用于控制旋轉(zhuǎn)電機以減少直流總線上的電流紋波的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種系統(tǒng)(11)，包括用于施加轉(zhuǎn)動能到車輛的相應的第一車輪(30)的第一馬達(26)。第二馬達(28)被布置用于施加轉(zhuǎn)動能到車輛的相應的第二車輪(32)。第一換流器(22)被連接到第一馬達(28)，其中第一換流器(22)能夠從直流總線(12)接收直流電能。第一換流器(22)被配置為提供具有相應的參考相位的第一組交流電流。第二換流器(24)被連接到第二馬達(28)。第二換流器(24)能夠從直流總線(12)接收直流電能。第二換流器(24)被配置為提供具有相對于參考相位的相移的第二組交流電流，使得相移對于減少在直流總線(12)上的直流電流紋波是有效的。
【專利說明】用于控制旋轉(zhuǎn)電機以減少直流總線上的電流紋波的系統(tǒng)
[0001]根據(jù)35 USC 119(E)，本文件要求基于2011年3月16日提交的美國臨時申請序列號 61/453，169 的題為 “SYSTEM FOR CONTROLLING ROTARY ELECTRIC MACHINES TO REDUCE⑶RRENT RIPPLE ON A DIRECT⑶RRENT BUS(用于控制旋轉(zhuǎn)電機以減少直流總線上的電流紋波的系統(tǒng))”的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種用于控制旋轉(zhuǎn)電機以減少直流總線上的電流紋波的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，車輛可以配置有由相應的換流器組控制的多個旋轉(zhuǎn)電機。旋轉(zhuǎn)電機可以包括一個或多個交流驅(qū)動馬達、一個或多個發(fā)電機，或兩者兼而有之。換流器中的每一個都可能從直流數(shù)據(jù)總線抽取直流電流，并且將其轉(zhuǎn)換成具有用于每個旋轉(zhuǎn)電機的相應的相位的交流電流信號。由于每個換流器要求直流電流產(chǎn)生具有一個或多個相位的交流電流，直流總線上的直流電流可能經(jīng)歷與所產(chǎn)生的交流電流的相位一致或者相關(guān)的波動或電流紋波。例如，在某些情況下，在直流總線上的電流紋波可能會被稱為直流總線上的瞬時低于預期的直流電流，或者直流總線上的不想要的直流電流隨時間的波動，其使得旋轉(zhuǎn)電機的控制(例如，電動馬達轉(zhuǎn)速或指令轉(zhuǎn)矩)容易出錯。為了解決直流總線上的升高的電流紋波的問題，例如，若干現(xiàn)有技術(shù)的車輛在直流總線上使用較大的電容器組形式進行更大的(或成比例地升高的)電容濾波。然而，更大的電容濾波可能會增加車輛的成本和重量，這可能會導致降低的燃油經(jīng)濟性。因此，需要降低直流總線上的電流紋波，以減小較大的電容器組所需的尺寸和相關(guān)的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，系統(tǒng)能夠在直流總線上的紋波電流降低的情況下控制車輛的推進。該系統(tǒng)包括用于施加轉(zhuǎn)動能到車輛的相應的第一車輪的第一馬達。第二馬達被布置用于施加轉(zhuǎn)動能到車輛的相應的第二車輪。第一換流器被連接到第一馬達，其中第一換流器能夠從直流總線接收直流電能。第一換流器被配置為提供具有相應的參考相位的第一組交流電流。第二換流器被連接到第二馬達。第二換流器能夠從直流總線接收直流電能。第二換流器被配置為提供具有相對于參考相位的相移的第二組交流電流，使得所述相移對于減少直流總線上的直流電流紋波是有效的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1是用于控制旋轉(zhuǎn)電機以減少在直流總線上的電流紋波的系統(tǒng)的一個實施例的方框圖。
[0006]圖2是用于控制旋轉(zhuǎn)電機以減少在直流總線上的電流紋波的系統(tǒng)的另一個實施例的方框圖。[0007]圖3是用于控制旋轉(zhuǎn)電機以減少在直流總線上的電流紋波的系統(tǒng)的又一個實施例的方框圖。
[0008]圖4示出直流數(shù)據(jù)總線上的直流電流隨時間變化的一組圖表，用于在連接到直流數(shù)據(jù)總線的旋轉(zhuǎn)電機之間或者之中的不同程度的相位同步。
【具體實施方式】
[0009]紋波是指直流總線的別樣的直流電流(DC)或電壓的變化。紋波可以被建模為幅度降低的交流電流信號分量(例如，一般為鋸齒波形)，其與更大幅度的直流電流分量結(jié)合以在直流總線上形成集合信號。紋波的峰-峰幅度或者紋波的均方根幅度可以表示為直流電流分量或在直流總線上的集合信號的百分比。
[0010]電容器或電容器組可以與紋波額定值相關(guān)，紋波額定值是可以以紋波電流的相應頻率(例如，換流器的開關(guān)頻率)施加到電容器的最大電流。
[0011]根據(jù)一個實施例，圖1示出了系統(tǒng)11，其能夠在直流(DC)總線12上的電流紋波或紋波電流減少的情況下控制車輛的推進。
