CN110460289A - 用于五相永磁电机的可重新配置的绕组连接 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于五相永磁电机的可重新配置的绕组连接”。一种车辆包括具有开式绕组的五相电机，所述开式绕组在每侧由逆变器的相桥驱动。控制器监测开路绕组。响应于检测到高于预定速度阈值的开路绕组，所述控制器操作所述逆变器以按正方形配置驱动未开路的所述绕组。

Description

用于五相永磁电机的可重新配置的绕组连接
技术领域
本申请一般涉及一种用于在绕组中的一者开路时操作五相永磁机器的系统。
背景技术
混合动力电动车辆和电动车辆使用电能来推进。典型的混合动力和电动动力传动系统利用三相马达和逆变器来提供推进力。这样的系统很好理解，并且组件易于获得。在诸如开路绕组的异常操作条件下，可以关闭这种系统以防止降级的操作。例如，当绕组或连接中的一者开路时，电流不能流到该绕组，并且马达的扭矩特性可能改变。典型的响应是停止操作三相马达，这可以防止车辆完成驾驶循环。
发明内容
一种车辆包括一对逆变器，每个逆变器具有五个相桥，所述相桥在五相电机的绕组的相对端处电耦合。所述车辆还包括控制器，所述控制器被编程以操作所述逆变器以按星形配置驱动所述绕组，并且响应于检测到所述绕组中的一者中的开路以及所述电机的速度超过阈值，操作所述逆变器以按正方形配置驱动所述其余绕组。
所述控制器还可以被编程以通过致使所述逆变器中的一者中的开关装置将所述绕组中的每一者的相关端连接到公共导体来操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述绕组。所述控制器还可以被编程以通过致使所述逆变器中的所述一者的每个相桥的电压输出与所述绕组的与耦合到所述公共导体的所述端相对的一端相关联来控制所述电机的扭矩输出。所述电压输出的振幅可以大于在没有检测到所述绕组中的所述一者的所述开路的情况下施加的电压振幅。所述控制器还可以被编程以通过控制所述逆变器的每个相桥的电压输出使得施加到所述绕组的电压就像所述绕组以环路物理连接一样，来操作所述逆变器以按所述正方形配置驱动所述其余绕组，在所述环路中所述绕组中的每一者电耦合到另外两个绕组。每个相桥的所述电压输出的振幅可以小于在没有检测到所述绕组中的所述一者的所述开路的情况下施加的电压振幅。所述控制器还可以被编程以操作所述逆变器以向所述绕组中的所述一者提供零电压。所述阈值可以是按所述星形配置驱动的所述电机的最大扭矩等于按所述正方形配置驱动的所述电机的最大扭矩时的速度。所述控制器还可以被编程以响应于所述电机的所述速度下降到低于所述阈值，同时检测到所述绕组中的所述一者的所述开路，操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述其余绕组。
一种方法包括操作一个或多个逆变器以按星形配置驱动五相电机的绕组。所述方法还包括响应于检测到所述绕组中的一者的开路以及所述电机的速度超过阈值，从操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述绕组改变为操作所述逆变器以按正方形配置驱动未开路的所述绕组。
所述方法还可以包括响应于所述速度下降到低于所述阈值，同时所述绕组中的所述一者是开路的，从操作所述逆变器以按所述正方形配置驱动未开路的所述绕组改变为操作所述逆变器以按所述星形配置驱动未开路的所述绕组。所述阈值可以是按所述星形配置操作的所述电机的最大扭矩等于按所述正方形配置操作的所述电机的最大扭矩时的速度。按所述星形配置操作所述电机可以包括操作所述逆变器中的一者以将所述绕组中的每一者选择性地耦合到公共中性点。操作所述逆变器以按所述正方形配置驱动所述绕组可以包括操作所述一个或多个逆变器，使得施加到所述绕组的电压就像所述绕组以环路物理连接一样，在所述环路中所述绕组中的每一者电耦合到另外两个绕组。
一种电气化动力传动系统包括具有五相绕组的电机和具有相桥的一个或多个逆变器，所述相桥电耦合到所述绕组的每一端。所述电气化动力传动系统还包括控制器，所述控制器被编程以响应于所述绕组中的一者为开路的，从操作所述逆变器以按星形配置驱动所述绕组改变为操作所述逆变器以按正方形配置驱动所述绕组。
所述控制器还可以被编程以通过致使所述逆变器中的一者中的开关装置将所述绕组中的每一者的相关端连接到公共点来操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述绕组。所述控制器还可以被编程以通过致使所述逆变器中的所述一者的相桥中的每一者的电压输出与所述绕组的未耦合到所述公共点的一端相关联来控制所述电机的扭矩输出。所述控制器还可以被编程以通过操作所述一个或多个逆变器使得施加到所述绕组的电压就像所述绕组以环路物理连接一样，来按所述正方形配置操作所述逆变器，在所述环路中所述绕组中的每一者电耦合到另外两个绕组。每个相桥的电压输出的振幅可以小于当所述绕组中的所述一者未开路时的电压振幅。所述控制器还可以被编程以响应于所述电机的速度超过阈值而从操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述绕组改变为操作所述逆变器以按所述正方形配置驱动所述绕组，所述阈值是按所述星形配置驱动的所述电机的最大扭矩等于按所述正方形配置驱动的所述电机的最大扭矩时的预定速度。
