CN112039284A - 一种电机系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电机系统，所述电机系统包括第一电机子系统和第二电机子系统、用以控制所述第一电机子系统和第二电机子系统工作的控制子系统、与所述第一电机子系统和第二电机子系统均连接的输出模块；当电机系统的实时扭矩为电机系统的峰值扭矩的一半以内时，所述第一电机子系统和第二电机子系统中的其中一个处于关闭状态或均处于工作状态。若电机的实时扭矩为该电机系统的峰值扭矩的一半以内，则判断该电机处于或接近低扭矩区，则可以选择性的关闭其中一个电机子系统，以提高电机系统的整体输出及输入效率。当然，也可以选择均不关闭，选择均不关闭时，则不会改变电机系统的整体输出及输入效率。

Description

一种电机系统及其控制方法

技术领域

本发明属于电机领域，特别涉及一种新的电机系统及其控制方法。

背景技术

电动商用车的性能指标相对于乘用车较高，例如，许多商用车均要求输出的峰值扭矩达到1500Nm/60s，峰值转速达到4500RPM。但是，目前主要的大型驱动电机供应商均无法满足3500RPM以上的转速要求，这是由于高扭矩下的电机转子的直径过大的话，在高转速离心力的作用下容易过载。

为了达到合适的扭矩及转速要求，现有技术中可将两个电机并联工作，从而相对单电机可提高性能，降低体积。但是，电机的输出及输入效率均受到扭矩和转速的影响，双电机的输出及输入效率还具有可以提高的空间。

因此，必须设计一种效率更高的电机系统及其控制方法。

发明内容

为解决上述问题之一，本发明提供了一种电机系统，所述电机系统包括第一电机子系统和第二电机子系统、用以控制所述第一电机子系统和第二电机子系统工作的控制子系统、与所述第一电机子系统和第二电机子系统均连接的输出模块；当电机系统的实时扭矩为电机系统的峰值扭矩的一半以内时，所述第一电机子系统和第二电机子系统中的其中一个处于工作状态或均处于工作状态。

作为本发明的进一步改进，所述第一电机子系统的峰值扭矩小于第二电机子系统，所述第一电机子系统的峰值转速大于第二电机子系统。

作为本发明的进一步改进，所述第一电机子系统包括第一电机模块、第一减速模块，所述第二电机子系统包括第二电机模块、第二减速模块，所述第一减速模块的减速比大于第二减速比，所述第一电机模块和第二电机模块的峰值扭矩及峰值转速均相等。

作为本发明的进一步改进，所述控制子系统包括第一逆变器和第二逆变器，所述第一逆变器与所述第一电机子系统相连接以对第一电机子系统进行控制，所述第二逆变器与所述第二电机子系统相连接以对第二电机子系统进行控制。

作为本发明的进一步改进，所述第一电机子系统包括第一电机电路，所述第一电机电路包括三条相互并联的第一电机支路；所述第二电机子系统包括第二电机电路，所述第二电机电路包括三条相互并联的第二电机支路；所述控制子系统包括逆变器及两个第一开关、三个第二开关，所述逆变器与三条第二电机支路的一端相连接，三条所述第二电机支路的另一端通过两个第一开关相连接；并且，三条所述第二电机支路的另一端通过三个第二开关与三条第一电机支路分别连接，而三条第一电机支路的另一端之间相互连接；当第一开关闭合，第二开关断开时，所述第二电机子系统处于工作状态，当第一开关断开，第二开关闭合时，所述第一电机子系统和第二电机子系统均处于工作状态。

作为本发明的进一步改进，所述第一电机子系统和第二电机子系统均处于工作状态时，第一电机子系统和第二电机子系统输出的实时扭矩分别占电机系统输出的实时扭矩的50％。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种电机系统的控制方法，所述控制方法包括：确认电机系统的峰值扭矩N；检测电机系统当前的实时扭矩n；当

