電動機驅動升壓控制制造技術

本發明專利技術涉及一種用于具有轉子和相繞組（ａ、ｂ、ｃ）的電動機的驅動系統，包括：包含用于改變通過繞組的電流的與繞組ａ、ｂ、ｃ相關的開關裝置的驅動電路（８）；被配置為感測轉子的位置的轉子位置感測裝置（３４）；被配置為提供驅動信號以控制開關裝置的控制裝置（３０）；用于與標稱電壓下的電源連接的功率輸入；和與功率輸入電通信且可控制為將標稱電壓升壓到應用于繞組的更高電壓的升壓裝置（２６）。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及多相電動機控制系統。它特別適于永磁體AC電動機，但也可應用于其它類型的電動機，諸如DC無刷電動機、開關磁阻電動機和感應電動機。
技術介紹
電動機在各種范圍的應用中變得越來越普遍。眾所周知，例如，要提供包含輸入軸、輸出軸、適于測量輸入軸中的轉矩的轉矩傳感器、適于根據由轉矩傳感器測量的轉矩向輸出軸施加輔助轉矩的電動機的類型的電動動力轉向(EPS)系統。典型的永磁體電動機包括例如包含永磁體的具有磁性的轉子；和在磁軛上包含多個相繞組的定子。在各相繞組兩端施加適當的電壓使電流流過繞組，從而在定子和轉子之間的氣隙中產生電流磁通矢量。該磁通與轉子的磁場交互作用，以使轉子旋轉到電流矢量與轉子磁場的軸對準的平衡點。要使轉子連續轉動，通過繞組的電流必須按順序變化。這使電流矢量旋轉。可以通過在電動機驅動電路的控制下調制各繞組兩端的電壓實現這一點。在電動機中產生的轉矩首先以一般為線性的方式依賴于通過繞組的電流，其次依賴于電流相對于由轉子磁體產生的磁通的相位。當轉子靜止時，當電流矢量與轉子磁通矢量相差四分之一周期時，產生最大的轉矩；當電流與轉子磁通同相時，將不產生轉矩。因此，電動機一般被控制為保持電流與轉子磁通相差四分之一周期。但是，隨著轉子速度增加，產生的反電動勢限制可產生的轉矩，并且，眾所周知，要使電流相對于轉子磁通的相位提前，這可在一定的環境下增加可得到的轉矩。并且，這種電動機的最大旋轉速度依賴于電動機相端子上的電壓-為了產生轉矩，該電壓必須比由電動機產生的反電動勢大。對于諸如會在EPS系統中使用的電池供電的電動機，最大電動機速度因此間接地受電池電壓控制。但是，眾所周知，要通過使用升壓電路從電池升高電壓。這種電路使得電壓能夠暫時升高，使得施加到電動機相端子上的有效電壓比基本電池電壓高。
技術實現思路
根據本專利技術，提供一種用于具有轉子和相繞組的電動機的驅動系統，該系統包括包含用于改變通過繞組的電流的與繞組相關的開關裝置的驅動電路；被配置為感測轉子的位置的轉子位置感測裝置；被配置為提供驅動信號以控制開關裝置的控制裝置；用于與標稱電壓下的電源連接的功率輸入；以及與功率輸入和功率輸出電通信且可控制為將標稱電壓升壓到應用于繞組的更高電壓的升壓裝置，其中，控制裝置被配置為改變通過繞組的電流相對于轉子位置的相位并控制由升壓裝置輸出的第二電壓。本專利技術還提供一種用于具有轉子和相繞組的電動機的驅動系統，該系統包括包含用于改變通過繞組的電流的與繞組相關的開關裝置的驅動電路；被配置為提供驅動信號以控制開關裝置的控制裝置；用于與標稱電壓下的電源連接的功率輸入，其中，控制裝置被配置為控制電動機的至少一個控制參數，由此將來自電源的電流的大小限制為最大值。本專利技術還提供一種用于具有轉子和相繞組的電動機的驅動系統，該系統包括被配置為從電池接收電池電流的輸入；用于改變通過繞組的電流的與繞組相關的開關裝置；被配置為向開關裝置提供輸入電流的直流環(dc link)；被配置為測量直流環中的電流的電流傳感器；被配置為使來自電流傳感器的輸出平均化的低通濾波器；和被配置為從所述輸出確定電池電流的控制裝置。本專利技術還提供一種推挽式升壓電路，該推挽式升壓電路包括在共用的磁芯上具有兩個繞組的雙線纏繞部件，每個繞組在一端與共用的第一電勢連接；被配置為被交替打開以將繞組中的各繞組連接到第二電勢上由此在繞組對兩端產生升壓的電壓的兩個有源開關；和被配置為被交替打開以將繞組中的各繞組連接到輸出上由此向輸出施加升壓的電壓的兩個另外的開關。