[0012]電能量源10連接到直流(DC)總線12的正極端和負極端。例如，電能量源10可以包括電池、燃料電池、發(fā)電機的輸出、交流發(fā)電機的整流輸出或另外的電能量源。
[0013]直流(直流)總線12具有正極端和負極端。第一電容器14連接在直流總線12的正和負極端之間。第一電容器14跨接在第一換流器22的直流輸入端(或相應的輸入導體)之間。第二電容器18連接在直流總線12的正極端和負極端之間。第二電容器18跨接在第二換流器24的直流輸入端(或相應的輸入導體)之間。在一個實施例中，第一電容器14和第二電容器18被選擇為:(I)滿足在最大預期紋波電流處的紋波額定值，和(2)具有對應的電容，該電容足以合理平滑紋波電流，以與第一換流器22和第二換流器24的交流輸出信號之間的相移協(xié)作實現(xiàn)目標紋波幅度(例如，小于集合直流總線信號的大約百分之五)相移，這將在后面被更詳細地描述。
[0014]第一線路電感16連接在第一電容器14和第二電容器18的正極端之間。第二線路電感19連接在第一電容器14和第二電容器18的負極端之間。第一電容器14和第二電容器18被配置為對直流總線12上的直流電流紋波進行濾波。第一電容器14、第二電容器
18、第一線路電感16和第二線路電感19可以形成用于減少紋波的濾波網(wǎng)絡(luò)，其中濾波網(wǎng)絡(luò)被調(diào)諧到合適的諧振頻率范圍，以減少在直流總線2中的紋波電流。例如，合適的頻率范圍可以被調(diào)諧到第一換流器22和第二換流器24的輸出信號的頻率范圍(例如，包括輔助諧波、其他諧波或換流器輸出的互調(diào)產(chǎn)物)。
[0015]第一換流器22連接或電連接到直流總線12，用于直流總線12的直流電能到第一換流器22的輸入。第二換流器24連接或電連接到直流總線12，用于直流總線12的直流電能到第二換流器24的輸入。換流器(22，24)可以包括馬達控制器、發(fā)電機控制器、旋轉(zhuǎn)電機控制器、或用于將直流電流電轉(zhuǎn)換成具有相應相位的一個或多個交流電流信號的裝置。例如，換流器可以將直流電流電轉(zhuǎn)換成具有三個相應相位的輸出信號。輸出信號可以包括方波、正弦波、脈沖寬度調(diào)制或其他交流電流信號。第一換流器22被連接到第一馬達26的輸入端，并且第二換流器24被連接到第二馬達28的輸入端。
[0016]如圖1所示，第一換流器22輸出交流電流信號34，而第二換流器24輸出移相交流電流信號36，移相交流電流信號36通過相對于交流電流信號34的相移(例如，約30度)以減少在直流總線12上的電流紋波而被相移。在一個實施例中，交流電流信號34包括相對于彼此偏移相位的三個分量信號，其中每個分量信號相對于相同換流器(22,24)的任何其他分量信號在相位上偏移大約120度。因此，第一換流器22和第二換流器24之間的相移或換流器間相移實際上被單獨地應用到相移交流電流信號36的三個相位分量中的每一個。
[0017]在圖1中，系統(tǒng)I包括第一馬達26，用于通過用于傳遞旋轉(zhuǎn)能的機構(gòu)33施加轉(zhuǎn)動能到車輛的相應的第一車輪30。第二馬達28被配置為通過用于傳遞轉(zhuǎn)動能的機構(gòu)33施加轉(zhuǎn)動能到車輛的相應的第二車輪32。例如，機構(gòu)33可以包括軸、連桿、驅(qū)動橋、齒輪箱或用于傳送轉(zhuǎn)動能的其他裝置。在各種配置中，第一馬達26和第二馬達28可以包括:(I) 一對永磁電機，(2) 一對開關(guān)式磁阻電機,和(3)永磁電機和開關(guān)式磁阻電機的組合。
[0018]如果第一馬達26和第二馬達28包括永磁電機和開關(guān)式磁阻電機的組合，第一換流器22和第二換流器24可以具有相對于彼此偏移的輸出信號(例如，并且被調(diào)整大約30度相移，以適應不同的馬達或電機配置)，具有相移(例如，調(diào)整后的相移)，以通過增加或通過最大化直流總線上的紋波電流的脈沖計數(shù)或頻率而盡量減少紋波電流。通過增加或最大化直流總線上的紋波電流的脈沖計數(shù)或頻率，用于直流總線12的濾波的電容器尺寸和空間要求可以大大減小。同樣地，如果第一馬達26和第二馬達28具有不同的極對數(shù)，第一換流器22和第二換流器24可以具有相對于彼此偏移(例如，被調(diào)整約30度相移以適應不同的極對數(shù)或配置)的輸出信號，具有相移(例如，調(diào)整后的相移)以盡量減少直流總線12上的電流的紋波電流。
[0019]數(shù)據(jù)總線32支持第一換流器22和第二換流器24之間的通信。該數(shù)據(jù)總線能夠載送表不第一換流器22和第二換流器24之間的參考相位的數(shù)據(jù)消息。在一個實施例中，數(shù)據(jù)總線包括控制器局域網(wǎng)(CAN)數(shù)據(jù)總線或其他車輛數(shù)據(jù)總線。
