CN108423063A - 用于控制电动转向系统的电机的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

用于控制电动转向系统的电机的设备和方法。根据本发明的实施方式的用于控制电动转向系统的电机的设备，所述电机包括定子和转子，多个线圈缠绕在所述定子上，所述转子被放置在所述定子内并且多个磁体插入所述转子内，所述多个线圈被分成两个线圈组，所述设备包括：第一控制器，所述第一控制器被构造成控制施加至作为所述两个线圈组中的一个线圈组的第一线圈组的电力供应；第二控制器，所述第二控制器被构造成控制施加至作为所述两个线圈组中的另一个线圈组的第二线圈组的电力供应；以及升压转换器，所述升压转换器被构造成对从所述第一控制器输出的电力和从所述第二控制器输出的电力之间的差进行补偿。

Description

用于控制电动转向系统的电机的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于控制电机的设备和方法，更具体而言，涉及用于控制电动转向系统中使用的三相电机的设备和方法。
背景技术
近来，电动转向系统越来越多地应用于小型汽车和大型汽车。在诸如自动停车系统、车道保持系统等若干领域中都广泛使用根据现有技术的电动转向系统。
在这种电动转向系统中，汽车的转向通过电机执行。当用于向电机供电的逆变器或用于控制逆变器的电子控制单元(ECU)发生故障时，在转向操作中出现问题，这会给驾驶员安全带来严重的麻烦。
已经开发并使用了解决这些问题的各种方式。其中，已经开发了具有两个微控制器和两个逆变器的冗余控制器。详细地说，该冗余控制器采用两个逆变器向一个电机供电，并且采用两个控制单元来控制这些逆变器。
然而，在使用两个逆变器控制电机的电动转向系统中，当两个逆变器的输入/输出电压之间存在差异时，电机控制不平衡，导致在电动转向系统中产生噪音或纹波。因而，使得电动转向系统的性能劣化。
下面的现有技术文献公开了一种用于感应电机的矢量控制型双逆变器系统，该逆变器系统包括连接至用于感应电机的定子的绕组的一侧的第一逆变器和连接至定子的绕组的另一侧的第二逆变器，其中第一逆变器补偿感应电机的反电动势，而第二逆变器补偿感应电机的无效功率，从而在由电压限制而引起的感应电机的弱场控制期间可以放大感应电机的恒定输出区间，但是现有技术文献并没有包括本发明的技术关键点。
[现有技术文献]
[专利文献]
韩国公开专利申请No.2005-0003732
发明内容
本发明涉及一种用于控制电动转向系统的电机的设备和方法，由此，在使用两个逆变器向电机供电的双逆变器系统中，两个逆变器处的电力得到平衡，从而能够防止电动转向系统发生故障。
所要解决的问题并不限于上述问题，从如下描述，本领域技术人员将清楚地理解其它未提到的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制电动转向系统的电机的设备，所述电机包括：定子和转子，多个线圈缠绕在所述定子上，所述转子被放置在所述定子内，并且多个磁体插入所述转子内，所述多个线圈分成两个线圈组，所述线圈组包括三个线圈或三倍数量的线圈，均具有U相、V相和W相的三相电力分别被施加至所述线圈组，所述设备包括：第一控制器，所述第一控制器被构造成控制施加至作为所述两个线圈组中的一个线圈组的第一线圈组的电力供应；第二控制器，所述第二控制器被构造成控制施加至作为所述两个线圈组中的另一个线圈组的第二线圈组的电力供应；以及升压转换器，所述升压转换器被构造成对从所述第一控制器输出的电力和从所述第二控制器输出的电力之间的差进行补偿。
所述第一控制器可以包括第一逆变器，所述第一逆变器被构造成通过转换从电池供应的直流(DC)电力而向所述第一线圈组施加三相电力；所述第二控制器可以包括第二逆变器，所述第二逆变器被构造成通过转换从所述电池供应的所述DC电力而向所述第二线圈组施加所述三相电力；并且所述升压转换器可以基于分别输入至所述第一逆变器和所述第二逆变器的第一电压和第二电压之间的差对所述第一电压和所述第二电压之间的差进行补偿。
所述设备可以进一步包括被构造成分别检测所述第一电压和所述第二电压的第一电压传感器和第二电压传感器。
所述升压转换器可以包括：电感器，所述电感器具有连接至所述电池的正极端子的一侧；第一开关，所述第一开关具有连接至所述电感器的另一侧的一侧和连接至地的另一侧；第二开关，所述第二开关具有连接至形成在所述电感器和所述第一开关之间的第一节点的一侧和连接至所述第一逆变器的另一侧；以及第三开关，所述第三开关具有连接至所述第一节点的一侧和连接至所述第二逆变器的另一侧。
所述升压转换器可以包括：第一电容器，所述第一电容器具有连接在所述第二开关和所述第一逆变器之间的一侧和连接至所述地的另一侧；以及第二电容器，所述第二电容器具有连接在所述第三开关和所述第二逆变器之间的一侧和连接至所述地的另一侧。
