CN106797189A - 可变磁化机控制器 - Google Patents

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Abstract

一种可变磁化机控制系统，包括：控制器(100)，其构造为根据可变磁化机(10)的工作状况来调整d轴电流波形和q轴电流波形以产生提供驱动电压的调整后的d轴电流波形和调整后的q轴电流波形，从而在将驱动电压维持在预定最大幅值以下的同时，以预定速度驱动可变磁化机(10)。

Description

可变磁化机控制器
相关申请的交叉引用
相关主题在2013年6月28日提交的国际申请No.PCT/US2013/048562以及与本申请同时提交的题为“可变磁化机控制器”的国际申请(代理所案号NS-WO145202)中公开，上述这些国际申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本发明一般涉及可变磁化机控制器。更具体地，本发明涉及能够减小由脉冲电流感生的电压从而以减小的电压来控制电动车辆或混合动力车辆中采用的可变磁化机(比如电动机或其他类型的可变磁通机)。
背景技术
电动车辆和混合动力车辆(HEV)包括作为车辆的驱动源工作的电动机。在纯电动车辆中，电动机作为唯一驱动源工作。另一方面，HEV包括基于本领域理解的条件作为车辆的驱动源工作的电动机和常规内燃机。
如本领域理解的那样，电动车辆和HEV可以采用具有可变磁化特征的电动机。例如，可以提高电机的磁化水平从而增加电机产生的扭矩。因此，当驾驶员试图加速车辆以例如超过另一车辆时，电机控制系统可以改变磁化水平以增加电机的扭矩输出并由此增加车速。
在典型的电机控制系统中，逆变器向电机施加控制电压。如本领域理解的那样，随着电机的速度增加，电流脉冲(比如D轴电流脉冲)的幅度将增大。显然，该电流脉冲将影响控制系统中感生的电压。
发明内容
但是，在高电机速度下，控制系统中由脉冲电流感生的电压可增大至高电压电平。在该高电压电平处，逆变器可能不再能够提供足够的电压来以期望的速度驱动电机。因此，期望的是提供一种用于可变磁化机(比如车辆的可变磁化机或其他类型的可变磁通机)的改进电机控制系统，其能够将由脉冲电流感生的电压减小至足够低的电平，以使得逆变器即使在高速时也能够提供足够电压来驱动该可变磁化机。
鉴于现有技术状况，根据所公开的实施例的可变磁化机控制系统的一方面包括：控制器，其构造为根据可变磁化机的工作状况来调整d轴电流波形和q轴电流波形以产生提供驱动电压的调整后的d轴电流波形和调整后的q轴电流波形，从而在将驱动电压维持在预定最大幅值以下的同时，以预定速度驱动可变磁化机。
附图说明
现在参照构成本原始公开一部分的附图：
图1是根据所公开的实施例的可变磁化机的局部截面示意图；
图2至图4是示出在车辆中用于控制诸如图1示出的可变磁化机之类的可变磁化机的包括根据所公开的实施例的控制器的各部件的示例的示意图；
图5和图6是示出在磁化过程和退磁过程期间可变磁化机的磁化状态(M/S)与通过图2至图4中示出的构造施加至可变磁化机的d轴电流脉冲之间的关系的示例的曲线图；
图7是示出根据所公开的实施例的在图2至图4中示出的构造中采用的控制器的部件的示例的框图；
图8是示出根据所公开的实施例的由控制器提供的用于以低速度操作可变磁化机的d轴电流和q轴电流的示例的曲线图；
图9是示出根据所公开的实施例的由控制器提供的用于以高速度操作可变磁化机的d轴电流和q轴电流的示例的曲线图；
图10是根据所公开的实施例的由控制器提供的用于操作可变磁化机的d轴电流和q轴电流以及d轴电压和q轴电压的示例的曲线图，其中涉及可变磁化机的磁化状态和扭矩、d轴电压和q轴电压的组合、以及最大电压；
图11是示出根据所公开的实施例的由控制器提供的用于以低电压操作可变磁化机的d轴电流和q轴电流的示例的曲线图；
图12是示出根据所公开的实施例的由控制器提供的用于以高电压操作可变磁化机的d轴电流和q轴电流的示例的曲线图；
图13是示出根据所公开的实施例的由控制器提供的用于操作可变磁化机的具有较平滑的脉冲顶端的d轴电流和q轴电流的示例的曲线图；
图14是根据所公开的另一实施例的包括低通滤波器布置的图2至图4中示出的构造中采用的控制器的各部件的示例的框图；
图15是示出根据所公开的实施例的图14中所示的控制器提供的用于操作可变磁化机的具有较平滑的脉冲形状的d轴电流和q轴电流的示例的曲线图；
图16是根据所公开的实施例的由本文讨论的控制器提供的用于操作可变磁化机的具有正弦波形的d轴电流和q轴电流的示例的曲线图；
图17是示出根据所公开的另一实施例的由控制器提供的用于以低速度操作可变磁化机的d轴电流和q轴电流的示例的曲线图；