[0020]在一個實施例中，第一換流器22和第二換流器24能夠通過數(shù)據(jù)總線32或其它傳輸線路相互連通。例如，傳輸換流器(22或24)可以通過數(shù)據(jù)總線32或傳輸線路發(fā)送或傳輸數(shù)據(jù)消息或信號到其它換流器或接收換流器，所述數(shù)據(jù)消息或信號指示傳輸換流器的相位狀態(tài)、或者指示接收換流器根據(jù)某個相位操作，或者相對于傳輸換流器的相移。在一個實施例中，第一換流器22和第二換流器24可以由共同時鐘信號或另一個定時信號驅(qū)動以同步它們的操作，并且這樣的時鐘信號或定時信號可以通過數(shù)據(jù)總線32或傳輸線路在換流器(22，24)之間分布。
[0021]第一換流器22能夠從直流總線12接收直流電能。第一換流器22被配置為提供具有相應參考相位的第一組交流電流信號34。第二換流器24被連接到第二馬達28。第二換流器24能夠從直流總線接收直流電能。第二換流器24被配置為提供具有相對于參考相位的相移的第二組交流電流信號36，使得相移有效地減少直流總線上的直流電流紋波。
[0022]在另一個實施例中，第一換流器22包括主換流器并且第二換流器24包括從屬換流器。主換流器提供時鐘信號到從屬換流器，和提供指示從屬換流器以某個相位偏移或相移的數(shù)據(jù)消息或信號到主換流器。例如，相位偏移是指參照主換流器的一個輸出信號(例如，正弦輸出信號、脈寬調(diào)制信號或其它波形或脈沖的前沿或后沿)確定的相位。第二換流器24被連接到第二馬達28。第二換流器24能夠接收來自直流總線的直流電能。[0023]在一個配置中，第二換流器24被配置為提供具有相對于參考相位的相移的第二組交流電流，使得相移(例如，約30度)對于減小在直流總線上的直流電流紋波是有效的。例如，減少紋波電流的相移可能是約30度，其中第一馬達26和第二馬達28是匹配對，具有相同的極對數(shù)，并且是相同的機器類型(例如，永磁、三相交流馬達)。如在本文檔中使用，“大約”是指加上或減去(±)5%的相移，或如上下文所需要的其他相關(guān)的值。雖然在第一換流器22和第二換流器24的交流電流信號之間的相移可以是約30度，在實踐中，相移取決于以下因素中的一個或多個:(I)連接到相同直流總線的換流器的數(shù)量，⑵連接到每個換流器的輸出的負載(例如，馬達或電機)的負載電感或其它電特性，(3)第一換流器22和第二換流器24兩者是否使用相同數(shù)量和配置的極對或不同數(shù)量的極對控制馬達，(4)第一換流器22和第二換流器24兩者是否控制開關(guān)式磁阻電機，(5)第一換流器22和第二換流器24兩者是否控制永磁電機，(6)第一換流器22是否被連接到永磁電機并且第二換流器24是否被連接到開關(guān)式磁阻電機，或反之亦然，(7)換流器如何被封裝(例如，與電感器、電容器、濾波器、匹配網(wǎng)絡(luò)或連接器配置)，(8)換流器是否具有直流(DC)線路電感，(9)與負載馬達相關(guān)的直流總線電感的水平，(10)在換流器和它的馬達之間的線束的調(diào)諧、濾波或阻抗匹配，和(11)連接到直流總線的馬達或電機的工作速度范圍和轉(zhuǎn)矩的要求。
[0024]多相換流器(22，24)的每個輸出相位可能大約偏移360度除以多相換流器的輸出相位的數(shù)量。對于三相換流器，輸出相位(例如，內(nèi)部換流器輸出相)可以被偏移大約120度，而對于兩相換流器，輸出相位可能會偏移大約180度。大約是指在討論值上加上或減去5%。第一換流器22可以輸出第一組交流電流信號,第一組交流電流信號包括與三個相應的不同的輸出相位(例如，第一換流器相位A、第一換流器相位B和第一換流器相位C，其中偏移相位被偏移換流器間相移量)相關(guān)的三個相應信號。第二換流器24可以輸出第二組交流電流信號，第二組交流電流信號包括具有三個相應的不同的輸出相位(例如，第二換流器相位A、第二換流器相位B和第二換流器相位C，其中偏移相位被偏移換流器間相移)的三個相應的信號。這里，任何兩個換流器之間的相移或者相位偏移(即，換流器間相移)可以被定義為以下一個或多個:(I)第I換流器相位A和第二換流器相位A之間的差的絕對值，(2)第I換流器相位B和第二換流器相位B之間的差的絕對值，(3)第一換流器相位C和第二換流器相位C之間的差的絕對值。第一組交流電流信號包括用于第一馬達26的每個輸入端的不同的脈沖寬度調(diào)制信號。第二組交流電流信號包括用于第二馬達28的每個輸入端的不同的脈沖寬度調(diào)制信號。
[0025]圖2的系統(tǒng)111與圖1的系統(tǒng)11類似，除了圖2的系統(tǒng)111還包括連接到數(shù)據(jù)總線32的控制器38。這里，控制器38能夠與第一換流器22和第二換流器24通信。第一換流器22和第二換流器24能夠通過控制器38或直接通過數(shù)據(jù)總線32或傳輸線路彼此通信。例如，傳輸換流器可以通過數(shù)據(jù)總線32或傳輸線路發(fā)送或傳輸數(shù)據(jù)消息或信號到其它換流器或接收換流器，所述數(shù)據(jù)消息或信號指示傳輸換流器的相位狀態(tài)。
