CN115642853A

CN115642853A - 电机驱动装置

Info

Publication number: CN115642853A
Application number: CN202210827814.7A
Authority: CN
Inventors: 李镕在; 朴柱英; 高永宽
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2022-07-13
Publication date: 2023-01-24
Also published as: KR20230013946A; DE102022206909A1; US11876468B2; US20230023016A1

Abstract

本发明涉及电机驱动装置。所述电机驱动装置驱动具有对应于多个相的多个绕组的电机，所述电机驱动装置包括：第一逆变器、第二逆变器、控制器，所述第一逆变器具有多个第一开关元件，并且与各个绕组的第一端连接；所述第二逆变器具有多个第二开关元件，并且与各个绕组的第二端连接；所述控制器配置为将电机的预设电压指令以相同的比率分配为第一逆变器的电压指令和第二逆变器的电压指令，并且生成第一开关元件的占空比和第二开关元件的占空比，从而控制脉宽调制，其中，控制器确定第二开关元件的占空比，并且确定第一开关元件的占空比。

Description

电机驱动装置

技术领域

本发明总体上涉及电机驱动装置。更具体地，本发明涉及利用开放端部绕组方法的电机驱动装置，其中，逆变器分别与电机的绕组的两端连接。

背景技术

通常，包括在电机中的各相的绕组具有与一个逆变器连接的第一端和彼此连接的第二端，以形成Y型连接。

在驱动电机期间，当逆变器中的开关元件通过脉宽调制控制而接通/关断时，将线电压施加至形成Y型连接的电机的绕组以产生交流电流，从而产生扭矩。

诸如电动车辆(其利用由电机产生的扭矩作为动力)的环保车辆的燃料效率由逆变器-电机(inverter-motor)的电力转换效率决定，因此，为了提高燃料效率，重要的是使逆变器的电力转换效率和电机的效率最大化。

逆变器-电机系统的效率主要由逆变器的电压利用率决定，如果在电压利用率较高的区间内形成由电机的转速和扭矩之间的关系决定的车辆的操作点，则可以提高车辆的燃料效率。

然而，随着电机的绕组的数量增加以增大电机的最大扭矩，电压利用率较高的区间变得远离作为车辆的主要操作点的低扭矩区域，因此车辆的燃料效率可能会降低。此外，在燃料效率方面，如果将主要操作点设计为包括在电压利用率较高的区间中，则存在对于电机的最大扭矩的限制，这可能会降低车辆的启动加速性能。

为了解决这些问题，在相关技术领域中，提出了开放端部绕组(open endwinding，OEW)方法的电机驱动技术，其中，不是通过Y型连接而使电机的绕组的一端短路，而是通过将两个逆变器分别与电机的绕组的两端连接来驱动两个逆变器。

与驱动具有Y型连接结构的传统电机的方法相比，这种利用开放端部绕组方法的电机驱动技术具有这样的优点：该技术能够通过增大相电压来提高电压利用率并且实现高输出。

然而，在将公共直流电分别施加至与电机的绕组的两端连接的逆变器的开放端部绕组方法的电机驱动技术中，无法在逆变器的平均切换周期内将零(0)相分量电压控制为零(0)，这可能会导致产生共模电流。当共模电流流过电机的绕组时，该共模电流会造成诸如铜损和铁损的损耗，从而使电机效率降低。严重时，共模电流会造成电机系统烧毁。

上述作为背景技术描述的事项仅用于增进对本发明的背景的理解，不应视为承认其属于本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

因此，本发明已经考虑到相关技术中出现的上述问题，并且根据本发明的各个方面，可以提出一种电机驱动装置，使得在利用开放端部绕组方法(其中，两个逆变器分别与电机的绕组的两端连接)驱动电机期间，通过将两个逆变器之间的共模电压设置为彼此相同并且根据需要控制零(0)相分量电压来消除由两个逆变器之间的共模电压差产生的环流，从而提高电机的效率。

为了实现上述效果，根据本发明的一个方面，一种电机驱动装置，其配置为驱动具有分别对应于多个相的多个绕组的电机，所述电机驱动装置可以包括：第一逆变器、第二逆变器、控制器；所述第一逆变器具有多个第一开关元件，并且与电机的多个绕组中的各个绕组的第一端连接；所述第二逆变器具有多个第二开关元件，并且与电机的多个绕组中的各个绕组的第二端连接；所述控制器配置为将电机的预设电压指令以相同的比率分配为第一逆变器的电压指令和第二逆变器的电压指令，并且生成第一开关元件的占空比和第二开关元件的占空比，从而控制脉宽调制，其中，控制器基于根据第一逆变器的相电压指令生成的第一偏移电压指令确定第二开关元件的占空比，并且基于根据第二逆变器的相电压指令生成的第二偏移电压指令确定第一开关元件的占空比。

在本发明的示例性实施方案中，控制器可以包括：电流指令映射装置、电流控制器、第一占空比生成器、第二占空比生成器，所述电流指令映射装置配置为基于预设的电机所需动力生成电流指令；所述电流控制器配置为通过将生成的电流指令与提供至电机的电流的检测值进行比较来生成减小所述电流指令与所述检测值之间的差值的电机的电压指令；所述第一占空比生成器配置为：通过将电机的电压指令乘以1/2倍来生成第一逆变器的电压指令，将第一逆变器的电压指令转换为第一逆变器的相电压指令，基于第一逆变器的相电压指令生成第一偏移电压指令；所述第二占空比生成器配置为：通过将电机的电压指令乘以-1/2倍来生成第二逆变器的电压指令，将第二逆变器的电压指令转换为第二逆变器的相电压指令，基于第二逆变器的相电压指令生成第二偏移电压指令。

