CN106936355B - 基于正六边形的圆形磁链轨迹两相控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于正六边形的圆形磁链轨迹两相控制装置及方法，该基于正六边形的圆形磁链轨迹两相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，无需复杂的矢量变换等环节，控制过程简单，提升了三相永磁同步电机的响应速度。同时，本发明实施例中，功率管单元仅包括5个开关管，开关管数量小，成本较低。

Description

基于正六边形的圆形磁链轨迹两相控制装置及方法

技术领域

本发明涉及电气传动技术，尤其涉及一种基于正六边形的圆形磁链轨迹两相控制装置及方法。

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。

上述磁链轨迹控制过程中，矢量控制环节多，矢量算法复杂，导致三相永磁电机的响应速度慢。

发明内容

本发明提供一种基于正六边形的圆形磁链轨迹两相控制装置及方法，以提高三相永磁电机的响应速度。

第一个方面，本发明实施例提供一种基于正六边形的圆形磁链轨迹两相控制装置，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与第五开关管VT5；

所述第一段的正极与所述VT1、所述VT2的输入端连接，所述第二段的负极与所述VT3、所述VT4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相绕组与所述第一段与所述第二段的连接点连接；

所述VT5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与所述VT5，以控制所述三相永磁同步电机的磁链轨迹为圆形磁链轨迹；

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5路触发脉冲，所述5路触发脉冲分别与所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4与所述VT5的控制端连接。

在第一个方面的第一种可能的实现方式中，所述功率管单元还包括5个保护电路，分别用于保护所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4与所述VT5。

结合第一个方面或第一个方面的第一种可能的实现方式，在第一个方面的第二种可能的实现方式中，所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4与所述VT5为全控型器件。

结合第一个方面的第二种可能的实现方式，在第一个方面的第三种可能的实现方式中，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、第一个方面的第一种、第二种或第三种方式实现的基于正六边形的圆形磁链轨迹两相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与所述VT5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所述圆形磁链轨迹，所述方向为所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4与所述VT5的开通或关断，所述时长为所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4与所述VT5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。

在第二个方面的第一种可能的实现方式中，所述主控制器控制所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4与所述VT5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所述圆形磁链轨迹，包括：

确定正六边形磁链轨迹，所述正六边形磁链轨迹的6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，共形成六个磁场矢量区间，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12个子区间，所述中心为所述正六边形磁链轨迹的中心；

将所述正六边形磁链轨迹对应的正六边形划分为六个扇区，每一扇区由第一子扇区与第二扇区构成，所述第一子扇区与所述第二子扇区为所述12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，该扇区包含的第一子扇区包括K/2个磁场矢量序列，该K/2个磁场矢量序列为交替出现的第一磁场矢量和第二磁场矢量，所述第一磁场矢量的方向与所述第一子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的方向相同，所述第一磁场矢量的大小为所述第一子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链大小的1/K倍；所述第二磁场矢量的方向与所述第二子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的方向相同，所述第二磁场矢量的大小为所述第二子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链大小的1/K倍，其中，K为偶数；

对于每一扇区，该扇区包含的第二子扇区包括K/2个磁场矢量序列，该K/2个磁场矢量序列为交替出现的第二磁场矢量和第一磁场矢量，所述第二磁场矢量的方向与所述第二子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的方向相同，所述第二磁场矢量的大小为所述第二子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的大小的1/K倍，所述第一磁场矢量的方向与所述第一子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的方向相同，所述第一磁场矢量的大小为所述第一子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的大小的1/K倍；其中，K为偶数；

所述6个扇区中每个扇区的第一子扇区包括的K/2个磁场矢量序列与第二子扇区的包括K/2个磁场矢量序列形成(K/2+K/2)×6个磁场矢量序列，所述(K/2+K/2)个磁场矢量序列形成的轨迹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导通，所述VT2、所述VT3、所述VT4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VT1、所述VT3、所述VT4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、所述VT3导通，所述VT1、所述VT4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VT1、所述VT2、所述VT4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VT1、所述VT2、所述VT3关断；

所述磁场矢量Ⅵ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关断。

结合第二个方面的第二种可能的实现方式，在第二个方面的第三种可能的实现方式中，所述6个扇区分别为第一扇区～第六扇区，其中：

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅳ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量I区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为1:2；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量I区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅱ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为2:2；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅱ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅲ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为2:1；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅲ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅳ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为1:2；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅳ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅴ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为2:2；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅴ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅵ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为2:1。

