CN106936352B

CN106936352B - 基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置及方法

Info

Publication number: CN106936352B
Application number: CN201511005106.1A
Authority: CN
Inventors: 张陈斌; 林利; 曾庆文; 肖欣; 徐冲; 金黎杰; 高翔; 徐莉
Original assignee: Shanghai Zhongke Shenjiang Electric Vehicle Co Ltd
Current assignee: Shanghai Zhongke Shenjiang Electric Vehicle Co Ltd
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2020-05-26
Anticipated expiration: 2035-12-28
Also published as: CN106936352A

Abstract

本发明提供一种基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置及方法，该基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置，包括车载动力电池、辅助电源、主控制器、驱动电路、三相永磁同步电机、功率管单元，通过主控制器控制功率管单元包括的各个开关管，实现将三相永磁同步电机的磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹。该控制过程中，直接通过控制功率管单元包括的各个开关管实现对三相永磁同步电机磁链轨迹的控制，无需设置电流传感器，降低了控制三相永磁电机磁链轨迹的成本。同时，本发明实施例提供的基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置，未包括任何的继电器，成本较低。

Description

基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置及方法

技术领域

本发明涉及电气传动技术，尤其涉及一种基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置及方法。

背景技术

随着环保意识的深入人心，具有零排放、无污染、能量利用率高等特点的电动汽车越来越受到消费者的青睐。三相永磁同步电机作为电动汽车的动力源，是电动汽车的重要配件之一。

目前，三相永磁同步电机的三相绕组分别通过两只开关管与电源相连接。磁链轨迹控制过程中，采用电压空间矢量控制方法，通过矢量坐标变换、电流环控制、输出坐标变化等环节以对磁链轨迹进行控制。该过程中，需要根据三相永磁同步电机的定子电流获取该三相永磁同步电机的转矩电流，根据转矩电流控制该三相永磁同步电机的磁链轨迹。

上述磁链轨迹控制过程中，需要获取定子电流，而定子电流的获取需要获取至少两相电流值，需要至少两个电流传感器，成本高。

发明内容

本发明提供一种基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置及方法，以降低控制三相永磁电机磁链轨迹的成本。

第一个方面，本发明实施例提供一种基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置，包括车载动力电池、辅助电源、主控制器、驱动电路、三相永磁同步电机、功率管单元，其中，

所述车载动力电池包括第一段与第二段，所述第一段的负极与所述第二段的正极连接，所述第一段与所述第二端串联，所述第一段与所述第二段的电压为Ud；

所述功率管单元包括第一开关管VT1、第二开关管VT2、第三开关管VT3、第四开关管VT4、第五开关管VT5、第六开关管VT6与第七开关管VT7；

所述第一段的正极与所述VT1、所述VT2与所述VT5的输入端连接，所述第二段的负极与所述VT3、所述VT4与所述VT6的输入端连接；

所述三相永磁同步电机的A相绕组与所述VT1、所述VT3的输出端连接；

所述三相永磁同步电机的B相绕组与所述VT2、所述VT4的输出端连接；

所述三相永磁同步电机的C相绕组与所述VT5、所述VT6的输出端连接；

所述VT7与所述三相永磁同步电机的A相绕组、B相绕组与C相绕组连接；

所述主控制器，用于控制所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7，以将所述三相永磁同步电机的磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹；

所述辅助电源与所述主控制器电连接；

所述主控制器与所述驱动电路电连接；

所述驱动电路用于产生7路触发脉冲，所述7路触发脉冲分别与所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6以及所述VT7的控制端连接。

可选的，所述功率管单元还包括7个保护电路，分别用于保护所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6以及所述VT7。

可选的，所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6以及所述VT7为全控型器件。

可选的，所述全控型器件包括：绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管。

第二个方面，本发明实施例还提供一种采用如上第一个方面或第一个方面的任意一种方式实现的基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置进行磁链控制的方法，包括：

所述主控制器控制所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7的方向与时长，以将所述三相永磁同步电机的磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹，所述方向为所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7的开通或关断，所述时长为所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7开通或关断时，对应的所述A相绕组、所述B相绕组与所述C相绕组中，至少两个绕组导通的时长。

可选的，所述主控制器控制所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7的方向与时长，以将所述三相永磁同步电机的磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹，包括：