[0026]在一個配置中，控制器38使用軟件指令編程以分配標識符到每個換流器(23，24)和分配相移(例如，以參考相位為基準)到每個換流器?？刂破?8指示第一換流器22和第二換流器24使用控制器38確定的目標分配相位操作，其中相位具有相對于彼此的相移。在一個配置中，基于換流器(22，24)的數(shù)量和連接到直流總線12的相應馬達(26，28)確定相移。[0027]在一個實施例中，控制器38提供共用時鐘信號或其他定時信號到第一換流器22和第二換流器24，以同步它們的操作，并且這樣的時鐘信號或定時信號可以通過數(shù)據(jù)總線32或傳輸線路在換流器之間分布。
[0028]第一換流器22能夠從直流總線12接收直流電能。第一換流器22被配置為提供具有相應參考相位的第一組交流電流。第二換流器24被連接到第二馬達28。第二換流器24能夠從直流總線12接收直流電能。第二換流器24被配置為提供具有相對于參考相位的相移的第二組交流電流，使得相移(例如，約30度)對于減少直流總線上的直流電流紋波是有效的。雖然在第一換流器22和第二換流器24的交流電流信號之間的相移可以是大約30度，在實踐中，相移可以取決于以下因素中的一個或多個:(I)連接到相同的直流總線2的換流器的數(shù)目，(2)負載電感或到每個換流器的輸出的負載(例如，馬達或電機)的其它電氣特性連接，(2)連接到每個換流器的輸出的負載(例如，馬達或電機)的負載電感或其它電特性，(3)第一換流器22和第二換流器24兩者是否使用相同數(shù)量和配置的極對控制馬達，(4)第一換流器22和第二換流器24兩者是否控制開關(guān)式磁阻電機，(5)第一換流器22和第二換流器24兩者是否控制永磁電機，(6)第一換流器22是否被連接到永磁電機并且第二換流器24是否被連接到開關(guān)式磁阻電機，或反之亦然，(7)換流器如何被封裝(例如，與電感器、電容器、濾波器、匹配網(wǎng)絡(luò)或連接器配置)，(8)換流器是否具有直流(DC)線路電感，O)與負載馬達相關(guān)的直流總線電感水平，(10)在換流器和它的馬達之間的線束的調(diào)諧、濾波或阻抗匹配，和(11)連接到直流總線的馬達或電機的工作速度范圍和轉(zhuǎn)矩的要求。
[0029]在一個實施例中，直流總線12具有正極端和負極端。第一電容器14具有正極端和負極端，分別地并聯(lián)連接在直流總線12的正極端和負極端之間。第二電容器18具有分別地并聯(lián)連接在直流總線12的正極端和負極端之間的正極端和負極端。第一線路電感16在第一電容器14和第二電容器18的正極端之間串聯(lián)連接直流總線的正極端。第二線路電感19在第一電容器14和第二電容器18的負極之間串聯(lián)連接直流總線的負極端，其中第一電容器14和第二電容器18的電容的所需的值(例如，法拉)或所需大小可以與直流電流紋波中歸因于第一換流器22和第二換流器24之間的(交流電流信號)的相移的相應減少成比例地減小，可歸屬于
[0030]在一個配置中，第一線路電感16具有約50 (納亨)nH至約IOOnH的范圍內(nèi)的電感，第二線路電感19具有約50nH至約IOOnH的范圍內(nèi)的電感。
[0031]根據(jù)另一個實施例，圖3示出系統(tǒng)211，其能夠在直流總線333上的紋波電流減少的情況下控制車輛的推進。旋轉(zhuǎn)電機16連接到直接(直流)電流總線333的正極端和負極端。
[0032]旋轉(zhuǎn)電機106可以包括發(fā)電機或交流發(fā)電機的整流輸出。內(nèi)燃機116可以提供轉(zhuǎn)動能到旋轉(zhuǎn)電機106或發(fā)電機。旋轉(zhuǎn)電機106或發(fā)電機將轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)換成電能，如所生成的被施加到直流總線333的直流輸出電壓。
[0033]直流總線333可以被連接至電能量源10，如電池，用于存儲由旋轉(zhuǎn)電機104或發(fā)電機產(chǎn)生的電能。
[0034]直流(DC)總線333具有正極端和負極端。主電容器組212被連接在直流總線333的正極端和負極端之間。主電容器組212跨接在控制器310 (例如，整流器或整流換流器)的直流輸入端(或相應的輸入導體)之間。
[0035]一系列輔助電容器組200被連接在直流總線333的正極端和負極端之間。每個輔助電容器組200跨接在換流器(102，110)的直流輸入端(或相應的輸入導體)之間。特別地，相應的輔助電容器組200與主換流器102的直流輸入端并聯(lián)連接，并且相應的輔助電容器組200與每個對應的從屬換流器110的直流輸入端并聯(lián)連接。
[0036]第一線路電感202連接在輔助電容器組200的正極端之間。第二線路電感204連接在輔助電容器組200的負極端之間。在控制器310的直流輸出端處或附近，第一線路電感202連接在主電容器組212的正極端和輔助電容器組200的正極端之間。同樣地，第二線路電感204連接在主電容器組212的負極端和輔助電容器組200的負極端之間。
