同类型的发动机的任何一个或其组合，例如汽油或 柴油燃料内燃机、"混合燃料车辆"(FFV)发动机(即使用汽油和酒 精的混合物)、气体混合物(例如，氢气和/或天然气)燃料发动机、 燃烧/电动机混合发动机、以及电动机.
在图1所示的示范性实施例中，汽车10为混合车辆，且还包括致 动器组件10、电池22、功率变换器组件(或变换器)24、和散热器26. 致动器组件20包括内燃机28和电动机/发电机(或马达)30.本领域 技术人员应当理解的是，电动机30在其中包括传动装置，且虽然未图 示也包括定子组件(包括导电线團)、转子组件(包括铁磁芯)、以 及冷却流体(即冷却刑)。如通常理解的，电动机30内的定子组件和 /或转子组件可以包括多个电磁极(例如十六个极).
仍参考图1，在一个实施例中，内燃机28和电动机30成一体，以 便其通过一个或更多的驱动轴32均机械地联接到至少一些车轮16.散热器26在其外部处连接到车架，且虽然未详细图示，散热器26在其 中包括多个冷却通道且联接到发动机28和变换器24，冷却通道包含诸 如水的冷却流体(即冷却剂)和/或乙二醇(即防冻刑).
图2更详细地示意性图示了变换器24.在所描绘的实施例中，变 换器24包括三对串连开关33(即晶体管).虽然未具体图示，在一个 实施例中，变换器24也包括多个电源模块设备.电源模块设备各包括 具有形成在其上的集成电路的半导体衬底(例如硅衬底)，半导体衬 底包括一个或更多以单个半导体设备形式的开关33,例如绝缘栅双极 晶体管(IGBT)，如通常理解的.如图所示，变换器24联接到电池22 和电动机30，
再次参考图1，在所描绘的实施例中，变换器24接收冷却剂且与 电动机30共用冷却剂.散热器26可以类似地连接到变换器24和/或 电动机30,
电子控制系统18与致动器组件20、电池22、和变换器24可搮作 地连通.虽然未详细图示，电子控制系统18包括各种传感器和汽车控 制模块，或电子控制单元(ECU),例如变换器控制模块和车辆控制器， 以及至少一个处理器和/或存储器，存储器包括存储在其上(或在另一 计算机可读取的媒介内)的指令以执行如下所述的过程和方法.应当 理解的是，变换器控制模块也可以集成到功率变换器组件24.
仍参考图1，在搮作期间，车辆10通过用内燃机28和电动机30 以交替的方式和/或用内燃机28和电动机30同时地提供动力给车轮16 操作.为了给电动机30提供动力，DC电力从电池22提供到变换器组 件24，所述变换器组件24在电力送到电动机30之前将DC电力转换为 AC电力。本领域技术人员应当理解的是，DC电力到AC电力的转换大 致通过以"开关频率"(F，，)操作(即反复地开关)变换器24内的晶 体管33进行，例如12千赫兹(kHz ).
图3图示根据本发明一个实施例操作电动机30的方法和/或系统 34.如上文所述，在方块36时，该方法以电动机30的採作开始.在 方块38时，计算电动机30当前操作的脉冲比(PR).脉冲比表示为
PR=FS'/F。
其中F。是电动机的基本频率，如通常理解的.基本频率(F。)表 示为F。 =RPM n/120
其中RPM(即，转每分)是电动机30的搮作的当前速率，n是电 动机30内的极的数量。
在方块40时，进行确定马达30的当前脉冲比是否在特定脉冲 比值的预定脉冲比带隙值(死区——DeadBand)内，或多个特定脉冲 比值的任何一个.特定的脉冲比值对应于马达30的基本频率(F。)的 谐波.在一个实施例中，脉冲比值对应于非三重结构奇次谐波(NTOH)， 如本领域技术人员所可以理解.非三重结构奇次谐波可以为例如第五、 第七、第十一、或第十三NTOH.脉冲比带隙(band gap)可以为例如 0. 4和0. 5之间.