确定正十二边形磁链轨迹，所述正十二边形磁链轨迹的12个边中，每个边对应一个基础磁链，每个边的两个端点与中心形成的区间为一个磁场矢量区间，共形成十二个磁场矢量区间，对于每一个磁场矢量区间，以该磁场矢量区间对应的边的中点与中心所在的直线为对称中心，将该磁场矢量区间均为两个子区间，共形成24个子区间，所述中心为所述正十二边形磁链轨迹的中心；

将所述正十二边形磁链轨迹对应的正十二边形划分为十二个扇区，每一扇区由第一子扇区与第二子扇区构成，所述第一子扇区与所述第二子扇区为所述24个子区间中的两个相邻子区间，且所述第一子扇区与所述第二子扇区分别属于不同的磁场矢量区间；

对于每一扇区，将该扇区等分为K等分，K为偶数，由所述第一子扇区对应的边的各等分点做所述第二子扇区对应的边的平行线，由所述第二子扇区对应的边的各等分点做所述第一子扇区对应的边的平行线，所述第二子扇区对应的边的平行线与所述第一子扇区对应的边的平行线相交形成多个菱形网格；

确定所述正十二边形磁链轨迹的内切圆，对所述内切圆做第一同心圆与第二同心圆，所述第一同心的半径大于所述内切圆的半径，所述第二同心圆的半径小于所述内切圆的半径，所述内切圆、所述第一同心圆以及所述第二同心圆与所述第二子扇区对应的边的平行线、所述第一子扇区对应的边的平行线相交，从所述多个菱形网格中，包含在所述第一同心圆与所述第二同心圆之间的菱形网格中确定每一所述扇区的磁场矢量序列，将所述十二个扇区的磁场矢量序列对应的轨迹作为所述圆形磁链轨迹。

结合第二个方面的第一种可能的实现方式，在第二个方面的第二种可能的实现方式中，所述正六边形磁链轨迹的6个边分别为第一边～第六边，相应的，所述基础磁链分别为第一基础磁链～第六基础磁链，相邻的两个基础磁链的夹角为60°，所述第一基础磁链～所述第六基础磁链分别对应磁场矢量I区间～磁场矢量Ⅵ区间，所述磁场矢量I区间～磁场矢量Ⅵ区间为所述6个磁场矢量区间，其中：

所述磁场矢量Ⅰ区间：所述A相绕组与所述C相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT1、所述VT6导通，所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5关断；

所述磁场矢量Ⅱ区间：所述B相绕组与所述C相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT2导通、所述VT6导通，所述VT1、所述VT3、所述VT4、所述VT5关断；

所述磁场矢量Ⅲ区间：所述B相绕组与所述A相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT2导通、所述VT3导通，所述VT1、所述VT4、所述VT5、所述VT6、关断；

所述磁场矢量Ⅳ区间：所述C相绕组与所述A相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT3导通、所述VT5导通，所述VT1、所述VT2、所述VT4、所述VT6、关断；

所述磁场矢量Ⅴ区间：所述C相绕组与所述B相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT4导通、所述VT5导通，所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT6、关断；

所述磁场矢量Ⅳ区间：所述A相绕组与所述B相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT1导通、所述VT4导通，所述VT2、所述VT3、、所述VT5、所述VT6、关断。

可选的，所述正十二边形磁链轨迹的12个边分别为第一边～第十二边，相应的，所述基础磁链分别为第一基础磁链～第十二基础磁链，相邻的两个基础磁链的夹角为30°，所述第一基础磁链～所述第十二基础磁链分别对应磁场矢量I区间～磁场矢量Ⅻ区间，所述磁场矢量I区间～磁场矢量Ⅻ区间为所述十二个磁场矢量区间，其中：

所述磁场矢量Ⅱ区间：所述B相绕组与所述C相绕组导通、所述A相绕组与所述C相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT1、所述VT2、所述VT6导通，所述VT3、所述VT4、所述VT5关断；

所述磁场矢量Ⅲ区间：所述B相绕组与所述C相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT2、所述VT6导通，所述VT1、所述VT3、所述VT4、所述VT5关断；

所述磁场矢量Ⅳ区间：所述B相绕组与所述C相绕组导通、所述B向绕组与所述A相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT2、所述VT3、所述VT6导通，所述VT1、所述VT4、所述VT5关断；