本发明实施例提供的基于正六边形的圆形磁链轨迹两相控制装置及方法，该基于正六边形的圆形磁链轨迹两相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，无需复杂的矢量变换等环节，控制过程简单，提升了三相永磁同步电机的响应速度。同时，本发明实施例中，功率管单元仅包括5个开关管，开关管数量小，成本较低。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的基于正六边形的圆形磁链轨迹两相控制装置的结构示意图；

图2为本发明基于正六边形的圆形磁链轨迹两相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六边形的磁链轨迹示意图；

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。

具体实施方式

图1为本发明一实施例提供的基于正六边形的圆形磁链轨迹两相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六边形的圆形磁链轨迹两相控制装置包括：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与第五开关管VT5；所述第一段的正极与所述VT1、所述VT2的输入端连接，所述第二段的负极与所述VT3、所述VT4的输入端连接；所述三相永磁同步电机5的A相绕组点与所述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相绕组与所述第一段与所述第二段的连接点连接；所述VT5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与所述VT5，以控制所述三相永磁同步电机5的磁链轨迹为圆形磁链轨迹；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5路触发脉冲，所述5路触发脉冲分别与所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4与所述VT5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为本发明基于正六边形的圆形磁链轨迹两相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六边形的圆形磁链轨迹两相控制装置，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的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，无需复杂的矢量变换等环节，控制过程简单，提升了三相永磁同步电机的响应速度。同时，本发明实施例中，功率管单元仅包括5个开关管，开关管数量小，成本较低。

可选的，上述实施例中，所述功率管单元还包括5个保护电路，分别用于保护所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4与所述VT5。

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～VT5，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，VT5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与所述VT5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与所述VT5的开通或关断，所述时长为所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4与所述VT5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六边形的圆形磁链轨迹两相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：以可以实现的正六边形磁链轨迹为基础，采用图解法理论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，对作为背景的正六边形磁链轨迹进行描述。

具体的，正六边形的磁链轨迹中，所述正六边形的磁链轨迹的六个边形成六个磁场矢量区间。具体的，六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六边形的磁链轨迹示意图。

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六边形，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时刻同时向所述VT2发送触发开通信号，向所述VT1发送触发关断信号；其中，所述为t₁时刻为所述基于正六边形的圆形磁链轨迹两相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，基于正六边形的圆形磁链轨迹两相控制装置在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，A相绕组上的电位为Ud，C相绕组上的电位为0，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时刻同时向VT2发送触发开通信号，向VT1发送触发关断信号。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VT3发送触发开通信号，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Ud×t₂′。

具体的，从t₂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t₂′时长后，时间到达t₃时刻，主控制器在该t₃时刻向VT3发送触发开通信号。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Ud×t₂′。

磁场矢量Ⅲ区间：所述主控制器在t₄时刻向所述VT2发送触发关断信号，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2Ud×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，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绕组与CA绕组均导通。经过t₃′时长后，时间到达t₄时刻，主控制器在该t₄时刻向VT2发送触发关断信号。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BC绕组、BA绕组与CA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，BC绕组、BA绕组与CA绕组相电压合成的方向为BA绕组。因此，BC绕组、BA绕组与CA绕组相电压的合成的方向为

磁场矢量Ⅲ区间的磁链大小为2×Ud×T₃′。

磁场矢量Ⅳ区间：所述主控制器在t₅时刻同时向所述VT3发送触发关断信号，向所述VT4发送触发开通信号，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Ud×t₄′。

具体的，从t₄时刻开始，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CA相电压为Ud。此时，CA绕组导通。经过t₄′时长后，时间到达t₅时刻，主控制器在该t₅时刻同时向VT3发送触发关断信号，向VT4发送触发开通信号。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Ud×t₄′。

磁场矢量Ⅴ区间：所述主控制器在t₆时刻同时向所述VT1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Ud×t₅′。

具体的，从t₅时刻开始，C相绕组上的电位为0，B相绕组与与车载动力电池的第二段的负极连接，则CB相电压为Ud。此时，CB绕组导通。经过t₅′时长后，时间到达t₆时刻，主控制器在该t₆时刻向VT1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

