共享支路电压源逆变器的制作方法

本公开总体上涉及电动马达，并且更具体地涉及电动马达中的相电压的控制。

背景技术：

1、存在多种类型的电动马达。一些马达由交流电流(ac)源驱动，并且因此被称为ac马达。ac源向由一个或多个线圈组成的固定定子供应电流，以产生旋转磁场，该磁场与转子的磁场相互作用并且导致转子移动。转子的磁场可以由永磁体(诸如利用永磁体同步机器或无刷直流电流马达)、电气绕组(诸如感应马达)或通过磁阻(诸如利用开关或同步磁阻马达)产生。转子最常见的是放置在环形定子内的柱体，但也可以是圆盘(诸如在轴向磁通马达中)或其本身是围绕柱形定子的环(诸如所谓的“外转”无刷马达)。本文件中使用的术语“马达”是指任何电动ac马达。

2、虽然从技术上定子只需要单个线圈来产生旋转磁场，并且因而使转子回旋，但定子通常包括许多线圈，通常缠绕在钢齿周围的槽内，以增加磁导率。可替代地，一些马达具有无齿的无槽设计，但它们仍然具有带线圈的绕组。马达中的线圈被分成组以形成耦连的电磁相。定子的相包括电耦连的一组线圈，使得它们共享相同的电压。虽然最常见的相数量是三相，但较高功率的马达有时具有五相或更多相，并且一相和两相马达是可用的。相数量的唯一上限是线圈的数量和为每相供电的可用电压源的数量。定子相绕组通常通过称为“相引线”的单个线连接到电压源，以便例如三相马达将具有三个引线。

3、对ac马达的相引线施加恒定电压不会使其回旋太多(如果有的话)。必须调制相电压以在与转子的旋转轴线相切的方向上产生电动扭矩。在“同步”马达中，电压在称为“换向”的过程中基于转子位置而被同步。为了使同步马达换向，需要有关转子的角位置的信息。转子位置通常使用霍尔效应传感器或位置传感器(诸如数字编码器)来确定。在对成本更敏感的应用中，可以通过感测由于反电动势(反emf)产生的电压来估计转子位置，有时称为“无传感器”马达控制。无论如何，换向需要某种形式的转子位置信息。

4、马达由于转子电磁场与流过定子绕组的电流产生的磁场的相互作用而回旋。流过绕组的电流主要是相引线之间的电压差的函数，并且不受每根引线相对于地的电压的影响。例如，如果两相马达具有施加到一相的相对于地为50v和施加到另一相的相对于地为40v的电压，则将产生相同的磁场，就像马达具有施加到一相的相对于地为10v的电压和施加到另一相的相对于地为0v的电压。在第一示例中，平均相电压相对于地为45v，而在第二示例中，平均相电压相对于地为5v。这两个示例之间的差异对于马达来说是不可见的。相的平均电压通常称为电压的共模，或者有时也称为“中性电压”或“零序电压”。

5、通常，每相的电压由电压源逆变器(vsi)电路的一个“支路”生成。典型的vsi接收dc总线电压、地电压以及从0％到100％中选择的期望占空比的指示作为输入，并且产生具有在足够长的时间段内被平均时在总线电压和地电压之间的值的电压作为输出。最常见的是，该输出电压经由正弦脉宽调制实现，尽管空间矢量调制也很常见。两种调制技术的结果是相同的——在给定时间段(调制频率的倒数)内求平均时，施加到马达相的电压等于总线电压和地电压之间的某个期望电压。vsi支路通常组合在电路板上，或有时甚至组合在同一集成电路内。因此，vsi通常向马达的多个相提供多个调制电压，并且每个单独的电压由vsi的支路生成。因此，例如，典型的3支路vsi可以生成3个单独的调制电压，其值介于总线电压和地电压之间。