仍参考图3，在一个实施例中，方块40的确定包括确定当前脉冲 比(PR)是否大于任何一个NTOH值和脉冲比带隙值之间的差(即笫一 脉冲比值)且小于同一个NTOH值和脉冲比带隙值的和(即第二脉冲比 值).如果在方块40中这两个条件均满足，该方法和/或系统34前进 到方块42，其中计算新的或第二开关频率(Fs，—n。，)。如图所示，新开 关频率(F—)表示为
Fs，.n -F。. (NTOH-DeadBand)
如果在方块40中这两个条件不都满足，该方法和/或系统34前进 到方块46,其中最初的或默认的开关频率(例如，12kHz)被选择继续 使用，来自方块42或44的开关频率然后发送到方块46，以用作方法 和/或系统34的输出开关频率(Output F，，)从而用于变换器24.
因而，如果电动机30的当前脉冲比在由NTOH的脉冲比带隙值限 定的范围内，调节开关频率(Fs，)以避免脉冲比达到NTOH.如果当前 脉冲比不在限定的范围内，变换器24继续以当前(例如，最初的)开 关频率搮作.
在车辆10的操作期间，图3所示的方法和/或系统34连续地重复， 以监测脉冲比并适当地修正开关频率(F，，)，从而避免非三重结构奇 次谐波.图4图解地图示在车辆IO的各级搮作期间困3的方法和/或 系统34的操作.线48表示马达30的脉冲比。本领域技术人员应当理
解的是，随着马达的搮作速率或马达速度增加(假设恒定的开关频率)， 脉冲比降低.应当理解的是，虽然线48在图4中显示为直的，线48 可以表示仅PR曲线的部分，其具有类似于函数"l/x"的曲线的形状，如通常理解的.
图3所示的方法和/或系统34的效果为生成线或脉冲比48中的"凹 口" 50，使得脉冲比48不达到NTOH52.因而，在车辆搮作期间随着马 达速度改变(即加速或减速)，通过调节开关频率(F， ),脉冲比48 "绕过(bypass) " NTOH52，如上文所述和图3所示，以跟随由凹口 50指示的脉冲比值。应当理解的是，所示的NTOH52可以对应于上迷 NTOH值的任何一个.
图5图解地图示有关多个NTOH54、 56和58的困3的方法和/或系 统的效果.如图所示，多个凹口 50形成在脉冲比48内，以绕过每个 NT0H54、 56和58.图5所示的NT0H54、 56和58可以分别对应于，例 如第七、笫十一和第十三NTOH.
上述方法和/或系统的一个优势在于，避免了在选定的诸如NTOH 的谐波处的操作.结果，减少拍频振动的出现，其改进系统性能且减 少变换器内的晶体管上的应力.
图6图解地图示可替换的实施例，其中在缺口 62内设置滞后60. 本领域技术人员应当理解的是，所示的滞后60可以通过在马达30的 加速和减速期间采用不同的脉冲比带隙值(死区)提供.因而，以其 调节开关频率(F，，)的精确的脉冲比48依赖于马达速度是增加还是降 低通过NTOH64.即，如果马达30在加速，可以使用第一脉冲比带隙值； 如果马达30在减速，可以使用第二脉冲比带隙值，虽然在困6中仅显 示一个凹口 62,应当理解的是，滞后60可以用于绕过多个NT0H的系 统，例如图5所示的系统.图6所描绘的方法和/或系统的进一步优势 在于，如图马达速度在凹口 62的上或下端徘徊，开关频率(Fs，)不会 经历突变，在高速搮作期间开关频率的这些突变是不希望的.
虽然至少一个示范性实施例已经在前述详细说明中阐述，应当理 解的是，存在大量的变型.也应当理解的是，示范性实施例或数个示 范性实施例仅为示例，且不打算以任何方式限定本发明的范闺、应用 或构造.相反，前述详细说明提供本领域技术人员实施实施例或数个 实施例的便利路线图.应当理解的是，可以进行元件的功能和布置的 多种改变而不偏离所附权利要求书及其合法等价物所阐述的本发明的 范围.
权利要求
1.一种操作马达的方法，包括通过以第一开关频率操作的至少一个开关将电力供应到马达；基于第一开关频率计算马达的脉冲比；且如果所计算的脉冲比小于第一脉冲比值且大于第二脉冲比值，以第二开关频率操作所述至少一个开关。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中，马达包括选定数量的极， 且所述供应电力到马达使得马达以 一 定速率操作.
3. 根据权利要求2所述的方法，其中脉冲比的计算包括基于选定数量的极和马达的操作速率确定马达的基本频率.
4. 根据权利要求3所述的方法，其中第一脉冲比值大于选定的脉沖比值，第二脉冲比值小于选定的脉冲比值.