所述磁场矢量Ⅴ区间：所述B相绕组与所述A相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT2、所述VT3导通，所述VT1、所述VT4、所述VT5、所述VT6关断；

所述磁场矢量Ⅳ区间：所述B相绕组与所述A相绕组导通、所述C相绕组与所述A相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT2、所述VT3、所述VT5导通，所述VT1、所述VT4、所述VT6关断。

所述磁场矢量Ⅶ区间：所述C相绕组与所述A相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT3、所述VT5导通，所述VT1、所述VT2、所述VT4、所述VT6关断；

所述磁场矢量Ⅶ区间：所述C相绕组与所述A相绕组导通、所述C相绕组与所述B相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT3、所述VT4、所述VT5导通，所述VT1、所述VT2、所述VT6关断；

所述磁场矢量Ⅸ区间：所述C相绕组与所述B相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT4、所述VT5导通，所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT6关断；

所述磁场矢量Ⅹ区间：所述C相绕组与所述B相绕组导通、所述A相绕组与所述B相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT1、所述VT4、所述VT5导通，所述VT2、所述VT3、所述VT6关断；

所述磁场矢量Ⅺ区间：所述A相绕组与所述B相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT1、所述VT4导通，所述VT2、所述VT3、所述VT5、所述VT6关断；

所述磁场矢量Ⅻ区间：所述A相绕组与所述B相绕组导通、所述A相绕组与所述C相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为

相应的，所述VT1、所述VT4、所述VT6导通，所述VT2、所述VT3、所述VT5关断。

可选的，所述第一基础磁链～所述第十二基础磁链导通的时间比为：

本发明实施例提供的基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置及方法，该基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置包括车载动力电池、辅助电源、主控制器、驱动电路、三相永磁同步电机、功率管单元，通过主控制器控制功率管单元包括的各个开关管，实现将三相永磁同步电机的磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹。该控制过程中，直接通过控制功率管单元包括的各个开关管实现对三相永磁同步电机磁链轨迹的控制，无需设置电流传感器，降低了控制三相永磁电机磁链轨迹的成本。同时，本发明实施例提供的基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置，未包括任何的继电器，成本较低。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置的结构示意图；

图2为本发明基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置所适用的三相永磁同步电机的绕组分布示意图；

图3为本发明一实施例提供的永磁同步电机正十二边形磁链轨迹示意图；

图4为本发明一实施例采用图解法分析圆形磁链轨迹的分析图；

图5为图4中第一扇区的局部放大图。

具体实施方式

图1为本发明一实施例提供的基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置包括：车载动力电池1、辅助电源2、主控制器3、驱动电路4、三相永磁同步电机5、功率管单元6，其中，所述车载动力电池1均分为两部分串联，即车载动力电池1包括第一段与第二段，所述第一段的负极与所述第二段的正极连接，所述第一段与所述第二端串联，所述第一段与所述第二段的电压为Ud；所述功率管单元6包括第一开关管VT1、第二开关管VT2、第三开关管VT3、第四开关管VT4、第五开关管VT5、第六开关管VT6与第七开关管VT7；所述第一段的正极与所述VT1、所述VT2与所述VT5的输入端连接，所述第二段的负极与所述VT3、所述VT4与所述VT6的输入端连接；所述三相永磁同步电机5的A相绕组与所述VT1、所述VT3的输出端连接；所述三相永磁同步电机5的B相绕组与所述VT2、所述VT4的输出端连接；所述三相永磁同步电机5的C相绕组与所述VT5、所述VT6的输出端连接；所述VT7与所述三相永磁同步电机5的A相绕组、B相绕组与C相绕组连接；所述主控制器3，用于控制所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7，以将所述三相永磁同步电机5的磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹；所述辅助电源2与所述主控制器3电连接；所述主控制器3与所述驱动电路4电连接；所述驱动电路4用于产生7路触发脉冲，所述7路触发脉冲分别与所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6以及所述VT7的控制端连接。

本发明实施例中，三相永磁同步电机5的三个绕组，即A相绕组、B相绕组与C相绕组相互对称分布，具体的，可参见图2，图2为本发明基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置所适用的三相永磁同步电机的绕组分布示意图。