所述第一控制器和所述第二控制器中的至少一个可以进一步包括被构造成控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关中的至少一个的微控制器。
当所述第一电压和所述第二电压之间的差等于或大于预定值时，所述微控制器可以控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关中的至少一个。
当所述第一电压大于所述第二电压时，所述微控制器可以开启所述第一开关和所述第三开关。
当所述第二电压大于所述第一电压时，所述微控制器可以开启所述第一开关和所述第二开关。
根据本发明的另一个方面，提供了一种使用用于控制电动转向系统的电机的设备来控制电动转向系统的电机的方法，所述电机包括定子和转子，多个线圈缠绕在所述定子上，该转子被放置在所述定子内并且多个磁体插入所述转子内，所述多个线圈被分成两个线圈组，所述线圈组包括三个线圈或三倍数量的线圈，均具有U相、V相和W相的三相电力被分别施加至所述线圈组，其中所述设备包括：第一逆变器和第二逆变器，所述第一逆变器被构造成向作为所述两个线圈组中的一个线圈组的第一线圈组施加电力，所述第二逆变器被构造成向作为所述两个线圈组中的另一个线圈组的第二线圈组施加电力，所述方法包括以下步骤：检测从电池分别输入至所述第一逆变器和所述第二逆变器的第一电压和第二电压；比较所述第一电压和所述第二电压；使用升压转换器基于所述第一电压和所述第二电压的比较结果对所述第一电压和所述第二电压之间的差进行补偿；以及比较所述第一电压和所述第二电压，补偿它们之间的差。
比较所述第一电压和所述第二电压的步骤可以包括：比较所述第一电压和所述第二电压之间的差是否等于或大于预定值；以及比较所述第一电压的幅值和所述第二电压的幅值。
对所述第一电压和所述第二电压之间的差进行补偿的步骤可以包括：当所述第一电压和所述第二电压之间的差等于或大于预定值并且所述第一电压大于所述第二电压时，通过开启所述升压转换器的第一开关和第三开关而对所述第一电压和所述第二电压之间的差进行补偿。
对所述第一电压和所述第二电压之间的差进行补偿的步骤可以包括：当所述第一电压和所述第二电压之间的差等于或大于预定值并且所述第二电压大于所述第一电压时，通过开启所述升压转换器的第一开关和第二开关而对所述第一电压和所述第二电压之间的差进行补偿。
附图说明
通过参照附图对本发明的示例性实施方式进行的详细描述，本领域技术人员将更清楚本发明的上述和其它目的、特征和优点，在附图中：
图1是根据本发明的示例实施方式的电动转向系统的电机的图；
图2是示意性地例示出根据本发明的示例实施方式的电动转向系统的框图；
图3是根据本发明的示例实施方式的电动转向系统中的升压转换器的电路图；以及
图4是例示出根据本发明的示例实施方式的用于控制电动转向系统的电机的方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明的示例实施方式。相同的附图标记用于相同或类似的元件而不管图号如何，并且省略这些元件的重复描述。
在本发明的描述中，如果确定涉及本发明的常用技术或结构的详细描述会使本发明的主题模糊不清，则省略这种详细描述。另外，提供所附附图是为了容易理解本发明的精神，并且不应该解释为本发明的精神被所附附图限制。
下面，将参照图1描述根据本发明的示例实施方式的电动转向系统的电机。图1是根据本发明的示例实施方式的电动转向系统的电机的图。
根据本发明的示例实施方式的电动转向系统的电机100是三相电机，并且通常可以使用永磁同步电机(PMSM)作为该电动转向系统的电机100。首先描述由根据本发明的示例实施方式的用于控制电动转向系统的电机的设备控制的三相电机100。图1是根据本发明的三相电机的图。作为PMSM的根据本发明的三相电机100主要包括定子110和转子120，如图1所示。
中空部形成在定子110中，并且从定子110的外周表面在朝向中空部的方向上形成能够被线圈130缠绕的多个绕组部分。线圈130缠绕在多个绕组部分上。详细地说，向线圈130施加三种不同电。该三种不同电为均具有120度的相位差的U相电、V相电和W相电。因而，需要缠绕三倍数量的线圈。
优选地，在多个绕组部分或多个线圈130之间放置绝缘体140，从而防止相邻线圈130之间短路。
转子120插入在中空部内，并且与绕组部分间隔开预定距离。
磁性物质150插入形成在转子120中的至少一个凹槽内。