图18是示出根据所公开的另一实施例的由控制器提供的用于以高速度操作可变磁化机的d轴电流和q轴电流的示例的曲线图；
图19是示出根据所公开的另一实施例的由控制器提供的用于以低电压操作可变磁化机的d轴电流和q轴电流的示例的曲线图；
图20是示出根据所公开的另一实施例的由控制器提供的用于以高电压操作可变磁化机的d轴电流和q轴电流的示例的曲线图；
图21是根据所公开的又一实施例的由控制器提供的用于操作可变磁化机的d轴电流和q轴电流的示例的曲线图；以及
图22是根据所公开的又一实施例的图2至图4的布置中所示的构造中采用的部件的示例的框图。
具体实施方式
现在将参照附图说明选择的实施例。本领域技术人员根据本公开将显而易见的是，提供各实施例的以下描述仅出于示意，而并不旨在对如随附权利要求及其等价物所限定的本发明进行限制。
如图1所示，可变磁化机10(其也可被称作可变磁化电机或其他类型的可变磁通机)包括转子12和定子14。如本文讨论的那样，术语可变磁化机和可变磁通机可同义地用来指代相同类型的机器。如本领域理解的那样，可变磁化机10可以用于任何类型的电动车辆或HEV(比如汽车、卡车和SUV等)中，并且可以用于任何其他类型的设备中。如本领域理解的那样，转子12和定子14可以由金属或任何其他适当材料制作。
在该示例中，转子12构造为包括多对磁障(flux barrier)16和18，如本领域中的常规方式那样，磁障16和18可以构造为空气间隙，或者可以包括任何适当类型的绝缘材料。虽然在该示例中仅示出了一对完整的磁障16和18和两对局部的磁障16和18，但是可以围绕转子12的外围以60度的角度隔开六对磁障16和18。显然，转子12可以包括在使用可变磁化机10的环境中所需数量对的磁障16和18。此外，如本示例中所示，电机的q轴穿过一对磁障16和18的中心。但是，各对磁障16和18相对于q轴可以位于任何适当位置处，以实现本文讨论的实施例的操作性。
如进一步所示，转子12的表面桥20位于各磁障18的径向向外边界和转子12的外周22之间。此外，d轴磁通旁路24位于每对相邻磁障16和18之间。在该示例中，表面桥20和d轴磁通旁路由与转子12的材料相同的材料制成。但是，表面桥20和d轴旁路24可以由本领域已知的任何适当材料制成。
另外，多个低矫顽力磁体26在相邻各对磁障16和18之间围绕转子12的外围隔开。如所示的，这些磁体26中的每一个在相对于相邻磁障16的部分垂直或实质上垂直的方向上纵向延伸。但是，磁体26可构造为任何适当大小和形状。此外，在该示例中，转子12包括6个磁体26，这6个磁体26位于6对磁障16和18之间并且围绕转子12在圆周方向上以60度的间隔隔开。但是，磁体26的数量可以相对于磁障16和18的对数的改变而改变。此外，每个磁体26可以构造为多个磁体。在该示例中，d轴穿过磁体26的中心。但是，磁体26相对于d轴可以位于任何适当位置处，以实现本文讨论的实施例的操作性。
定子14包括多个定子齿部28和诸如线圈(未示出)之类的其他部件，其可以任何常规方式来构造。在该示例中，如现有技术中已知的那样，定子齿部28构造为宽定子齿部。但是，定子齿部28可以具有任何适当大小，并且定子14可以包括任何数量的定子齿部28，以实现本文讨论的实施例的操作性。在该示例中，定子齿部28向定子14的内周30敞开，但是如有需要可以闭合。此外，空气间隙32位于转子12的外周22和定子的内周30之间，以使得转子12能够围绕轴34不受限制地或实质上不受限制地转动。
图2至图4是示出在车辆102中使用根据所公开的实施例的控制器100(图4)来控制可变磁化机10的方式的示例的示意图。车辆102可以为电动车辆或HEV，比如汽车、卡车、SUV或任何其他适当类型的车辆。如本领域中理解的那样，当驾驶员按下加速器104时，加速信号被输入至控制器106，比如电子控制单元(ECU)或任何其他类型的控制器。此外，速度传感器108(比如转速计或任何其他类型的传感器)感测例如车辆102的驱动轮110的转速，并将车辆速度信号提供至控制器106。
控制器106包括其他常规部件，比如输入接口电路、输出接口电路和存储装置(比如ROM(只读存储器)装置和RAM(随机存取存储器)装置)。本领域技术人员根据本公开将显而易见的是，控制器106的确切结构和算法可以为将执行本发明的功能的硬件和软件的任何组合。换言之，说明书和权利要求书中使用的“功能性限定”条款应当包括可以用于执行该“功能性限定”条款的功能的任何结构或硬件和/或算法或软件。此外，如本领域理解的那样，控制器106可以与本文讨论的车辆102中的加速器104、速度传感器108和其他部件以任何适当方式进行通信。另外，控制器106的部件无需为单独或分离的部件，并且一个部件或模块可以执行本文讨论的多个部件或模块的操作。此外，每个部件可以包括如上讨论的微控制器或者多个部件可以共享一个或多个微控制器。