本发明实施例提供的基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置包括车载动力电池、辅助电源、主控制器、驱动电路、三相永磁同步电机、功率管单元，通过主控制器控制功率管单元包括的各个开关管，实现将三相永磁同步电机的磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹。该控制过程中，直接通过控制功率管单元包括的各个开关管实现对三相永磁同步电机磁链轨迹的控制，无需设置电流传感器，降低了控制三相永磁电机磁链轨迹的成本。同时，本发明实施例提供的基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置，未包括任何的继电器，成本较低。

可选的，上述实施例中，所述功率管单元还包括7个保护电路，分别用于保护所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6以及所述VT7。

具体的，再请参照图1，功率管单元6包括的各个开关管，即VT1～VT7，可以为全控型器件，如绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、门极可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor，GTO)等。对于每一个开关管，都设置了保护电路，该保护电路包括四个二极管。例如，对于VT1，其保护电路由二极管(VD1、VD2、VD3与VD4组成)。另外，功率管单元6中，VT7与整流桥可形成续流回路，其中，整流桥由二极管形成。

本发明实施例中，主控制器例如为数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)TMS320F2809，其通过控制VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7的方向与时长，以将所述三相永磁同步电机的磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹，所述方向为所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7的开通或关断，所述时长为所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7开通或关断时，对应的所述A相绕组、所述B相绕组与所述C相绕组中，至少两个绕组导通的时长。

下面，对本发明采用如上基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置进行磁链控制，以将磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹为例对本发明进行详细说明。

具体思路为：以可以实现的正十二边形磁链轨迹为基础，采用图解法分析圆形磁链轨迹的实现方法，再描述本发明如何控制各个开关管，从而将磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹。

首先，对作为背景的正十二边形磁链轨迹进行描述。

具体的，正十二边形磁链轨迹中，所述正十二边形磁链轨迹的十二个边形成十二个磁场矢量区间。具体的，十二个磁场矢量区间可参见图3，图3为本发明一实施例提供的永磁同步电机正十二边形磁链轨迹示意图。

具体的，主控制器控制VT1、VT2、VT3、VT4与VT5的方向与时长，以将三相永磁同步电机的磁链轨迹控制为正十二边形，使得磁链轨迹接近圆形，具体为：

磁场矢量Ⅰ区间：所述主控制器在t₁时刻向所述VT1发送触发开通信号，以使所述A相绕组与所述C相绕组导通，导通时长为t₁′，时间到达t₂时刻，所述主控制器在所述t₂时刻向所述VT2发送触发开通信号；其中，所述为t₁时刻为所述基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置的上电时刻；从所述t₁时刻到所述t₂时刻，所述三相永磁同步电机的电压为

所述磁场矢量Ⅰ区间的磁链大小为Ud×t₁′；

具体的，基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置在t₁时刻上电后，由主控制器给VT1发送触发开通信号，使得A相绕组与车载动力电池第一段的正极接通，C相绕组上的电位为0，A相绕组上的电位为Ud，则AC相电压为Ud，AC绕组导通t₁′时长后，时间到达t₂时刻，主控制器在该t₂时刻向VT2发送触发开通信号。该过程中，即从t₁时刻到t₂时刻，三相永磁同步电机的电压为

磁场矢量Ⅰ区间的磁链大小为Ud×t₁′。

磁场矢量Ⅱ区间：所述主控制器在t₃时刻向所述VT1发送触发关断信号，所述t₃时刻与所述t₂时刻之间的时长为t₂′；从所述t₂时刻到所述t₃时刻，所述三相永磁同步电机的电压为

所述磁场矢量Ⅱ区间的磁链大小为

具体的，从t₂时刻开始，A相绕组与B相绕组都与车载动力电池的第一段的正极连接，A相绕组与B相绕组上的电位都为Ud，C相绕组上的电位为0，则BC相电压为Ud，AC相电压为Ud，此时，AC绕组与BC绕组均导通。经过t₂′时长后，时间到达t₃时刻，主控制器在该t₃时刻向VT1发送触发关断信号。该过程中，即从t₂时刻到t₃时刻，三相永磁同步电机的电压为

磁场矢量Ⅱ区间的磁链大小为

磁场矢量Ⅲ区间：所述主控制器在t₄时刻同时向所述VT3与所述VT1发送触发开通信号，所述t₄时刻与所述t₃时刻之间的时长为t₃′；从所述t₃时刻到所述t₄时刻，所述三相永磁同步电机的电压为