[0037]主電容器組212被配置為對直流總線333的電流紋波進行濾波，用于由控制器310和旋轉(zhuǎn)電機104(例如，發(fā)電機)產(chǎn)生的直流輸出。輔助電容組200被配置為對由旋轉(zhuǎn)電機104(如馬達)消耗的直流總線333上的直流電流紋波進行濾波。主電容器組212、第二電容器組200、第一線路電感202、第二線路電感204可以形成用于減少紋波的濾波網(wǎng)絡(luò)，其中濾波網(wǎng)絡(luò)被調(diào)諧到合適的諧振頻率范圍，以減少在直流總線333中的紋波電流。合適的諧振頻率范圍可以與一個或多個換流器(102，110)的開關(guān)頻率(或諧波)相稱。
[0038]在一個實施例中，每個主電容器組212可以包括電解電容器的陣列或組。同樣地，每個輔助電容器組200可以包括電解電容器的陣列或組。每一個電解電容器也可以由膜、電解材料、介電材料、密封殼體、金屬板或電解電容器組成。
[0039]主換流器102 (或主換流器)連接或電連接到直流總線333，用于直流總線的直流電能到主換流器102的輸入。從屬換流器110 (或輔助換流器)組被連接或電連接到直流總線333，用于直流總線333的直流電能到從屬換流器110 (輔助換流器)的輸入。主換流器102 (或主換流器)的每一個可以包括馬達控制器、發(fā)電機控制器、旋轉(zhuǎn)電機的控制器、或用于將直流電流電轉(zhuǎn)換為具有相應的相位的一個或多個交流電流信號的裝置。同樣地，每個從屬換流器110(或輔助換流器)可以包括馬達控制器、發(fā)電機控制器、旋轉(zhuǎn)電機控制器、或?qū)⒅绷麟娏麟娹D(zhuǎn)換成具有相應的相位的一個或多個交流電流信號的裝置。例如，換流器可以將直流電流轉(zhuǎn)換成具有三個相應相位的輸出信號。輸出信號可以包括方波、正弦波、脈沖寬度調(diào)制或其他交流電流信號。
[0040]在一個實施例中，主換流器102 (或主換流器)可以建立用于其輸出信號的參考相位，該輸出信號由從屬換流器10(或輔助換流器)跟蹤。例如，主換流器102可以通過數(shù)據(jù)總線32傳輸參考相位信號103以及定時信號或時鐘信號到每一個從屬換流器110，使得每個從屬換流器110可以指示其旋轉(zhuǎn)電機104以相對于主換流器102的不同的相移(或相移信號105)操作。在另一個例子中，主換流器102可以分配操作相位(或相移)到每個從屬換流器110，其中每個從屬換流器110都具有對應的獨特的換流器標識符。
[0041]每個換流器(102，110)通過諸如電源電纜108之類的導體連接到旋轉(zhuǎn)電機104的端子。例如，主換流器102被連接到旋轉(zhuǎn)電機104或馬達的輸入端。從屬換流器110被連接到旋轉(zhuǎn)電機104或馬達的輸入端。控制器310被連接到旋轉(zhuǎn)電機106的輸出端。
[0042]在圖3中，系統(tǒng)211包括旋轉(zhuǎn)電機104(例如，第一馬達105)，用于通過傳送轉(zhuǎn)動能的機構(gòu)122施加轉(zhuǎn)動能到車輛的相應的第一車輪2 (例如，右后車輪)。另一個旋轉(zhuǎn)電機104(例如，第二馬達107)適于通過傳送轉(zhuǎn)動能的機構(gòu)122施加轉(zhuǎn)動能到車輛的相應的第二車輪114(例如，右前車輪)。另一個旋轉(zhuǎn)電機104(例如，第三馬達09)適于通過傳送轉(zhuǎn)動能的機構(gòu)122施加轉(zhuǎn)動能到車輛的相應的第三車輪118 (例如，左前車輪)。另一個旋轉(zhuǎn)電機104 (例如，第四電機113)適于通過傳送轉(zhuǎn)動能的機構(gòu)122施加轉(zhuǎn)動能到車輛的相應的第二車輪114(例如，左后車輪)。用于傳送轉(zhuǎn)動能的機構(gòu)122可以包括軸、車輪轂、連桿、傳動系、變速驅(qū)動橋、萬向接頭、等速萬向節(jié)、實心軸、變速器、鏈條或皮帶驅(qū)動系統(tǒng)，或從旋轉(zhuǎn)電機104傳輸轉(zhuǎn)動能量到車輪、地面接合構(gòu)件或履帶的其它機械結(jié)構(gòu)。
[0043]主換流器102和每個從屬換流器110能夠通過數(shù)據(jù)總線32或其他的傳輸線路相互連通。例如，主換流器102可以通過數(shù)據(jù)總線32或傳輸線路發(fā)送或傳輸數(shù)據(jù)消息或信號到其他換流器或從屬換流器110 (控制器310)，所述數(shù)據(jù)消息或信號指示主換流器102的相位狀態(tài)，或指示從屬換流器110和控制器310 (例如，整流器)使用某個相應的相位、協(xié)調(diào)的偏移或相移(例如，每一個偏移約12至約36度相移)操作。在一個實施例中，主換流器102和從屬換流器110(控制單元310)可以由共用時鐘信號或另一個定時信號驅(qū)動，以同步它們的操作，并且這樣的時鐘信號或定時信號可以通過數(shù)據(jù)總線32或傳輸線路在換流器之間分布。
[0044]主換流器102能夠從直流總線333接收直流電能。主換流器102被配置為提供具有相應參考相位的第一組交流電流。從屬換流器110被連接到相應的旋轉(zhuǎn)電機104(例如，電動馬達)。每個從屬換流器110能夠從直流總線333接收直流電能。每個從屬換流器110被配置為提供具有相對于參考相位的相移的第二組交流電流，使得相移對于減少在直流總線333上的直流電流紋波是有效的。