在本发明的示例性实施方案中，第一占空比生成器可以基于第一逆变器的电压指令的零(0)相分量电压指令、第一偏移电压指令和第二偏移电压指令生成用于执行第一开关元件的脉宽调制的占空比，第二占空比生成器可以基于第二逆变器的电压指令的零(0)相分量电压指令、第一偏移电压指令和第二偏移电压指令生成用于执行第二开关元件的脉宽调制的占空比。

在本发明的示例性实施方案中，第一占空比生成器可以将第一偏移电压指令提供至第二占空比生成器，第二占空比生成器可以将第二偏移电压指令提供至第一占空比生成器。

在本发明的示例性实施方案中，可以将第一偏移电压指令确定为第一逆变器的相电压指令中的最大值与最小值的平均值。

在本发明的示例性实施方案中，可以将第二偏移电压指令确定为第二逆变器的相电压指令中的最大值与最小值的平均值。

在本发明的示例性实施方案中，第一占空比生成器可以通过将第一偏移电压指令和第二偏移电压指令组合来生成第一组合偏移电压指令，并且第二占空比生成器可以通过将第一偏移电压指令和第二偏移电压指令组合来生成与第一占空比生成器的第一组合偏移电压指令相同的第二组合偏移电压指令。

在本发明的示例性实施方案中，第一组合偏移电压指令和第二组合偏移电压指令分别可以是第一偏移电压指令和第二偏移电压指令的平均值。

在本发明的示例性实施方案中，第一组合偏移电压指令和第二组合偏移电压指令分别可以是通过对第一偏移电压指令和第二偏移电压指令分别应用权重值、然后将应用权重值后的第一偏移电压指令和第二偏移电压指令相加而获得的值。

在本发明的示例性实施方案中，第一占空比生成器可以通过将第一逆变器的三个相电压指令减去将第一组合偏移电压指令减去第一逆变器的电压指令中的零(0)相分量电压指令所获得的值来生成第一逆变器的极电压指令。

在本发明的示例性实施方案中，第二占空比生成器可以通过将第二逆变器的三个相电压指令减去将第二组合偏移电压指令减去第二逆变器的电压指令中的零(0)相分量电压指令所获得的值来生成第二逆变器的极电压指令。

根据该电机驱动装置，根据需要控制以开放端部绕组方法应用的两个逆变器的零(0)相分量电压，从而抑制共模电流的产生。

因此，避免了由于共模电流导致的电机相电流的失真，从而便于电机电流的控制，避免了由环流引起的电机的诸如铁损和铜损的损耗，从而显著提高了电机的驱动效率并且提前防止了电机烧毁。

在本发明中能够获得的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员通过以下描述将清楚地理解未提及的其他效果。

附图说明

通过以下结合所附附图的详细描述，将会更为清楚地理解上述及其它目的、特征以及本发明的其他优点，其中：

图1是根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的电路图；

图2是详细示出利用开放端部绕组方法控制电机的传统的控制器的框图；

图3是描述图2所示的传统的控制器中应用的电机控制技术的电压矢量图；

图4是示出在通过利用图2所示的传统的控制器来控制电机期间生成的各个逆变器的电压输出的波形图；

图5是更详细地示出图2所示的传统的控制器中的空间矢量调制器的框图；

图6是详细示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置中应用的控制器的框图；

图7是更详细地示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置中应用的控制器中的空间矢量调制器的框图；

图8是示出通过控制根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置生成的各个逆变器的电压输出的波形图；

图9是详细示出根据本发明的另一示例性实施方案的电机驱动装置中应用的控制器的框图；

图10是描述在图9所示的本发明的实施方案中，转换第一逆变器的相电压指令使得电机的相位比电机的旋转角度提前30度，并且转换第二逆变器的相电压指令使得电机的相位比电机的旋转角度提前150度的示例的电压矢量图；

图11是描述在图9所示的本发明的实施方案中，转换第一逆变器的相电压指令使得电机的相位比电机的旋转角度滞后30度，并且转换第二逆变器的相电压指令使得电机的相位比电机的旋转角度滞后150度的示例的电压矢量图；

图12是示出通过控制图9所示的根据本发明的实施方案的电机驱动装置生成的各个逆变器的电压输出、零(0)相电压分量和共模电流的波形图。

具体实施方式

在下文中，将参考所附附图详细描述根据本发明的各种实施方案的电机驱动装置。

图1是根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的电路图。

参考图1，根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置是配置为向具有分别与多个相相对应的多个绕组L1至L3的电机100提供驱动电力的电机驱动装置，并且可以包括第一逆变器10、第二逆变器20和控制器30，所述第一逆变器10包括多个第一开关元件S11至S16并且与电机100的各个绕组的第一端连接；所述第二逆变器20包括多个第二开关元件S21至S26并且与电机100的各个绕组的第二端连接；所述控制器30基于电机100所需的动力对第一开关元件S11至S16和第二开关元件S21至S26执行脉宽调制控制。