时，控制子系统选择性的关闭第一电机子系统和第二电机子系统中的其中一个或均不关闭。

作为本发明的进一步改进，步骤“控制子系统选择性的关闭第一电机子系统和第二电机子系统中的其中一个或均不关闭”包括：第一逆变器关闭第一电机子系统或第二逆变器关闭第二电机子系统或均不关闭。

作为本发明的进一步改进，步骤“控制子系统选择性的关闭第一电机子系统和第二电机子系统中的其中一个或均不关闭”包括：控制子系统选择性的关闭第一电机子系统；或者，控制子系统均不关闭第一电机子系统和第二电机子系统。

作为本发明的进一步改进，步骤“控制子系统选择性的关闭第一电机子系统”包括：保持逆变器工作；闭合两个第一开关，断开三个第二开关；步骤“控制子系统均不关闭第一电机子系统和第二电机子系统”包括：保持逆变器工作；断开两个第一开关，闭合三个第二开关。

作为本发明的进一步改进，步骤“控制子系统选择性的关闭第一电机子系统和第二电机子系统中的其中一个或均不关闭”具体包括：

预估第一电机子系统单独工作时的工作效率曲线η_A，

η_A＝f_A(n_A,T_A)；

预估第二电机子系统单独工作时的工作效率曲线η_B，

η_B＝f_B(n_B,T_B)；

预估第一电机子系统和第二电机子系统均工作时的效率曲线η₀，

其中，α+β＝100％，T为电机系统的输出转矩，n为电机系统的输出转速，n_A为第一电机模块的输出转速，n_B为第二电机模块的输出转速，r_A为第一减速模块的减速比，r_B为第二减速模块的减速比；

检测并获取第一电机子系统和第二电机子系统的输出转速和输出转矩；

带入并计算η_A、η_B、η₀的大小；

当η_A＞η_B且η_A＞η₀时，关闭第二电机子系统使得仅有第一电机子系统处于工作状态；

当η_B＞η_A且η_B＞η₀时，关闭第一电机子系统使得仅有第二电机子系统处于工作状态；

当η₀＞η_A且η₀＞η_B时，均不关闭第一电机子系统及第二电机子系统。

作为本发明的进一步改进，α＝β＝50％。

与现有技术相比，在本发明中，若电机的实时扭矩为该电机系统的峰值扭矩的一半以内，则判断该电机处于或接近低扭矩区，则可以选择性的关闭其中一个电机子系统，以提高电机系统的整体输出及输入效率。当然，也可以选择均不关闭，选择均不关闭时，则不会改变电机系统的整体输出及输入效率。

附图说明

图1是本发明中单个电机子系统的输入效率曲线；

图2是本发明第一种实施方式中的电路图；

图3是本发明第二种实施方式中的电路图。

具体实施例

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，本发明提供了一种电机系统及其控制方法，所述电机系统包括第一电机子系统11及第二电机子系统12、用以控制所述第一电机子系统11和第二电机子系统12工作的控制系统、与所述第一电机子系统11和第二电机子系统12均连接的输出模块，所述输出模块将第一电机子系统11和第二电机子系统12进行整合，并输出扭矩和转速。当电机系统的实时扭矩为电机系统的峰值扭矩的一半以内时，所述第一电机子系统11和第二电机子系统12中的其中一个处于工作状态或均处于工作状态。

由于本发明中的电机系统是由至少两个电机子系统整合而成，并且，对于双电机系统来说，两个电机子系统的实时扭矩相加即得到本发明中的电机系统的扭矩。电机系统的输出效率和输入效率均与扭矩和转速相关，且在低扭矩区，若两个电机子系统均同时工作，则为了使得电机系统保持输入和输出的高效，电机的转速不能过高、也不能过低。而单个电机子系统则能在低扭矩区也可以提保持较高的效率。因此，在本发明中，若电机的实时扭矩为该电机系统的峰值扭矩的一半以内，则判断该电机处于或接近低扭矩区，则可以选择性的关闭其中一个电机子系统，以提高电机系统的整体输出及输入效率。当然，也可以选择均不关闭。具体的低扭矩区的划分，需要根据电机子系统的种类及工况等进行划分，再次不在赘述。

