CN110299887B - 电动机驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种电动机驱动系统，通过使用成对的逆变器，对具有两相以上的绕组的电动机的驱动进行控制，每个绕组具有开放式端部。控制单元具有第一逆变器控制电路和第二逆变器控制电路，其中，第一逆变器控制电路基于扭矩指令产生输出到第一逆变器的第一电压指令，第二逆变器控制电路基于扭矩指令产生输出到第二逆变器的第二电压指令。在各逆变器控制电路中的至少一个具有电力控制器，其通过根据执行扭矩反馈控制期间的目标电力指令提前或延迟电压指令的每个矢量的相位的角度，来对从成对的电源供给来的电力分别向成对的逆变器的分配进行控制。

Description

电动机驱动系统

技术领域

本发明的各实施例涉及通过使用成对的逆变器对电动机进行驱动的电动机驱动系统。

背景技术

已知成对的逆变器被分别连接到交流(AC)电动机的开放式绕组的两端，并通过它们的输出对AC电动机进行驱动。例如，如日本专利第3352182号(JP-3352182-B)中所讨论的，逆变器系统包括所谓的双电源和双逆变器系统的电路。逆变器系统将来自具有彼此相反极性的第一逆变器和第二逆变器的输出进行结合。

还已知一种技术，电力从成对的直流(DC)电源中的一个传输到成对DC电源中的另一个。例如，日本未审查专利申请公开第2007-14185号(JP-2007-14185-A)讨论了包括具有成对电源和单个逆变器的电路的电力转换系统(即，转换器)。在该电力转换系统中，第一上臂被连接到用作电源之一的燃料电池单体。第二上臂被连接到二次电池单体，该二次电池单体用作另一个电源。第一上臂连接到平行于共同下臂的第二上臂，该共同下臂被连接到逆变器。从燃料电池单体和二次电池中供给来的电力中的每一个均根据目标分配值来控制。

另外，例如如日本专利申请公布第2010-124544号(JP-2010-124544-A)中所讨论的，还已知通过调整矩形电压波的相位来执行扭矩反馈控制的技术。

然而，JP-3352182-B简单地讨论了基于包括双电源和双逆变器系统的电路的基本控制概念，并且完全没有讨论成对电源之间的电力传输和分配。另外，尽管JP-2007-14185-A讨论了将电力从一个电源传输到另一个电源的技术，但是电压幅度用作电力传输的参数。因此，当这样的参数应用于JP-2010-124544-A的矩形电压波控制系统时，由于电压幅度固定在最大值，因此，在该系统中既不能实现电力传输也不能实现电力分配。也就是说，JP-2007-14185-A没有讨论基于电压相位的参数而非电压幅度来进行电力传输和分配。本发明是鉴于上述问题而作，其目的是提供一种具有所谓的双电源和双逆变器系统的新颖的电动机驱动系统，其中电压振幅被固定为最大值。特别地，新颖的电动机驱动系统被设置成对从成对的电源供给到成对的逆变器的电力分配进行充分控制。

发明内容

因此，本发明的一个方面提供了一种新颖的电动机驱动系统，其通过使用分别连接到成对的电源的成对的逆变器，分别对具有两相以上的多个绕组的电动机的驱动进行控制，每一个绕组均具有开放式端部。电动机驱动系统包括第一逆变器、第二逆变器以及控制单元。第一逆变器从第一电源接收直流电力的输入。

第一逆变器具有分别对应地附接到配线的多个端部的第一多个开关元件。第二逆变器也从第二电源接收直流电力的输入。第二逆变器具有分别对应地附接到配线的另外多个端部的第二多个开关元件。控制单元具有第一逆变器控制电路，该第一逆变器控制电路基于扭矩指令产生供给到第一逆变器的第一电压指令，以作为输出电压指令。控制单元还包括第二逆变器控制电路，该第二逆变器控制电路也基于扭矩指令产生供给到第二逆变器的第二电压指令，以作为输出电压指令。另外，第一逆变器控制电路和第二逆变器控制电路中的至少一个具有电力控制器，以根据执行扭矩反馈控制时用作第一逆变器和第二逆变器的目标电力指令的目标电力分配比率或目标电力量，来对从第一电源和第二电源供给来的电力向第一逆变器和第二逆变器的分配进行控制，电力控制器使成对的逆变器控制电路中每一个中的电压指令矢量的相位的角度提前或延迟，使得成对逆变器间的电力分配比率或是成对逆变器的电力量遵循目标电力指令。因此，即使当电压幅度被固定在最大值时，本发明的该实施例的电动机驱动系统也能够在保持规定扭矩的同时对从成对的电源供给来的电力的分配进行控制。因此，可以适当地管理充电状态(下文中称为SOC)和电压值，并且可以在适当的一个电源中防止或抑制电池的不良充电状态和电池劣化。

例如，因其中具有电力控制器，所以成对的逆变器控制电路中的任一个用作电力管理电路。因其中不具有电力控制器，所以成对的逆变器控制电路中的另一个用作电力非管理电路，由此受到电力管理电路的控制的影响。电力管理电路的电力控制器仅对电力管理电路中的电压指令矢量的相位进行改变。利用这样的构造，电力管理电路对供给至由电力管理电路控制的逆变器的电压指令进行调整，使得分配至逆变器的电力量达到目标电力指令的值。随后，当由电力管理电路控制的逆变器的电力量近似于目标电力指令的值时，电力非管理电路将反馈控制应用到其中的电压指令，使得实际扭矩可以响应于这种变化而遵循扭矩指令。其结果是，由非电力管理电路控制的逆变器的电力量也达到期望的水平，从而共同实现目标的电力分配。在本发明的另一方面，成对的逆变器控制电路可以分别具有电力控制器。

附图说明

在结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将更容易获得并实质上更好地理解本发明更完整的内容以及本发明的许多伴随的优点，其中：