如图2中进一步示出的，控制器106输出信号以控制可变磁化机10的速度和扭矩以达到适当的机器工作状态，从而实现所期望的车辆加速，如本领域理解的那样。例如，控制器106可以访问可存储在存储器112中的多个预先准备的损耗图谱中的适当损耗图谱。每个损耗图谱可以指示所指示的对应磁化状态(M/S)的各个损耗特征。随后，控制器106可以例如产生表示各对应M/S的损耗量的损耗图并推导出所指示的最小损耗点。因此，控制器106可以输出信号来控制可变磁化机10以实现理想M/S。
如图3所示，表示理想M/S的信号被输入至M/S选择策略模块113，选择策略模块113执行磁滞控制，并且如下文中详细讨论的那样，输出表示实际M/S信号(如下针对图7讨论的那样，也被称作目标磁化状态信号M*)的信号和M/S改变标记信号Q。如图4所示，控制器100(其可以为M/S和扭矩控制器)接收表示实际M/S信号的信号和M/S改变标记信号Q，并输出M/S和扭矩控制信号(比如脉宽调制(PWM)信号)，以控制可变磁化机10。即，控制器100耦接至e动力系统(e-powertrain)，e动力系统包括例如电池116、逆变器布置118和可变磁化机10。在该示例中，逆变器布置118可以为例如脉宽调制器(PWM)电压逆变器，或者可以为本领域理解的任何其他适当类型的逆变器构造。
如图3进一步示出的，M/S选择策略模块113包括采样和保持电路120，其包括开关122和z变换部件124。M/S选择策略模块113还包括减法器126、比例积分(PI)补偿器128、绝对值电路130、比较器132和比较器输入部件134。
理想M/S信号被输入至采样和保持电路120的开关122和减法器126。减法器126从理想M/S信号中减去反馈信号并向PI补偿器128输出误差信号。如本领域中理解的那样，PI补偿器128从误差信号中移除稳态误差，并将稳态误差已被移除的误差信号作为修改的误差信号提供至绝对值电路130。绝对值电路130将修改的误差信号的绝对值输出至比较器132。比较器132还从比较器输入部件134接收输入信号。在该示例中，输入信号表示值“1”，但是可以设置为任何适当值以实现本文讨论的效果。
比较器132提供基于修改的误差信号的输出和所述输入信号，以控制采样和保持电路120的开关122的开关。如本领域理解的那样，比较器132还向PI补偿器128提供该输出作为复位信号。如下文更详细地讨论的那样，比较器132还向M/S改变电流轨迹控制模块114提供作为M/S改变标记信号Q的输出。
如进一步所示，z变换部件124向开关122提供采样和保持电路120输出的实际M/S信号的反馈。开关122基于比较器132提供的输出信号的状态，输出理想M/S信号或来自z变换部件124的反馈信号作为实际M/S信号。因此，上述M/S选择策略模块113的各部件作为磁滞控制部件工作，所述磁滞控制部件构造为接收理想磁化状态信号，基于理想磁化状态信号输出实际磁化信号用于可变磁化机的控制，并且根据理想磁化状态信号和实际磁化状态信号之间的误差值来修改实际磁化状态信号。即，当误差值导致比较器132输出具有控制开关122输出来自z变换部件124的修改的信号作为实际M/S信号的值的信号时，控制器100实际上根据理想磁化状态信号和实际磁化状态信号之间的误差值来修改实际M/S信号。因此，采样和保持电路120(采样和保持部件)构造为输出实际磁化状态信号以及根据误差值修改实际磁化状态信号。构造为作为磁滞控制部件工作的M/S选择策略模块113被进一步构造为与实际M/S信号同步地输出作为脉冲信号的M/S改变标记信号Q，以使得进一步地根据该脉冲信号来控制可变磁化机10。
图5和图6是示出在磁化过程(图5)和退磁过程(图6)期间M/S与d轴电流脉冲之间的关系的示例的曲线图，其中d-轴电流脉冲是控制器100连同电池116和逆变器布置118而施加至可变磁化机10的。现在将参照图7描述控制器100的部件的示例。从本实施例的描述以及本文阐述的其他实施例中将会理解，利用反馈来在线减小q轴电流，并且通过将调节量增加至q轴电流，可以将可变磁化机10的扭矩维持为恒定或实质恒定。
如图7所示，本示例的控制器100包括总损耗最小化电流矢量命令模块200、电流调节器202、旋转框/静止框部件204和静止框/旋转框部件206。在该示例中，旋转框/静止框部件204耦接至e动力系统并且具体地耦接至向可变磁化机10提供电力的逆变器布置118。