以下进行具体实例分析，如图1所示，假设整体电机系统的扭矩峰值为700Nm，判断其输入端均处于350Nm，6000RPM的状态，两个电机子系统同时在工作，假设两个电机子系统的扭矩分配为50％/50％，那么单个电机子系统输出175Nm，6000RPM，则对于单个电机子系统效率曲线，其输入效率仍然在90％左右，则两个电机子系统同时工作下的输入效率也在90％左右。若在350Nm时，关闭一个电机子系统，另一个电机子系统虽然可以满载输出350Nm的扭矩，但是根据单个子系统的输出效率曲线可得，其输出350Nm的扭矩时，其输入效率在85％左右。因此，输入端均处于350Nm，6000RPM时，第一电机子系统11和第二电机子系统12同时工作的输入效率还是大于单个电机子系统的输入效率。

但是，若扭矩进一步降低，例如在60Nm，6000RPM的状态，两个电机子系统同时在工作，则进一步假设两个电机子系统的扭矩分配为50％/50％，那么单个电机子系统输出30Nm，6000RPM，则对于单电机效率曲线，其输入效率在85％左右。但是若在60Nm时关闭一个电机子系统，另一个电机子系统可以输出60Nm的扭矩，且其输入效率在90％以上。因此，输入端均处于60Nm，6000RPM时，第一电机子系统11和第二电机子系统12单独工作的输入效率大于同时工作的输入效率。

因此，经过上述类比分析，可以看出，当扭矩较小，特别是峰值扭矩的一半以内时，单个电机子系统单独工作时的输入效率可能会大于两个电机子系统同时工作时的输入效率。因此，可设置控制子系统可选择性的关闭第一电机子系统11和第二电机子系统12中的其中一个或均不关闭。

特别的，在本实施方式中，为了能够更好的对第一电机子系统11和第二电机子系统12进行区分，并且能够在控制中更加精密，所述第一电机子系统11的峰值扭矩小于第二电机子系统12，第一电机子系统11的峰值转速大于第二电机子系统12。因此第一电机子系统11和第二电机子系统12在不同扭矩和转速情况下的输入效率也不相同，从而可根据输出模块的输出效率通过控制子系统对第一电机子系统11和第二电机子系统12的工作情况进行调整，使得在不同扭矩和转速下，所述电机系统的输入效率和输出效率均能保持较高的状态

并且，第一电机子系统11包括第一电机模块、第一减速模块，所述第二电机子系统12包括第二电机模块、第二减速模块，所述第一电机模块和第二电机模块的峰值扭矩和峰值转速均相等，第一减速模块的减速比大于第二减速模块。因此，具体的，第一减速模块的减速比若为1：3，第二减速模块的减速比为1：4，若第一电机模块和第二电机模块的峰值扭矩为250Nm，峰值转速为13500RPM，则分别经过第一减速模块和第二减速模块的减速，第一电机子系统11的峰值扭矩为750Nm，峰值转速为4500RPM，第二电机子系统12的峰值扭矩为1000Nm，峰值转速为3375RPM。

因此，本具体实施方式中，第一电机模块和第二电机模块为相同的电机模块，并通过不同减速比的减速模块对电机模块进行减速，从而通过第一减速模块和第二减速模块对第一电机子系统11和第二电机子系统12的输出扭矩及输出转速进行调整，而不用对第一电机模块和第二电机模块进行设置，较为方便。并且第一电机模块和第二电机模块相同，也可以确保第一电机模块和第二电机模块的输入曲线相同。