附图说明
图1是示出动力传动系统和能量存储组件的包括电机的电气化车辆的图。
图2是具有开式绕组的五相电机的图，所述开式绕组由耦合在绕组的相对端处的逆变器控制。
图3示出了按星形配置连接的绕组。
图4示出了按正方形配置连接的绕组。
图5示出了正常操作并且开路绕组按星形配置和正方形配置进行配置的情况下的电机的扭矩速度曲线。
图6示出了正常操作并且开路绕组利用本文中公开的控制策略操作的情况下的电机的扭矩-速度曲线。
图7是用于在存在开路绕组的情况下操作电机和逆变器的可能的指令序列的流程图。
具体实施方式
本文中描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采用多种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能会被夸大或最小化以示出特定组件的细节。因此，本文中公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式使用本发明的代表性基础。如本领域技术人员将理解，参考附图中的任一者示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征进行组合以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实现方式，可能需要与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改。
图1示出了可以被称为插电式混合动力电动车辆(PHEV)的电气化车辆112。插电式混合动力电动车辆112可以包括机械地耦合到混合动力变速器116的一个或多个电机114。电机114可以能够作为马达或发电机操作。此外，混合动力变速器116机械地耦合到发动机118。混合动力变速器116还机械地耦合到驱动轴120，所述驱动轴机械地耦合到车轮122。电机114可以在发动机118打开或关闭时提供推进和减速能力。电机114还可以充当发电机，并且可以通过回收通常将在摩擦制动系统中作为热量损失的能量来提供燃料经济性益处。电机114还可以通过允许发动机118以更有效的速度操作以及允许在某些条件下在发动机118关闭的情况下以电动模式操作混合动力电动车辆112来减少车辆排放。电气化车辆112也可以是电池电动车辆(BEV)。在BEV配置中，发动机118可以不存在。
牵引电池或电池组124存储可以由电机114使用的能量。车辆电池组124可以提供高压直流(DC)输出。牵引电池124可以电耦合到一个或多个电力电子模块126(也可以称为牵引逆变器)。一个或多个接触器142可以在断开时将牵引电池124与其他组件隔离，并且在闭合时将牵引电池124连接到其他组件。电力电子模块126还电耦合到电机114，并且提供在牵引电池124与电机114之间双向传递能量的能力。例如，牵引电池124可以提供DC电压，而电机114可以利用三相交流电(AC)操作以起作用。电力电子模块126可以将DC电压转换为三相AC电流来操作电机114。在再生模式中，电力电子模块126可以将来自充当发电机的电机114的三相AC电流转换为与牵引电池124兼容的DC电压。
车辆112可以包括电耦合在牵引电池124与电力电子模块126之间的可变电压转换器(VVC)(未示出)。VVC可以是被配置为增大或升高由牵引电池124提供的电压的DC/DC升压转换器。通过增大电压，可以降低电流要求，从而导致电力电子模块126和电机114的布线尺寸减小。此外，电机114可以在更高的效率和更低的损耗下操作。
除了提供用于推进的能量之外，牵引电池124还可以为其他车辆电气系统提供能量。车辆112可以包括DC/DC转换器模块128，所述DC/DC转换器模块将牵引电池124的高压DC输出转换为与低压车辆负载152兼容的低压DC供应。DC/DC转换器模块128的输出可以电耦合至低压总线156并电耦合到辅助电池130(例如，12V电池)，以用于对辅助电池130充电。低压系统152可以电耦合到低压总线156。一个或多个电负载146可以耦合到高压总线。电负载146可以具有在适当时操作和控制电负载146的相关联的控制器。电负载146的示例可以是风扇、电加热元件和/或空调压缩机。
电气化车辆112可以被配置为从外部电源136对牵引电池124再充电。外部电源136可以是与电插座的连接。外部电源136可以电耦合到充电器或电动车辆供电装备(EVSE)138。外部电源136可以是由电力事业公司提供的配电网络或电网。EVSE 138可以提供电路和控制以调节并管理电源136与车辆112之间的能量传递。外部电源136可以向EVSE 138提供DC或AC电力。EVSE 138可以具有用于插入到车辆112的充电端口134中的充电连接器140。充电端口134可以是被配置为将电力从EVSE 138传递到车辆112的任何类型的端口。充电端口134可以电耦合到充电器或车载电力转换模块132。电力转换模块132可以调节从EVSE138供应的电力，以向牵引电池124提供恰当的电压和电流电平。电力转换模块132可以与EVSE 138交互以协调到车辆112的电力输送。EVSE连接器140可以具有与充电端口134的对应凹口配对的接脚。或者，被描述为电耦合或连接的各种组件可以使用无线电感耦合来传递电力。