第一逆变器10和第二逆变器20可以将储存在电池200中的直流电转换为三相交流电，以将三相交流电提供至电机100，或者可以将再生制动期间发生的电机100的再生制动扭矩所产生的再生制动能量转换为直流电，以将直流电提供至电池200。能够通过分别设置在第一逆变器10和第二逆变器20中的多个第一开关元件S11至S16和多个第二开关元件S21至S26的脉宽调制控制来执行直流电和交流电之间的这种转换。

第一逆变器10可以包括多个支路11至13，形成在直流电容器300(其连接在电池200的两端之间)中的直流电压施加至所述多个支路11至13。支路11至13分别与电机100的多个相相对应，以进行电连接。

更具体地，第一支路11包括彼此串联连接在直流电容器300的两端之间的两个开关元件S11和S12，并且两个开关元件S11和S12的连接节点可以与电机100的一相的绕组L1的第一端连接，使得与多相中的一相相对应的交流电输入/输出。

同样，第二支路12包括彼此串联连接在直流电容器300的两端之间的两个开关元件S13和S14，并且两个开关元件S13和S14的连接节点可以与电机100的一相的绕组L2的第一端连接，使得与多相中的一相相对应的交流电输入/输出。

此外，第三支路13包括彼此串联连接在直流电容器300的两端之间的两个开关元件S15和S16，并且两个开关元件S15和S16的连接节点可以与电机100的一相的绕组L3的第一端连接，使得与多相中的一相相对应的交流电输入/输出。

第二逆变器20也可以具有与第一逆变器10的构造类似的构造。第二逆变器20可以包括多个支路21至23，形成在直流电容器300(其连接在电池200的两端之间)中的直流电压施加至所述多个支路21至23。支路21至23分别与电机100的多个相相对应，以进行电连接。

更具体地，第一支路21包括彼此串联连接在直流电容器300的两端之间的两个开关元件S21和S22，并且两个开关元件S21和S22的连接节点可以与电机100的一相的绕组L3的第二端连接，使得与多相中的一相相对应的交流电输入/输出。

同样，第二支路22包括彼此串联连接在直流电容器300的两端之间的两个开关元件S23和S24，并且两个开关元件S23和S24的连接节点可以与电机100的一相的绕组L2的第二端连接，使得与多相中的一相相对应的交流电输入/输出。

此外，第三支路23包括彼此串联连接在直流电容器300的两端之间的两个开关元件S25和S26，并且两个开关元件S25和S26的连接节点可以与电机100的一相的绕组L1的第二端连接，使得与多相中的一相相对应的交流电输入/输出。

第一逆变器10与电机100的各个绕组L1至L3的第一端连接，第二逆变器20与电机100的各个绕组L1至L3的第二端连接。也就是说，可以以电机100的各个绕组L1至L3的两端分别与第一逆变器10和第二逆变器20连接的开放端部绕组方法进行逆变器与电机之间的电连接。

控制器30是这样一种组件：其配置为基于电机100所需的动力对分别包括在第一逆变器10和第二逆变器20中的开关元件S11至S16和S21至S26执行脉宽调制控制，使得能够驱动电机100。

控制器30接收施加至第一逆变器10和第二逆变器20的直流电压V_dc、由电流传感器(未示出)检测并且提供至电机100的相电流以及由安装于电机100的电机转子传感器(未示出)检测的电机的电角度，从而以脉宽调制方法切换第一逆变器10的第一开关元件S11至S16和第二逆变器20的第二开关元件S21至S26，使得能够驱动电机100。具体地，当以脉宽调制方法控制第一逆变器10的第一开关元件S11至S16和第二逆变器20的第二开关元件S21至S26时，控制器30可以应用空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法。

为了更清楚地理解根据本发明的示例性实施方案的如上所述配置的电机驱动装置，下面将描述采用传统的开放端部绕组方法的电机驱动装置的控制技术。

图2是详细示出利用开放端部绕组方法控制电机的传统的控制器的框图，图3是描述图2所示的传统的控制器中应用的电机控制技术的矢量图。此外，图4是示出在通过利用图2所示的传统的控制器来控制电机期间生成的各个逆变器的电压输出的波形图，图5是更详细地示出图2所示的传统的控制器中的空间矢量调制器的框图。

如图2所示，传统的电机驱动装置的控制器可以包括电流指令映射装置41、电流控制器42、第一占空比生成器(duty generator)43和第二占空比生成器44。

电流指令映射装置41可以基于根据驾驶员的操作等产生的电机所需动力(电机所需的扭矩T_e ^*)和电机的反电动势λ^-1来生成与电机所需的扭矩T_e ^*和电机的反电动势λ^-1相对应的电流指令I_d ^*和I_q ^*。电流指令映射装置41用于生成反映电机所需动力的电机的电流指令。在图2中作为示例示出配置为基于电机所需动力和电机的反电动势生成电机的电流指令的映射装置，也可以应用配置为基于其他因素生成电机的电流指令的另一映射装置。

电流控制器42可以接收电流指令I_d ^*和I_q ^*，将所述电流指令I_d ^*和I_q ^*与提供至实际电机的电流的检测值进行比较，并且生成能够减小差值的电压指令V_d ^*、V_q ^*和V_n ^*。电压指令可以包括d轴分量V_d ^*、q轴分量V_q ^*和零(0)相分量V_n ^*。