如本领域技术人员可以认识到的，优选地，控制器100包括至少一个微计算机，其具有控制控制器100的各部件的控制程序，如下所述。因此，可以构造和编程微计算机或多个微计算机来实现总损耗最小化电流矢量命令模块200、电流调节器202、旋转框/静止框部件204和静止框/旋转框部件206中的任一或全部。控制器100包括其他常规部件，比如输入接口电路、输出接口电路和存储装置(比如ROM(只读存储器)装置和RAM(随机存取存储器)装置)。本领域技术人员根据本公开将显而易见的是，控制器100的确切结构和算法可以为将执行本发明的功能的硬件和软件的任何组合。换言之，说明书和权利要求书中使用的“功能性限定”条款应当包括可以用于执行该“功能性限定”条款的功能的任何结构或硬件和/或算法或软件。此外，如本领域理解的那样，控制器100可以与可变磁化机10以任何适当方式进行通信。另外，虽然控制器100的多个部件被描述为模块，但是这些部件无需为单独或分离的部件，并且一个部件或模块可以执行本文讨论的多个部件或模块的操作。此外，每个部件可以包括如上讨论的微控制器或者多个部件可以共享一个或多个微控制器。
如图7进一步所示，总损耗最小化电流矢量命令模块200响应于例如车辆驾驶员尝试加速车辆102而从例如控制器(未示出)接收扭矩命令T* em和感测的或估计的转子12的旋转信号ω。作为响应，总损耗最小化电流矢量命令模块200输出d轴电流信号i* ds和q轴电流信号i* qs，以选择最优d轴电流id和最优q轴电流iq。即，在该示例中，总损耗最小化电流矢量命令模块200将d轴电流信号i* ds输出至加法器208并将q轴电流信号i* qs输出至加法器210。
M/S改变电流脉冲控制模块114接收感测的或估计的旋转速度信号ω以及磁化信号M*(也称作实际M/S信号，如上针对图3讨论的那样)、磁化信号M^和M/S改变标记信号Q。加法器208将由M/S改变电流脉冲控制模块提供104的输出加至d轴电流信号i* ds并且加法器210将M/S改变电流脉冲控制模块200提供的输出加至q轴电流信号i* qs。加法器208和210将它们的输出提供至电流调节器202，电流调节器202将d轴电流电压信号Vr* ds和q轴电流电压信号Vr* qs至旋转框/静止框部件206。在该示例中，旋转框/静止框部件206将电压信号提供至逆变器布置118，逆变器布置118将电压Va、Vb和Vc提供给可变磁化机10的三个电极。
如图7进一步所示，电流传感器212感测与施加至可变磁化机10的Va、Vb和Vc关联的电流。电流传感器212将感测到的电流信号Ia、Ib和Ic提供给静止框/旋转框部件206。由此，静止框/旋转框部件206将检测到的d轴电流信号ir ds和检测到的q轴电流信号ir qs提供给电流调节器202。如本领域中理解的，电流调节器202基于从静止框/旋转框部件206反馈的d轴电流信号ir ds和检测到的q轴电流信号ir qs调节d轴电流电压信号Vr* ds和q轴电流电压信号Vr* qs。
现在将描述控制器100执行的用于将脉冲电流感生的电压减小至足够低的电平以使得逆变器布置118即使在高速时也能够提供足够电压来驱动可变磁化机10的操作的示例。
如本领域中理解的那样，可变磁化机10的v轴电压VD和q轴电压VQ可以由以下矩阵定义：
因此，控制器100可以通过减小该矩阵中的某些项的值来减小v轴电压VD和q轴电压VQ。在该示例中，控制器100通过降低d轴电流id波形的增大率(例如，斜坡率或斜率)来减小项sLD和sΦPM的值。即，如图8所示，在可变磁化机10的低速度下，d轴电流id的脉冲可以相对较短。换言之，电流id的斜坡率可以相对陡峭，这是因为d轴电流id的最大值是相对小的值。同样，q轴电流iq的最大值也是相对小的值。
但是，在可变磁化机10的高速度下，项-ωLQ、ωLD和ωΦPM可增大至比低速度工作期间的那些值大得多的值。为了解决值的这种急剧增大，控制器100减小d轴电流id的增大率，如图9所示。例如，电流调节器202控制d轴电流id、q轴电流iq、或两者，从而确保电压vq和vd不超过特定规定值，如图10所示。因此，如图10中进一步所示，d轴电压vd和q轴电压vq的组合电压的绝对值|vdq|不超过最大组合电压Max|vdq|。结果，逆变器布置118即使在高速度下仍然可以提供足够电压来驱动可变磁化机10。这还使得可变磁化机10在更少电压、更少扭矩波动和更少损耗之间具有更多自由度平衡。
如上所述，图8至图10示出了表示由控制器100提供的用于以低速度和高速度控制可变磁化机10的d轴电流id和q轴电流iq的波形的示例。图11和图12示出了表示由控制器100提供的用于以低电压和高电压控制可变磁化机10的d轴电流id和q轴电流iq的波形的示例。从图8、图9、图11和图12中可以认识到，对于控制器100提供给可变磁化机10使其以低速度工作(图8和图11)的低电压和控制器100提供给可变磁化机10使其以高速度工作(图9和图12)的高电压而言，d轴电流id和q轴电流iq以及它们对应的脉冲长度之间的关系相类似。因此，即使当控制器100向可变磁化机10提供高电压从而导致可变磁化机10以高速度工作时，控制器100也防止d轴电压vd和q轴电压vq的组合电压的绝对值|vdq|超过最大组合电压Max|vdq|。