在一些配置中，电气化车辆112可以被配置为向外部负载提供电力。例如，电气化车辆可以被配置为作为备用发电机或电源插座操作。在这类应用中，负载可以连接到EVSE连接器140或其他插座。电气化车辆112可以被配置为使电力返回到电源136。例如，电气化车辆112可以被配置为向电网提供交流(AC)电力。由电气化车辆供应的电压可以与电力线同步。
可以提供一个或多个车轮制动器144以用于使车辆112减速并且防止车辆112运动。车轮制动器144可以是液压致动的、电致动的或者它们的某一组合。车轮制动器144可以是制动系统150的一部分。制动系统150可以包括用以操作车轮制动器144的其他组件。出于简单起见，附图示出了制动系统150与车轮制动器144中的一者之间的单个连接。暗示了制动系统150与其他车轮制动器144之间的连接。制动系统150可以包括用以监测和协调制动系统150的控制器。制动系统150可以监测制动组件并控制车轮制动器144以用于车辆减速。制动系统150可以对驾驶员命令做出响应并且还可以自主地操作以实现诸如稳定性控制的特征。制动系统150的控制器可以在由另一控制器或子功能请求时实现施加所请求的制动力的方法。
车辆112中的电子模块可以经由一个或多个车辆网络进行通信。车辆网络可以包括用于通信的多个信道。车辆网络的一个信道可以是诸如控制器局域网(CAN)的串行总线。车辆网络的信道中的一者可以包括由电气和电子工程师协会(IEEE)802系列标准定义的以太网。车辆网络的额外信道可以包括模块之间的离散连接，并且可以包括来自辅助电池130的电力信号。不同的信号可以经由车辆网络的不同信道传送。例如，视频信号可以经由高速信道(例如，以太网)传送，而控制信号可以经由CAN或离散信号传送。车辆网络可以包括有助于在模块之间传送信号和数据的任何硬件和软件组件。图1中并未示出车辆网络，但可以暗示车辆网络可以连接到车辆112中存在的任何电子模块。可以存在车辆系统控制器(VSC)148以协调各种组件的操作。
电机114可以是五相永磁(PM)机器。电机114可以具有五相绕组。电机114可以被配置为使得相绕组不在内部连接到电机内的公共点。电机114可以是准许重新配置电机连接的开式绕组配置。电力电子模块126可以被配置为向电机提供五相电压/电流。
图2示出了用于操作五相电机214的可能的电力电子配置。电机214可以由第一相绕组206、第二相绕组208、第三相绕组210、第四相绕组212和第五相绕组213表示。相绕组中的每一者可以具有可接近以连接到电力电子设备的两个端子。可以通过控制通过相绕组中的每一者的电流和/或相绕组中的每一者上的电压来操作电机214。电气化动力传动系统200可以包括电机214和电力电子模块。电气化动力传动系统200可以被配置为将电能转换为机械动力以为车辆提供推进力。电气化动力传动系统还可以包括被配置为操作电气化动力传动系统组件的任何相关联的控制器。
电力电子设备可以包括配置有五个相桥的一对逆变器。电力电子设备可以包括第一逆变器模块202，所述第一逆变器模块被配置为将高压电力总线的导体选择性地耦合到电机214的相绕组中的每一者的一侧。电力电子设备可以包括第二逆变器模块204，所述第二逆变器模块被配置为将高压电力总线的导体选择性地耦合到电机214的相绕组中的每一者的另一侧。高压电力总线可以包括可电耦合到牵引电池124的正端子并且被称为DC总线电力导体201的导体。高压电力总线可以包括耦合到牵引电池124的负端子并且被称为DC总线返回导体203的导体。
第一逆变器模块202可以包括用于电机214的每个相绕组的一对电力开关装置。每对开关装置可以称为逆变器的相桥。每个相桥可以包括耦合在DC总线电力导体201与相绕组之间的上部电力开关装置。每个相桥可以包括耦合在DC总线返回导体203与相绕组之间的下部电力开关装置。每个相桥可以将相绕组选择性地耦合到DC总线导体，以控制通过相绕组的电流的大小和方向。对于五相电机214，逆变器中的每一者可以包括五个相桥。在其他配置中，单个逆变器可以包括十个相桥。
第一逆变器模块202可以包括耦合到电机214的相绕组的一端的五个相桥。第一电力开关装置220可以被配置为将DC总线电力导体201选择性地耦合到第一相绕组206。第二电力开关装置222可以被配置为将DC总线返回导体203选择性地耦合到第一相绕组206。第三电力开关装置224可以被配置为将DC总线电力导体201选择性地耦合到第二相绕组208。第四电力开关装置226可以被配置为将DC总线返回导体203选择性地耦合到第二相绕组208。第五电力开关装置228可以被配置为将DC总线电力导体201选择性地耦合到第三相绕组210。第六电力开关装置230可以被配置为将DC总线返回导体203选择性地耦合到第三相绕组210。第七电力开关装置232可以被配置为将DC总线电力导体201选择性地耦合到第四相绕组212。第八电力开关装置234可以被配置为将DC总线返回导体203选择性地耦合到第四相绕组212。第九电力开关装置236可以被配置为将DC总线电力导体201选择性地耦合到第五相绕组213。第十电力开关装置238可以被配置为将DC总线返回导体203选择性地耦合到第五相绕组213。
