CN116191980A - 电机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电机驱动装置。所述电机驱动装置配置为驱动具有分别对应于多个相的多个绕组的电机，并且包括：第一逆变器、第二逆变器和控制器，所述第一逆变器包括多个第一开关元件并且与多个绕组的每个绕组的第一端连接；所述第二逆变器包括多个第二开关元件并且与多个绕组的每个绕组的第二端连接；所述控制器配置为基于预设的电机的电压指令生成第一逆变器的相电压指令和第二逆变器的相电压指令，使得第一逆变器的相电压指令和第二逆变器的相电压指令分别表示为不同角度的矢量。

Description

电机驱动装置
技术领域
本发明涉及一种电机驱动装置，更具体地，涉及一种采用逆变器分别与电机的绕组的两端连接的开放端部绕组方法的电机驱动装置。
背景技术
通常，包括在电机中的各个相的绕组具有与一个逆变器连接的一端和彼此连接的另一端，以形成Y型连接。
当电机驱动时，逆变器中的开关元件通过脉宽调制控制而接通/关断，将线电压施加至具有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(其利用电机产生的扭矩作为动力)的环保车辆的燃料效率(或能量效率)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远离作为车辆的主要操作点的低扭矩区域，因此可能会出现燃料效率降低的问题。此外，在燃料效率的角度来看，如果将主要操作点设计为包括在电压利用率较高的区间内，则存在电机的最大扭矩的限制，可能会出现车辆的加速启动性能降低的问题。
为了解决这个问题，在相关技术中，提出了采用开放端部绕组(open-endwinding，OEW)方法的电机驱动技术，其中，两个逆变器通过使两个逆变器分别与电机的绕组的两端连接而不是通过Y型连接使电机的绕组的一端短路的方式进行驱动。
与驱动具有Y型连接结构的传统电机的方法相比，这种采用开放端部绕组方法的电机驱动技术具有可以提高电压利用率并且可以通过增大相电压来输出较高的电力的优点。
然而，当向分别与电机的绕组的两端连接的逆变器施加一般直流(DC)电时，采用开放端部绕组方法的电机驱动技术无法将零相分量电压控制为在平均逆变器切换周期内变为零，因此可能会产生共模电流。共模电流流经电机的绕组时会导致诸如铜损、铁损的损耗，从而降低电机效率，严重时，可能会造成电机系统烧毁。
前述内容仅旨在帮助理解本发明的背景技术，并不旨在意味着本发明落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。
发明内容
为了解决上述技术问题，根据本发明的一方面，提供了一种电机驱动装置，其中，当采用两个逆变器分别与电机的绕组的两端连接的开放端部绕组方法驱动电机时，可以将两个逆变器之间的共模电压设置为相同，以根据需要控制零相分量电压，从而消除由电压差引起的环流并且提高电机的效率。
具体地，为了解决上述技术问题，根据本发明的另一方面，提供了一种电机驱动装置，其中，当采用两个逆变器分别与电机的绕组的两端连接的开放端部绕组方法驱动电机时，两个逆变器能够瞬时地具有相同的零相分量电压，从而可以使两个逆变器的零相分量电压之间的差值瞬时地变为零。
在本发明中，作为用于解决上述技术问题的手段，提供了一种电机驱动装置，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、第二逆变器、控制器，所述第一逆变器包括多个第一开关元件并且与多个绕组的每个绕组的第一端连接；所述第二逆变器包括多个第二开关元件并且与多个绕组的每个绕组的第二端连接；所述控制器配置为基于预设的电机的电压指令生成第一逆变器的相电压指令和第二逆变器的相电压指令，使得第一逆变器的相电压指令和第二逆变器的相电压指令分别表示为不同角度的矢量。
在本发明的示例性实施方案中，控制器可以基于电机的电压指令生成第一逆变器的相电压指令和第二逆变器的相电压指令，使得第一逆变器的相电压指令和第二逆变器的相电压指令可以分别为具有相同的大小且彼此相差120度的矢量。
在本发明的示例性实施方案中，控制器可以包括：电流指令映射部、电流控制部、第一占空比生成部、第二占空比生成部，所述电流指令映射部配置为基于预设的电机需求输出生成电流指令；所述电流控制部配置为将生成的电流指令与供应至电机的电流的检测值进行比较，并且生成减小通过比较获得的差值的电机的电压指令；所述第一占空比生成部配置为通过将电机的电压指令乘以
Figure BDA0003836085410000031
来生成第一逆变器的电压指令，并且将第一逆变器的电压指令分别转换为第一逆变器的相电压指令；所述第二占空比生成部配置为根据电机的电压指令来生成第二逆变器的电压指令，并且将第二逆变器的电压指令分别转换为第二逆变器的相电压指令。