图1是示出采用了本发明的电动机驱动系统的各种实施例的示例性系统的整体结构的图；

图2是示意性地示出本发明的第一实施例至第三实施例中所采用的示例性控制单元的图；

图3是示出除了根据本发明一个实施例的电力控制器之外的示例性控制器的框图；

图4是示意性地示出根据本发明一个实施例的电力控制器中所包括的器件的信号的输入和输出的框图；

图5是具体地示出根据本发明的第一至第三实施例的电力控制器的信号的输入和输出的框图；

图6是示出由根据本发明的第一至第三实施例的电力控制器进行的示例性电力分配序列的流程图；

图7是示出由根据本发明一个实施例的电力控制器进行的电力分配的基本原理的图；

图8是示出根据本发明第一实施例的示例性电力控制器的框图；

图9是还示出根据本发明第二实施例的示例性电力控制器的框图；

图10是进一步示出根据本发明第三实施例的示例性电力控制器的框图；

图11是示出根据本发明第四实施例的电力控制器的输入和输出的示例性的各种信号的框图；

图12是示出由根据本发明第四实施例的电力控制器进行的电力分配序列的流程图。

具体实施方式

在下文中，参考适用的附图，对本发明的各种实施例及其变形进行描述。本发明的每个实施例的电动机驱动系统是对三相AC电动机的电动发电机(以下简称为MG)进行操作的驱动系统，上述三相AC电动机被用作混合动力汽车以及电动汽车用的动力源，以对MG的驱动进行控制。电动机和电动机驱动系统在下文中有时分别称为MG和MG控制系统。

现在参考附图，其中相似的附图标记在其若干的图中表示相同或相应的部分，特别是在图1中，示出了采用所谓的双电源和双逆变器(即，成对的电源11、12和成对的逆变器60、70)的系统的整体结构。具体地，MG80设置成永磁同步电动机类型的、具有带有U相绕组81、V相绕组82以及W相绕组83的三相AC电动机。因此，当其应用于混合动力车辆时，MG 80用作电动机以产生扭矩来驱动其驱动轮。当由来自混合动力车辆的驱动轮和/或发动机的动能驱动时，MG 80还用作发电机以产生电力。

本发明的这一实施例的MG 80采用开放式绕组系统，使得如图1所示，三相绕组81、82、83(即，U相绕组81、V相绕组82以及W相绕组83)中的一个的端点(即，端部)与三相绕组81、82、83中的另外两个的端点分开。也就是说，第一逆变器60的各相的输出端子分别连接到三相绕组81、82、83对应的多个端部811、821、831。类似地，第二逆变器70的各相的输出端子分别连接到三相绕组81、82、83对应的另一端部812、822、832。旋转角度传感器85设置成具有旋转变压器等，以检测MG 80的机械角度θm。机械角度θm由包括在控制单元300中的电角度计算器87转换成电角度θe。

第一电源11和第二电源12分别用作可充电和可放电的蓄电器件，并且彼此分离和彼此绝缘。每个蓄电装置采用诸如镍-金属氢化物、锂离子等的二次电池或电双层电容器等。然而，第一电源11可以采用输出型锂离子电池。此外，第二电源12可以采用例如电容型锂离子电池。各个逆变器60、70分别从各个电源11、12接收直流(DC)电力。因此，第一电源11可以经由第一逆变器60向MG 80供给电力和接收来自MG 80的电力。类似地，第二电源12也可以经由第二逆变器70向MG 80供给电力和接收来自MG 80的电力。

因此，MG 80经由第一逆变器60接收来自第一电源11的电力。MG 80也经由第二逆变器70接收来自第二电源12的电力控制器。对面向第一逆变器60的三相绕组81、82、83各自得一侧施加U相电压VU1、V相电压VV1以及W相电压VW1。类似地，对面向第二逆变器70的三相绕组81、82、83各自的另一侧也施加U相电压VU2、V相电压VV2以及W相电压VW2。

另外，可以在从第一逆变器60延伸到MG 80的多个电力路径中设置多个电流传感器84，以检测流到三相绕组81、82、83的相电流。尽管在图1中作为一个示例对V相电流I v和W相电流Iw进行检测，但是可以通过多个电流传感器84对两相电流或三相电流中的任何电流进行检测。多个电流传感器84也可配置在从第二逆变器70延伸到MG 80的电力路径中。另外，电流传感器84可配置在分别从第一逆变器60和第二逆变器70两者延伸到MG 80的这些成对的电力路径中。

第一电容器16设置且连接在高电压侧配线P1与低电压侧配线N1之间，并且在其两个端部处连接到上述高电压侧配线P1和低电压侧配线N1。类似地，第二电容器17也设置且连接在高电压侧配线P2与低电压侧配线N2之间，并且也在其两个端部处连接到高电压侧配线P2与低电压侧配线N2。第一电压传感器18也设置成用以检测从第一电源11输入到第一逆变器60的输入电压VH1。第二电压传感器19也设置成用以检测从第二电源12输入到第二逆变器70的输入电压VH2。

第一逆变器60、第二逆变器70、控制单元300以及第一驱动电路67和第二驱动电路77共同构成MG控制系统100。另外，第一逆变器60具有对应地连接到绕组81、82、83的各个相的六个第一开关元件61-66。如图1所示，开关元件61、62、63分别位于U相、V相以及W相的上臂中。开关元件64、65、66类似地分别位于U相、V相以及W相的下臂中。类似地，第二逆变器70也具有对应地连接到绕组81、82、83的各个相的六个第二开关元件71-76。如图1所示，开关元件71、72、73分别位于U相、V相以及W相的另外的上臂中。开关元件74、75、76类似地分别位于U相、V相以及W相的另外的下臂中。开关元件61-66、71-76中的每一个均例如包括绝缘栅双极晶体管(I GBT)。另外，如图1所示，多个回流二极管彼此并联连接，以允许每个电流从低电压侧流到高电压侧。为了防止分别在高电压侧配线P1、P2与低电压侧配线N1、N2之间可能引起的短路，上臂和下臂的各相的这些元件(即，开关元件)61-66、71-76并非时被接通。例如，上臂和下臂的各相的这些元件61-66、71-76互补地接通和断开，使得当上臂元件61-63、71-73中的一个接通时，下臂元件64-66、74-76中的另一个被关闭。

