CN101682201A - 多相电机和驱动器 - Google Patents
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Abstract
此处描述了一种被提供有多个逆变电源电路的多相电机。从而减少了以直流电源操作的多相电机所需的电容器组的容量。通过形成由单独逆变电源电路供电的相群来完成。逆变电源电路连接到包括电容器组的相同直流电源，并且其被控制成彼此相位偏移，以便允许使用更少容量的电容器组。
Description
技术领域
本发明涉及电机(electric motor)和用于电机的驱动器。更具体地，本发明关注于多相(multiple phase)电机，该多相电机被提供有与独立的转换器连接的分组相位。
背景技术
多相电机在现有技术中是众所周知的。通常，根据直流(DC)电源，例如根据电池，经由用于控制各相位上的电流的流动的逆变电源电路(inverterpower circuit)，来操作它们。在那些情况下，通常在直流电源与逆变电源电路之间使用电容器组(capacitor bank)。
为了折衷大功率电机，电容器的容量、大小和成本通常较高，这是一个缺陷。
发明内容
根据本发明的图示性实施例，提供了一种多相电机的驱动电路，包括：以每组至少两相的至少两组而分组的线圈和直流电源，所述直流电源包括电池和电容器组，所述驱动电路包括：
至少两个逆变电路，每个逆变电路与相应组的至少两相相关联，所述逆变电路由所述直流电源供电；
控制器，其连接到所述至少两个逆变电路，以致独立地控制所述至少两个逆变电路，使得在所述至少两个逆变电路之间存在相差。
根据本发明的另一方面，提供了一种由直流电源供电的多相电机，所述直流电源包括电池和电容器组，所述多相电机包括：
定子，其包括多个限定相位的线圈，所述线圈被分组为至少两组的至少两相；
与所述定子共轴的转子；
驱动电路，包括：
至少两个逆变电路，每个逆变电路与相应组的至少两相相关联，所述逆变电路由所述直流电源供电；
控制器，其连接到所述至少两个逆变电路，以致独立地控制所述至少两个逆变电路，使得在所述至少两个逆变电路之间存在相差。
根据本发明的另一方面，提供了一种多相电机系统，包括：
直流电源，其包括电池和电容器组；
定子，其包括多个限定相位的线圈，所述线圈被分组为至少两组的至少两相；
与所述定子共轴的转子；和
驱动电路，包括：
至少两个逆变电路，每个逆变电路与相应组的至少两相相关联，所述逆变电路连接到所述直流电源以便由其供电；
控制器，其连接到所述至少两个逆变电路，以致独立地控制所述至少两个逆变电路，使得在所述至少两个逆变电路之间存在相差。
附图说明
在附图中：
图1是九相电机和驱动电路的方框图，其中所述相位被三三分组，并且其中每一组连接到独立的逆变电源电路；
图2是图1的电机的更详细的方框图；
图3是图1的电机的内部定子和外部转子的示意图；和
图4是图示一个、两个和三个三相系统的电容器组中的电流的图。
具体实施方式
结合权利要求书和/或说明书中的词语“包括”所使用的措辞“一”的利用可以表示“一个”，但是它也与“一个或多个”、“至少一个”和“一个或不止一个”的含义一致。类似地，措辞“另一个”可以是指至少第二或更多。
如本说明书和权利要求书中所使用的，措辞“包括”(以及包括的任何形式)、“具有”(以及具有的任何形式)、“包含”(以及包含的任何形式)或者“含有”(以及含有的任何形式)都是包含性的或者无限制的(open-ended)并且不排除附加的、未列举的元素或处理步骤。
基于仅参考附图给出的示例阅读本发明的图示性实施例的下列非限制性描述，本发明的其它目的、优点和特征将变得更加明显。