6、一般而言，马达的每一相被耦连到vsi的单独支路，使得三相马达通常由3支路vsi驱动。对于大多数应用，vsi的尺寸和成本都远小于马达的尺寸和成本，并且几乎没有动力去减小vsi的物理尺寸。然而，在一些马达应用中，诸如包含多个马达的小型机器人，vsi的物理尺寸可能是一个重要的设计因素。dujic等人在ieee工业电子学报2009年10月第10刊第56栏“ageneral pwm method for a(2n+1)-leg inverter supplying n three-phasemachines”公开了一种通过电耦连单个vsi支路以与多个马达中的每个马达的相共享调制电压来减小vsi电路尺寸的方法。然而，这种方法仅限于与多个马达中的每一马达共享一个公共vsi支路，并且施加了实际约束。不幸的是，当n个马达共享单个公共vsi支路时，在最坏的情况下，对共享vsi支路施加的约束(特别是马达可以达到的最大速度)比例大约为1/n。这是由于单个vsi支路中出现的所有马达的反emf的累积效应造成的。例如，假设使用提供15个vsi支路(不共享vsi支路)的5个马达的应用，由于vsi的电压限制，每个马达的最大速度为100rpm。如果所有5个马达都重新接线以共享一个公共vsi支路，则在最坏的情况下每个马达将具有20rpm的最大速度。

技术实现思路

1、根据本公开的示例，提供了一种系统，其包括第一马达、第二马达和第三马达，每个相应的马达包括三相。该系统包括电压源逆变器电路，该电压源逆变器电路包括多个相应的逆变器支路。每个逆变器支路被耦连以驱动至少一个马达的至少一相。第一共享逆变器支路被耦连以驱动第一马达的第一相并且驱动第二马达的第三相。第二共享逆变器支路被耦连以驱动第二马达的第三相和第三马达的第一相。

2、根据本公开的示例，提供了一种系统，其包括第一马达、第二马达和第三马达，每个马达包括三相。该系统包括电压源逆变器电路，该电压源逆变器电路包括多个逆变器支路。换向控制电路包括第一电压变换块，其用于将对应于第一、第二和第三马达的第一组、第二组和第三组空间矢量电压信号变换为包括第一共享相信号和第二共享相信号的多相电压信号。占空比块被配置为调制第一共享相电压信号和第二共享相电压信号并且将共模电压值添加到第一共享相电压信号和第二共享相电压信号以产生对应的第一输入控制信号和第二输入控制信号。电压源逆变器电路的第一逆变器支路被耦连以响应于第一输入控制信号而将第一共享激励信号施加到第一马达的第一相和第二马达的第三相。电压源逆变器电路的第二逆变器支路被耦连以响应于第二输入控制信号而将第二共享激励信号施加到第二马达的第三相和第三马达的第一相。

3、根据本公开的示例，提供了一种方法，其包括：施加第一共享激励信号以驱动第一电动马达的第一相并且驱动第二电动马达的第三相；以及施加第二共享激励信号以驱动第二马达的第三相和第三马达的第一相。

4、根据本公开中的示例，提供了一种外科手术系统，该外科手术系统包括操纵器，该操纵器包括第一连杆并且包括耦连到第一连杆的器械滑架。器械滑架被配置为将器械可拆卸地安装到器械滑架。器械滑架包括马达外壳、多个驱动马达，每个驱动马达具有至少三相，每个驱动马达耦连到马达外壳。器械滑架包括多个输出驱动耦连器，每个输出驱动耦连器与驱动马达中的相应一个马达可操作地耦连，每个输出驱动耦连器被配置为与器械的对应输入驱动耦连器驱动地耦连。器械滑架包括电压源逆变器电路，该电压源逆变器电路包括多个逆变器支路。电压源逆变器电路被耦连至马达外壳，并且每个相应逆变器支路耦连以驱动相应马达中的至少一个的至少一相。多个逆变器支路中的一逆变器支路被耦连以驱动马达中的两个马达中的每个的三相中的公共相。多个逆变器支路中的不同逆变器支路被耦连以驱动多个马达中的两个马达中的每个的三相中的不同公共相。

5、本公开中的示例提供了紧凑的vsi电路，而没有dujic的限制性约束。