并且，具体的，本发明中需要对第一电机子系统11和第二电机子系统12进行分别控制，具体的，本发明中提供了两种具体的控制结构。

具体的，第一种实施方式中，如图2所示，所述控制子系统包括第一逆变器21和第二逆变器22，所述第一逆变器21与所述第一电机子系统11相连接以对第一电机子系统11进行控制，所述第二逆变器22与所述第二电机子系统12相连接以对第二电机子系统12进行控制。在该种实施方式中，通过第一逆变器21和第二逆变器22分别对第一电机子系统11和第二电机子系统12进行独立控制，使得第一电机子系统11和第二电机子系统12在需要的情况下进行独立的工作或不工作。

第二种实施方式中，如图3所示，所述控制子系统进包括一个逆变器20及两个第一开关S1、三个第二开关S2。所述第一电机子系统11包括第一电机电路，第二电机子系统12包括第二电机电路。由于所述第一电机子系统11和第二电机子系统12中均采用三相电机，因此，因此所述第一电机电路中包括三条相互并联的第一电机支路，所述第二电机电路中包括三条相互并联的第二电机支路。上述逆变器20与三条第二电机支路的一端相连接，三条第二电机支路的另一端之间则通过两个第一开关S1相连接。并且，上述三条第二电机支路的另一端也通过三个第二开关S2与三条第一电机支路分别连接。而三条第一电机支路的另一端则分别相互连接。因此，在本实施方式中，当第一开关S1闭合，第二开关S2断开时，所述第一电机子系统11不工作，第二电机子系统12工作；当第一开关S1断开，第二开关S2闭合时，所述第一电机子系统11和第二电机子系统12均处于工作状态。

因此，在本实施方式中，所述第一电机子系统11和第二电机子系统12通过单个逆变器控制，且逆变器可始终处于工作状态，而仅通过第一开关S1和第二开关S2的开闭进行控制。在本实施方式中，第一电机子系统11和第二电机子系统12中仅会有第一电机子系统11会处于不工作的状态。该第二种实施方式相对于第一种实施方式，虽然控制的精度有所降低，但是进一步减小了整个系统的占用空间和成本，也具有较高的实用价值。

另外，在本实施发明中，所述第一电机子系统11和第二电机子系统12共用一个输出模块，从而输出模块可整合第一电机子系统11及第二电机子系统12的实时输出扭矩和输出转速。具体的，在本实施方式中，所述第一电机子系统11包括第一主动齿轮及第一主动轴，第二电机子系统12包括第二主动齿轮及第二主动轴，所述输出模块包括输出齿轮及输出轴，所述第一主动齿轮和第二主动齿轮均与输出齿轮相啮合。在第一电机子系统11或第二电机子系统12工作时，所述第一主动轴或第二主动轴旋转，并带动第一主动齿轮和第二主动齿轮也旋转。由于齿轮之间的啮合，因此也会带动输出齿轮的旋转，进而输出轴也旋转，进一步向外输出扭矩。并且，在本实施方式中，所述第一电机子系统11和第二电机子系统12均处于工作状态时，第一电机子系统11和第二电机子系统12输出的实时扭矩分别占电机系统输出的实时扭矩的50％。

另外，本发明还提供了一种该电机系统的控制方法。具体的，所述控制方法包括：

确认电机系统的峰值扭矩N；

检测电机系统当前的实时扭矩n；

当n＜12N时，控制子系统选择性的关闭第一电机子系统11和第二电机子系统12中的其中一个或均不关闭。

因此，在本控制方法中，通过比对实时扭矩和峰值扭矩的大小，对第一电机子系统11或第二电机子系统12进行控制。

由于，上述电机系统中提供了两种具体的实施方式，因此，相对应的，在第一种实施方式中，步骤“控制子系统选择性的关闭第一电机子系统11和第二电机子系统12中的其中一个或均不关闭”包括：第一逆变器21关闭第一电机子系统11或第二逆变器22关闭第二电机子系统12或均不关闭。