[0045]在另一個實施例中，主換流器102提供時鐘信號到從屬換流器110，和提供指示從屬換流器110使用某個相移操作的數(shù)據(jù)消息或信號到主換流器102。例如，相移是指參照主換流器102的一個輸出信號(例如，正弦輸出信號，脈沖寬度調(diào)制信號，或其它波形)確定的相位。
[0046]在一個實施例中，系統(tǒng)211用于控制車輛的推進，系統(tǒng)211包括直流總線333和多個相應的旋轉(zhuǎn)電機104，旋轉(zhuǎn)電機104用于施加轉(zhuǎn)動能到車輛的相應車輪。旋轉(zhuǎn)電機104可以包括電動馬達或一組電動馬達和發(fā)電機(例如，交流發(fā)電機)。多個換流器包括主換流器102和從屬換流器110。每一個換流器333被連接到旋轉(zhuǎn)電機104中的相應的一個。每個換流器被布置為接收來自直流總線的直流電能。主換流器102適于提供具有相應參考相位的參考交流電流信號組。每一個從屬換流器110適于提供具有相對于參考相位的不同的偏移相移的相應交流電流信號組，使得不同的偏移相移對于減少在直流總線333上的直流電流紋波是有效的。
[0047]數(shù)據(jù)總線32支持102主換流器和從屬換流器110之間的通信。數(shù)據(jù)總線32能夠載送表示從主換流器102到從屬換流器10的參考相位的數(shù)據(jù)消息。在一種配置中，數(shù)據(jù)總線32包括控制器局域網(wǎng)(CAN)數(shù)據(jù)總線或其他車輛數(shù)據(jù)總線32。主換流器102適合于分配標識符到每個換流器，和分配以參考相位為基準的相移到每個換流器。
[0048]直流總線333具有正極端和負極端。主電容器組212具有正極端和負極端，其分別地并聯(lián)連接在直流總線的正極端和負極端之間。輔助電容器組200具有正極端和負極端，其分別地并聯(lián)連接在直流總線的正極端和負極端之間。第一線路電感202在主電容器組212和輔助電容器組200的正極端之間串聯(lián)連接直流總線的正極端。第二線路電感204在主電容器組212和第二電容器組200的負極端之間串聯(lián)連接直流總線的負極端，其中，主電容器組212和輔助電容器組200的所述所需的值(例如，法拉)或所需的電容大小可以與直流電流紋波的減少而成比例地減小，直流電流紋波的減少歸因于主換流器102和每個相應的從屬換流器110之間的相移，以及歸因于主換流器102和控制器310 (例如，整流器)之間的相移。
[0049]在一個實施例中，第一線路電感202具有在大約50納亨(nH)至大約IOOnH的范圍內(nèi)的電感，和第二線路電感204具有大約50nH至大約IOOnH的范圍內(nèi)的電感。在另一個實施例中，根據(jù)下面的公式確定主換流器102和每個從屬換流器110之間的相移:
[0050]P=360/6XN)，其中P是主換流器102和任何從屬換流器110之間的相移，而N是包括主換流器102和從屬換流器110的換流器的總數(shù)。
[0051]在一個配置中，不同的交流電流信號(103,105)的各個組包括與三個相應偏移相位相關(guān)的三個相應信號。交流電流信號的各個組包括用于旋轉(zhuǎn)電機104的每個輸入端的不同的脈沖寬度調(diào)制信號。
[0052]在一個替代實施例中，在本文中公開的任何實施例的所有的分布的電容器(例如，電解/薄膜電容器)可以被組合或集合在一起成為集合電容器組，其中換流器通過層疊母線(例如，或其他電容增強傳輸線路)與集合電容器組連接，以在其他母線或?qū)w配置上提供最低可能的電感或降低的電感。
[0053]圖4示出用于在直流總線上的直流電流隨時間變化的圖表或圖形，用于連接到直流總線(12或333)的旋轉(zhuǎn)電機(104，106，26或28)之間或者之中的不同程度的相位同步。在左上角的第一圖表401表示直流輸出電流，用于連接到相同的直流總線(例如，12)的兩個換流器(例如，22，24)，在換流器之間沒有相移。垂直軸400表示信號幅度，而水平軸402表示時間。
[0054]在右上角的第二圖表407表示直流輸出電流，用于連接到相同的直流總線(12或333)的兩個換流器(22或24)，在兩個換流器之間具有大約30度的相移。例如，如果第一換流器22具有三個輸出相位，稱為第一相位(A相)、第二相位(B相)和第三相位(C相)，其中第一換流器22的各個相位偏移大約120度到第一換流器22的任何其他相位；第二換流器24具有第一相位(A相)，第二換流器24的第一相位(A相)偏移大約30度到第一換流器22的第一相位(A相)；第二換流器24具有第二相位(B相)，第二換流器24的第二相位(B相)偏移大約30度到第一換流器22的第二相位(B相)；和第二換流器24具有從所述第三相位(C相)偏移大約30度的第三相位(C相)。因此，圖407表示圖1或圖2的系統(tǒng)的可能的性能，其中第一換流器和第二換流器之間的相移是大約30度。圖表407中的直流電流的紋波電流的減少關(guān)于圖表401是顯而易見的。圖表401和圖表407中的參考號碼表示相同的元件或特征。