磁场矢量Ⅴ区间的磁链大小为Ud×t₅′。

磁场矢量Ⅵ区间：所述主控制器在t₇时刻向所述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2Ud×t₆′；从所述t₇时刻开始，返回所述磁场矢量Ⅰ区间，如此循环。

具体的，从t₆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，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连接，B相绕组上的电位为-Ud，则AC相电压为Ud，CB相电压为Ud，AB相电压为2Ud。此时AC绕组、CB绕组与AB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时刻向VT4发送触发关断信号。该过程中，即从t₆时刻到t₄时刻，三相永磁同步电机的电压为AC绕组、CB绕组与AB绕组相电压的合成，而CB绕组与AC绕组的相电压大小相等，合成方向为AB绕组。因此，CB绕组、AB绕组与AC绕组相电压合成的方向为

磁场矢量Ⅵ区间的磁链大小为2×Ud×t₃′其中，所述磁场矢量I区间至所述磁场矢量Ⅴ区间，各磁场矢量区间的磁链大小相同。

上述磁链轨迹控制过程中，为了保证磁链轨迹为正六边形，使得磁链轨迹接近圆形，磁场矢量方向与电压矢量方向一致，则需要六个磁场矢量区间，即上述的磁场矢量Ⅰ区间～磁场矢量Ⅻ区间的磁链大小相同。根据上述分析可知，主控制器可通过控制六个磁场矢量的工作时间，只要保证t₁′：t₂′：t₃′：t₄′:t₅′:t₆′＝2：2：1：2：2：1，即可确保磁场矢量Ⅰ区间～磁场矢量Ⅻ区间的磁链大小相同，进而确保磁链轨迹为正六边形。

其次，采用图解法理论分析圆形磁链轨迹的实现方法。

具体的，可参见图4，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。正六边形磁链轨中，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，共形成六个磁场矢量区间，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12个子区间，所述中心为所述正六边形磁链轨迹的中心，将所述正六边形磁链轨迹对应的正六边形划分为六个扇区，每一扇区由第一子扇区与第二扇区构成，所述第一子扇区与所述第二子扇区为所述12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，以第一扇区为例对该图进行详细讲解。

请参照图4，第一扇区包括的第一子扇区与第二子扇区，其中，第一子扇区有磁场矢量Ⅳ区间，第二子扇区有磁场矢量Ⅰ区间。

将第一扇区分为K等分，K为偶数。下面，以K＝6进行讲解。划分过程中，第一子扇区的磁场矢量Ⅳ区间对应的边，为正六边形的第六边的一半，称之为第一子扇区的边，将第一子扇区的边等分为K/2份；同理，将第二子扇区的磁场矢量区间对应的边，为正六边形的第一边的一半，称之为第二子扇区的边，将第二子扇区的边等分为K/2份。

然后，由各等分点做两邻近边的平行线。也就是说，在第一子扇区的边的各个等分点上，做第一边的平行线，共作出K/2条与第一边平行的平行线；同理，在第二子扇区的边的各个等分点上，做第六边的平行线，共作出K/2条与第六边平行的平行线。

接着，做正六边形磁链轨迹的正切圆，再做两个同心圆(其中一个同心圆的半径大于正切圆的半径，另外一个同心圆的半径小于正切圆的半径)。该些正切圆以及两个同心圆分别与上述的平行线相交，形成多个菱形网格。请参照图4，根据几何图解原理，自第六边的中点起，至第一边的中点止，这个区间内的菱形网格的一部分边，首尾相接的磁场矢量序列即为近圆形磁链轨迹，如图中黑色突出箭头所示。当K＞12时，圆形磁链轨迹逼近内切圆。

请参照图4，K＝6时，第一扇区的磁场矢量序列为：磁场矢量VI—I—VI—I—VI—I，其中，磁场矢量VI的方向为第六边的方向，大小为第六边对应的基础磁链大小的1/6，磁场矢量I的方向为第一边的方向，大小为第一边对应的基础磁链大小的1/6。由于各个扇区是对称的，因此，利用各扇区的几何对称性，可求出每个扇区的磁场矢量序列，根据该些矢量序列，和正六边形磁链轨迹的每个磁场矢量区间对应的基础磁链的开关管的方向与时长，即可求出每个扇区的磁场矢量序列，即6×6个磁场矢量序列，该6×6个磁场矢量序列形成的轨迹为所述圆形磁链轨迹。另外，需要说明的是，虽然上述是以第一扇区的磁场矢量序列为：磁场矢量VI—I—VI—I—VI—I为例，然而，本发明并不以此为限制，在其他可行的实现方式中，第一扇区的磁场矢量序列也可以为：磁场矢量I—VI—I—VI—I—VI。