第二逆变器模块204可以包括耦合到电机214的相绕组的相对端的五个相桥。第十一电力开关装置240可以被配置为将DC总线电力导体201选择性地耦合到第一相绕组206。第十二电力开关装置242可以被配置为将DC总线返回导体203选择性地耦合到第一相绕组206。第十三电力开关装置244可以被配置为将DC总线电力导体201选择性地耦合到第二相绕组208。第十四电力开关装置246可以被配置为将DC总线返回导体203选择性地耦合到第二相绕组208。第十五电力开关装置248可以被配置为将DC总线电力导体201选择性地耦合到第三相绕组210。第十六电力开关装置250可以被配置为将DC总线返回导体203选择性地耦合到第三相绕组210。第十七电力开关装置252可以被配置为将DC总线电力导体201选择性地耦合到第四相绕组212。第十八电力开关装置254可以被配置为将DC总线返回导体203选择性地耦合到第四相绕组212。第十九电力开关装置256可以被配置为将DC总线电力导体201选择性地耦合到第五相绕组213。第二十电力开关装置258可以被配置为将DC总线返回导体203选择性地耦合到第五相绕组213。在所示配置中，第一逆变器模块202和第二逆变器模块204被配置为连接到相绕组的相对端或端子。
所述系统可以包括被配置为提供电机214的转子的角位置的转子位置测量装置272。例如，转子位置测量装置272可以是旋转变压器或类似装置。所述系统可以包括被配置为控制和操作逆变器模块的控制器270。控制器270可以与转子位置测量装置272交互并接收指示转子位置的信号。转子的角速度可以从角位置值相对于时间的导数导出。控制器270可以包括用于按比例缩放信号以考虑电机极数和旋转变压器极数的电路和控制逻辑。旋转变压器可以包括两组绕组。第一组绕组可以返回作为旋转变压器轴的旋转角度的正弦的信号，并且第二组绕组可以返回作为旋转角度的余弦的信号。旋转变压器角度可以被计算为角度的正弦除以角度的余弦的反正切。
电力开关装置可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或其他固态开关装置。逆变器中的每一者可以具有相关联的控制输入(例如，栅极输入)，以用于控制电力开关装置的操作。控制输入可以电耦合到被配置为操作逆变器的控制器270。可以操作逆变器，使得在给定时间相桥中的一对电力开关装置中仅一者接通，以防止DC总线电力导体201和DC总线返回导体203短路。在一些配置中，反并联二极管可以跨越电力开关装置而耦合。在一些配置中，体二极管可以存在于电力开关装置中。图2所示的二极管可以表示体二极管或单独的反并联二极管。
控制器270还可以被配置为驱动第一逆变器模块202和第二逆变器模块204的电力开关装置。在一些配置中，可以存在多个控制器以分配处理和输入/输出功能。例如，第一逆变器模块202和第二逆变器模块204中的每一者可以包括与主控制器通信的专用控制器，所述主控制器协调所述模块的操作。操作逆变器模块包括为电力开关装置中的每一者提供控制信号。控制器270可以提供栅极驱动信号，以用于启用和禁用通过电力开关装置的电流。此外，控制器270可以被编程以对栅极驱动信号进行排序以在相绕组上实现期望的AC电压。
控制器270可以实现用于控制逆变器模块的各种算法。可以利用脉冲宽度调制(PWM)信号来驱动电力开关装置的栅极端子，以控制电机214的扭矩和速度。控制器270可以实现各种众所周知的控制策略以使用诸如磁场定向控制和/或多步控制的电力开关装置来控制电机214。在正常操作条件期间，主动控制电力开关装置以实现通过电机214的每个相绕组的期望电流和/或每个相绕组上的期望电压。控制器270可以被配置为接收和/或确定将由电机214提供的期望扭矩。控制器270可以确定提供给电机214的相绕组的电压的振幅和频率，以实现期望扭矩。
在一些配置中，第一逆变器模块202和第二逆变器模块204可以集成到单个电力电子模块中。第一逆变器模块202和第二逆变器模块204可以包括一个或多个电流传感器，所述电流传感器被配置为提供指示流过相绕组中的一个或多个的电流的信号。第一逆变器模块202和第二逆变器模块204可以包括一个或多个电压传感器，所述电压传感器被配置为提供指示电路中的电压的信号。例如，电压传感器可以测量DC总线电力导体201与DC总线返回导体203之间的电压。其他电压传感器可以被配置为测量相绕组电压(例如，电机214的相绕组上的电压)。
在常规配置中，电机的相绕组可以按星形配置连接。也就是说，相绕组中的每一者的一端将电连接到公共中性点。这个连接可以在电机内部，并且可以提供中性线或端子以用于外部连接。因此，常规配置仅使用一个逆变器模块(例如，具有五个相桥)来控制所得配置。在常规配置中，如果相绕组中的一者变为开路的，则可能出现性能问题。使用单个逆变器，电流必须流过绕组中的两个和相关联的开关装置。如果绕组中的一者开路，则该电流不能流动，并且可能无法恰当地控制电机。所描述的双逆变器系统可以在相绕组中的一者中存在开路状况的情况下改进系统性能。
双逆变器系统准许重新配置电机214的绕组配置。开路绕组可以与其他绕组隔离，并且可以通过管理通过其余绕组的电流来控制电机214。可以通过控制第一逆变器模块202和第二逆变器模块204的开关序列来实现绕组重新配置。所描述的配置可以独立于其他绕组而驱动每个绕组。驱动相绕组包括通过操作逆变器模块的电力开关装置来使电流流过相绕组或在相绕组上提供电压。