[0055]在圖4的左下角中，圖表403與圖表401是相似的，除了其進一步包括第一換流器22的輸出的交流電流相位。對于第一換流器22，第一相位408、第二相位404和第三相位406分開約120度。直流總線電流中的電流紋波，受到在最大偏差的區(qū)域中的三個相位的每一個或由換流器(22或24)輸出到旋轉(zhuǎn)電機或馬達的電流的影響。在圖表403中，第一換流器22和第二換流器24在相對于彼此沒有相移的情況下操作，并且被連接到相同的直流總線12。[0056]在圖4的右下角，圖表409與圖表407相同，除了其進一步包括第一換流器42輸出的交流電流相位。對于第一換流器42，第一相位408、第二相位404和第三相位406分開大約120度。在直流總線12電流中的電流紋波被在最大偏差區(qū)域中的三個相位的每一個或由換流器(22或24)輸出到旋轉(zhuǎn)電機或馬達(26或28)的電流影響。在圖表403中，第一換流器22和第二換流器24在相對于彼此大約30度相移的情況下操作，并且被連接到相同的直流總線12。因此，以與圖407中所示類似的方式，在直流總線上的電流紋波被減少。
[0057]在本文中所公開的系統(tǒng)非常適合于減少在供送車輛的多個換流器的直流總線上的一個或多個電容器的尺寸、重量或最大容量。電容器的尺寸、重量或容量可以從最壞情況下的尺寸或最壞情況下的容量降低，否則最壞情況下的尺寸或最壞情況下的容量需要支持車輛的一個或多個馬達或電機的最壞情況下的操作條件，例如低速運轉(zhuǎn)、馬達中的失速電流和馬達的最小開關(guān)頻率。相反地，本文所公開的系統(tǒng)通過同步換流器交流電流相位(例如，使用規(guī)定的相移量)以削減、限制或管理紋波電流而有利于使用多個換流器和相應馬達控制車輛。另外，在本文件中所公開的系統(tǒng)支持在同一車輛上使用永磁電機和開關(guān)式磁阻電機或馬達兩者，同時通過同步供送開關(guān)式磁阻(SR)機(例如，SR電機)和永磁電機(SM)的交流電流信號的相位最大限度地減少電容器組的尺寸和重量。本文所公開的系統(tǒng)支持使用具有不同極對數(shù)的電機或用于相同車輛的配置，同時通過同步使電機具有不同極對配置的交流電流信號的相位，最大限度地減少電容器組尺寸和重量。例如，上述發(fā)明用于降低更大容量的電容器的成本(和相關(guān)聯(lián)的重量或空間要求)，以使否則將被用在混合動力汽車和電動汽車中的在直流總線上的紋波電流平滑。
[0058]雖然描述了優(yōu)選實施例，在不脫離所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍情況下，顯而易見地可以進行各種修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制車輛的推進的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 直流總線； 第一馬達，用于施加轉(zhuǎn)動能到車輛的相應的第一車輪； 第二馬達，用于施加轉(zhuǎn)動能到車輛的相應的第二車輪； 連接到第一馬達的第一換流器，第一換流器從直流總線接收直流電能，第一換流器提供具有相應的參考相位的第一組交流電流；和 連接到第二馬達的第二換流器，第二換流器從直流總線接收直流電能，第二換流器提供具有相對于參考相位的相移的第二組交流電流，使得所述相移對于減少在直流總線上的直流電流紋波是有效的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括: 數(shù)據(jù)總線，該數(shù)據(jù)總線支持第一換流器和第二換流器之間的通信，該數(shù)據(jù)總線能夠載送表示從第一換流器到第二換流器的所述參考相位的數(shù)據(jù)消息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)總線包括控制器局域網(wǎng)(CAN)數(shù)據(jù)總線或其他車輛數(shù)據(jù)總線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括: 連接到數(shù)據(jù)總線的控制器，控制器分配標識符到每個換流器，和分配以參考相位為基準的相移到每個換流器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括: 具有正極端和負極端的直流總線； 第一電容器，具有分別地并聯(lián)連接在直流總線的正極端和負極端之間的正極端和負極端; 第二電容器，具有分別地并聯(lián)連接在直流總線的正極端和負極端之間的正極端和負極端; 第一線路電感，在第一電容器和第二電容器的正極端之間與直流總線的正極端串聯(lián)連接；和 第二線路電感，在第一電容器和第二電容器的負極端之間與直流總線的負極端串聯(lián)連接，其中第一電容器和第二電容器的電容的所需的值或所需的大小能夠與直流電流紋波的相應減少成比例地減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中第一線路電感具有在大約50(納亨)nH至大約IOOnH的范圍內(nèi)的電感，并且其中第二線路電感具有在大約50nH至大約IOOnH的范圍內(nèi)的電感。