相应的，在第二种实施方式中，步骤“控制子系统选择性的关闭第一电机子系统11和第二电机子系统12中的其中一个或均不关闭”包括：

控制子系统选择性的关闭第一电机子系统11；

或者，控制子系统均不关闭第一电机子系统11和第二电机子系统12。

由于，第二种实施方式中的第一电机子系统11和第二电机子系统12中仅会有第一电机子系统11可能会被关闭，因此，具体的，步骤“控制子系统选择性的关闭第一电机子系统11”包括：保持逆变器工作；闭合两个第一开关S1，断开三个第二开关S2；而步骤“控制子系统均不关闭第一电机子系统11和第二电机子系统12”包括：保持逆变器工作；断开两个第一开关S1，闭合三个第二开关S2。

具体的，步骤“控制子系统选择性的关闭第一电机子系统11和第二电机子系统12中的其中一个或均不关闭”具体包括：

预估第一电机子系统11单独工作时的工作效率曲线η_A，η_A＝(第一电机子系统11输出功率/第一电机子系统11输入功率)，

η_A＝f_A(n_A,T_A)；

预估第二电机子系统12单独工作时的工作效率曲线η_B，η_B＝(第二电机子系统12输出功率/第二电机子系统12输入功率)

η_B＝f_B(n_B,T_B)；

预估第一电机子系统11和第二电机子系统12均工作时的效率曲线η₀，

其中，α+β＝100％，T为电机系统的输出转矩，n为电机系统的输出转速，n_A为第一电机模块的输出转速，n_B为第二电机模块的输出转速，r_A为第一减速模块的减速比，r_B为第二减速模块的减速比；

检测并获取第一电机子系统11和第二电机子系统12的输出转速和输出转矩；

带入并计算η_A、η_B、η₀的大小；

当η_A＞η_B且η_A＞η₀时，关闭第二电机子系统12使得仅有第一电机子系统11处于工作状态；

当η_B＞η_A且η_B＞η₀时，关闭第一电机子系统11使得仅有第二电机子系统12处于工作状态；

当η₀＞η_A且η₀＞η_B时，均不关闭第一电机子系统11及第二电机子系统12。

即先对上述算η_A、η_B、η₀进行估算，分别获得其在不同转速和扭矩下的效率曲线，从而，在不同的转速和扭矩下，选择效率最高的工作状态，并对第一电机子系统11或第二电机子系统12进行关闭或均不关闭。

并且，如上述所述，当第一电机子系统11和第二电机子系统12均处于工作状态时，第一电机子系统11和第二电机子系统12输出的实时扭矩分别占电机系统输出的实时扭矩的50％，则α＝β＝50％。当然，若为其他值也可达到本发明的目的，本实施方式中取50％可以使得计算更加方便。

综上所述，本发明中提供了一种电机系统及其控制方法，提出了在电机系统中采用双电机的结构，并且进行分别控制，从而可确保在扭矩较低例如峰值扭矩的一半以内时，电机系统的输入效率和输出效率依然能达到较高的状态。并且，第一电机子系统11和第二电机子系统12的峰值扭矩和峰值转速均不相同，从而可按照不同的实时扭矩情况对第一电机子系统11和第二电机子系统12进行分别的开启或关闭，以进一步实现精密控制，提高输入效率和输出效率。并且，本方案中仅通过不同减速比的减速模块进行控制，则也不用对第一电机模块和第二电机模块进行特地的更改，更加方便。最后，本发明中提供了两种控制方法，第一种实施例中控制更加精密，第二种实施例中控制更为便捷且占用的空间较少，用户可根据不同情况进行选择。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电机系统，其特征在于，所述电机系统包括第一电机子系统和第二电机子系统、用以控制所述第一电机子系统和第二电机子系统工作的控制子系统、与所述第一电机子系统和第二电机子系统均连接的输出模块；当电机系统的实时扭矩为电机系统的峰值扭矩的一半以内时，所述第一电机子系统和第二电机子系统中的其中一个处于工作状态或均处于工作状态。