基于上述正六边形磁链轨迹的分析可知：第一扇区中，当磁场矢量VI—I—VI—I—VI—I对应的导通时间比例为1：2：1：2：1：2时，磁场矢量VI—I—VI—I—VI—I对应的菱形网格数相同，即磁场矢量VI—I—VI—I—VI—I对应菱形网格数分别为1-1-1-1-1-1。因此，只需要在满足上述正六边形磁链轨迹的基础上，磁场矢量VI—I—VI—I—VI—I对应的导通时间比例为1：2：1：2：1：2。

最后，在上述正六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与所述VT5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所述圆形磁链轨迹，所述方向为所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4与所述VT5的开通或关断，所述时长为所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4与所述VT5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与所述VT5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所述圆形磁链轨迹，包括：

确定正六边形磁链轨迹，所述正六边形磁链轨迹的6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，共形成六个磁场矢量区间，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12个子区间，所述中心为所述正六边形磁链轨迹的中心；

将所述正六边形磁链轨迹对应的正六边形划分为六个扇区，每一扇区由第一子扇区与第二扇区构成，所述第一子扇区与所述第二子扇区为所述12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，该扇区包含的第一子扇区包括K/2个磁场矢量序列，该K/2个磁场矢量序列为交替出现的第一磁场矢量和第二磁场矢量，所述第一磁场矢量的方向与所述第一子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的方向相同，所述第一磁场矢量的大小为所述第一子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链大小的1/K倍；所述第二磁场矢量的方向与所述第二子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的方向相同，所述第二磁场矢量的大小为所述第二子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链大小的1/K倍，其中，K为偶数；

对于每一扇区，该扇区包含的第二子扇区包括K/2个磁场矢量序列，该K/2个磁场矢量序列为交替出现的第二磁场矢量和第一磁场矢量，所述第二磁场矢量的方向与所述第二子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的方向相同，所述第二磁场矢量的大小为所述第二子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的大小的1/K倍，所述第一磁场矢量的方向与所述第一子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的方向相同，所述第一磁场矢量的大小为所述第一子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的大小的1/K倍；其中，K为偶数；

所述6个扇区中每个扇区的第一子扇区包括的K/2个磁场矢量序列与第二子扇区的包括K/2个磁场矢量序列形成(K/2+K/2)个磁场矢量序列，所述(K/2+K/2)个磁场矢量序列形成的轨迹为所述圆形磁链轨迹。

需要说明的是，虽然上述是确定一个正六边形磁链轨迹，然而，该正六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，先控制开关管的时长与方向得出正六边形磁链轨迹，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。

在本发明一实施例中，所述正六边形磁链轨迹的6个边分别为第一边～第六边，所述第一边～第六边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导通，所述VT2、所述VT3、所述VT4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VT1、所述VT3、所述VT4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、所述VT3导通，所述VT1、所述VT4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VT1、所述VT2、所述VT4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VT1、所述VT2、所述VT3关断；

所述磁场矢量Ⅵ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关断。

基于上述正六边形磁链轨迹的分析，本发明圆形磁链轨迹中，所述6个扇区分别为第一扇区～第六扇区，其中：

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅳ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量I区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为1:2；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量I区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅱ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为2:2；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅱ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅲ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为2:1；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅲ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅳ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为1:2；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅳ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅴ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为2:2；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅴ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅵ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为2:1。

需要说明的是，虽然上述是以与C相绕组不连接的开关管为例对本发明进行详细说明，然而，由于三相永磁同步电机的各个绕组对称分布，因此，当A相绕组不连接开关管，或者，B相绕组不连接开关管时，上述方案也同样适用，只需要调整相应开关管的方向及时长即可。