第一占空比生成器43是用于生成图1所示的第一逆变器10中的开关元件的占空比的元件，并且可以包括乘法器431、坐标转换器432和第一空间矢量脉宽调制器433，所述乘法器431将电压指令V_d ^*、V_q ^*和V_n ^*乘以1/2倍以生成待施加于第一逆变器10的第一逆变器电压指令V_d1 ^*、V_q1 ^*和V_n1 ^*；所述坐标转换器432将第一逆变器电压指令V_d1 ^*、V_q1 ^*和V_n1 ^*转换为与电机的各相相对应的第一逆变器相电压指令V_as1 ^*、V_bs1 ^*和V_cs1 ^*；所述第一空间矢量脉宽调制器433基于第一逆变器电压指令的零(0)相分量V_n1 ^*执行空间矢量脉宽调制，以生成第一逆变器10中的开关元件的占空比。

类似于第一占空比生成器43，第二占空比生成器44是用于生成图1所示的第二逆变器20中的开关元件的占空比的元件，并且可以包括乘法器441、坐标转换器442和第二空间矢量脉宽调制器443，所述乘法器441将电压指令V_d ^*、V_q ^*和V_n ^*乘以-1/2倍以生成待施加于第二逆变器20的第二逆变器电压指令V_d2 ^*、V_q2 ^*和V_n2 ^*；所述坐标转换器442将第二逆变器电压指令V_d2 ^*、V_q2 ^*和V_n2 ^*转换为与电机的各相相对应的第二逆变器相电压指令V_as2 ^*、V_bs2 ^*和V_cs2 ^*；所述第二空间矢量脉宽调制器443基于第二逆变器电压指令的零(0)相分量V_n2 ^*执行空间矢量脉宽调制，以生成第二逆变器20中的开关元件的占空比。

这里，坐标转换器432和442的坐标转换将dq坐标转换为与电机的三相相对应的abc坐标，构成相关技术领域中已知的技术。

如图2所示，利用传统的开放端部绕组方法的电机控制技术是通过将电机的电压指令平均地分配至第一逆变器和第二逆变器执行的。

也就是说，如图3所示，在控制开放端部绕组结构的电机时，呈现在第一逆变器的切换矢量图和第二逆变器的切换矢量图的组合矢量图上的电机电压V_MOT可以表示为第一逆变器的电压V_INV1与第二逆变器的电压V_INV2(两者大小相同但方向彼此相反)之间的差值。每个矢量图表示在dq平面上。由于dq平面和空间矢量脉宽调制的矢量图等在相关技术领域中已知，因此在本文中省略其详细描述。

当通过空间矢量脉宽调制实现上述大小相同但方向彼此相反的第一逆变器电压和第二逆变器电压时，可以获得如图4所示的逆变器输出电压波形。在图4中，T_SW表示逆变器中的开关元件的切换周期，V_a1、V_b1、V_c1和V_n1表示第一逆变器的各相的电压和零(0)相分量电压，V_a2、V_b2、V_c2、V_n2表示第二逆变器的各相的电压和零(0)相分量电压，V_n表示第一逆变器的零(0)相分量电压与第二逆变器的零(0)相分量电压之间的差值，其表示由第一逆变器和第二逆变器施加至电机的零(0)相分量电压。

如图4所示，由于第一逆变器电压和第二逆变器电压在dq平面上的电压大小相同但相位不同，因此第一逆变器电压和第二逆变器电压具有不同的零(0)相分量电压。因此，施加至电机的零(0)相分量电压V_n的大小不能平均保持为零(0)。

如图2所示的传统的控制器中的空间矢量调制器433或443可以包括偏移电压生成器51、极电压指令生成器52、极电压指令限制器53、除法器54和加法器55。

偏移电压生成器51基于三个相电压指令V_as ^*、V_bs ^*和V_cs ^*生成偏移电压指令V_ns ^*，极电压指令生成器52将三个相电压指令V_as ^*、V_bs ^*、V_cs ^*减去将偏移电压指令V_ns ^*减去零(0)相分量电压指令V_n*所获得的值来生成极电压指令V_an ^*、V_bn ^*、V_cn ^*。

在利用如上所述的传统的开放端部绕组方法控制电机时，基于三个相电压指令V_as ^*、V_bs ^*、V_cs ^*生成偏移电压指令V_ns ^*。因此，当电机实际由两个逆变器驱动时，由各个逆变器产生的偏移电压之间存在差异。具体地，第一逆变器和第二逆变器产生不同的偏移电压指令V_ns ^*，使得在每个逆变器中不会产生与偏移电压指令相对应的偏移电压。

该特征能够表示为下面的表达式1。

[表达式1]

V_ns1＝V_n1 ^*-V_ns1 ^*＝0.5V_n ^*-V_ns1 ^*

V_ns2＝V_n2 ^*-V_ns2 ^*＝-0.5V_n ^*-V_ns2 ^*。

因此，由于最终施加至电机的零(0)相分量电压表示为下面的表达式2，因此无法根据需要生成零(0)相分量电压。

[表达式2]

V_ns1-V_ns2＝V_n ^*-V_ns1 ^*+V_ns2 ^*。

如上所述，在平均周期内零(0)相分量电压没有控制为零(0)的情况下，会产生电机的共模电流，从而由于共模电流的流动而导致电机中发生的损耗增大。严重时可能会造成电机烧毁。

在图5中，极电压指令限制器53可以将极电压指令限制为施加至第一逆变器和第二逆变器的直流电压V_DC的范围的±0.5，除法器54可以将受限的极电压指令除以施加至第一逆变器和第二逆变器的直流电压V_DC，加法器55可以将除法器54的各个结果加0.5，从而确定逆变器中的开关元件的占空比D_a、D_b、D_c。