另外，控制器100可以控制d轴电流id和q轴电流iq的上升和下降，使得它们的波形具有更平滑的脉冲顶端，如图13的曲线图中所示。当电流大时，项-ωLQ、ωLD大，因此只有当电流大时斜坡率才减小。此外，如图14所示，包括一个或多个低通滤波器的低通滤波器(LPF)布置214可以设置在磁化电流脉冲控制模块114的输出处，从而磁化电流脉冲控制模块114的输出在被加法器208和210接收之前被滤波。通过包括LFP布置214，控制器100可以提供具有脉冲形状更平滑的波形的d轴电流id和q轴电流iq，如图15的曲线图中所示。
另外，控制器100可以构造为提供具有适于实现本文讨论的优点的任何类型波形的d轴电流id和q轴电流iq，所述优点即，即使当控制器100向可变磁化机10提供高电压从而导致可变磁化机10以高速度工作时，也限制d轴电压vd和q轴电压vq的组合电压|vdq|不超过最大组合电压Max|vdq|。例如，控制器100可以构造为提供具有正弦波形的d轴电流id和q轴电流iq，如图16的曲线图中所示。
如图17和图18的曲线图中所示，控制器100可以在增大d轴电流id之前减小q轴电流iq的值，从而实现可变磁化机10的高速度/高扭矩工作。这样，在高速度/高扭矩工作期间减小q轴电压vq，因此，即使在高速度/高扭矩工作期间，d轴电压vd和q轴电压vq的组合电压|vdq|也不超过最大组合电压Max|vdq|。控制器100还可以在可变磁化机10的高电压工作期间在增大d轴电流id之前减小q轴电流iq的值(例如，如图19和图20中的曲线图中所示)，从而实现相同效果，即，在高电压工作期间，限制d轴电压vd和q轴电压vq的组合电压|vdq|不超过最大组合电压Max|vdq|。如需要，控制器100甚至可以将q轴电流iq减小至0或实质上为0(如图21的曲线图中所示)，从而确保d轴电压vd和q轴电压vq的组合电压|vdq|不超过最大组合电压Max|vdq|。
如图22所示，控制器100可以包括普通控制模块220而不是如上讨论的总损耗最小化电流矢量命令模块200。控制器100还可以构造为包括减小电流控制模块222、扭矩计算器224、定子磁链观测器226和Iq电流轨迹选择器228。定子磁链观测器226(也可称作定子磁链估计器)可以构造为通过为与可变磁化机10相关的机器电气状态变量添加根据Luenburger型观测器的L(Y-Yh)基准获得的补偿值来估计定子磁链。这可提供更加准确的扭矩估计，并且减小脉冲扭矩。在该示例中，定子磁链观测器226接收d轴电流信号ir ds和检测到的q轴电流信号ir qs，并将估计的定子磁链信号λr ds和λr qs提供至扭矩计算器224。扭矩计算器224基于估计的定子磁链信号λr ds和λr qs以及从静止框/旋转框部件206反馈的检测到的d轴电流信号ir ds和检测到的q轴电流信号ir qs计算感测到的或估计的扭矩T^的值。
响应于例如车辆驾驶员尝试加速车辆，普通控制模块220和减小电流控制模块222从例如控制器(未示出)接收扭矩命令T* em。作为响应，普通控制模块220输出d轴电流信号i* ds和q轴电流信号i* qs，以选择最优d轴电流id和最优q轴电流iq。因此，普通控制模块220(其也可称作电流命令模块)基于扭矩命令T* em计算dq轴上的矢量电流命令。在该示例中，减小电流控制模块222基于扭矩命令T* em和扭矩计算器224提供的估计的扭矩T^之间的差异计算减小电流。如进一步所示的，减小电流控制模块222将减小电流提供至Iq电流轨迹选择器228。由此，控制器100可以控制Iq电流轨迹选择器228以将来自M/S改变电流脉冲控制模块114的输出提供至加法器208，将来自减小电流控制模块222的减小电流提供至加法器208，或者如所示的将值0提供至加法器208，从而按照要求调节q轴电流信号i* qs的值以实现本文讨论的电流波形的类型。Iq电流轨迹选择器228根据M/S改变标记信号Q以及指示可变磁化机10的旋转速度的旋转速度信号ω选择要输出哪个输入信号。当M/S改变标记信号Q为低时，即，未处于M/S改变时段期间时，Iq电流轨迹选择器228输出0，这是因为可变磁化机10不需要额外的q轴电流iq。当M/S改变标记信号为高并且旋转速度信号ω指示可变磁化机10的旋转速度为低时，Iq电流轨迹选择器228输出由减小电流控制模块222提供的输出。当M/S改变标记信号Q为高并且旋转速度信号ω指示可变磁化机10的旋转速度为高时，Iq电流轨迹选择器228输出由M/S改变电流轨迹控制模块114提供的输出，从而减小电流调节器202输出的电压。在以上引用的国际申请No.PCT/US2013/048562中公开了普通控制模块220、减小电流控制模块222、扭矩计算器224和Iq电流轨迹选择器228的进一步细节。