当根据本发明的示例实施方式的电动转向系统的电机100包括12个线圈130a至130l时，如图1所示，可以将三个线圈设置为一个线圈组，并且可以将12个线圈分成总共4个线圈组。另选地，可以将六个线圈设置为一个线圈组，并且还可以将12个线圈分成总共两个线圈组。例如，参照图1和图2，可以将130a、130b、130c、130g、130h和130i设置为第一线圈组131，并且可以将130d、130e、130f、130j、130k和130l设置为第二线圈组132。在这种情况下，被施加U相电的线圈包括130a、130d、130g和130j，被施加V相电的线圈包括130b、130e、130h和130k，并且被施加W相电的线圈包括130c、130f、130i和130l。
下面，将参照图2和图3描述根据本发明的示例实施方式的用于控制电动转向系统的电机的设备。图2是示意性地例示出根据本发明的示例实施方式的电动转向系统的框图，而图3是根据本发明的示例实施方式的电动转向系统中的升压转换器的电路图。
根据本发明的实施方式的用于控制电动转向系统的电机的设备作为控制以上描述的电动转向系统的电机100的设备主要包括第一控制器300、第二控制器400和升压转换器500。
第一控制器300和第二控制器400分别执行控制施加至第一线圈组131和第二线圈组132的电力供应的功能。详细地说，第一控制器300包括转换从电池200供应的直流(DC)电力以向第一线圈组131施加三相电力的第一逆变器310，第二控制器400包括转换从电池200供应的DC电力以向第二线圈组132施加三相电力的第二逆变器410。
可以设置用于控制第一逆变器310和第二逆变器410的微控制器。第一逆变器310和第二逆变器410可以由一个微控制器控制，并且可以设置分别控制第一逆变器310和第二逆变器410的两个微控制器(即，第一微控制器320和第二微控制器420)，如图2所示。在这种情况下，第一微控制器320可以被包括在第一控制器300中，而第二微控制器420可以被包括在第二控制器400中。
此外，优选地，第一控制器300和第二控制器400分别包括第一调节器330和第二调节器430，该第一调节器330和第二调节器430将DC电力转换成第一逆变器310和第二逆变器410的额定功率或第一微控制器320和第二微控制器420的额定功率。
升压转换器500是用于执行补偿从第一控制器300输出的电力和从第二控制器400输出的电力之间的差的功能的元件。详细地说，升压转换器500执行基于分别输入至第一逆变器310和第二逆变器410的第一电压V1和第二电压V2之间的差来补偿第一电压V1和第二电压V之间的差的功能。因而，优选地，根据本发明的示例实施方式的用于控制电动转向系统的电机的设备进一步包括分别检测第一电压V1和第二电压V2的第一电压传感器610和第二电压传感器620，如图2所示。下面，将参照图2更详细描述构成根据本发明的示例实施方式的用于控制电动转向系统的电机的设备的升压转换器500。
根据本发明的示例实施方式的用于控制电动转向系统的电机的设备中的升压转换器500包括电感器L、第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3，如图3所示。
电感器L(该电感器L为一侧连接至电池200的正极端子的元件)执行下文将描述的基于从电池200供应的电流充电能和基于第一开关S1的控制对所充电能进行放电的功能。第一开关S1具有连接至电感器L的另一侧的一侧以及连接至电池200的负极端子(即，地GND)的另一侧。第二开关S2具有连接至形成在电感器L和第一开关S1之间的第一节点n1的一侧和连接至第一逆变器310的另一侧。第三开关S3具有连接至第一节点n1的一侧和连接至第二逆变器410的另一侧。
此外，根据本发明的示例实施方式的用于控制电动转向系统的电机的设备的升压转换器500可以包括：第一电容器C1，该第一电容器C1具有连接在第二开关S2和第一逆变器310之间的一侧和连接至地GND的另一侧；和第二电容器C2，该第二电容器C2具有连接在第三开关S3和第二逆变器410之间的一侧以及连接至地GND的另一侧。第一电容器C1和第二电容器C2执行如下功能，即降低由于升压转换器500的操作而施加至第一逆变器310和第二逆变器410中的一个的升压电力(boost power)的噪音。
另外，第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3由上述微控制器控制。下面将对此进行详细描述。当分别由第一电压传感器610和第二电压传感器620检测到的第一电压V1和第二电压V2之间的差等于或大于预定值a时，如果确定第一逆变器310的输入端子和第二逆变器410的输入端子之间的电力平衡有麻烦，则微控制器控制第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3中的至少一个。