控制器270可以被编程以检测电机214的相绕组中的开路状况。例如，控制器270可以监测流过相绕组的电流和相绕组上的电压。当相绕组损坏并且电流不能从中流过时，可能存在开路状况。开路状况还可以包括其中逆变器与相绕组之间的布线变得损坏或断开，使得没有电流可以流到相绕组的状况。控制器270可以监测相绕组中的每一者上的电压和/或通过相绕组中的每一者的电流。如果不满足预定电压-电流关系，则可以检测到开路状况。例如，当在相绕组上施加电压并且电流保持为零时，控制器270可以指示开路状况。可以连续地执行开路检测，或者可以在预定条件(例如，点火开启)下检查开路检测。控制器270可以检查相绕组中的每一者的开路状况，并且可以识别相绕组中的哪一者是开路的。
可以操作第一逆变器模块202以在相绕组的相关联的连接处产生电压。由第一逆变器模块202在第一相绕组206处产生的电压可以被称为Va1n1。由第一逆变器模块202在第二相绕组208处产生的电压可以被称为Vb1n1。由第一逆变器模块202在第三相绕组210处产生的电压可以被称为Vc1n1。由第一逆变器模块202在第四相绕组212处产生的电压可以被称为Vd1n1。由第一逆变器模块202在第五相绕组213处产生的电压可以被称为Ve1n1。
可以操作第二逆变器模块204以在相绕组的相关联的连接处产生电压。由第二逆变器模块204在第一相绕组206处产生的电压可以被称为Va2n2。由第二逆变器模块204在第二相绕组208处产生的电压可以被称为Vb2n2。由第二逆变器模块204在第三相绕组210处产生的电压可以被称为Vc2n2。由第二逆变器模块204在第四相绕组212处产生的电压可以被称为Vd2n2。由第二逆变器模块204在第五相绕组213处产生的电压可以被称为Ve2n2。
操作第一逆变器模块202和第二逆变器模块204可以在每个相绕组上产生电压。相绕组中的每一者上的电压可以是由第一逆变器模块202提供的电压与由第二逆变器模块204提供的电压之间的差。
在没有开路相绕组的正常操作条件下，第一逆变器模块202可以利用振幅为Vm的正弦电压波形来驱动相绕组。正弦电压波形的频率可以取决于电机214的轴的速度旋转。控制器270可以接收基于驾驶员输入(例如，加速踏板)的扭矩和/或速度请求。控制器270可以确定产生期望扭矩量的电压控制信号。例如，控制器270可以调整电压振幅以实现期望的扭矩水平。此外，在不存在任何开路绕组的情况下，控制器270可以操作逆变器以按星形配置驱动电机214的绕组。
可以通过接通逆变器模块中的一者的所有下部电力开关装置来形成星形连接。然后，控制器270可以操作另一逆变器以在相绕组上供应期望的电压波形。例如，可以通过接通第二逆变器模块204的所有下部电力开关装置(例如，242、246、250、254、258)来实现星形连接。在该模式中，第二电力逆变器204的上部电力开关装置(例如，240、244、248、252、256)可以保持断开。接通第二逆变器模块204的所有下部电力开关装置将每个相绕组的一侧连接到公共导体。此外，公共导体可以耦合到DC总线返回导体203。然后可以控制第一逆变器模块202以通过操作相关联的上部和下部电力开关装置来将电压施加到电机214的相绕组中的每一者。
在相绕组中的一者中存在开路状况时，电流不能流过开路绕组。然而，其余四相绕组可以处理电流并可用于产生扭矩。假设第一相绕组206中有开路状况，可以调整电压振幅以产生与正常操作条件期间相同的扭矩量。该示例还假设第二逆变器模块204的所有下部开关装置都接通以形成星形连接。可以如下施加电压：
Va1n1＝0 (1)
Vb1n1＝1.382Vmcos(θ-π/5) (2)
Vc1n1＝1.382Vmcos(θ-4π/5) (3)
Vd1n1＝-1.382Vmcos(θ-π/5) (4)
Ve1n1＝-1.382Vmcos(θ-4π/5) (5)
Va2n2＝0 (6)
Vb2n2＝0 (7)
Vc2n2＝0 (8)
Vd2n2＝0 (9)
Ve2n2＝0 (10)
可以操作第一逆变器模块202的开关装置以在相绕组中的每一者处实现上述电压波形。θ表示转子位置，并且可以从转子位置测量装置272得到。当如所描述的那样操作时，电机214按星形配置进行配置。通过以不同方式操作逆变器模块，可以实现正方形配置。
图3示出了按星形配置进行配置的第一组300四个绕组。例如，第一绕组302、第二绕组304、第三绕组306和第四绕组308可以耦合，使得绕组中的每一者的一侧连接到公共中性点310。图4示出了按正方形配置进行配置的第二组400四个绕组。例如，第一绕组402耦合到第二绕组404和第三绕组406。第二绕组404和第三绕组也耦合到第四绕组408。在正方形配置中，没有公共点连接到所有绕组。在正方形配置中，每个绕组被有效地控制，就像每个绕组连接到另外两个绕组一样。在正方形配置中，绕组可以环路连接，使得每个绕组电耦合到另外两个绕组。
例如，为了按正方形配置操作绕组，可以如下将电压施加到相绕组：
Va1n1＝0 (11)
Vb1n1＝-0.7266Vmcos(θ+3π/5) (12)
Vc1n1＝-0.7266Vmcos(θ) (13)
Vd1n1＝-0.7266Vmcos(θ) (14)
Ve1n1＝-0.7266Vmcos(θ-3π/5) (15)
Va2n2＝0 (16)
Vb2n2＝-0.7266Vmcos(θ) (17)
Vc2n2＝-0.7266Vmcos(θ-3π/5) (18)
Vd2n2＝-0.7266Vmcos(θ+3π/5) (19)