如从以上描述可以认识到的，本文描述的控制器100的实施例能够将由脉冲电流感生的电压减小至足够低的电平，使得逆变器即使在高速时也能够提供足够电压来驱动可变磁化机。
术语的一般解释
在理解本发明的范围时，在本文中使用的术语“包括”及其派生词旨在为开放式术语，其指出声明的特征、元件、部件、组、整数和/或步骤的存在，但是并不排除其它未声明的特征、元件、部件、组、整数和/或步骤的存在。以上解释同样适于具有类似含义的词汇，比如术语“包含”、“具有”及它们的派生词。此外，当以单数使用术语“部件”、“零件”、“部”、“组件”或“元件”时，其可具有单个部件或多个部件的双重含义。本文使用的诸如“实质上”、“大约”和“近似”之类的程度术语意即被修饰的术语的合理偏差量不会使得最终结果显著变化。
虽然只有选择的实施例被选来示出本发明，但是本领域技术人员根据本公开将会显而易见的是，在不脱离随附权利要求限定的本发明的范围的情况下可以作出各种改变和修改。例如，可以根据需要和/或依照要求而改变各种部件的大小、形状、位置或方位。示出为彼此直接连接或接触的部件可以具有在它们之间布置的中间结构。一个元件的功能可以由两个来执行，反之亦然。一个实施例的结构和功能可以在另一实施例中采用。在特定实施例中无需同时呈现全部优点。与现有技术相比的每个区别技术特征，无论是单独的还是与其他特征组合的，也应当被认为是申请人的进一步发明的单独描述，这包括通过这种特征实现的结构和/或功能构思。因此，根据本发明的实施例的以上描述仅为了示意而提供，并非旨在对如随附权利要求及其等价物所限定的本发明进行限制。

Claims (12)

1.一种可变磁化机控制系统，包括：
控制器，其构造为根据可变磁化机的工作状况来调整d轴电流波形和q轴电流波形以产生提供驱动电压的调整后的d轴电流波形和调整后的q轴电流波形，从而在将所述驱动电压维持在预定最大幅值以下的同时，以预定速度驱动所述可变磁化机。
2.根据权利要求1所述的可变磁化机控制系统，其中
所述控制器构造为通过改变所述d轴电流波形和所述q轴电流波形各自的脉冲宽度来调整所述d轴电流波形和所述q轴电流波形，以产生具有各自改变后的脉冲宽度的调整后的d轴电流波形和调整后的q轴电流波形。
3.根据权利要求2所述的可变磁化机控制系统，其中
所述控制器构造为根据所述可变磁化机的速度来改变所述d轴电流波形和所述q轴电流波形各自的脉冲宽度。
4.根据权利要求2所述的可变磁化机控制系统，其中
所述控制器构造为根据用于改变所述可变磁化机的磁化状态的估计电压来改变所述d轴电流波形和所述q轴电流波形各自的脉冲宽度。
5.根据权利要求1所述的可变磁化机控制系统，其中
所述控制器构造为通过改变所述d轴电流波形和所述q轴电流波形各自的脉冲形状来调整所述d轴电流波形和所述q轴电流波形，以产生具有各自改变后的脉冲形状的调整后的d轴电流波形和调整后的q轴电流波形。
6.根据权利要求5所述的可变磁化机控制系统，其中
所述d轴电流波形和所述q轴电流波形是梯形波形；并且
所述控制器包括：低通滤波器，其构造为使得梯形d轴波形和梯形q轴波形平滑。
7.根据权利要求5所述的可变磁化机控制系统，其中
所述各自改变后的脉冲形状是正弦波形。
8.根据权利要求1所述的可变磁化机控制系统，其中
所述控制器构造为减小所述q轴电流波形的幅值以产生调整后的q轴电流波形。
9.根据权利要求8所述的可变磁化机控制系统，其中
所述控制器构造为根据所述可变磁化机的扭矩和速度来减小所述q轴电流波形的幅值。
10.根据权利要求8所述的可变磁化机控制系统，其中
所述控制器构造为根据用于改变所述可变磁化机的磁化状态的估计电压来减小所述q轴电流波形的幅值。
11.根据权利要求8所述的可变磁化机控制系统，其中
所述控制器构造为将q轴电流波形的幅值减小至0。
12.根据权利要求1所述的可变磁化机控制系统，其中
所述控制器包括：扭矩调节器，其构造为根据所述可变磁化机的工作状况来调节所述可变磁化机的扭矩。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109150022A (zh) * 2018-08-21 2019-01-04 东南大学 一种基于电流解耦的记忆电机调磁转矩脉动的抑制方法