另外，尽管没有示出任何一个器件，但是控制单元300包括至少具有中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、输入/输出(I/O)端口和将这些器件彼此连接的总线的微型计算机等。利用这些器件，控制单元300执行软件处理和硬件处理，其中，在软件处理中，CPU运行存储在诸如ROM等存储器系统(即，可读和非暂时有形记录介质)中的规定程序，并且通过使用专用电子电路来进行硬件处理。控制单元300还具有第一逆变器控制电路301，该第一逆变器控制电路301基于扭矩指令trq*以及规定的检测值产生作为输出电压指令的、供给到第一逆变器60的第一电压指令。控制单元300还具有第二逆变器控制电路302，该第二逆变器控制电路302基于上述扭矩指令trq*以及规定的检测值产生作为输出电压指令的、供给到第二逆变器70的第二电压指令。向第一逆变器控制电路301和第二逆变器控制电路302例如共同地输入电角度θe，并且分别地输入成对的输入电压VH1、VH2等。如稍后更详细地描述的，根据本发明的一个实施例，相电流I v和Iw反馈到至少第一逆变器控制电路301。也就是说，相电流I v、I w被反馈到仅第一逆变器控制电路301或是第一逆变器控制电路301和第二逆变器控制电路302两者。另外，第一驱动电路67设置成基于由第一逆变器控制电路301产生的第一电压指令来产生栅极信号并将该栅极信号输出到第一逆变器60。第二驱动电路77类似地设置成基于由第二逆变器控制电路302产生的第二电压指令来产生栅极信号并将该栅极信号输出到第二逆变器70。

如前所述，JP-3352182-B相似地讨论了逆变器系统，该逆变器系统也用所谓的双电源和双逆变器的系统来驱动电动机。然而，在具有所谓的双电源和双逆变器的系统中，当成对的逆变器控制电路按要求控制电压指令时，相应地不能精确地判断出向对应电源供给的电力输入和从对应的电源的电力输出。其结果是，一个电源可能进入充电条件的不良状态(所谓的SOC耗尽)或者在一些情况下其电池发生劣化(电池劣化)。

另外，如前所述，JP-2007-14185-A讨论了电力从一个电源传递到另一个电源的技术。然而，当在扭矩反馈控制系统中执行矩形电压波控制时，由于电压幅度被固定在最大值，因此，既不能实现电力的输送也不能实现电力的分配。

根据本发明的一个实施例，即使当电压摆幅如同在一般的扭矩反馈控制系统中那样固定在最大水平时，为了实现成对电源之间的电力输送和成对电源的电力分配，要关注电压相位的变化。关注这一点的原因在于，在两个以上的逆变器中，输入和输出电力是基于功率因数确定的，功率因数是基于电流相位和电压相位之间的差值以及电流幅度计算的。另外，流入多于两个逆变器的电流基本相同。因此，本发明的一个实施例的目的是即使在执行矩形电压波控制时也能够输送和分配电源的电力。也就是说，仅电压相位用作执行电力输送和分配的参数。

现在，参考图2至图10，描述本发明的第一实施例至第三实施例。首先，参考图2更详细地描述控制单元300。第一逆变器控制电路301和第二逆变器控制电路302可布置在各自的两个微型计算机或共同的单个微型计算机内。为了作为具有所谓的双电源-双逆变器的系统来操作，第一逆变器控制电路301和第二逆变器控制电路302中的每一个均产生独立的但协作的电压指令。

由于MG 80是共同目标，因此，控制单元300共同地获得角度(具体地，电角度θe)和三相电流的检测值。然而，如虚线所示，可以采用多于两个的电流传感器84和旋转角度传感器85，使得逆变器控制电路301、302中的每一个均可以获得对应的检测值。另外，尽管本发明的该实施例中，反馈的是从电流估算出的扭矩，但是当系统直接检测扭矩时，也可以共同地使用扭矩检测值。此外，当第二逆变器控制电路302进行前馈控制时，不必一定获得由虚线示出的三相电流的检测值。

根据本发明的第一实施例至第三实施例，电力控制器50仅设置在控制单元300的成对的逆变器控制电路301、302的一个中。具体地，在图2的示例中，由于第二逆变器控制电路302包括电力控制器50，因此其被用作电力控制器管理电路。相反，由于第一逆变器控制电路301不包括电力控制器50，因此，其被用作电力非管理电路。因此，第二逆变器控制电路302通过进行前馈(FF)控制或反馈(FB)控制来产生电压指令，以用作电力管理电路。相反，作为电力非管理电路的第一逆变器控制电路301通过进行反馈(FB)控制来产生电压指令。然而，第一逆变器控制电路301和第二逆变器控制电路302可以切换它们的功能。

如图2中所示，第二逆变器控制电路302的电力控制器50从具有更高等级的外部发动机控制单元(ECU)获得目标电力指令。电力控制器50还通过进行反馈控制获得由第一逆变器控制电路301产生的第一电压指令。电力控制器50还通过进行前馈控制或反馈(FB)控制来获得由第二逆变器控制电路302产生的第二电压指令。因此，基于这些信息元素，电力控制器50产生被输出到第二逆变器70(即，由电力管理电路控制的逆变器)的分配后电压指令。

更具体地，电力控制器50对第二逆变器控制电路302的电压指令进行调整，使得分配至第二逆变器70(即，由电力管理电路控制的逆变器)的电力量变为等效于目标电力指令的值。当由第二逆变器70产生的电力量近似于目标电力指令的值时，第一逆变器控制电路301(用作电力非管理电路)对第一电压指令使用反馈控制，使得实际扭矩可以响应于这种近似性而遵循扭矩指令。其结果是，第一逆变器60(即，由电力非管理电路控制的逆变器)的电力量也变为等效于期望值，从而可以如目标所设地分配电力。