所述磁场矢量Ⅲ区间的磁链大小为Ud×t₃′。

具体的，从t₃时刻开始，B相绕组与车载动力电池的第一段的正极连接，B相绕组上的电位为Ud，C相绕组上的电位为0，则BC相电压为Ud，此时，BC绕组导通。经过t₃′时长后，时间到达t₄时刻，主控制器在该t₄时刻同时向VT3与VT1发送触发开通信号。该过程中，即从t₃时刻到t₄时刻，三相永磁同步电机的电压为

磁场矢量Ⅲ区间的磁链大小为Ud×t₃′。

磁场矢量Ⅳ区间：所述主控制器在t₅时刻向所述VT1发送触发关断信号，所述t₅时刻与所述t₄时刻之间的时长为t₄′；从所述t₄时刻到所述t₅时刻，所述三相永磁同步电机的电压为

所述磁场矢量Ⅳ区间的磁链大小为

具体的，从t₄时刻开始，B相绕组与车载动力电池的第一段的正极连接，B相绕组上的电位为Ud，A相绕组与C相绕组上的电位均为-Ud，则BA相电压为Ud，BC相电压为Ud。此时，BC绕组与BA绕组均导通。经过t₄′时长后，时间到达t₅时刻，主控制器在该t₅时刻向VT1发送触发关断信号。该过程中，即从t₄时刻到t₅时刻，三相永磁同步电机的电压为

磁场矢量Ⅳ区间的磁链大小为

磁场矢量Ⅴ区间：所述主控制器在t₆时刻向所述VT4发送触发开通信号，所述t₆时刻与所述t₅时刻之间的时长为t₅′；从所述t₅时刻到所述t₆时刻，所述三相永磁同步电机的电压为

所述磁场矢量Ⅴ区间的磁链大小为3Ud×t₅′。

具体的，从t₅时刻开始，B相绕组与车载动力电池的第一段的正极连接，B相绕组上的电位为Ud，C相绕组上的电位为0，A相绕组与车载动力电池的第二段的负极接通，A相绕组上的电位为-Ud，则BC相电压为Ud，BA相电压为2Ud，CA相电压为Ud。此时，BC绕组、BA绕组及CA绕组均导通。经过t₅′时长后，时间到达t₆时刻，主控制器在该t₆时刻向VT4发送触发开通信号。该过程中，即从T₅时刻到T₆时刻，三相永磁同步电机的电压为BA绕组、CA绕组与BC绕组相电压的合成，而BC绕组与CA绕组的相电压大小相等，合成方向为BA绕组。因此，BA绕组、CA绕组与BC绕组相电压的合成的方向为

磁场矢量Ⅴ区间的磁链大小为2×Ud×t₅′+Ud×t₅′＝3×Ud×t₅′。

磁场矢量Ⅵ区间：所述主控制器在t₇时刻同时向所述VT2与所述VT4发送触发关断信号，所述t₇时刻与所述t₆时刻之间的时长为t₆′；从所述t₆时刻到所述t₇时刻，所述三相永磁同步电机的电压为

所述磁场矢量Ⅵ区间的磁链大小为

具体的，从t₆时刻开始，B相绕组与C相绕组上的电位均为0，A相绕组与车载动力电池的第二段的负极接通，A相绕组上的电位为-Ud，则BA相电压为Ud，CA相电压为Ud。此时，BA绕组与CA绕组均导通。经过t₆′时长后，时间到达t₇时刻，主控制器在该t₇时刻同时向VT2与VT4发送触发关断信号。该过程中，即从t₆时刻到t₇时刻，三相永磁同步电机的电压为

磁场矢量Ⅵ区间的磁链大小为

磁场矢量Ⅶ区间：所述主控制器在t₈时刻向所述VT4发送触发开通信号，所述t₈时刻与所述t₇时刻之间的时长为t₇′；从所述t₇时刻到所述t₈时刻，所述三相永磁同步电机的电压为

所述磁场矢量Ⅶ区间的磁链大小为Ud×t₇′。

具体的，从t₇时刻开始，C相绕组上的电位为0，A相绕组上的电位为-Ud，则CA相电压为2Ud。此时CA绕组导通。经过t₇′时长后，时间到达t₈时刻，主控制器在该t₈时刻向VT4发送触发开通信号。该过程中，即从t₇时刻到t₈时刻，三相永磁同步电机的电压为