CN111697899A (zh) * 2020-06-11 2020-09-22 华中科技大学 一种变磁通永磁电机充磁状态闭环控制方法和系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT522013B1 (de) * 2019-01-10 2020-11-15 Avl List Gmbh Elektrische Antriebseinheit, Fahrzeug und Verfahren zum Verändern der
AT522280B1 (de) * 2019-03-21 2020-11-15 Avl List Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung, Computerprogrammprodukt, Antriebsvorrichtung sowie Kraftfahrzeug

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101064483A (zh) * 2006-04-26 2007-10-31 日产自动车株式会社 用于控制电力变换装置的装置和方法
EP2136467A1 (en) * 2007-03-26 2009-12-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Permanent magnet rotary electric machine and permanent magnet motor drive system
CN102170261A (zh) * 2010-02-25 2011-08-31 株式会社日立制作所 交流电动机的驱动装置以及电动机车辆
JP5225046B2 (ja) * 2008-12-03 2013-07-03 株式会社東芝 可変磁束モータドライブシステム
CN103580575A (zh) * 2013-10-06 2014-02-12 赵祎 基于速度的动态pwm调制算法sdpwm
WO2014046235A1 (ja) * 2012-09-21 2014-03-27 日産自動車株式会社 インバータ制御装置及びインバータ制御方法
WO2014045760A1 (ja) * 2012-09-18 2014-03-27 日産自動車株式会社 モーター制御装置及びモーター制御方法
JP2014068465A (ja) * 2012-09-26 2014-04-17 Daikin Ind Ltd インバータ制御装置
US20140152207A1 (en) * 2011-08-10 2014-06-05 Panasonic Corporation Motor control device

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06141590A (ja) * 1992-10-21 1994-05-20 Teijin Seiki Co Ltd Ａｃサーボモータ用スイッチング回路
JP3428379B2 (ja) * 1997-07-11 2003-07-22 シャープ株式会社 画像形成装置
US20040100221A1 (en) * 2002-11-25 2004-05-27 Zhenxing Fu Field weakening with full range torque control for synchronous machines
JP4480696B2 (ja) * 2005-08-26 2010-06-16 三洋電機株式会社 モータ制御装置
EP2048772B1 (en) * 2006-07-24 2021-10-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Variable magnetic flux motor drive system
JP4965924B2 (ja) 2006-07-24 2012-07-04 株式会社東芝 可変磁束ドライブシステム
JP5127377B2 (ja) * 2007-09-14 2013-01-23 株式会社東芝 永久磁石ドライブシステム
JP5329801B2 (ja) * 2007-12-20 2013-10-30 株式会社東芝 可変磁束ドライブシステム
JP2011142751A (ja) * 2010-01-07 2011-07-21 Toshiba Corp モータドライブシステム
JP5787584B2 (ja) * 2011-04-12 2015-09-30 株式会社東芝 モータドライブ装置