现在，参考图3，根据本发明的一个实施例，描述除电力控制器50之外的成对的逆变器控制电路301、302的整体构造。如图3所示，第一逆变器控制电路301设置成具有扭矩减法器32、PI控制器33、电压相位限制器37、调制器38以及dq转换器29。然而，省略了用于计算电压幅度的构造。

电角度计算器87还被设置成将由旋转角度传感器85检测出的机械角度θm转换为电角度θe。转速计算器88设置成通过将电角度θe乘以时间将电角度θe转换为电角度速度，或者通过将电角度速度乘以规定系数将电角度θe转换为转速ω。本发明第二实施例的电力控制器50利用转速ω来执行计算。电角度计算器87和转速计算器88可布置在被配置于第一逆变器控制电路301外部的控制单元300内。如图3中所示，为了便于理解对应关系，在第一逆变器控制电路301和第二逆变器控制电路302中指示的各种参考字符分别用数字1和2作后缀。相反，由于机械角度θm被共同地输入到第一逆变器控制电路301和第二逆变器控制电路302，因此，机械角度θm不以数字1或数字2为后缀。

例如，从设置在靠上等级的ECU中的扭矩指令计算器31输入扭矩指令trq*。dq转换器29将坐标转换施加到从电流传感器84获得的成对的相电流Iv、Iw，由此通过分别使用电角度θe产生成对的dq轴电流Id、Iq。dq转换器29随后反馈这些转换结果。扭矩估算单元39设置成基于dq轴电流Id、Iq、反向电压常数φ、dq轴电感Ld、Lq以及电动机(MG)80的极对p数量，使用下面列出的公式(1)来计算出扭矩估算值trq_est。

trq_est＝p×{Iq×φ+(Ld-Lq)×Id×Iq}

公式(1)

扭矩减法器32计算出扭矩指令trq*与扭矩估算值trq_est之间的扭矩偏差Δtrq。P I控制器33执行P I计算，以获得能够使扭矩偏差Δtrq接近于零(数字0)的电压相位Vθ1。电压相位限制器37设置成将电压相位Vθ1限制为规定值。调制器38设置成从各个逆变器60、70获得输入电压VH1、VH2，并通过进行矩形波控制产生待供给至第一逆变器60的各个开关元件61-66的栅极信号UU1、UL1、VU1、VL1、WU1、WL1。

类似于本发明第一实施例的构造和操作，当第二逆变器控制电路302进行反馈控制时，第二电压指令矢量的相位Vθ2被计算出。当进行前馈控制时，也可以计算出第二电压指令矢量的相位Vθ2。

此外，在第二逆变器控制电路302中，从旋转角度传感器85输入的机械角度θm由设置于其中的信号逆变器86反转，并且随后通过也设置于其中的电角度计算器87，将上述机械角度θm转换成电角度(θe-180(度))。另外，设置在第二逆变器控制电路302中的调制器38获得成对的输入电压VH1、VH2，并通过进行与由第一逆变器控制电路301进行的矩形波控制相反的矩形波控制，来产生多个栅极信号UU2、UL2、VU2、VL2、WU2、WL2。多个栅极信号UU2、UL2、VU2、VL2、WU2、WL2随后被供给到第二逆变器70的各个开关元件71-76。

现在，参考图4和图5的框图，描述输入电力控制器50和从电力控制器50输出的各种信号。也就是说，图4是示意性地示出基本构造的图。图5是更精确地示出附加地具有图3中所示的电力控制器50的基本构造的图。如图4所示，在第一逆变器控制电路301中，图3的PI控制器33表示为反馈计算器33。如图4所示，省略了基于dq轴电流I d、I q计算出扭矩估算值trq_est的系统。相反，示出了实际扭矩trq被反馈到扭矩偏差计算器32的系统。图4的第二逆变器控制电路302中，附图标记34如图4所示被附接到前馈和反馈计算器的块。

在用作电力管理电路的第二逆变器控制电路302中，配置有电力控制器50。向电力控制器50输入在第一逆变器控制电路301中产生的第一电压指令、在第二逆变器控制电路302中产生的第二电压指令以及来自相应的逆变器60、70的成对的输入电力VH1、VH2。还被输入到电力控制器50的是电力的目标分配比率和目标电力量中的一个，各自用作目标电力指令。电力控制器50基于待在分配中使用的这些信息项，随后产生调整值。在还设置于第二逆变器控制电路302的调整值加法器36中，将调整值随后加到由前馈及反馈计算器34输出的第二电压指令中。在图5中，第一逆变器60的目标电力分配比率由字符串pwr1_rat io表示。第二逆变器70的目标电力分配比率也由字符串pwr2_rat io表示。另外，第一逆变器60的目标电力量由字符串pwr1_out或A(瓦)表示。第二逆变器70的目标电力量也由字符串pwr2_out或B(瓦)表示。

如图5所示，第一电压指令矢量的相位Vθ1、分配后获得的第二电压指令矢量的相位Vθ2#以及基本相同的电流I d、I q进入电力控制器50。进入电力控制器50的还有来自各个逆变器60、70的成对的输入电力VH1、VH2以及目标电力指令。在调整值加法器36中，由电力控制器50生成的相位调整值ΔVθ2被加到第二电压指令矢量的相位Vθ2。以这种方式，通过将相位调整值ΔVθ2与第二电压指令矢量的相位Vθ2相加而获得的值输出到电压相位限制器37，以作为分配后的第二电压指令矢量的相位Vθ2#。

以下简要描述本发明的第一实施例至第三实施例中每一个的示例性操作原理。也就是说，通过将分配用的相位调整值ΔVθ2加到在(进行电力控制的)第二逆变器控制电路302中产生的第二电压指令矢量的相位Vθ2而获得的电压相位ΔVθ2#被供给(到第二逆变器70)作为指令。响应于该指令出现变化。然后，管理扭矩的逆变器控制电路301对该变化做出反应，并对实际扭矩trq进行控制以遵循扭矩指令trq*，由此实现按照目标对每一个逆变器60、70的电力分配。