2.根据权利要求1所述的电机系统，其特征在于，所述第一电机子系统的峰值扭矩小于第二电机子系统，所述第一电机子系统的峰值转速大于第二电机子系统。

3.根据权利要求2所述的电机系统，其特征在于，所述第一电机子系统包括第一电机模块、第一减速模块，所述第二电机子系统包括第二电机模块、第二减速模块，所述第一减速模块的减速比大于第二减速比，所述第一电机模块和第二电机模块的峰值扭矩及峰值转速均相等。

4.根据权利要求1所述的电机系统，其特征在于，所述控制子系统包括第一逆变器和第二逆变器，所述第一逆变器与所述第一电机子系统相连接以对第一电机子系统进行控制，所述第二逆变器与所述第二电机子系统相连接以对第二电机子系统进行控制。

5.根据权利要求1所述的电机系统，其特征在于，所述第一电机子系统包括第一电机电路，所述第一电机电路包括三条相互并联的第一电机支路；所述第二电机子系统包括第二电机电路，所述第二电机电路包括三条相互并联的第二电机支路；所述控制子系统包括逆变器及两个第一开关、三个第二开关，所述逆变器与三条第二电机支路的一端相连接，三条所述第二电机支路的另一端通过两个第一开关相连接；并且，三条所述第二电机支路的另一端通过三个第二开关与三条第一电机支路分别连接，而三条第一电机支路的另一端之间相互连接；当第一开关闭合，第二开关断开时，所述第二电机子系统处于工作状态，当第一开关断开，第二开关闭合时，所述第一电机子系统和第二电机子系统均处于工作状态。

6.根据权利要求1所述的电机系统，其特征在于，所述第一电机子系统和第二电机子系统均处于工作状态时，第一电机子系统和第二电机子系统输出的实时扭矩分别占电机系统输出的实时扭矩的50％。

7.一种电机系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

确认电机系统的峰值扭矩N；

检测电机系统当前的实时扭矩n；

当

时，控制子系统选择性的关闭第一电机子系统和第二电机子系统中的其中一个或均不关闭。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，步骤“控制子系统选择性的关闭第一电机子系统和第二电机子系统中的其中一个或均不关闭”包括：

第一逆变器关闭第一电机子系统或第二逆变器关闭第二电机子系统或均不关闭。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，步骤“控制子系统选择性的关闭第一电机子系统和第二电机子系统中的其中一个或均不关闭”包括：

控制子系统选择性的关闭第一电机子系统；

或者，控制子系统均不关闭第一电机子系统和第二电机子系统。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，步骤“控制子系统选择性的关闭第一电机子系统”包括：

保持逆变器工作；

闭合两个第一开关，断开三个第二开关；

步骤“控制子系统均不关闭第一电机子系统和第二电机子系统”包括：

保持逆变器工作；

断开两个第一开关，闭合三个第二开关。

11.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，步骤“控制子系统选择性的关闭第一电机子系统和第二电机子系统中的其中一个或均不关闭”具体包括：

预估第一电机子系统单独工作时的工作效率曲线η_A，

η_A＝f_A(n_A,T_A)；

预估第二电机子系统单独工作时的工作效率曲线η_B，

η_B＝f_B(n_B,T_B)；

预估第一电机子系统和第二电机子系统均工作时的效率曲线η₀，

其中，α+β＝100％，T为电机系统的输出转矩，n为电机系统的输出转速，n_A为第一电机模块的输出转速，n_B为第二电机模块的输出转速，r_A为第一减速模块的减速比，r_B为第二减速模块的减速比；

检测并获取第一电机子系统和第二电机子系统的输出转速和输出转矩；

带入并计算η_A、η_B、η₀的大小；

当η_A＞η_B且η_A＞η₀时，关闭第二电机子系统使得仅有第一电机子系统处于工作状态；

当η_B＞η_A且η_B＞η₀时，关闭第一电机子系统使得仅有第二电机子系统处于工作状态；

当η₀＞η_A且η₀＞η_B时，均不关闭第一电机子系统及第二电机子系统。

12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，α＝β＝50％。

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