极电压指令限制器53、除法器54和加法器55构成用于执行脉宽调制控制的已知技术，并且本领域技术人员能够充分实践其详细操作。因此，在本文中省略其详细描述。

图6是详细示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置中应用的控制器的框图。

参考图6，应用于根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的控制器30可以包括电流指令映射装置61、电流控制器62、第一占空比生成器63和第二占空比生成器64。

电流指令映射装置61可以基于根据驾驶员的操作等产生的电机所需动力(电机所需的扭矩T_e ^*)和电机的反电动势λ^-1来生成与电机所需的扭矩T_e ^*和电机的反电动势λ^-1相对应的电流指令I_d ^*和I_q ^*。

电流控制器62可以接收电流指令I_d ^*和I_q ^*，将所述电流指令I_d ^*和I_q ^*与提供至实际电机的电流的检测值进行比较，并且生成能够减小差值的电压指令V_d ^*、V_q ^*和V_n ^*。电压指令可以包括d轴分量V_d ^*、q轴分量V_q ^*和零(0)相分量V_n ^*。

电流指令映射装置61和电流控制器62可以与应用于图2所示的传统的电机控制技术的电流指令映射装置和电流控制器基本相同。

第一占空比生成器63是用于生成第一逆变器10中的开关元件的占空比的元件，并且可以包括乘法器631、坐标转换器632和第一空间矢量脉宽调制器633，所述乘法器631将电压指令V_d ^*、V_q ^*和V_n ^*乘以1/2倍以生成待施加于第一逆变器10的第一逆变器电压指令V_d1 ^*、V_q1 ^*和V_n1 ^*；所述坐标转换器632将第一逆变器电压指令V_d1 ^*、V_q1 ^*和V_n1*转换为与电机的各相相对应的第一逆变器相电压指令V_as1 ^*、V_bs1 ^*和V_cs1 ^*；所述第一空间矢量脉宽调制器633基于根据第一逆变器相电压指令V_as1 ^*、V_bs1 ^*和V_cs1 ^*生成的第一偏移电压指令V_ns1 ^*、第一逆变器电压指令的零(0)相分量V_n1 ^*以及在第二占空比生成器64中生成的第二偏移电压指令V_ns2 ^*执行空间矢量脉宽调制，以生成第一逆变器10中的开关元件的占空比。

类似于第一占空比生成器63，第二占空比生成器64是用于生成第二逆变器20中的开关元件的占空比的元件，并且可以包括乘法器641、坐标转换器642和第二空间矢量脉宽调制器643，所述乘法器641将电压指令V_d ^*、V_q ^*和V_n ^*乘以-1/2倍以生成待施加于第二逆变器20的第二逆变器电压指令V_d2 ^*、V_q2 ^*和V_n2 ^*；所述坐标转换器642将第二逆变器电压指令V_d2 ^*、V_q2 ^*和V_n2 ^*转换为与电机的各相相对应的第二逆变器相电压指令V_as2 ^*、V_bs2 ^*和V_cs2 ^*；所述第二空间矢量脉宽调制器643基于根据第二逆变器相电压指令V_as2 ^*、V_bs2 ^*和V_cs2 ^*生成的第二偏移电压指令V_ns2 ^*、第二逆变器电压指令的零(0)相分量V_n2 ^*以及在第一占空比生成器63中生成的第一偏移电压指令V_ns1 ^*执行空间矢量脉宽调制，以生成第二逆变器20中的开关元件的占空比。

在本发明的实施方案中，第一占空比生成器63和第二占空比生成器64的特征在于：两者具有分别根据第一逆变器10的输出电压和第二逆变器20的输出电压确定的共同的偏移电压指令，从而使得两个逆变器具有相同的零(0)相分量电压。也就是说，用于控制第一逆变器10的第一占空比生成器63可以利用与第一逆变器10的输出电压相对应的第一逆变器相电压指令V_as1 ^*、V_bs1 ^*、V_cs1 ^*来生成第一偏移电压指令V_ns1 ^*，然后将第一偏移电压指令V_ns1 ^*提供至第二占空比生成器64。用于控制第二逆变器20的第二占空比生成器64可以利用与第二逆变器20的输出电压相对应的第二逆变器相电压指令V_as2 ^*、V_bs2 ^*、V_cs2 ^*来生成第二偏移电压指令V_ns2 ^*，然后将第二偏移电压指令V_ns2 ^*提供至第一占空比生成器63。

第一占空比生成器63和第二占空比生成器64可以将第一偏移电压指令V_ns1 ^*和第二偏移电压指令V_ns2 ^*彼此组合，以生成具有相同值的组合偏移电压指令，并且将组合偏移电压指令和各个逆变器的各个零(0)相电压指令V_n1 ^*和V_n2 ^*应用至各个逆变器的相电压指令，以生成各个逆变器的极电压指令。

图7是更详细地示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置中应用的控制器中的空间矢量调制器的框图。具体地，图7详细示出了第一占空比生成器63中的第一空间矢量脉宽调制器633。第二占空比生成器64中的第二空间矢量脉宽调制器643(未在本文中示出)也可以实施为具有与其相对应的配置。

参考图7，第一占空比生成器63中的第一空间矢量脉宽调制器633可以包括偏移电压生成器71、偏移电压指令组合器711、极电压指令生成器72、极电压指令限制器73、除法器74和加法器75。