磁场矢量Ⅵ区间的磁链大小为Ud×t₇′。

磁场矢量Ⅷ区间：所述主控制器在t₉时刻向所述VT3发送触发关断信号，所述t₉时刻与所述t₈时刻之间的时长为t₈′；从所述t₈时刻到所述t₉时刻，所述三相永磁同步电机的电压为

所述磁场矢量Ⅷ区间的磁链大小为

具体的，从t₈时刻开始，C相绕组上的电位为0，A相绕组与B相绕组居于与车载动力电池的第二段的负极连接，A相绕组与B相绕组上的电位均为-Ud，则CB相电压与CA相电压均为Ud。此时CA绕组与CB绕组均导通。经过t₈′时长后，时间到达t₉时刻，主控制器在该t₉时刻向VT3发送触发关断信号。该过程中，即从t₈时刻到t₉时刻，三相永磁同步电机的电压为

磁场矢量Ⅷ区间的磁链大小为

磁场矢量Ⅸ区间：所述主控制器在t₁₀时刻同时向所述VT1与所述VT3发送触发开通信号，所述t₁₀时刻与所述t₉时刻之间的时长为t₉′；从所述t₉时刻到所述t₁₀时刻，所述三相永磁同步电机的电压为

所述磁场矢量Ⅸ区间的磁链大小为Ud×t₉′。

具体的，从t₉时刻开始，C相绕组上的电位为0，B相绕组与车载动力电池的第二段的负极接通，B相绕组上的电位为-Ud，则CB相电压为Ud。此时CB绕组导通。经过t₉′时长后，时间到达t₁₀时刻，主控制器在该t₁₀时刻同时向VT1与VT3发送触发开通信号。该过程中，即从t₉时刻到t₁₀时刻，三相永磁同步电机的电压为

磁场矢量Ⅸ区间的磁链大小为Ud×t₉′。

磁场矢量Ⅹ区间：所述主控制器在t₁₁时刻向所述VT3发送触发关断信号，所述t₁₁时刻与所述t₁₀时刻之间的时长为t₁₀′；从所述t₁₀时刻到所述t₁₁时刻，所述三相永磁同步电机的电压为

所述磁场矢量Ⅹ区间的磁链大小为

具体的，从t₁₀时刻开始，A相绕组与C相绕组上的电位为0，B相绕组与车载动力电池的第二段的负极接通，B相绕组上的电位为-Ud，则AB相电压与CB相电压均为Ud。此时CB绕组与AB绕组均导通。经过t₁₀′时长后，时间到达t₁₁时刻，主控制器在该t₁₁时刻向VT3发送触发关断信号。该过程中，即从t₁₀时刻到t₁₁时刻，三相永磁同步电机的电压为

磁场矢量Ⅹ区间的磁链大小为

磁场矢量Ⅺ区间：所述主控制器在t₁₂时刻向所述VT2发送触发开通信号，所述t₁₂时刻与所述t₁₁时刻之间的时长为t₁₁′；从所述t₁₁时刻到所述t₁₂时刻，所述三相永磁同步电机的电压为

所述磁场矢量Ⅺ区间的磁链大小为3Ud×t₁₁′。

具体的，从t₁₁时刻开始，A相绕组与车载动力电池的第一段的正极连接，A相绕组上的电位为Ud，B相绕组与车载动力电池的第二段的负极接通，B相绕组上的电位为-Ud，则CB相电压为Ud，AB相电压为2Ud，AC相电压为Ud。此时CB绕组、AB绕组与AC绕组均导通。经过t₁₁′时长后，时间到达t₁₂时刻，主控制器在该t₁₂时刻向VT2发送触发开通信号。该过程中，即从t₁₁时刻到t₁₂时刻，三相永磁同步电机的电压为CB绕组、AB绕组与AC绕组相电压的合成，而CB绕组的相电压与AC绕组的相电压大小相等，合成方向为BA绕组。因此，BA绕组、CA绕组与BC绕组相电压的合成的方向为

磁场矢量Ⅴ区间的磁链大小为2×Ud×t₁₁′+Ud×t₁₁′＝3×Ud×t₁₁′。

磁场矢量Ⅻ区间：所述主控制器在t₁₃时刻同时向所述VT4与所述VT2发送触发关断信号，所述t₁₃时刻与所述t₁₂时刻之间的时长为t₁₂′；从所述t₁₂时刻到所述t₁₃时刻，所述三相永磁同步电机的电压为