当其进行前馈控制时，第二逆变器控制电路302可以响应于目标电力指令更精确地执行控制。当其进行反馈控制时，第二逆变器控制电路302可以响应于扭矩指令再次更精确地执行控制。因此，在本发明的第一实施例至第三实施例的每一个中，具有电力控制器50的逆变器控制电路中的一个用作电力管理电路，而用作电力非管理电路的另一个逆变器控制电路用于维持规定的扭矩。其结果是，逆变器控制电路可以精确地操作以实现各个目标值，同时容易预测输出值。

现在，参考图6的流程图，描述由本发明的第一实施例至第三实施例中的电力控制器50进行的示例性电力分配序列。在下文中，以字母“A”为后缀的步骤表示与图12的流程图中的步骤不同的步骤。

具体地，在步骤S41中，电力控制器50还接收扭矩指令trq*和目标电力指令。在步骤S42中，第一逆变器控制电路301和第二逆变器控制电路302基于扭矩指令trq*，通过进行反馈控制分别生成第一电压指令的相位Vθ1和幅度Vamp1以及第二电压指令的相位Vθ2和幅度Vamp2。在步骤S44A中，第二逆变器控制电路302的电力控制器50还基于第一电压指令、第二电压指令以及目标电力指令，来计算出第二电压指令矢量的相位调整值ΔVθ2。在步骤S45A中，第二逆变器控制电路302基于作为电压相位Vθ2和相位调整值ΔVθ2之和的、分配之后获得的第二电压指令矢量的电压相位Vθ2#，来对第二逆变器70进行控制。在步骤S46A中，第一逆变器控制电路301响应于第二逆变器70中的电力变化而进行反馈控制。在步骤S47中，电力被分配至第一逆变器60和第二逆变器70两者，并且呈现遵循指令trq*的扭矩。

现在，参考图7，描述在电力控制器50中采用的电力分配的基本理论。也就是说，在本发明的一个实施例中，根据要求电力指令值与成对的逆变器60、70中每一个的当前实际电力值之间的大小关系，使电压指令矢量的相位提前或延迟，以调整分配至成对的逆变器60、70的电力量并输出到MG80。因此，通过改变电压相位并由此改变由电压相位和电流相位之间的差异引起的功率因数，可以实现向成对的逆变器60、70的电力分配。

更具体地，如JP-3352182-B中所讨论的，在所谓的双电源和双逆变器系统中，当两个逆变器60、70配合并产生最大输出时，各个逆变器60、70的电压相位具有彼此相反的极性，即，逆变器60与逆变器70的电压相位之间的差值是180度。因此，如图7所示，第一电压指令矢量V1被原样示出，而第二电压指令矢量V2被以围绕坐标原点旋转180度的角度示出，使得各个矢量的电压相位可以彼此对准。

即，如图7所示，示出了在成对的电源彼此具有相同电压且各个电压幅度被固定在最大电平的条件下，改变各个第一电压指令矢量V1和第二电压指令矢量V2的相位Vθ1、Vθ2的一个示例。如图7所示，电压相位Vθ1、Vθ2中的每一个均被定义成关于作为参考的q轴的正方向沿逆时针增加的相位。如用粗虚线指示的箭头所示，各个电压指令矢量V1、V2的相位Vθ1、Vθ2在相位变化之前彼此对准。在此，为了便于说明和识别，电压指令矢量V1、V2略微分开。

在图7中，由细虚线指示的成对的箭头表示相变化后的各个电压指令矢量V1、V2。在本发明的一个实施例的电力分配处理中，第一电压指令矢量V1的角度可以被延迟一个电压相位调整值ΔVθ1。相反，第二电压指令矢量V2的角度可以提前一个电压相位调整值ΔVθ2。在此，通过使用在公式(2)的第一行上列出的电压有效值Vmean、电流有效值Irms以及功率因数角度来表示成对的逆变器6070的总电力Pwr_all。通过使用合成矢量的幅度Vamp、相位Vθ以及基本相同的电流幅度Iamp，将第一行的表达式改写为第二行的表达式。另外，通过使用幅度Vamp1、Vamp2以及各个电压指令矢量V1、V2的相位Vθ1、Vθ2，将第二行的表达式改写为第三行的表达式。第三行的表达式的第一项和第二项表示向各个逆变器60、70的电力分配。因此，可以通过提前或延迟各个电压指令矢量V1、V2的电压相位Vθ1、Vθ2的角度来调整电力分配。

现在，参考图8至图10，更详细地描述在本发明的第一实施例至第三实施例中的每一个中采用的电力控制器50的示例性构造和操作。在下文中，分配至每个实施例的电力控制器的附图标记在第一个数字和第二个数字处具有数字50，而在第三个数字处具有跟随着50的实施例的编号。

首先，参考图8，描述根据本发明第一实施例的电力控制器501的示例性构造和操作。在第一实施例中，第二逆变器70的目标电力量与由成对的逆变器60、70共同的目标总电力量间的目标电力分配比率进入电力控制器501，以作为目标电力指令。代替目标电力分配比率，也可以将第二逆变器70的目标电力量输入到电力控制器501。随后，在本发明的第一实施例中，通过将调整值加到(下面描述的)电压相位积分项Vθ2_intg或电压相位Vθ2来改变电压指令矢量的相位，以呈现接近于目标分配电力比率或目标电力量的电力分配比率或电力量的实际值。因此，在本发明的第一实施例中，不包括复杂表达式的简单逻辑可以有效地进行电力控制。更具体地，根据本发明的第一实施例，第二逆变器70所针对的电力量的电力(B[瓦]/(a+b)[瓦])与由成对的逆变器60、70共同目标的总电力量的目标分配比率进入电力控制器501以作为目标电力指令。随后，通过设置在电力控制器501中的滤波器411对这种目标电力指令施加渐变处理，以抑制骤变，由此产生指示第二逆变器70的目标电力分配比率pw2_ratio_com的指令值。通过完成第二逆变器70的滤波处理而产生的目标电力分配比率指令值pw2_ratio_com随后被输入到电力比率比较器55。