偏移电压生成器71可以基于第一逆变器10的三个相电压指令V_as1 ^*、V_bs1 ^*、V_cs1 ^*生成偏移电压指令V_ns1 ^*。

图7通过示例的方式简单地示出了偏移电压生成器71利用三个相电压指令V_as1 ^*、V_bs1 ^*、V_cs1 ^*的最大值和最小值的平均值来操作第一逆变器10的偏移电压指令V_ns1 ^*。偏移电压指令可以利用相关技术领域中已知的各种方法进行确定。

偏移电压指令组合器711可以将在偏移电压生成器71中生成的第一逆变器10的偏移电压指令V_ns1 ^*和由第二占空比生成器64中的第二空间矢量脉宽调制器643生成的第二逆变器20的偏移电压指令V_ns2 ^*彼此组合，以生成组合偏移电压指令V_ns，f ^*。

偏移电压指令组合器711可以以各种方式生成组合偏移电压指令V_ns，f ^*。例如，偏移电压指令组合器711可以分别对第一逆变器10的偏移电压指令V_ns1 ^*和第二逆变器20的偏移电压指令V_ns2 ^*应用权重值，并且相加，以生成组合偏移电压指令V_ns，f ^*。此外，偏移电压指令组合器711可以将组合偏移电压指令V_ns，f ^*确定为第一逆变器10的偏移电压指令V_ns1 ^*和第二逆变器20的偏移电压指令V_ns2 ^*的平均值。

以任意方式，偏移电压指令组合器711生成组合偏移电压指令V_ns，f ^*，在第一空间矢量脉宽调制器633和第二空间矢量脉宽调制器643中生成的组合偏移电压指令V_ns，f ^*应实现为具有相同的值。

当将第一逆变器10的偏移电压指令V_ns1 ^*和第二逆变器20的偏移电压指令V_ns2 ^*的平均值确定为组合偏移电压指令时，从每个逆变器输出的零(0)相分量电压表示为下面的表达式3。

[表达式3]

V_ns1＝V_n1 ^*-V_ns,f ^*＝0.5V_n ^*-0.5*(V_ns1 ^*+V_ns2 ^*)

V_ns2＝V_n2 ^*-V_ns,f ^*＝-0.5V_n ^*-0.5*(V_ns1 ^*+V_ns2 ^*)。

根据表达式3，两个逆变器的零(0)相分量电压之间的差值V_ns1-V_ns2可以输出为在电流控制器62中设置的零(0)相分量电压指令V_n ^*。这里，在将最终应用于两个逆变器的调制的组合偏移电压指令V_ns，f ^*确定为两个偏移电压指令V_ns1 ^*、V_ns2 ^*的平均值的情况下，两个逆变器具有的输出占空比的余量(margin)相同。对此，将组合偏移电压指令V_ns，_f ^*确定为两个偏移电压指令V_ns1 ^*和V_ns2 ^*的平均值是可取的。

在图7中，极电压指令生成器72可以通过分别将第一逆变器10的三个相电压指令V_as1 ^*、V_bs1 ^*、V_cs1 ^*减去将组合偏移电压指令V_ns，f ^*减去第一逆变器10的电压指令的零(0)相分量电压指令V_n1 ^*所获得的值来生成第一逆变器10的极电压指令V_an1 ^*、V_bn1 ^*和V_cn1 ^*。

在图7中，极电压指令限制器73可以将极电压指令限制为施加至第一逆变器10和第二逆变器20的直流电压V_DC的范围的±0.5，除法器74可以将受限的极电压指令除以施加至第一逆变器10和第二逆变器20的直流电压V_DC，加法器75可以通过将除法器74的各个结果加0.5来确定逆变器中的开关元件的占空比D_a、D_b、D_c。

极电压指令限制器73、除法器74和加法器75构成用于执行脉宽调制控制的已知技术，并且本领域技术人员能够充分实践其详细操作。因此，在本文中省略其详细描述。

此外，图7示出了第一占空比生成器63中第一空间矢量脉宽调制器633的详细配置。对此，本领域技术人员可以很容易地推断出第二占空比生成器64中第二空间矢量脉宽调制器643的详细配置。因此，在本文中省略对第二占空比生成器64中第二空间矢量脉宽调制器643的单独描述。

图8是示出通过控制根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置生成的各个逆变器的电压输出的波形图。

参考图8，可以确定出：与图4所示的传统的电机驱动装置的波形相比，基于根据本发明的实施方案的电机驱动装置，电机的零(0)相分量电压V_n确定为在一个周期内的平均值为零(0)。

根据本发明的实施方案的电机驱动装置能够根据需要执行电机的控制，从而不会因空间矢量脉宽调制而产生零(0)相分量电压的失真，由此抑制由电机产生的共模电流，从而能够抑制电机的不必要损耗并且防止电机烧毁。

如上所述，图6至图8所示的本发明的实施方案是将切换周期中的零(0)相分量电压的平均值控制为零(0)。该实施方案使得零(0)相分量电压在平均周期中为零(0)。然而，当零(0)相分量电压瞬时脉动时，可能会产生共模电流，并且瞬时共模电流也可能产生电机的损耗。下面描述通过抑制零(0)相分量电压的脉动来去除瞬时共模电流的本发明的另一实施方案。