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述相移是在第一換流器的參考相位和第二換流器的相位之間的大約30度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中: 第一組交流電流信號包括與三個相應的偏移相位相關(guān)聯(lián)的三個相應信號，并且其中 第二組交流電流信號包括具有三個相應偏移相位的三個相應信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中: 第一組交流電流信號包括用于第一電動馬達的每個輸入端的不同的脈沖寬度調(diào)制信號，并且其中第二組交替電流信號包括用于第二馬達的每個輸入端的不同的脈沖寬度調(diào)制信號。
10.一種用于控制車輛的推進的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 直流總線； 多個單獨的旋轉(zhuǎn)電機，用于施加轉(zhuǎn)動能到車輛的相應車輪； 多個換流器，包括主換流器和從屬換流器，每個換流器連接到旋轉(zhuǎn)電機中的相應的一個，每個換流器被布置為從直流總線接收直流電能； 主換流器，適于提供具有相應的參考相位的交流電流信號的參照組； 每個從屬換流器適于提供相應的具有相對于參考相位的不同的偏移相移的交流電流信號組，使得不同的偏移相移對于減少直流總線上的直流電流紋波是有效的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括: 數(shù)據(jù)總線，該數(shù)據(jù)總線支持主換流器和從屬換流器之間的通信，數(shù)據(jù)總線能夠載送表示從主換流器到從屬換流器的參考相位的數(shù)據(jù)消息。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)總線包括控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)數(shù)據(jù)總線或其他車輛數(shù)據(jù)總線。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進一步包括: 主換流器，適于分配標識符到每個換流器，和分配以所述參考相位為基準的相移到每個換流器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，進一步包括: 直流總線，具有正極端和負極端； 第一電容器，具有分別地并聯(lián)連接在直流總線的正極端和負極端之間的正極端和負極端; 第二電容器，具有分別地并聯(lián)連接在直流總線的正極端和負極端之間的正極端和負極端; 第一線路電感，在第一電容器和第二電容器的正極端之間與直流總線的正極端串聯(lián)連接；和 第二線路電感，在第一電容器和第二電容器的負極端之間與直流總線的負極端串聯(lián)連接，其中第一電容器和第二電容器的電容的所需的值或所需的大小可以與直流電流紋波的相應減少成比例地減小。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中第一線路電感具有在大約50納亨(nH)至大約IOOnH的范圍內(nèi)的電感，并且其中第二線路電感具有在大約50nH至大約IOOnH的范圍內(nèi)的電感。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中主換流器和每個從屬換流器之間的相移是根據(jù)下面的公式確定的: P=360 / ^XN)，其中P是主換流器和任何從屬換流器之間的相移，并且N是包括主換流器和從屬換流器的換流器的總數(shù)量。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中 所述相應的不同的交流電流信號組包括與三個相應的偏移相位相關(guān)的三個相應信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中: 所述相應的交流電流信號組包括用于旋轉(zhuǎn)電機的每個輸入端的不同的脈沖寬度調(diào)制信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中旋轉(zhuǎn)電機包括電動馬達。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的 系統(tǒng)，其中旋轉(zhuǎn)電機包括發(fā)電機和一個或多個馬達。
【文檔編號】H02P6/00GK103765756SQ201280013442
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月16日
【發(fā)明者】波雷吉·N·辛格 申請人:迪爾公司