CN102769579B (zh) * 2011-05-05 2016-12-07 腾讯科技（深圳）有限公司 一种微博消息的显示方法、微博终端及微博服务器端
JP5626592B2 (ja) * 2011-08-08 2014-11-19 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 制御装置
JP2013106480A (ja) * 2011-11-15 2013-05-30 Sanki Eng Co Ltd コンベヤ駆動装置
JP5492180B2 (ja) * 2011-12-28 2014-05-14 株式会社東芝 可変磁束ドライブシステム
WO2014003729A1 (en) * 2012-06-26 2014-01-03 Nissan Motor Co., Ltd. Variable magnetomotive force rotary electric machine and control device for variable magnetomotive force rotary electric machine
KR101995864B1 (ko) * 2012-07-25 2019-07-04 삼성전자주식회사 인버터 제어장치 및 그 제어방법
JP5696700B2 (ja) * 2012-08-29 2015-04-08 トヨタ自動車株式会社 ロータ位置推定装置、電動機制御システムおよびロータ位置推定方法
JP2014176157A (ja) * 2013-03-07 2014-09-22 Toshiba Corp モータ回転位置検出装置，洗濯機及びモータ回転位置検出方法
JP6194615B2 (ja) * 2013-04-04 2017-09-13 株式会社ジェイテクト モータ制御装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101064483A (zh) * 2006-04-26 2007-10-31 日产自动车株式会社 用于控制电力变换装置的装置和方法
EP2136467A1 (en) * 2007-03-26 2009-12-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Permanent magnet rotary electric machine and permanent magnet motor drive system
JP5225046B2 (ja) * 2008-12-03 2013-07-03 株式会社東芝 可変磁束モータドライブシステム
CN102170261A (zh) * 2010-02-25 2011-08-31 株式会社日立制作所 交流电动机的驱动装置以及电动机车辆
US20140152207A1 (en) * 2011-08-10 2014-06-05 Panasonic Corporation Motor control device
WO2014045760A1 (ja) * 2012-09-18 2014-03-27 日産自動車株式会社 モーター制御装置及びモーター制御方法
WO2014046235A1 (ja) * 2012-09-21 2014-03-27 日産自動車株式会社 インバータ制御装置及びインバータ制御方法
JP2014068465A (ja) * 2012-09-26 2014-04-17 Daikin Ind Ltd インバータ制御装置
CN103580575A (zh) * 2013-10-06 2014-02-12 赵祎 基于速度的动态pwm调制算法sdpwm

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109150022A (zh) * 2018-08-21 2019-01-04 东南大学 一种基于电流解耦的记忆电机调磁转矩脉动的抑制方法
CN111697899A (zh) * 2020-06-11 2020-09-22 华中科技大学 一种变磁通永磁电机充磁状态闭环控制方法和系统
CN111697899B (zh) * 2020-06-11 2021-12-03 华中科技大学 一种变磁通永磁电机充磁状态闭环控制方法和系统

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US10483892B2 (en) 2019-11-19
JP6903003B2 (ja) 2021-07-14

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