在本发明的示例性实施方案中，第一占空比生成部可以通过将电机的电压指令中的d轴分量电压指令和q轴分量电压指令乘以
Figure BDA0003836085410000032
来生成第一逆变器的d轴分量电压指令和q轴分量电压指令，并且第二占空比生成部可以根据电机的电压指令中的d轴分量电压指令和q轴分量电压指令生成第二逆变器的d轴分量电压指令和q轴分量电压指令。
在本发明的示例性实施方案中，第一占空比生成部可以通过将第一逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度提前30度来生成第一逆变器的相电压指令，并且第二占空比生成部可以通过将第二逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度提前150度来生成第二逆变器的相电压指令。
在本发明的示例性实施方案中，第一占空比生成部可以通过将第一逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度滞后30度来生成第一逆变器的相电压指令，并且第二占空比生成部可以通过将第二逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度滞后150度来生成第二逆变器的相电压指令。
此外，第一占空比生成部可以通过将第一逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度提前150度来生成第一逆变器的相电压指令，并且第二占空比生成部可以通过将第二逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度提前30度来生成第二逆变器的相电压指令。
此外，第一占空比生成部可以通过将第一逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度滞后150度来生成第一逆变器的相电压指令，并且第二占空比生成部可以通过将第二逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度滞后30度来生成第二逆变器的相电压指令。
在本发明的示例性实施方案中，第一占空比生成部可以通过将电机的电压指令中的零相分量电压指令乘以P1来生成第一逆变器的零相分量电压指令，并且第二占空比生成部可以通过将电机的电压指令中的零相分量电压指令乘以-P2(这里，P1+P2＝1)来生成第二逆变器的零相分量电压指令。
在本发明的示例性实施方案中，P1和P2分别具有彼此不同的值。
根据该电机驱动装置，通过根据需要控制开放端部绕组方法应用的两个逆变器的零相分量电压，可以抑制共模电流的产生。
因此，根据该电机驱动装置，避免了因共模电流而导致的电机相电流的失真，从而有助于电机电流的控制。此外，避免了由环流引起的电机的诸如铁损和铜损的损耗，从而不仅可以显著提高电机的驱动效率，还可以预先防止电机烧毁。
具体地，根据该电机驱动装置，当采用开放端部绕组方式驱动电机时，零相分量电压瞬时地变为零，从而甚至可以消除由于零相分量电流(即，共模电流)的瞬时纹波而导致的电机损耗。
本发明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目的。
附图说明
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是详细示出采用开放端部绕组方法控制电机的传统控制器的框图。
图3是用于描述图2所示的传统控制器中应用的电机控制技术的电压矢量图。
图4是示出在通过图2所示的传统控制器控制电机时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所示的传统控制器中的空间矢量调制部的框图。
图6是详细示出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的框图。
图7是更详细地示出图6所示的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中的空间矢量调制部的框图。
图8是示出通过图6所示的对根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的控制生成的各个逆变器的电压输出的波形图。
图9是详细示出应用于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的框图。
图10是用于描述在图9所示的本发明的示例性实施方案中将第一逆变器的相电压指令转换为比电机的旋转角度提前30度并且将第二逆变器的相电压指令转换为比电机的旋转角度提前150度的示例的电压矢量图。
图11是用于描述在图9所示的本发明的示例性实施方案中将第一逆变器的相电压指令转换为比电机的旋转角度滞后30度并且将第二逆变器的相电压指令转换为比电机的旋转角度滞后150度的示例的电压矢量图。