还设置电压校正值计算器42以获得成对的第一dq轴电压指令vd1、vq1和成对的第二dq轴电压指令vd2、vq2。电压校正值计算器42还获得第一输入电压VH1和第二输入电压VH2。电压校正值计算器42随后通过使用如下所示的公式(3.1)，将第一dq轴电压指令vd1、vq1、第二dq轴电压指令vd2、vq2乘以输入电压VH1、VH2与这些输入电压VH1、VH2的总输入电压间的比率，由此分别计算出电压校正值vd1_ratio、vd2_ratio、vq1_ratio、vq2_ratio。这些电压校正值等效于实际调制度。另外，还设置合成电压计算器43，并通过使用下面所示的公式(3.2)，计算出合成电压vd、vq。

Vd＝vd1_ratio+vd2_ratioVd＝vd1_ratio+vq2_ratio

公式(3.2)

随后，设置在电力控制器501中的电力量计算器53基于由电压校正值计算器42计算出的电压校正值vd2_ratio、vq2_ratio、由合成电压计算器43计算出的合成电压vd、vq以及通过使用下面所示的公式(4.1)计算出dq轴电流Id、Iq，来计算出第二逆变器70的电力量pw2和合成电力量pw。随后，还设置在电力控制器501中的电力比率计算器54通过使用下面描述的公式(4.2)，计算出实际值pw2_ratio，作为第二逆变器70的电力分配比率。

pw2＝vd2_ratio×Id+vq2_ratio×Iqpw＝vd×Id+vq×Iq

公式(4.1)

随后，电力比率比较器55将电力分配比率pw2_ratio的实际值与目标电力分配比率指令值pw2_ratio_com进行比较。随后，还设置在电力控制器501中的电压相位调整值确定器56基于正向旋转供电时间期间的比较结果，来对例如电压相位调整值ΔVθ2是“-α”还是“α”(α＞0)进行判断。具体地，当电力分配比率的实际值小于目标电力分配比率指令值时，电压相位被延迟角度α。相反，当电力分配比率的实际值大于目标电力分配比率指令值时，电压相位被提前角度α。这里，当建立不等式(pw2_ratio＜pw2_ratio_com)时，满足等式(ΔVθ2＝-α)。此外，当建立不等式(pw2_ratio＞pw2_ratio_com)时，满足等式(ΔVθ2＝α)。然而，取决于电力运行、再生、向前或向后旋转的不同，延迟和提前电压相的角度的条件会发生变化。

随后，在调整值加法器36中，将电压相位积分项的调整值ΔVθ2_intg与由前馈及反馈计算器34计算出的电压相位积分项Vθ2_intg相加。这些值的总和被作为分配后的第二电压指令矢量的相位Vθ2#随后输出。

现在，参考图9描述本发明第二实施例的电力控制器502的示例性构造和操作。电力控制器502基于电力的目标分配比率或目标电力量并且基于MG的转速，来计算出要求扭矩。电力控制器502还基于要求扭矩，通过使用扭矩计算公式来计算出要求电压相位。随后，电力控制器502通过将调整值加到电压相位积分项Vθ2_int或电压相位Vθ2来改变电压指令矢量的相位，以呈现接近于要求电压相位的实际电压相位。因此，在本发明的第二实施例中，由于通过转换目标电力指令来计算出要求电压相位，因此缩短了控制周期，由此与本发明的第一实施例相比，更有效地提高了响应性。具体地，根据本发明的第二实施例，第二逆变器70的目标电力量B(瓦)被作为目标电力指令输入到电力控制器502，并且通过设置在电力控制器502中的滤波器412处理，以减少骤变的影响。完成滤波处理的目标电力量B(瓦)和MG的转速ω被输入到设置在电力控制器502中的要求扭矩计算器57。

要求扭矩计算器57随后通过使用下面所示的公式(5.1)，来计算出第二逆变器70的要求扭矩trq2_req，并将要求扭矩trq2_req输出到还设置在电力控制器502中的要求电压相位计算器58。要求电压相位计算器58通过使用下面所示的公式(5.2)，基于要求扭矩trq2_req、MG的转速ω以及第二电压指令矢量的幅度Vamp2，来计算出要求电压相位Vθ2_req。

设置在电力控制器502中的电压相位偏差计算器59从第二电压指令矢量的要求电压相位Vθ2_req中减去实际电压相位Vθ2，由此计算出电压相位偏差。在还设置于电力控制器502的滤波器595中，对电压相位偏差进行响应延迟处理，由此产生电压相位积分项的调整值ΔVθ2_i ntg或电压相位调整值ΔVθ2。随后，在调整值加法器36中，电压相位积分项的调整值ΔVθ2_i ntg或电压相位调整值ΔVθ2分别与由前馈及反馈计算器34计算出的电压相位积分项Vθ2_i ntg或电压相位Vθ2相加。这些和中的每一个可以被作为分配之后的第二电压指令矢量的相位Vθ2#随后输出。现在，参考图10，描述根据本发明第三实施例的电力控制器503的示例性构造和操作。具体地，电力控制器503基于电力的目标分配比率或目标电力量、电流以及电压，来计算出要求扭矩。随后，电力控制器503通过将调整值加到电压相位积分项Vθ2_i nt或电压相位Vθ2来改变电压指令矢量的相位，以呈现接近于要求电压相位的实际电压相位。因此，根据本发明的第三实施例，类似于第二实施例，由于通过转换目标电力指令来计算出要求电压相位，因此，再次缩短了控制周期，由此与本发明的第一实施例相比，更有效地提高了响应性。更具体地，根据本发明的第三实施例，第二逆变器70的目标电力量B(瓦)作为目标电力指令被输入到电力控制器503，并且通过设置在电力控制器503中的滤波器412处理，以减少骤变的影响。完成滤波处理的目标电力量B(瓦)、电流幅度Iamp、电流相位Iθ以及第二电压指令矢量的幅度Vamp2被输入到设置在电力控制器503中的要求电压相位计算器58。要求电压相位计算器58随后通过使用下面描述的公式(6)，来计算出要求电压相位Vθ2_req。