Ve2n2＝-0.7266Vmcos(θ) (20)
在该示例中，第二逆变器模块204的下部开关装置不是永久接通的。可以根据用于产生期望电压波形的控制策略来接通和断开第二逆变器模块204的下部开关装置。施加由等式11-20描述的电压波形，电机214就像按正方形配置连接一样操作。在正方形配置中，控制器可以通过控制逆变器的每个相桥的电压输出使得施加到绕组的电压就像绕组以环路物理连接一样，来操作逆变器以驱动未开路的绕组，在环路中绕组中的每一者电耦合到另外两个绕组。与星形配置相比，按正方形配置操作允许更好地利用DC总线电压并扩展速度区域。下文进一步详述按正方形配置操作电机214的益处。注意，所描述的电压波形可以是被配置为实现期望扭矩水平的控制策略的结果。可以预期电压波形具有如由等式所描述的相位关系，但是振幅可以基于期望的扭矩水平而变化。
以上示例假设在正常操作期间实现期望扭矩值的电压振幅是Vm。在单个开路绕组的情况下，期望实现相同的期望扭矩值。在具有单个开路绕组的星形配置中，观察到为了实现相同的期望扭矩值必须增大电压振幅(例如，大于Vm)。例如，电压振幅可以增大1.382倍。在具有单个开路绕组的正方形配置中，观察到为了实现相同的期望扭矩值必须减小电压振幅(例如，小于Vm)。例如，电压振幅可以减小0.7266倍。
图5示出了各种操作模式中的扭矩-速度曲线的第一曲线图500。第一曲线502示出了电机的正常操作。正常操作可以是当所有相位都起作用而没有任何开路状况。第二曲线504示出了在一相开路并且绕组是按星形配置驱动的情况下的操作。第三曲线506示出了在一相开路并且绕组是按正方形配置驱动的情况下的操作。从第一曲线图500可以看出，第二曲线504的扭矩在特定速度阈值508处减小到低于第三曲线506的最大扭矩。当速度高于该速度阈值508时，第三曲线506的最大扭矩超过第二曲线504的最大扭矩。
图6示出了扭矩-速度曲线的第二曲线图600。表示正常操作的第一曲线502在第二曲线图600上重建。第二曲线604示出了在存在开路绕组的情况下通过在星形配置与正方形配置之间切换而获得的扭矩-速度操作。可以通过在低于速度阈值508时按星形配置操作电机214来实现第二曲线604。在高于速度阈值508时，电机214可以按正方形配置操作。所得操作改进了两个速度范围内的扭矩-速度性能。与星形配置相比，以这种方式操作导致高于速度阈值508的额外扭矩的可用性。当绕组中的一者中存在开路状况时，该操作方法导致改进的车辆性能。
在正常操作期间(例如，没有检测到任何开路的相绕组)，控制器270可以操作逆变器以按星形配置驱动绕组作为默认操作模式。操作逆变器以按星形配置驱动绕组可以通过致使逆变器中的一者的电力开关装置将相绕组的相关联的端子耦合到公共导体来实现。然后，控制器可以通过致使逆变器的每个相桥的电压输出与绕组的与耦合到公共导体的所述端相对的一端相关联来控制扭矩输出。在星形配置中，电压输出的振幅可以大于在没有检测到绕组中的一者的开路的情况下施加的电压振幅。控制器可以通过控制逆变器的每个相桥的电压输出以在绕组上产生电压模式来按正方形配置操作逆变器。响应于检测到绕组中的一者中的开路，控制器270可以操作逆变器以按正方形配置驱动其余绕组。转换到正方形配置可以进一步以电机214的速度超过速度阈值为条件。控制器可以通过操作一个或多个逆变器使得施加到绕组的电压就像绕组以环路物理连接一样，来操作逆变器以按正方形配置驱动绕组，在环路中绕组中的每一者电耦合到另外两个绕组。在正方形配置中，每个相桥的电压输出的振幅可以小于在没有检测到绕组中的一者的开路的情况下施加的电压振幅。可以操作逆变器以向开路相绕组提供零电压。在检测到开路时，如果电机速度下降到低于速度阈值，则控制器可以操作逆变器以按星形配置驱动绕组。
在存在开路相绕组的情况下，系统可以基于电机速度在按星形配置驱动绕组与按正方形配置驱动绕组之间切换。在低于速度阈值的速度处，可以观察到逆变器中的一者的下部电力开关装置全部接通。在高于速度阈值的速度处，可以观察到下部电力开关装置被接通和断开以产生电压输出。
图7示出了可以在控制器270中实现的操作序列的可能的流程图700。可以周期性地执行所述操作序列。在操作702处输入序列。在操作704处，执行检查以确定绕组是否开路。例如，控制器可以实现诊断算法以检测开路绕组。如果没有开路绕组，则执行操作712以退出序列。如果检测到开路绕组，则可以执行操作706。在操作706处，将电机速度与速度阈值进行比较。如果速度小于速度阈值，则可以执行操作708。速度阈值可以是按星形配置操作的电机的最大扭矩等于按正方形配置操作的电机的最大扭矩时的速度(例如，图5，速度阈值508)。在操作708处，可以操作逆变器以按星形配置驱动电机的相绕组。如果速度大于或等于速度阈值，则可以执行操作710。在操作710处，可以操作逆变器以按正方形配置驱动电机的相绕组。
用于操作电机的系统和方法在存在开路绕组的情况下改进了系统性能。所述系统允许独立地控制每个绕组，并使电机能够按星形或正方形配置操作。通过改变连接配置，可以在绕组中的一者的开路存在的情况下实现改进的扭矩能力。