附圖說明現在，參照附圖，僅通過例子說明本專利技術的優選實施例，在這些附圖中，圖1是根據本專利技術的驅動系統的示意圖；圖2是表示圖1的系統的電動機的轉矩特性的示圖；圖3是表示圖1的系統的電動機的轉矩常數的示圖；圖4a和圖4b是表示具有零和非零相位提前角的圖1的電動機中的電流和反電動勢的示圖；圖5是表示相位提前角對圖1的電動機的有效轉矩常數的影響的示圖；圖6是表示具有不同相位提前角的圖1的電動機中的轉矩隨電流變化的示圖；圖7表示圖1的系統中的損失隨相位提前角的變化關系；圖8表示圖1的系統中的效率隨相位提前角的變化關系；圖9表示圖1的電動機的等效相電路；圖10a和圖10b是具有零和非零相位提前角的圖1的電動機的相位圖；圖11表示需要相位提前的操作速度；圖12是表示最大轉矩隨具有零和非零相位提前的速度變化的示圖；圖13是表示相位提前角如何隨速度變化以在更高的速度下增加轉矩的示圖； 圖14是表示所需的相位提前隨具有和不具有助力(power boost)的圖1的電動機的速度的變化關系的示圖；圖15是表示助力對圖1的系統的直流環電壓的影響的示圖；圖16表示所需要的相位提前隨圖1的系統中的具有和不具有升壓(voltage boost)的速度的變化關系；圖17表示只使用相位提前和使用具有電壓升壓的相位提前的圖1的系統的轉矩/速度特性；圖18表示對于只使用相位提前和使用具有電壓升壓的相位提前的圖1的系統、產生的電池電流隨速度的變化關系；圖19表示對于只使用相位提前和使用具有電壓升壓的相位提前的圖1的系統、系統效率隨速度的變化關系；圖20表示在不具有升壓電壓只使用相位提前和使用具有電壓升壓的相位提前的圖1的系統的、系統功率損失隨速度的變化關系；圖21表示在不具有升壓電壓只使用相位提前和使用具有電壓升壓的相位提前的圖1的系統的多個部分中、功率損失隨速度的變化關系；圖22是具有替代性升壓電路位置的與圖1的系統類似的系統的示意圖；圖23是在圖1和圖22的系統中使用的升壓電路的電路圖；圖24是圖1的系統的已知的控制器的功能框圖；圖25、26、27、28、29和30是表示在圖1的系統中使用的直流環電壓和相位提前角的例子的示圖；圖31是用于估計圖1的系統中的電池電流的系統的電路圖。具體實施例方式參照圖1，根據本專利技術的實施例的驅動系統包括驅動電路8，該驅動電路8被配置為通過示為電阻Rh1和Rh2的線束12從這里為車輛電池的直流電源10取得電力。驅動電路8使用該電力以驅動與機械負載15連接的三相AC電動機14，這里該機械負載15為EPS系統的輸出軸。電動機14為常規類型，并包括以星狀網絡連接的一般稱為相a、b和c的三個電動機繞組。各繞組的一端與相應端子16a、16b、16c連接。各繞組的其它端子被連接在一起以形成星狀中心。驅動電路8包括逆變器18。逆變器18包含一般為晶體管的三對開關。各對開關包含在來自電壓源10的正極線(positive line)20a和負極線20b之間串聯連接的頂部晶體管和底部晶體管。三個輸出端21a、21b、21c分別從各對晶體管之間伸出(tap off)。輸出端21a、21b、21c分別通過電流傳感器22與各個電動機端子16a、16b、16c連接。升壓電路26被設置在電池10和逆變器18之間。升壓電路26和逆變器18之間的濾波器和傳感器塊28被配置為過濾對逆變器18的輸入，并感測對逆變器18的直流環電壓和電流輸入。控制器30被配置為控制逆變器18中的開關，以向電動機繞組a、b、c提供電流的脈沖寬度調制。控制器30因此具有對六個開關的控制門產生開關控制信號cg1、cg2、cg3、cg4、cg5和cg6的六個開關控制輸出。它還具有向升壓電路26提供控制信本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于具有轉子和相繞組的電動機的驅動系統，該系統包括：　　　　包含用于改變通過繞組的電流的與繞組相關的開關裝置的驅動電路；　　　　被配置為感測轉子的位置的轉子位置感測裝置；　　　　被配置為提供驅動信號以控制開關裝置的控制裝置；　　　　用于與標稱電壓下的電源連接的功率輸入；和　　　　與功率輸入電通信且可控制為將標稱電壓升壓到應用于繞組的更高升壓電壓的升壓裝置，　　　　其中，控制裝置被配置為改變通過繞組的電流相對于轉子位置的相位并控制由升壓裝置輸出的第二電壓。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬爾科姆艾里克斯帕雷，艾德里安薩博，格拉哈姆威廉姆懷特，杰弗雷羅納爾德庫爾斯，柯奈爾布萊特威廉姆斯，陳陽生，
申請(專利權)人：TRW有限公司，
類型：發明
國別省市：GB[英國]