B＝Vamp2×Iamp×cos(Vθ2_req-Iθ)

公式(6)

随后，还设置在电力控制器503中的电压相位偏差计算器59通过从第二电压指令矢量的要求电压相位Vθ2_req中减去实际电压相位Vθ2，来计算出电压相位偏差。本发明第三实施例的剩余构造和操作与本发明第二实施例的构造和操作基本相同，并且不再描述。

如上面所描述那样，在本发明的第一实施例至第三实施例的每一个中，第二逆变器控制电路302具有根据目标电力指令对从成对的电源11、12供给到成对的逆变器60、70的电力分配进行控制的电力控制器501、502、503中的一个。另外，在本发明的第一实施例至第三实施例的每一个中，在扭矩反馈控制期间，通过调整电压相位Vθ对从成对的电源供给的电力进行调整，由此对从成对的电源供给来的电力的分配量进行控制。因此，根据本发明的任何一个实施例，即使电压幅度固定在最大值，也可以在维持规定的扭矩的同时适当地对从成对的电源供给来的电力的分配进行控制。因此，可以管理SOC和电源的电压值，并且可以有效地防止一个电源中的不良SOC和电池劣化。

现在，参考图11和图12，描述本发明的第四实施例，图11和图12分别对应于分别示出了本发明的第一实施例至第三实施例的图5和图6。具体地，在第四实施例的控制单元304中，两个逆变器控制电路301、302分别具有电力控制器510、520。第一电压指令矢量的分配后相位Vθ1#、第二电压指令矢量的分配后相位Vθ2#以及基本相同的电流I d、I q被输入到第一逆变器控制电路301和第二逆变器控制电路302的各个电力控制器510、520中的每一个。输入到各个电力控制器510、520中的每一个的还有各个逆变器60、70的输入电力VH1、VH2以及目标电力指令。

这些电力控制器510、520分别产生用于第一电压指令矢量和第二电压指令矢量的相位调整值ΔVθ1、ΔVθ2。两个调整值加法器36被包括在各个逆变器控制电路301、302中，并将相位调整值ΔVθ1、ΔVθ2加到各个电压相位Vθ1、Vθ2。这些和随后输出到还包括在各个逆变器控制电路301、302中的电压相位限制器37，以作为分配后的电压相位Vθ1#、Vθ2#。

现在，参考图12的流程图，描述根据本发明第四实施例的由电力控制器510、520中的每一个执行的示例性电力分配序列。如图12所示，下面所述的步骤S44B、S45B、S46B与图6的对应步骤不同。具体地，在步骤S44B中，各逆变器控制电路301、302的电力控制器510、520基于第一电压指令、第二电压指令以及目标电力指令，来计算出供给到各个逆变器60、70的、针对电压指令的矢量的相位调整值ΔVθ1、ΔVθ2。在步骤S45B中，各个逆变器控制电路301、302基于通过将电压相位Vθ1、Vθ2加到各个相位调整值ΔVθ1、ΔVθ2而获得的分配后的电压指令矢量的相位Vθ1#、Vθ2#，来对逆变器60、70进行控制。在步骤S46B中，逆变器控制电路301和302响应于各个逆变器60、70中的电力变化而进行反馈控制。在步骤S47中，电力被分配至第一逆变器60和第二逆变器70，并且呈现遵循指令trq*的扭矩。

因此，根据本发明的第四实施例，利用设置在各个逆变器控制电路301、302中的电力控制器510、520，减少在成对的逆变器60、70之间传递的电力量，由此能够对电流角度提前控制进行类似的控制。另外，可以省略切换电力管理电路和进行扭矩反馈控制的电力非管理电路的操作。因此，当在供电和再生期间执行充电和放电过程时，也可以省略用于控制逆变器60和逆变器70切换的要求。

在下文中，简要描述了本发明的上述实施例的各种变形。第一，作为电压幅度被固定在最大值的电力控制系统，已知以约1.27的调制率工作的矩形波控制系统。然而，本发明不限于矩形波控制系统，并且可以应用于调制率的上限固定在大约1.20的过调制控制系统(excessive modulation control system)。

第二，当系统采用成对的独立电源时，两个电源不一定是相同的诸如电池、电容器等二次电池。例如，电源中的一个可以是二次电池，而电源中的另一个也可以是燃料电池单体或发电机等。

第三，电动机的开放式绕组的相数不限于三相，并且可以采用四相或以上。例如，也可以采用具有两相的开放式绕组并且该开放式绕组以桥式连接。

第四，所谓的双电源和双逆变器系统的电动机驱动系统被应用于诸如电动汽车、燃料电池汽车等纯电动汽车，并且被应用于例如插电式混合动力车(PHV)、增程器等的电气富余的混合动力传动系，并且被应用于诸如产生约12伏至约48伏的集成起动发电机(ISG)等轻型电动车辆。由于该技术基于适用于使用电压型电路拓扑，在不使用具有电抗器的升压电路的传统技术的情况下高效地产生高输出。因此，该技术也适用于各种汽车的部分，其需要高输出，但因热问题而很难通过传统的升压电路获得。

同样，如前所述，在电压幅度固定在最大值的所谓的双电源和双逆变器系统中，本发明提供一种电动机驱动系统，其能够对从成对的电源供给来的电力分别向成对的逆变器的分配进行适当地控制。

在上述教示的启发下，可以对本发明进行多种另外的变形和改变。因此，应该理解的是，在所附权利要求书的范围内，本公开可以以不同于本文具体描述的方式执行。例如，电动机驱动系统不限于上述各种实施例，并且可以适当地变化。类似地，电动机驱动方法不限于上述各种实施例，并且可以适当地变化。

Claims (6)

1.一种电动机驱动系统，所述电动机驱动系统用于对电动机的驱动进行控制，所述电动机具有两相以上的多个绕组，所述绕组中的每一个均有开放式端部，所述电动机驱动系统包括：