本文中公开的过程、方法或算法可以提供给处理装置、控制器或计算机/由其实现，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可以存储为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令，所述形式包括但不限于永久地存储在诸如ROM装置的不可写存储介质上的信息和可改动地存储在诸如软盘、磁带、CD、RAM装置和其他磁性和光学介质的可写存储介质上的信息。所述过程、方法或算法还可以软件可执行对象实现。或者，可以使用合适的硬件组件整体地或部分地实施所述过程、方法或算法，所述硬件组件诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件组件或装置，或硬件、软件和固件组件的组合。
虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例无意描述权利要求所涵盖的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种改变。如前所述，可以组合各种实施例的特征来形成本发明的可能并未明确描述或示出的另外的实施例。虽然各种实施例可能已经被描述为关于一个或多个期望特性提供优点或优于其他实施例或现有技术实现方式，但是本领域技术人员认识到，为了实现期望的整体系统属性，可能会对一个或多个特征或特性进行折衷，这取决于具体应用和实现方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为关于一个或多个特性不如其他实施例或现有技术实现方式那样期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用可能是期望的。
根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有：一对逆变器，每个逆变器具有五个相桥，所述相桥在五相电机的绕组的相对端处电耦合；以及控制器，所述控制器被编程以操作所述逆变器以按星形配置驱动所述绕组，并且响应于检测到所述绕组中的一者中的开路以及所述电机的速度超过阈值，操作所述逆变器以按正方形配置驱动所述其余绕组。
根据一个实施例，所述控制器还被编程以通过致使所述逆变器中的一者中的开关装置将所述绕组中的每一者的相关端连接到公共导体来操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述绕组。
根据一个实施例，所述控制器还被编程以通过致使所述逆变器中的所述一者的每个相桥的电压输出与所述绕组的与耦合到所述公共导体的所述端相对的一端相关联来控制所述电机的扭矩输出。
根据一个实施例，所述电压输出的振幅大于在没有检测到所述绕组中的所述一者的所述开路的情况下施加的电压振幅。
根据一个实施例，所述控制器还被编程以通过控制所述逆变器的每个相桥的电压输出使得施加到所述绕组的电压就像所述绕组以环路物理连接一样，来操作所述逆变器以按所述正方形配置驱动所述其余绕组，在所述环路中所述绕组中的每一者电耦合到另外两个绕组。
根据一个实施例，每个相桥的所述电压输出的振幅小于在没有检测到所述绕组中的所述一者的所述开路的情况下施加的电压振幅。
根据一个实施例，所述控制器还被编程以操作所述逆变器以向所述绕组中的所述一者提供零电压。
根据一个实施例，所述阈值是按所述星形配置驱动的所述电机的最大扭矩等于按所述正方形配置驱动的所述电机的最大扭矩时的速度。
根据一个实施例，所述控制器还被编程以响应于所述电机的所述速度下降到低于所述阈值，同时检测到所述绕组中的所述一者的所述开路，操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述其余绕组。
根据本发明，一种方法包括：操作一个或多个逆变器以按星形配置驱动五相电机的绕组；以及响应于检测到所述绕组中的一者的开路以及所述电机的速度超过阈值，从操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述绕组改变为操作所述逆变器以按正方形配置驱动未开路的所述绕组。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于响应于所述速度下降到低于所述阈值，同时所述绕组中的所述一者是开路的，从操作所述逆变器以按所述正方形配置驱动未开路的所述绕组改变为操作所述逆变器以按所述星形配置驱动未开路的所述绕组。
根据一个实施例，所述阈值是按所述星形配置驱动的所述电机的最大扭矩等于按所述正方形配置驱动的所述电机的最大扭矩时的速度。
根据一个实施例，操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述绕组包括操作所述逆变器中的一者以将所述绕组中的每一者选择性地耦合到公共中性点。
根据一个实施例，操作所述逆变器以按所述正方形配置驱动所述绕组包括操作所述一个或多个逆变器，使得施加到所述绕组的电压就像所述绕组以环路物理连接一样，在所述环路中所述绕组中的每一者电耦合到另外两个绕组。
根据本发明，提供了一种电气化动力传动系统，所述电气化动力传动系统包括：电机，所述电机具有五相绕组；一个或多个逆变器，所述一个或多个逆变器具有电耦合到所述绕组的每一端的相桥；以及控制器，所述控制器被编程以响应于所述绕组中的一者为开路的，从操作所述逆变器以按星形配置驱动所述绕组改变为操作所述逆变器以按正方形配置驱动所述绕组。