详细地说，当第一电压V1大于第二电压V2时，微控制器可以控制第三开关S3和第一开关S1以开启第三开关S3并开启第一开关S1或者执行连续的开/关切换从而增大第二电压V2。相反，当第二电压V2大于第一电压V1时，微控制器可以控制第二开关S2和第一开关S1以开启第二开关S2并开启第一开关S1或执行连续开/关切换从而增大第一电压V1。
下面，将参照图4描述根据本发明的示例实施方式的用于控制电动转向系统的电机的方法。省略了与根据本发明的示例实施方式的用于控制电动转向系统的电机的设备中的之前描述重复的描述。图4是顺序地例示出根据本发明的示例实施方式的控制电动转向系统的电机的方法的流程图。
根据本发明的示例实施方式的用于控制电动转向系统的电机的方法涉及用于控制以上描述的根据本发明的示例实施方式的电动转向系统的电机的方法。详细地说，如图4所示，首先执行检测分别从电池200输入到第一逆变器310和第二逆变器410的第一电压V1和第二电压V2的操作S100。
随后，使用微控制器执行将所检测到的第一电压V1与所检测到的第二电压V2进行比较的操作S200。将第一电压V1和第二电压V2比较的操作S200可以细分为比较第一电压V1和第二电压V2之间的差是否等于或大于预定值a的操作S210和将第一电压V1的幅值和第二电压V2的幅值进行比较的操作S220。
在执行比较第一电压V1和第二电压V2的操作S200之后，使用升压转换器500基于第一电压V1和第二电压V2的比较结果执行补偿第一电压V1和第二电压V2之间的差的操作S300。详细地说，当第一电压V1和第二电压V2之间的差等于或大于预定值a并且第一电压V1大于第二电压V2时，使用微控制器执行控制第一开关S1和第三开关S3的操作S310，由此补偿第一电压V1和第二电压V2之间的差。相反，当第二电压V1大于第一电压V1，执行使用微控制器控制第一开关S1和第二开关S2的操作S320，从而对第一电压V1和第二电压V2之间的差进行补偿。
如果使用升压转换器500完成了对第一电压V1和第二电压V2之间的差进行补偿的操作S300，则在使用微控制器补偿之后执行再次比较第一电压V1和第二电压V2的操作S400。这里，当第一电压V1和第二电压V2之间的差小于预定值a时，则确定已经适当地执行补偿，并且终止控制，而当这两个电压之间的差等于或大于预定值a时，再次执行比较第一电压V1的幅值和第二电压V2的幅值的操作S220。
在根据本发明的示例实施方式的用于控制电动转向系统的电机的设备和方法中，设置了补偿两个逆变器310和410之间的输入电压差的升压转换器500，从而能够降低两个逆变器310和410之间的电压差并因此能够使噪音或纹波的发生最小化。此外，只有一个电感器L放置在升压转换器500处，从而可以减小控制设备的尺寸并且预计可以降低成本。
如上所述，在根据本发明的示例实施方式的用于控制电动转向系统的电机的设备和方法中，用于控制三相电机的设备包括多个逆变器和升压转换器，所述多个逆变器向多个线圈组中的每个线圈组供电，每个线圈组均包括三个线圈，分别向三个线圈施加均具有U相、V相和W相的三相电力，所述升压转换器补偿两个逆变器的输入电压或输出电压之间的差，从而能够对两个逆变器的输入电压或输出电压之间的差进行补偿。
因而，电机控制平衡得以保持，从而能够抑制噪音或纹波的发生。结果，能够防止电动转向系统的性能下降。
在本说明书中描述的实施方式和附图仅是本发明的技术精神的一部分的例示性说明。因而，提供本发明书中公开的实施方式并不是为了限制本发明的技术精神，而是为了描述本发明的技术精神。因而，本发明的技术精神的范围显然不限于这些实施方式。应该解释成这样，即，在包含在本发明的说明书和附图中的技术精神的范围内可由本领域技术人员容易地推导出的修改示例和具体实施方式也包含在本发明的权利范围内。
对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明的上述示例性实施方式进行各种修改。因而，只要这些修改落入所附权利要求及其等同物的范围内，则本发明旨在覆盖所有这种修改。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年2月15日提交的韩国专利申请No.10-2017-0020495的优先权和权益，通过引用将该申请的公开全部结合在本文中。

Claims (13)

1.一种用于控制电动转向系统的电机的设备，所述电机包括定子和转子，在所述定子上缠绕有多个线圈，所述转子被放置在所述定子内并且在所述转子内插入有多个磁体，所述多个线圈被分成两个线圈组，所述设备包括：
第一控制器，所述第一控制器被构造成控制施加至作为所述两个线圈组中的一个线圈组的第一线圈组的电力的供应；
第二控制器，所述第二控制器被构造成控制施加至作为所述两个线圈组中的另一个线圈组的第二线圈组的电力的供应；以及