如一般所述，本发明的实施例旨在减少以直流电源操作的多相电机所需的电容器组的容量。通过形成由单独逆变电源电路供电的相群来实现它。逆变电源电路连接到包括电容器组的相同直流电源，并且其被控制成彼此相位偏移(offset)，以便使用更少容量的电容器组。
附图中的图1以方框图示例性地示出了九相(nine-phase)电机10，其具有它的驱动电路12和直流电源14。电机10的九相被划分为三个三相部分16、18和20，每个三相部分与各自的单独逆变电源电路22、24和26相关联。三个逆变电源电路22、24和26连接到公共的直流电源14。将要注意，驱动电路12也包括控制器27，该控制器27用于控制逆变电源电路22-26，如下面将要所述的。
现在参考图2，DC电源14包括高压电池28和电容器组30。由于三个逆变电源电路22、24和26相同，并且由于三相电机部分16、18和20相同，在图2中仅图解每个的一个并且将在下面描述。
示例性图示的三相逆变电源电路22通常包括六个晶体管32和六个二极管34。这样的逆变电源电路22为现有领域中公知。因此，此处将不进一步描述它的用于控制提供给其相关的三相电机部分16的电流的操作。然而，将要注意，晶体管32可被控制器27控制来关于彼此而精确地调节电源电路22到26的相位。
三相电机部分16包括三相36、38和40，每个相包括至少一个安装到该机器的定子的线圈。
现在参考附图中的图3，将简要地描述电机10的示意性机械配置。电机10包括内部定子42和外部转子44。内部定子42被提供有三个三相电机部分16、18和20，每个三相电机部分覆盖定子42的大约120度圆周。在这种情况下，外部转子44被提供有永久磁铁(未示出)。
将要注意，替代分离如图3中所示的三个三相电机部分，使得九相中的每一相跨越定子42的整个圆周也是可能的。然而，这将会造成相位之间的耦合。这种耦合通常意味着在这些相中需要更高的电流。
考虑到电容器组30的容量的减少，三个逆变电源电路22-26以切换频率操作，该切换频率彼此相位相差120度。这可以简单地通过控制器27来控制。
已经发现，通过以这种方式控制逆变电源电路22-26，电容器组30的容量可以大约与仅存在一个逆变电源电路时需要的相同，从而使得电容器组的容量减少了大约66％。
附图中的图4图示了当使用一个、两个和三个三相系统(电机部分和逆变电源电路)时电容器中的电流与电机的旋转速度的曲线关系。
将要注意，图4中的值极大地依赖于所使用的电机和逆变器的布局(topology)。因此它们仅仅是图示性的。电流的幅度与RMS相位电流相关。
当使用一个系统时(请参考线条46)，电容器中的电流在旋转速度达到电机最大速度的大约60％时达到最大值。旋转速度的进一步增加会导致电容器中的电流减小。这认为是由于以下事实造成的：控制电机的各个相的晶体管的占空比随着速度的增加而增加。在晶体管的某一占空比以上，不经由电容器组运送而直接输送到电机部分的各相的直流电流相对于由电池提供给电容器组的电流的比例相称(become)，从而使得电容器中的整体电流减小。
当使用两个系统时(请参考线条48)，第二系统的切换频率相对于第一系统的切换频率异相180度。从图4中明显地看出，当旋转速度大约达到电机的最大速度的30％，即当仅使用一个系统时所需的速度的一半时，电容器中的电流达到最大值。然后，电容器中的电流由于速度进一步增加而减小，并且从未达到如当旋转速度达到最大速度的大约30％时一样高。
当使用三个系统时(请参考线条50)，这同样是真的。第二系统的切换频率相对于第一系统的切换频率异相120度，第三系统的切换频率相对于第二系统的切换频率异相120度。在这种情况下，当旋转速度达到电机的最大速度的大约20％时，即在仅使用一个系统时所需的速度的三分之一，电容器中的电流达到最大值。
将会注意到，电容器组中的电流达到低点，并且随后再次开始增加，而不达到最大值。这是由于电机部分的各个相的电流的相互协调(meshing)引起的。