所述磁场矢量Ⅻ区间的磁链大小为

从所述t₁₃时刻开始，返回所述磁场矢量Ⅰ区间，如此循环；

具体的，从t₁₂时刻开始，A相绕组与车载动力电池的第一段的正极连接，A相绕组上的电位为Ud，B相绕组与C相绕组上的电位为0，则AC相电压与AB相电压均为Ud。此时AB绕组与AC绕组均导通。经过t₁₂′时长后，时间到达t₁₃时刻，主控制器在该t₁₃时刻同时向VT4与VT2发送触发关断信号。该过程中，即从t₁₂时刻到t₁₃时刻，三相永磁同步电机的电压为

磁场矢量Ⅺ区间的磁链大小为

其次，采用图解法分析圆形磁链轨迹的实现方法。

具体的，可参见图4与图5，图4为本发明一实施例采用图解法分析圆形磁链轨迹的分析图，图5为图4中第一扇区的局部放大图。请参照图4与图5，正十二边形磁链轨中，每个边对应一个基础磁链，每个边的两个端点与中心形成的区间为一个磁场矢量区间，共形成十二个磁场矢量区间，对于每一个磁场矢量区间，以该磁场矢量区间对应的边的中点与中心所在的直线为对称中心，将该磁场矢量区间均为两个子区间，共形成24个子区间，所述中心为所述正十二边形磁链轨迹的中心。图解法的过程包括：

步骤1、将所述正十二边形磁链轨迹对应的正十二边形划分为十二个扇区，每一扇区由第一子扇区与第二子扇区构成，所述第一子扇区与所述第二子扇区为所述24个子区间中的两个相邻子区间，且所述第一子扇区与所述第二子扇区分别属于不同的磁场矢量区间。下面，请参照图4与图5，以第一扇区为例对该图进行详细讲解。

请参照图4与图5，第一扇区包括第一子扇区与第二子扇区，其中，第一子扇区有磁场矢量Ⅻ区间，第二子扇区有磁场矢量Ⅰ区间。

步骤2、对于每一扇区，将该扇区等分为K等分，K为偶数；

步骤3、由所述第一子扇区对应的边的各等分点做所述第二子扇区对应的边的平行线，由所述第二子扇区对应的边的各等分点做所述第一子扇区对应的边的平行线，所述第二子扇区对应的边的平行线与所述第一子扇区对应的边的平行线相交形成多个菱形网格；

步骤4、做所述正十二边形磁链轨迹的内切圆，对所述内切圆做第一同心圆与第二同心圆，所述第一同心的半径大于所述内切圆的半径，所述第二同心圆的半径小于所述内切圆的半径，所述内切圆、所述第一同心圆以及所述第二同心圆与所述第二子扇区对应的边的平行线、所述第一子扇区对应的边的平行线相交，从所述多个菱形网格中，包含在所述第一同心圆与所述第二同心圆之间的菱形网格作为所述圆形磁链轨迹，即从所述多个菱形网格中，包含在所述第一同心圆与所述第二同心圆之间的菱形网格中，确定每一所述扇区的磁场矢量序列，将所述十二个扇区的磁场矢量序列对应的轨迹作为所述圆形磁链轨迹。

具体的，当K＝6时，请参照图4，包含在所述第一同心圆与所述第二同心圆之间的菱形网格中，与第一扇区对应的磁场矢量序列例如可以为磁场矢量序列XII—I—XI—II—XII(如图中首位依次相连的五个黑色突出箭头所示)。利用正十二边形各个扇区的几何对称性，可以确定出其他扇区的磁场矢量序列，根据该些磁场矢量序列和上述对正十二边形磁场轨迹的分析，确定每一扇区中，每个磁场矢量序列对应的开关管状态，从而将磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹。

步骤5、确定每一扇区内，各个磁场矢量序列对应的导通时间比例。

同样以第一扇区为例，当K＝6时，基于上述正十二边形磁链轨迹的分析可知：第一扇区中，当磁场矢量XII—I—XI—II—XII对应的导通时间比例为

时，磁场矢量XII—I—XI—II—XII对应的菱形网格数相同。在根据图5可知：磁场矢量XII—I—XI—II—XII对应的菱形网格数分别为1—2—2—2—1。综合上述分析可知：对于第一扇区，为了能够获取图5所示的磁链轨迹，只需要在满足上述正十二边形磁链轨迹的前提下，控制磁场矢量XII—I—XI—II—XII对应的导通时间比例为