升压转换器，所述升压转换器被构造成对从所述第一控制器输出的电力和从所述第二控制器输出的电力之间的差进行补偿。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一控制器包括第一逆变器，所述第一逆变器被构造成通过转换从电池供应的直流DC电力而向所述第一线圈组施加三相电力，
所述第二控制器包括第二逆变器，所述第二逆变器被构造成通过转换从所述电池供应的所述DC电力而向所述第二线圈组施加所述三相电力，并且
所述升压转换器基于分别输入至所述第一逆变器和所述第二逆变器的第一电压和第二电压之间的差对所述第一电压和所述第二电压之间的差进行补偿。
3.根据权利要求2所述的设备，该设备还包括被构造成分别检测所述第一电压和所述第二电压的第一电压传感器和第二电压传感器。
4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述升压转换器包括：
电感器，所述电感器具有连接至所述电池的正极端子的一侧；
第一开关，所述第一开关具有连接至所述电感器的另一侧的一侧和连接至地的另一侧；
第二开关，所述第二开关具有连接至形成在所述电感器与所述第一开关之间的第一节点的一侧和连接至所述第一逆变器的另一侧；以及
第三开关，所述第三开关具有连接至所述第一节点的一侧和连接至所述第二逆变器的另一侧。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述升压转换器包括：
第一电容器，所述第一电容器具有连接在所述第二开关与所述第一逆变器之间的一侧和连接至所述地的另一侧；以及
第二电容器，所述第二电容器具有连接在所述第三开关与所述第二逆变器之间的一侧和连接至所述地的另一侧。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第一控制器和所述第二控制器中的至少一个还包括被构造成控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关中的至少一个的微控制器。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，当所述第一电压和所述第二电压之间的差等于或大于预定值时，所述微控制器控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关中的至少一个。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，当所述第一电压大于所述第二电压时，所述微控制器开启所述第一开关和所述第三开关。
9.根据权利要求7所述的设备，其中，当所述第二电压大于所述第一电压时，所述微控制器开启所述第一开关和所述第二开关。
10.一种使用用于控制电动转向系统的电机的设备来控制电动转向系统的电机的方法，所述电机包括定子和转子，在所述定子上缠绕有多个线圈，所述转子被放置在所述定子内并且在所述转子内插入有多个磁体，所述多个线圈被分成两个线圈组，其中，所述设备包括第一逆变器和第二逆变器，所述第一逆变器被构造成向作为所述两个线圈组中的一个线圈组的第一线圈组施加电力，所述第二逆变器被构造成向作为所述两个线圈组中的另一个线圈组的第二线圈组施加电力，所述方法包括以下步骤：
检测从电池分别输入至所述第一逆变器和所述第二逆变器的第一电压和第二电压；
将所述第一电压和所述第二电压进行比较；以及
使用升压转换器基于所述第一电压和所述第二电压的比较结果对所述第一电压和所述第二电压之间的差进行补偿。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，将所述第一电压和所述第二电压进行比较的步骤包括以下步骤：
比较所述第一电压和所述第二电压之间的差是否等于或大于预定值；以及
将所述第一电压的幅值和所述第二电压的幅值进行比较。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，对所述第一电压和所述第二电压之间的差进行补偿的步骤包括以下步骤：当所述第一电压和所述第二电压之间的差等于或大于预定值并且所述第一电压大于所述第二电压时，通过使用所述升压转换器增大所述第二电压来对所述第一电压和所述第二电压之间的差进行补偿。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，对所述第一电压和所述第二电压之间的差进行补偿的步骤包括以下步骤：当所述第一电压和所述第二电压之间的差等于或大于预定值并且所述第二电压大于所述第一电压时，通过使用所述升压转换器增大所述第一电压来对所述第一电压和所述第二电压之间的差进行补偿。
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