还将会注意到，尽管此处所描述的且在附图中图示的实施例具有每组三相的三组，但是在不背离本发明的精神和本质的情况下，可以根据应用来修改组的数目和相位的数目。
还将会注意到，尽管此处以星状配置图示了三相电机部分，但是在不背离本发明的精神和本质的情况下，也可以使用三角形(delta)配置。
本领域的普通技术人员将会理解，尽管上文描述了内部定子/外部转子电机，但是本发明不限于这种电机配置，并且可以使用更传统的外部定子配置。而且，尽管上文所描述的电机是永磁电机，但是可以使用其它电机技术。
将会理解，本发明的应用不限于上文所描述的以及在附图中图示的构造和部件的详细内容。本发明能够是其它实施例并且能够以各种方式来实践。也将会理解，此处所使用的措辞或术语用于描述目的而不是限制。然而，尽管上文已经通过本发明的图示性实施例描述了本发明，但是可以对其进行修改，而不背离如所附权利要求中定义的主题发明的精神、范畴和本质。
Claims (13)
1.一种用于多相电机的驱动电路，所述多相电机包括以每组至少两相的至少两组而分组的线圈和直流电源，所述直流电源包括电池和电容器组，所述驱动电路包括：
至少两个逆变电路，每个逆变电路与相应组的至少两相相关联，所述逆变电路由所述直流电源供电；
控制器，其连接到所述至少两个逆变电路，以致独立地控制所述至少两个逆变电路，使得在所述至少两个逆变电路之间存在相差。
2.如权利要求1所述的驱动电路，其中所述多相电机包括三组三相，并且其中所述至少两个逆变电路包括三个逆变电路。
3.如权利要求2所述的驱动电路，其中所述控制器控制所述三个逆变电路之间的相差，以致在所述三个逆变电路之间存在120度相差。
4.一种由直流电源供电的多相电机，所述直流电源包括电池和电容器组，所述多相电机包括：
定子，其包括多个限定相位的线圈，所述线圈被分组为至少两组的至少两相；
与所述定子共轴的转子；
驱动电路，包括：
至少两个逆变电路，每个逆变电路与相应组的至少两相相关联，所述逆变电路由所述直流电源供电；
控制器，其连接到所述至少两个逆变电路，以致独立地控制所述至少两个逆变电路，使得在所述至少两个逆变电路之间存在相差。
5.如权利要求4所述的多相电机，其中所述多相电机包括三组三相，并且其中所述至少两个逆变电路包括三个逆变电路。
6.如权利要求5所述的多相电机，其中所述控制器控制所述三个逆变电路之间的相差，以致在所述三个逆变电路之间存在120度相差。
7.如权利要求5所述的多相电机，其中所述三组三相中的每一组被安装到所述定子，以致每一组覆盖所述定子的大约120度圆周。
8.如权利要求9所述的多相电机，其中所述转子被安装到所述定子的外部。
9.一种多相电机系统，包括：
直流电源，其包括电池和电容器组；
定子，其包括多个限定相位的线圈，所述线圈被分组为至少两组的至少两相；
与所述定子共轴的转子；
驱动电路，包括：
至少两个逆变电路，每个逆变电路与相应组的至少两相相关联，所述逆变电路连接到所述直流电源以便由其供电；
控制器，其连接到所述至少两个逆变电路，以致独立地控制所述至少两个逆变电路，使得在所述至少两个逆变电路之间存在相差。
10.如权利要求9所述的多相电机，其中所述多相电机包括三组三相，并且其中所述至少两个逆变电路包括三个逆变电路。
11.如权利要求10所述的多相电机，其中所述控制器控制所述三个逆变电路之间的相差，以致在所述三个逆变电路之间存在120度相差。
12.如权利要求10所述的多相电机，其中三组三相中的每一组被安装到所述定子使得每一组覆盖所述定子的大约120度圆周。
13.如权利要求9所述的多相电机，其中所述转子被安装到所述定子的外部。
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