图9是详细示出根据本发明的另一示例性实施方案的电机驱动装置中应用的控制器的框图。

参考图9，根据本发明的另一示例性实施方案的电机驱动装置的控制器30可以包括电流指令映射装置81、电流控制器82、第一占空比生成器83和第二占空比生成器84。

电流指令映射装置81可以基于根据驾驶员的操作等产生的电机所需动力(电机所需的扭矩T_e ^*)和电机的反电动势λ^-1来生成与电机所需的扭矩T_e ^*和电机的反电动势λ^-1相对应的电流指令I_d ^*和I_q ^*。

电流控制器82接收电流指令I_d ^*和I_q ^*，将所述电流指令I_d ^*和I_q ^*与提供至实际电机的电流的检测值进行比较，并且生成能够减小差值的电压指令V_d ^*、V_q ^*和V_n ^*。电压指令可以包括d轴分量V_d ^*、q轴分量V_q ^*和零(0)相分量V_n ^*。

电流指令映射装置81和电流控制器82可以与应用于图2所示的传统的电机控制技术的电流指令映射装置和电流控制器基本相同。

第一占空比生成器83是用于生成第一逆变器10中的开关元件的占空比的元件，并且可以包括第一乘法器831、第二乘法器832、坐标转换器833和第一空间矢量脉宽调制器834，所述第一乘法器831将电压指令V_d ^*、V_q ^*和V_n ^*的d轴电压指令V_d ^*和q轴电压指令V_q ^*乘以

倍，以生成待施加至第一逆变器10的第一逆变器d轴电压指令V_d1 ^*和第一逆变器q轴电压指令V_q1 ^*；所述第二乘法器832将电压指令V_d ^*、V_q ^*和V_n ^*的零(0)相分量电压指令乘以P₁倍，以生成第一逆变器零(0)相分量电压指令V_n1 ^*；所述坐标转换器833将第一逆变器电压指令V_d1 ^*、V_q1 ^*和V_n1 ^*转换为与电机的各相相对应的第一逆变器相电压指令V_as1 ^*、V_bs1 ^*和V_cs1 ^*，其中，电机的相位相对于电机的旋转角度θ提前或滞后30度；所述第一空间矢量脉宽调制器834基于第一逆变器相电压指令V_as1 ^*、V_bs1 ^*、V_cs1 ^*执行空间矢量脉宽调制，以生成第一逆变器10中的开关元件的占空比D_a1、D_b1、D_c1。

第二占空比生成器84是用于生成第二逆变器20中的开关元件的占空比的元件，并且可以包括第三乘法器841、第四乘法器842、坐标转换器843和第二空间矢量脉宽调制器844，所述第三乘法器841将电压指令V_d ^*、V_q ^*、V_n ^*的d轴电压指令V_d ^*和q轴电压指令V_q ^*乘以

倍，以生成待施加至第二逆变器20的第二逆变器d轴电压指令V_d2 ^*和第二逆变器q轴电压指令V_q2 ^*；所述第四乘法器842将电压指令V_d ^*、V_q ^*和V_n ^*的零(0)相分量电压指令乘以-P₂(这里，P₁+P₂＝1)倍，以生成第二逆变器零(0)相分量电压指令V_n2 ^*；所述坐标转换器843将第二逆变器电压指令V_d2 ^*、V_q2 ^*和V_n2 ^*分别转换为与电机的各相相对应的第二逆变器相电压指令V_as2 ^*、V_bs2 ^*和V_cs2 ^*，其中，电机的相位相对于电机的旋转角度θ提前或滞后150度；所述第二空间矢量脉宽调制器844基于第二逆变器相电压指令V_as2 ^*、V_bs2 ^*、V_cs2 ^*执行空间矢量脉宽调制，以生成第二逆变器20中的开关元件的占空比D_a2、D_b2、D_c2。

在本发明的实施方案中，第一占空比生成器83和第二占空比生成器84的特征在于以这样的方式执行坐标转换：在将d轴电压指令和q轴电压指令转换为三个相电压指令的过程中，在其间存在120度的差值。

图10是描述在图9所示的本发明的实施方案中，转换第一逆变器的相电压指令使得电机的相位比电机的旋转角度提前30度，并且转换第二逆变器的相电压指令使得电机的相位比电机的旋转角度提前150度的示例的电压矢量图，图11是描述在图9所示的本发明的实施方案中，转换第一逆变器的相电压指令使得电机的相位比电机的旋转角度滞后30度，并且转换第二逆变器的相电压指令使得电机的相位比电机的旋转角度滞后150度的示例的电压矢量图。

如图10所示，电机电压V_MOT可以表示为第一逆变器电压V_INV1与第二逆变器电压V_INV2之间的差值。更具体地，在第一逆变器电压V_INV1比电机电压V_MOT提前30度且大小为电机电压的

倍、并且第二逆变器电压V_INV2比电机电压V_MOT提前150度且大小为电机电压的

倍的情况下，将第一逆变器电压与第二逆变器电压之间的差值表示为电机电压。

同样地，如图11所示，在第一逆变器电压V_INV1比电机电压V_MOT滞后30度且大小为电机电压的

倍、并且第二逆变器电压V_INV2比电机电压V_MOT滞后150度且大小为电机电压的

如图12所示，在两个逆变器利用电压矢量进行调制的情况下，瞬时地呈现相同的零(0)相分量电压V_n1和V_n2。因此，两个逆变器的零(0)相分量电压之间的差值瞬间变为零(0)，从而，由于零(0)相分量电压之间的差值导致的零(0)相分量电流纹波(共模电流)也变为零(0)。