需要说明的是，虽然上述是确定一个正十二边形磁链轨迹，然而，该正十二边形实质上只是圆形磁链轨迹的铺垫，是为清楚描述圆形磁链轨迹而引入的，并不代表三相永磁同步电动机在工作时，需要先控制开关管的时长与方向得出正十二边形磁链轨迹，再得出圆形磁链轨迹，而是控制开关管时长与方向直接得出圆形磁链轨迹。

最后，在上述正十二边形磁链轨迹描述的基础上，以及图解法描述的基础上，对本发明磁链控制的方法进行详细说明。

具体的，所述主控制器控制所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7的方向与时长，以将所述三相永磁同步电机的磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹，所述方向为所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7的开通或关断，所述时长为所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7开通或关断时，对应的所述A相绕组、所述B相绕组与所述C相绕组中，至少两个绕组导通的时长。

在本发明一实施例中，所述主控制器控制所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7的方向与时长，以将所述三相永磁同步电机的磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹，包括：

在本发明一实施例中，所述正十二边形磁链轨迹的12个边分别为第一边～第十二边，相应的，所述基础磁链分别为第一基础磁链～第十二基础磁链，相邻的两个基础磁链的夹角为30°，所述第一基础磁链～所述第十二基础磁链分别对应磁场矢量I区间～磁场矢量Ⅻ区间，所述磁场矢量I区间～磁场矢量Ⅻ区间为所述十二个磁场矢量区间，其中：

相应的，所述VT2、所述VT3、所述VT5导通，所述VT1、所述VT4、所述VT6关断；

在本发明一实施例中，所述第一基础磁链～所述第十二基础磁链导通的时间比为：

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置，其特征在于，包括：

车载动力电池、辅助电源、主控制器、驱动电路、三相永磁同步电机、功率管单元，其中，

所述车载动力电池包括第一段与第二段，所述第一段的负极与所述第二段的正极连接，所述第一段与所述第二段串联，所述第一段与所述第二段的电压为Ud；

所述VT7与所述三相永磁同步电机的A相绕组、B相绕组与C相绕组连接，所述VT7与整流桥形成续流回路，其中，所述整流桥包括二极管；

所述辅助电源与所述主控制器电连接；

所述主控制器与所述驱动电路电连接；

所述驱动电路分别与所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6以及所述VT7的控制端连接，所述驱动电路用于产生7路触发脉冲，并将所述7路触发脉冲发送至所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6以及所述VT7的控制端；

所述主控制器具体用于确定正十二边形磁链轨迹，控制所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7，以基于所述正十二边形磁链轨迹，将所述三相永磁同步电机的磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹；所述正十二边形磁链轨迹的12个边分别为第一边～第十二边，所述12个边中，每个边对应一个基础磁链，所述基础磁链分别为第一基础磁链～第十二基础磁链；所述第一基础磁链～所述第十二基础磁链导通的时间比为：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率管单元还包括7个保护电路，分别用于保护所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6以及所述VT7。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6以及所述VT7为全控型器件。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述全控型器件包括：绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管。

5.一种采用如权利要求1～4任一项所述的基于正十二边形的圆形磁链轨迹控制装置进行磁链控制的方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述主控制器控制所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4、所述VT5、所述VT6或者所述VT7的方向与时长，以将所述三相永磁同步电机的磁链轨迹控制为圆形磁链轨迹，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述正十二边形磁链轨迹的12个边分别为第一边～第十二边，相应的，所述基础磁链分别为第一基础磁链～第十二基础磁链，相邻的两个基础磁链的夹角为30°，所述第一基础磁链～所述第十二基础磁链分别对应磁场矢量I区间～磁场矢量Ⅻ区间，所述磁场矢量I区间～磁场矢量Ⅻ区间为所述十二个磁场矢量区间，其中：

所述磁场矢量Ⅳ区间：所述B相绕组与所述C相绕组导通、所述B相绕组与所述A相绕组导通，所述三相永磁同步电机的电压为