第一逆变器，所述第一逆变器在第一逆变器的第一端部处被连接到第一电源，以接收来自所述第一电源的直流电力，所述第一逆变器在第一逆变器的第二端部处具有分别连接到所述绕组的开放式端部的至少两个开关元件；

第二逆变器，所述第二逆变器在所述第二逆变器的第一端部处连接到第二电源，以接收来自所述第二电源的直流电力，所述第二逆变器在所述第二逆变器的第二端部处具有分别连接到所述绕组的开放式端部的至少两个开关元件；

控制单元，所述控制单元具有第一逆变器控制电路和第二逆变器控制电路，其中，所述第一逆变器控制电路构造成接收来自所述电动机驱动系统的外部的扭矩指令，执行扭矩反馈控制，并且基于所述扭矩指令产生在dq轴平面上限定的第一电压矢量的第一电压指令，所述第一电压指令被输出到所述第一逆变器，所述第二逆变器控制电路构造成接收来自所述电动机驱动系统的外部的扭矩指令，执行扭矩反馈控制，并且基于所述扭矩指令产生在dq轴平面上限定的第二电压矢量的第二电压指令，所述第二电压指令输出到所述第二逆变器；以及

至少一个电力控制器，至少一个所述电力控制器包括在所述第一逆变器控制电路和所述第二逆变器控制电路中的至少一个中，

至少一个所述电力控制器构造成：

从所述电动机驱动系统的外部接收目标电力指令，所述目标电力指令具有目标电力分配比率和目标电力量中的一个，所述目标电力分配比率是所述第一电源和所述第二电源的电力在所述第一逆变器与所述第二逆变器之间分配的目标比率，所述目标电力量是所述第一逆变器和所述第二逆变器中至少一个的电力量；

根据扭矩反馈控制期间的所述目标电力指令，对将从所述第一电源和所述第二电源供给来的电力向所述第一逆变器和所述第二逆变器的分配进行控制；

使在所述第一逆变器控制电路和所述第二逆变器控制电路中相应一个中的所述第一电压指令和所述第二电压指令中至少一个的所述第一电压矢量和所述第二电压矢量中至少一个的相位的提前角度或延迟角度，同时维持电压矢量的振幅被固定在最大水平，以使所述第一逆变器与所述第二逆变器之间的电力的实际分配比率与目标分配比率相匹配，或是使第一逆变器和所述第二逆变器中的至少一个的实际电力量与目标电力指令中包含的目标电力量相匹配，其中，所述实际分配比率是所述第一电源和所述第二电源的电力当前在所述第一逆变器与所述第二逆变器之间分配的比率，而第一逆变器和所述第二逆变器中的至少一个的实际电力量是当供给到所述第一逆变器和所述第二逆变器中的至少一个的电力量,

通过计算下面的等式，判断所述第一电压矢量和所述第二电压矢量中至少一个的相位的提前角度或延迟角度，

其中：

Pwr_all代表所述第一逆变器和所述第二逆变器消耗的总电力；

Vmean代表电压有效值；

Irms代表电流有效值；

代表功率因数角度；

Vamp代表作为第一电压矢量和第二电压矢量的合成的合成矢量的幅度；

Iamp代表所述第一逆变器和所述第二逆变器中通常流动的电流的幅度；

Vθ代表所述合成矢量的相位；

Iθ代表通常流过所述第一逆变器和所述第二逆变器的电流的相位；

Vamp1和Vamp2代表所述第一电压矢量和所述第二电压矢量各自的幅度；

Vθ1和Vθ2各自代表所述第一电压矢量和所述第二电压矢量的相位的提前角度或延迟角度；

cos(Vθ-Iθ)代表功率因数。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动系统，其特征在于，所述第一逆变器控制电路和所述第二逆变器控制电路中的一个通过具有至少一个所述电力控制器而用作电力管理电路，所述第一逆变器控制电路和所述第二逆变器控制电路中的另一个通过不具有至少一个所述电力管理电路而用作电力非管理电路，以受所述电力管理电路控制的影响，

其中，所述电力管理电路的仅至少一个所述电力控制器对所述电力管理电路中的所述第一电压指令和所述第二电压指令中能应用的那个的矢量的相位进行改变，并且将从所述第一电源和所述第二电源供给来的给定的电力量分配至由所述电力管理电路管理的所述第一逆变器和所述第二逆变器中的一个，其中，在所述电力非管理电路执行至少扭矩反馈控制时，从所述第一电源和所述第二电源供给来的给定的剩余电力量被分配至不由所述电力管理电路管理的所述第一逆变器和所述第二逆变器中的另一个。

3.根据权利要求1所述的电动机驱动系统，其特征在于，所述第一逆变器控制电路和所述第二逆变器控制电路具有所述电力控制器，并且分别改变所述第一电压指令和所述第二电压指令的矢量的相位。

4.根据权利要求2或3所述的电动机驱动系统，其特征在于，至少一个所述电力控制器改变所述第一电压指令和所述第二电压指令中能应用的那个的矢量的相位，以呈现近似于所述目标电力分配比率或目标电力量的、所述第一逆变器与所述第二逆变器的所述电力分配比率的实际值或所述第一逆变器和所述第二逆变器中至少能应用的那个的所述电力量的实际值。

5.根据权利要求2或3所述的电动机驱动系统，其特征在于，至少一个所述电力控制器基于所述目标电力分配比率或所述目标电力量以及电动机的转速，来计算出要求电压相位，

至少一个所述电力控制器改变所述第一电压指令中和所述第二电压指令中能应用的那个的矢量的相位，以呈现近似于要求电压相位的所述第一逆变器和所述第二逆变器中能应用的那个的实际电压的相位。

6.根据权利要求2或3所述的电动机驱动系统，其特征在于，至少一个所述电力控制器基于所述目标电力分配比率或所述目标电力量以及电流和电压，来计算出要求电压相位，

至少一个所述电力控制器改变所述第一电压指令中和所述第二电压指令中能应用的那个的矢量的相位，以呈现近似于要求电压相位的所述第一逆变器和所述第二逆变器中能应用的那个的实际电压的相位。