图12是示出通过图9所示的对根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的控制生成的各个逆变器的电压输出、零相电压分量以及共模电流的波形图。
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示例性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电机100(其具有分别对应于多个相的多个绕组L1至L3)提供驱动电力的电机驱动装置，并且可以配置为包括：第一逆变器10、第二逆变器20、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的绕组的各个第一端连接；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的绕组的各个第二端连接；所述控制器30配置为基于电机100的需求输出控制第一开关元件S11至S16和第二开关元件S21至S26的脉宽调制。
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(AC)电，并且将交流电提供至电机100，或者可以将在再生制动期间由电机100产生的再生制动扭矩生成的再生制动能量转换为直流电流，并且将直流电流提供至电池200。可以通过控制设置在第一逆变器10中的多个第一开关元件S11至S16的脉宽调制以及设置在第二逆变器20中的多个第二开关元件S21至S26的脉宽调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，在与电池200的两端连接的直流链路电容器300中产生的直流电压施加至所述多个支路11至13。支路11至13可以分别与电机100的多个相相对应，从而可以建立电连接。
更具体地，第一支路11包括彼此串联连接在直流链路电容器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的一端连接，使得与多个相中的一相相对应的交流电输入或输出。
类似地，第二支路12包括彼此串联连接在直流链路电容器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的一端连接，使得与多个相中的一相相对应的交流电输入或输出。
此外，第三支路13包括彼此串联连接在直流链路电容器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的一端连接，使得与多个相中的一相相对应的交流电输入或输出。
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，在直流链路电容器300(其与电池200的两端连接)中产生的直流电压施加至所述多个支路21至23。支路21至23可以分别与电机100的多个相相对应，从而可以建立电连接。
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L1的另一端连接，使得与多个相中的一相相对应的交流电输入或输出。
类似地，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的另一端连接，使得与多个相中的一相相对应的交流电输入或输出。
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L3的另一端连接，使得与多个相中的一相相对应的交流电输入或输出。
第一逆变器10与电机100的绕组L1至L3的一端连接，第二逆变器20与电机100的绕组L1至L3的另一端连接。也就是说，可以建立采用开放端部绕组方法的电连接，其中，电机100的绕组L1至L3的两端分别与第一逆变器10和第二逆变器20连接。
控制器30基本上是用于控制包括在第一逆变器10中的开关元件S11至S16的脉宽调制和包括在第二逆变器20中的开关元件S21至S26的脉宽调制，使得可以基于电机100所需的需求输出来驱动电机100的元件。
在接收到以下输入之后，控制器30可以通过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来驱动电机100：施加至第一逆变器10和第二逆变器20的直流电压Vdc；由电流传感器(未示出)检测的提供至电机100的相电流；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。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(space vector pulse widthmodulation，SVPWM)方法。