5. 根据权利要求4所述的方法，其中选定的脉冲比值对应于基本 频率的谐波.
6. 根据权利要求5所述的方法，其中基本频率的谐波是非三重结 构奇次谐波.
7. 根据权利要求6所述的方法，其中非三重结构奇次谐波是第五、 第七、第十一和第十三非三重结构奇次谐波的至少一个.
8. 根据权利要求7所述的方法，其中第一脉冲比值是大于非三重 结构奇次谐波的脉冲比带隙值，第二脉冲比值小于非三重结构奇次谐 波的脉冲比带隙值.
9. 根据权利要求8所述的方法，还包括计算第二开关频率，第二开关频率的计算包括计算非三重结构奇次谐波和脉冲比带隙值之间的差；和 以非三重结构奇次谐波和脉冲比带隙值之间的差乘以基本频率.
10. 根据权利要求9所述的方法，其中至少一个开关是汽车电源 变换器内的晶体管.
11. 一种搮作汽车内的电动机的方法，包括 通过变换器提供交流(AC)电力给电动机以使电动机以一定速率操作，所述变换器具有以第一开关频率操作的至少一个晶体管； 改变AC电力以调节电动机的操作速率； 基于第一开关频率监测马达的脉冲比；和如果脉冲比在多个选定的脉冲比值的任何一个的脉冲比带隙值 内，以第二开关频率操作所述至少一个晶体管。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中电动机包括选定数量的极， 脉冲比的监测包括基于选定值确定马达的基本频率.
13. 根据权利要求12所述的方法，其中多个选定的脉冲比值的每 个对应于基本频率的非三重结构奇次谐波.
14. 根据权利要求13所述的方法，还包括计算第二开关频率，笫 二开关频率的计算包括计算非三重结构奇次谐波和脉冲比带隙值之间的差；和 以非三重结构奇次谐波和脉冲比带隙值之间的差乘以基本频率.
15. 根据权利要求14所述的方法，其中如果电动机的搮作速率在 增加，脉冲比带隙值为第一脉冲比带隙值；如果电动机的搮作速率在 降低，脉冲比带隙值为第二脉冲比带隙值.
16. —种汽车驱动系统，包括电动机；联接到该电动机的直流(DC)电源；变换器，包括至少一个晶体管并联接到电动机和DC电源，以从DC 电源接收DC电力且提供交流(AC)电力给电动机；和处理器，与电动机、DC电源和变换器可操作地连通，处理器用于 以第一开关频率操作至少一个晶体管，以将DC电力转换为AC 电力；基于第一开关频率计算电动机的脉冲比； 如果所计算的脉冲比小于第一脉冲比值且大于第二脉冲比 值，以第二开关频率操作该至少一个晶体管.
17. 根据权利要求16所述的汽车驱动系统，其中电动机包括选定 数量的极，且所述脉冲比的计算包括基于选定数量的极和电动机的搮作速率确定马达的基本频率.
18. 根据权利要求17所述的汽车驱动系统，其中笫一脉冲比值大 于选定的脉冲比值，第二脉冲比值小于选定的脉冲比值；选定的脉冲 比值对应于基本频率的非三重结构奇次谐波.
19. 根据权利要求18所述的汽车驱动系统，其中处理器还用于计 算第二开关频率，第二开关频率的计算包括计算非三重结构奇次谐波和脉冲比带隙值之间的差；和 以非三重结构奇次谐波和脉冲比带隙值之间的差乘以基本频率.
20.根据权利要求19所述的汽车驱动系统，其中处理器还用于改 变AC电力以调节电动机的操作速率；且如果电动机的搮作速率在增加， 脉冲比带隙值为笫一脉冲比带隙值，如果电动机的搮作速率在降低， 脉冲比带隙值为第二脉冲比带隙值.
全文摘要
一种操作马达以避免选定的脉冲比值的方法和系统。电力通过以第一开关频率操作的至少一个开关供应到马达。马达的脉冲比基于第一开关频率计算。如果所计算的脉冲比小于第一脉冲比值且大于第二脉冲比值，该至少一个开关以第二开关频率操作。
文档编号B60L11/18GK101295960SQ20081009351
公开日2008年10月29日 申请日期2008年4月23日 优先权日2007年4月23日
发明者B·裵, N·R·帕特尔, S·E·舒尔茨 申请人:通用汽车环球科技运作公司