根据一个实施例，所述控制器还被编程以通过致使所述逆变器中的一者中的开关装置将所述绕组中的每一者的相关端连接到公共点来操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述绕组。
根据一个实施例，所述控制器还被编程以通过致使所述一个或多个逆变器的所述相桥中的每一者的电压输出与所述绕组的未耦合到所述公共点的一端相关联来控制所述电机的扭矩输出。
根据一个实施例，所述控制器还被编程以通过操作所述一个或多个逆变器使得施加到所述绕组的电压就像所述绕组以环路物理连接一样，来按所述正方形配置操作所述逆变器，在所述环路中所述绕组中的每一者电耦合到另外两个绕组。
根据一个实施例，每个相桥的电压输出的振幅小于当所述绕组中的所述一者未开路时的电压振幅。
根据一个实施例，所述控制器还被编程以响应于所述电机的速度超过阈值而从操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述绕组改变为操作所述逆变器以按所述正方形配置驱动所述绕组，所述阈值是按所述星形配置驱动的所述电机的最大扭矩等于按所述正方形配置驱动的所述电机的最大扭矩时的预定速度。

Claims (15)

1.一种车辆，所述车辆包括：
一对逆变器，每个逆变器具有五个相桥，所述相桥在五相电机的绕组的相对端处电耦合；以及
控制器，所述控制器被编程以操作所述逆变器以按星形配置驱动所述绕组，并且响应于检测到所述绕组中的一者中的开路以及所述电机的速度超过阈值，操作所述逆变器以按正方形配置驱动所述其余绕组。
2.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器还被编程以通过致使所述逆变器中的一者中的开关装置将所述绕组中的每一者的相关端连接到公共导体来操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述绕组。
3.如权利要求2所述的车辆，其中所述控制器还被编程以通过致使所述逆变器中的所述一者的每个相桥的电压输出与所述绕组的与耦合到所述公共导体的所述端相对的一端相关联来控制所述电机的扭矩输出。
4.如权利要求3所述的车辆，其中所述电压输出的振幅大于在没有检测到所述绕组中的所述一者的所述开路的情况下施加的电压振幅。
5.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器还被编程以通过控制所述逆变器的每个相桥的电压输出使得施加到所述绕组的电压就像所述绕组以环路物理连接一样，来操作所述逆变器以按所述正方形配置驱动所述其余绕组，在所述环路中所述绕组中的每一者电耦合到另外两个绕组。
6.如权利要求5所述的车辆，其中每个相桥的所述电压输出的振幅小于在没有检测到所述绕组中的所述一者的所述开路的情况下施加的电压振幅。
7.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器还被编程以操作所述逆变器以向所述绕组中的所述一者提供零电压。
8.如权利要求1所述的车辆，其中所述阈值是按所述星形配置驱动的所述电机的最大扭矩等于按所述正方形配置驱动的所述电机的最大扭矩时的速度。
9.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器还被编程以响应于所述电机的所述速度下降到低于所述阈值，同时检测到所述绕组中的所述一者的所述开路，操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述其余绕组。
10.一种电气化动力传动系统，所述电气化动力传动系统包括：
电机，所述电机具有五相绕组；
一个或多个逆变器，所述一个或多个逆变器具有电耦合到所述绕组的每一端的相桥；以及
控制器，所述控制器被编程以响应于所述绕组中的一者为开路的，从操作所述逆变器以按星形配置驱动所述绕组改变为操作所述逆变器以按正方形配置驱动所述绕组。
11.如权利要求10所述的电气化动力传动系统，其中所述控制器还被编程以通过致使所述逆变器中的一者中的开关装置将所述绕组中的每一者的相关端连接到公共点来操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述绕组。
12.如权利要求11所述的电气化动力传动系统，其中所述控制器还被编程以通过致使所述一个或多个逆变器的所述相桥中的每一者的电压输出与所述绕组的未耦合到所述公共点的一端相关联来控制所述电机的扭矩输出。
13.如权利要求10所述的电气化动力传动系统，其中所述控制器还被编程以通过操作所述一个或多个逆变器使得施加到所述绕组的电压就像所述绕组以环路物理连接一样，来按所述正方形配置操作所述逆变器，在所述环路中所述绕组中的每一者电耦合到另外两个绕组。
14.如权利要求13所述的电气化动力传动系统，其中每个相桥的电压输出的振幅小于当所述绕组中的所述一者未开路时的电压振幅。
15.如权利要求10所述的电气化动力传动系统，其中所述控制器还被编程以响应于所述电机的速度超过阈值而从操作所述逆变器以按所述星形配置驱动所述绕组改变为操作所述逆变器以按所述正方形配置驱动所述绕组，所述阈值是按所述星形配置驱动的所述电机的最大扭矩等于按所述正方形配置驱动的所述电机的最大扭矩时的预定速度。
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