为了有助于更清楚地理解根据本发明的示例性实施方案的具有上述构造的电机驱动装置，将首先描述采用开放端部绕组方法的传统电机驱动装置的控制方法。
图2是详细示出采用开放端部绕组方法控制电机的传统控制器的框图，图3是用于描述图2所示的传统控制器中应用的电机控制技术的电压矢量图。此外，图4是示出在通过图2所示的传统控制器控制电机时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所示的传统控制器中的空间矢量调制部的框图。
如图2所示，传统电机驱动装置的控制器可以包括电流指令映射部41、电流控制部42、第一占空比生成部(duty generation part)43和第二占空比生成部44。
电流指令映射部41可以基于由操作者的操作等产生的电机需求输出(即，电机需求扭矩Te*)和电机反电动势λ-1而生成与电机需求输出相对应的电流指令Id*和Iq*。电流指令映射部41生成反映了电机需求输出的电机的电流指令。在图2的示例中，示出了基于电机需求输出和反电动势的映射部，但是基于其他因素生成电机电流指令的映射部也是可适用的。
电流控制部42可以接收电流指令Id*和Iq*，将所述电流指令Id*和Iq*与供应至实际电机的电流的检测值进行比较，使得可以生成能够减小通过比较获得的差值的电压指令Vd*、Vq*和Vn*。电压指令可以包括d轴分量Vd*、q轴分量Vq*和零相分量Vn*。
第一占空比生成部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，并且可以包括乘法部431、坐标转换部432和第一空间矢量脉宽调制部433，所述乘法部431配置为将电压指令Vd*、Vq*和Vn*乘以1/2以分别生成用于施加至第一逆变器10的第一逆变器电压指令Vd1*、Vq1*和Vn1*；所述坐标转换部432配置为将第一逆变器电压指令Vd1*、Vq1*和Vn1*分别转换为与电机的各个相相对应的第一逆变器相电压指令Vas1*、Vbs1*和Vcs1*；所述第一空间矢量脉宽调制部433配置为通过基于第一逆变器相电压指令Vas1*、Vbs1*和Vcs1*以及第一逆变器电压指令的零相分量Vn1*执行空间矢量脉宽调制来生成第一逆变器10中的开关元件的占空比。
类似于第一占空比生成部43，第二占空比生成部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，并且可以包括乘法部441、坐标转换部442和第二空间矢量脉宽调制部443，所述乘法部441配置为将电压指令Vd*、Vq*和Vn*乘以-1/2以分别生成用于施加至第二逆变器20的第二逆变器电压指令Vd2*、Vq2*和Vn2*；所述坐标转换部442配置为将第二逆变器电压指令Vd2*、Vq2*和Vn2*分别转换为与电机的各个相相对应的第二逆变器相电压指令Vas2*、Vbs2*和Vcs2*；所述第二空间矢量脉宽调制部443配置为通过基于第二逆变器相电压指令Vas2*、Vbs2*和Vcs2*以及第二逆变器电压指令的零相分量Vn2*执行空间矢量脉宽调制来生成第二逆变器20中的开关元件的占空比。
这里，坐标转换部432和442的坐标转换对应于相关技术中将dq坐标转换为与电机的三相相对应的abc坐标的已知技术。
如图2所示，采用开放端部绕组方法的传统电机控制技术以将电机的电压指令均等地分配至第一逆变器10和第二逆变器20的方式使用。
也就是说，如图3所示，在开放端部绕组结构的电机控制中，在通过将第一逆变器10的开关矢量图和第二逆变器20的开关矢量图合成而获得的矢量图上示出的电机电压VMOT可以表示为由第一逆变器10产生的电压VINV1与由第二逆变器20产生的电压VINV2之间的差值的形式，所述电压VINV2与由第一逆变器10产生的电压VINV1大小相同且方向相反。各个矢量图在dq平面上示出，dq平面和空间矢量脉宽调制的各个矢量图在相关技术中是公知的，因此将省略其单独的详细描述。
这样，当通过空间矢量脉宽调制实现大小相同且方向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，TSW是逆变器中的开关元件的切换周期。Va1、Vb1、Vc1和Vn1分别表示第一逆变器10的相电压和零相分量电压。Va2、Vb2、Vc2和Vn2分别表示第二逆变器20的相电压和零相分量电压。Vn表示第一逆变器10的零相分量电压与第二逆变器20的零相分量电压之间的差值，由此示出了由第一逆变器和第二逆变器施加至电机的零相分量电压。
如图4所示，第一逆变器电压和第二逆变器电压分别具有彼此不同的零相分量电压，因为尽管第一逆变器电压和第二逆变器电压在dq平面上具有相同的电压大小，但具有不同的相位。因此，施加至电机的零相分量电压Vn的大小不能在平均周期内保持为零。