由上述可知，相较于现有的通过矢量坐标变换、电流环控制、输出坐标变化等环节以对磁链轨迹进行控制的方法中，与某个相位连接的开关管故障时，根据原先的电压空间矢量控制不能实现对三相永磁同步电机预先的控制，本发明实施例提供的磁链轨迹控制方法，与某个相位连接的开关管故障时，可通过调整各个绕组导通的时长来对磁链轨迹进行控制，使得磁链轨迹为圆形磁链轨迹，增大对三相永磁同步电机定子磁链轨迹的控制能力，从而减少电动汽车行车中的故障，杜绝安全事故的发生。

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 (6)

1.一种基于正六边形的圆形磁链轨迹两相控制方法，其特征在于，应用于基于正六边形的圆形磁链轨迹两相控制装置，所述装置包括：

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段串联，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与第四开关管VT4；

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

所述三相永磁同步电机的A相绕组分别与所述VT1的输出端、所述VT3的输入端连接；

所述三相永磁同步电机的B相绕组分别与所述VT2的输出端、所述VT4的输入端连接；

所述三相永磁同步电机的C相绕组与所述第一段与所述第二段的连接点连接；

所述主控制器，用于控制所述VT1、所述VT2、所述VT3与所述VT4，以控制所述三相永磁同步电机的磁链轨迹为圆形磁链轨迹；

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4路触发脉冲，所述4路触发脉冲分别与所述VT1、所述VT2、所述VT3与所述VT4的控制端连接；

所述方法包括：

所述主控制器控制所述VT1、所述VT2、所述VT3与所述VT4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所述圆形磁链轨迹，所述方向为所述VT1、所述VT2、所述VT3与所述VT4的开通或关断，所述时长为所述VT1、所述VT2、所述VT3与所述VT4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；

所述主控制器控制所述VT1、所述VT2、所述VT3与所述VT4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所述圆形磁链轨迹，包括：

确定正六边形磁链轨迹，所述正六边形磁链轨迹的6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，共形成六个磁场矢量区间，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12个子区间，所述中心为所述正六边形磁链轨迹的中心；

将所述正六边形磁链轨迹对应的正六边形划分为六个扇区，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12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，该扇区包含的第一子扇区包括K/2个磁场矢量序列，该K/2个磁场矢量序列为交替出现的第一磁场矢量和第二磁场矢量，所述第一磁场矢量的方向与所述第一子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的方向相同，所述第一磁场矢量的大小为所述第一子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链大小的1/K倍；所述第二磁场矢量的方向与所述第二子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的方向相同，所述第二磁场矢量的大小为所述第二子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链大小的1/K倍，其中，K为偶数；

对于每一扇区，该扇区包含的第二子扇区包括K/2个磁场矢量序列，该K/2个磁场矢量序列为交替出现的第二磁场矢量和第一磁场矢量，所述第二磁场矢量的方向与所述第二子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的方向相同，所述第二磁场矢量的大小为所述第二子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的大小的1/K倍，所述第一磁场矢量的方向与所述第一子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的方向相同，所述第一磁场矢量的大小为所述第一子扇区所属的磁场矢量区间对应的基础磁链的大小的1/K倍；其中，K为偶数；

所述6个扇区中每个扇区的第一子扇区包括的K/2个磁场矢量序列与第二子扇区的包括K/2个磁场矢量序列形成(K/2+K/2)×6个磁场矢量序列，所述(K/2+K/2)个磁场矢量序列形成的轨迹为所述圆形磁链轨迹。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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导通，所述VT2、所述VT3、所述VT4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VT1、所述VT3、所述VT4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、所述VT3导通，所述VT1、所述VT4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VT1、所述VT2、所述VT4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VT1、所述VT2、所述VT3关断；

所述磁场矢量Ⅵ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关断。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述6个扇区分别为第一扇区～第六扇区，其中：

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅳ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量I区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为1:2；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量I区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅱ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为2:2；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅱ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅲ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为2:1；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅲ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅳ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为1:2；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅳ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅴ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为2:2；

若所述第一扇区包含的第一子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅴ区间，第二子扇区所属的磁场矢量区间为所述磁场矢量Ⅵ区间，则相邻的所述第一磁场矢量导通的时长与所述第二磁场矢量导通的时长的比值为2:1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率管单元还包括5个保护电路，分别用于保护所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4与所述VT5。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述VT1、所述VT2、所述VT3、所述VT4与所述VT5为全控型器件。

6.根据权利要求5所述的方法，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。

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