在本发明的示例性实施方案中，各个逆变器的零(0)相分量电压指令V_n ^*可以不均等地分配。也就是说，可以确定出由第二乘法器832和第四乘法器842设置的第一逆变器10的倍数值P₁和第二逆变器的倍数值P₂的大小彼此不同。这里，两个倍数值的大小的总和应为一(1)(P₁+P₂＝1)。

零(0)相分量电压指令V_n ^*的分配不影响电机的输出，在电机方面没有不同。

例如，在零(0)相分量电压大小均等分配(P₁和P₂的大小相等)的情况下，由于逆变器中存在误差(诸如开关死区时间)及其补偿，两个逆变器的最终输出占空比会变得不同。对此，可能会出现其中一个逆变器首先遇到占空比限制的情况。

同时，如果给两个逆变器关于零(0)相分量电压指令的分配的自由度，则可以提供一种均等地控制由于逆变器中存在误差(诸如死区时间)而不同地改变的占空比的最大值的手段，通过该手段可以提高电机的输出。也就是说，通过调整倍数值P₁和P₂，可以适当改善逆变器固有的不可避免的误差所带来的问题，从而提高电机的输出。

尽管以上关于本发明的具体实施方案进行了示出和描述，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在权利要求的范围内可以对本发明进行各种改进和改变。

Claims

1.一种电机驱动装置，其配置为驱动具有分别对应于多个相的多个绕组的电机，所述电机驱动装置包括：

第一逆变器，其包括多个第一开关元件，并且与电机的多个绕组中的各个绕组的第一端连接；

第二逆变器，其包括多个第二开关元件，并且与电机的多个绕组中的各个绕组的第二端连接；以及

控制器，其配置为将电机的预设电压指令以相同的比率分配为第一逆变器的电压指令和第二逆变器的电压指令，并且生成第一开关元件的占空比和第二开关元件的占空比，从而控制脉宽调制，

其中，所述控制器基于根据第一逆变器的相电压指令生成的第一偏移电压指令确定第二开关元件的占空比，并且基于根据第二逆变器的相电压指令生成的第二偏移电压指令确定第一开关元件的占空比。

2.根据权利要求1所述的电机驱动装置，其中，所述控制器包括：

电流指令映射装置，其配置为基于预设的电机所需动力生成电流指令；

电流控制器，其配置为通过将生成的电流指令与提供至电机的电流的检测值进行比较来生成减小所述电流指令与所述检测值之间的差值的电机的电压指令；

第一占空比生成器，其配置为：通过将电机的电压指令乘以1/2倍来生成第一逆变器的电压指令，将第一逆变器的电压指令转换为第一逆变器的相电压指令，基于第一逆变器的相电压指令生成第一偏移电压指令；以及

第二占空比生成器，其配置为：通过将电机的电压指令乘以-1/2倍来生成第二逆变器的电压指令，将第二逆变器的电压指令转换为第二逆变器的相电压指令，基于第二逆变器的相电压指令生成第二偏移电压指令。

3.根据权利要求2所述的电机驱动装置，其中，所述第一占空比生成器基于第一逆变器的电压指令的零相分量电压指令、第一偏移电压指令和第二偏移电压指令生成用于执行第一开关元件的脉宽调制的占空比，

所述第二占空比生成器基于第二逆变器的电压指令的零相分量电压指令、第一偏移电压指令和第二偏移电压指令生成用于执行第二开关元件的脉宽调制的占空比。

4.根据权利要求3所述的电机驱动装置，其中，所述第一占空比生成器将第一偏移电压指令提供至第二占空比生成器，所述第二占空比生成器将第二偏移电压指令提供至第一占空比生成器。

5.根据权利要求3所述的电机驱动装置，其中，将第一偏移电压指令确定为第一逆变器的相电压指令的最大值与最小值的平均值。

6.根据权利要求3所述的电机驱动装置，其中，将第二偏移电压指令确定为第二逆变器的相电压指令的最大值与最小值的平均值。

7.根据权利要求3所述的电机驱动装置，其中，所述第一占空比生成器通过将第一偏移电压指令和第二偏移电压指令组合来生成第一组合偏移电压指令，所述第二占空比生成器通过将第一偏移电压指令和第二偏移电压指令组合来生成与第一占空比生成器的第一组合偏移电压指令相同的第二组合偏移电压指令。

8.根据权利要求7所述的电机驱动装置，其中，所述第一组合偏移电压指令和所述第二组合偏移电压指令分别是第一偏移电压指令和第二偏移电压指令的平均值。

9.根据权利要求7所述的电机驱动装置，其中，所述第一组合偏移电压指令和所述第二组合偏移电压指令分别是通过对第一偏移电压指令和第二偏移电压指令分别应用权重值、然后将应用权重值后的第一偏移电压指令和第二偏移电压指令相加而获得的值。

10.根据权利要求7所述的电机驱动装置，其中，所述第一占空比生成器通过将第一逆变器的三个相电压指令减去将第一组合偏移电压指令减去第一逆变器的电压指令的零相分量电压指令所获得的值来生成第一逆变器的极电压指令。

11.根据权利要求7所述的电机驱动装置，其中，所述第二占空比生成器通过将第二逆变器的三个相电压指令减去将第二组合偏移电压指令减去第二逆变器的电压指令的零相分量电压指令所获得的值来生成第二逆变器的极电压指令。