如图5所示，如图2所示的传统控制器中的空间矢量脉宽调制部433或443可以包括偏移电压生成部51、极电压指令生成部52、极电压指令限制部53、除法部54和加法部55。
偏移电压生成部51基于三相电压指令Vas*、Vbs*、Vcs*生成偏移电压指令Vns*。极电压指令生成部52将三相电压指令Vas*、Vbs*、Vcs*减去通过将所述偏移电压指令Vns*减去零相分量电压Vn*获得的值，以生成极电压指令Van*、Vbn*和Vcn*。
如上所述，在采用传统的开放端部绕组方法的电机控制期间，基于三相电压指令Vas*、Vbs*和Vcs*生成偏移电压指令Vns*，因此，在实际利用两个逆变器驱动电机时，偏移电压指令Vns*与从每个逆变器输出的偏移电压之间会产生差值。具体地，由于第一逆变器10和第二逆变器20产生彼此不同的偏移电压指令Vns*，因此实际上并不能从每个逆变器输出与偏移电压指令相对应的偏移电压。
当这表示为等式时，该等式如下面的等式1。
[等式1]
Vns1＝Vn1*-Vns1*＝0.5Vn*-Vns1*
Vns2＝Vn2*-Vns2*＝-0.5Vn*-Vns2*
因此，最终施加至电机的零相分量电压变为下面的等式2，因此无法根据需要控制零相分量电压。
[等式2]
Vns1-Vns2＝Vn*-Vns1*+Vns2*
如上所述，当零相分量电压在平均周期内没有控制为零时，产生电机的共模电流，并且由于共模电流的流动而导致在电机中产生的损耗增大，因此，严重时，可能会造成电机烧毁。
在图5中，极电压指令限制部53可以将极电压指令限制在施加至第一逆变器10和第二逆变器20的直流电压VDC的±0.5的范围内，除法部54可以将每个限制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VDC，加法部55可以通过将除法部54的各个除法结果加0.5来确定逆变器中的开关元件的占空比Da、Db和Dc。
由于极电压指令限制部53、除法部54和加法部55的技术对应于用于实现脉宽调制控制的公知技术，并且本领域技术人员可以充分执行详细操作，因此将省略其额外的详细描述。
图6是详细示出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可以包括处理器(例如，计算机、微处理器、CPU、ASIC、电路、逻辑电路等)和相关的非易失性存储器，所述非易失性存储器存储有软件指令，当由处理器执行时，所述软件指令提供电流指令映射部61、电流控制部62、第一占空比生成部63和第二占空比生成部64的功能。
电流指令映射部61可以基于由操作者的操作等产生的电机需求输出(即，电机需求扭矩Te*)和电机反电动势λ-1来生成与电机需求输出相对应的电流指令Id*和Iq*。
电流控制部62可以接收电流指令Id*和Iq*，将所述电流指令Id*和Iq*与供应至实际电机的电流的检测值进行比较，使得可以生成能够减小通过比较获得的差值的电压指令Vd*、Vq*和Vn*。电压指令可以包括d轴分量Vd*、q轴分量Vq*和零相分量Vn*。
电流指令映射部61和电流控制部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部和电流控制部基本相同。
第一占空比生成部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，并且可以包括乘法部631、坐标转换部632和第一空间矢量脉宽调制部633，所述乘法部631配置为通过将电压指令Vd*、Vq*和Vn*乘以1/2来生成用于施加至第一逆变器10的第一逆变器电压指令Vd1*、Vq1*和Vn1*；所述坐标转换部632配置为将第一逆变器电压指令Vd1*、Vq1*和Vn1*分别转换为分别与电机的各相相对应的第一逆变器相电压指令Vas1*、Vbs1*和Vcs1*；所述第一空间矢量脉宽调制部633配置为通过基于根据第一逆变器相电压指令Vas1*、Vbs1*和Vcs1*生成的第一偏移电压指令Vns1*、第一逆变器电压指令的零相分量Vn1*以及在第二占空比生成部64中生成的第二偏移电压指令Vns2*执行空间矢量脉宽调制来生成第一逆变器10中的各个开关元件的占空比Da1、Db1和Dc1。
类似于第一占空比生成部63，第二占空比生成部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，并且可以包括乘法部641、坐标转换部642和第二空间矢量脉宽调制部643，所述乘法部641配置为通过将电压指令Vd*、Vq*和Vn*乘以-1/2来生成用于施加至第二逆变器20的第二逆变器电压指令Vd2*、Vq2*和Vn2*；所述坐标转换部642配置为将第二逆变器电压指令Vd2*、Vq2*和Vn2*分别转换为分别与电机的各相相对应的第二逆变器相电压指令Vas2*、Vbs2*和Vcs2*；所述第二空间矢量脉宽调制部643配置为通过基于根据第二逆变器相电压指令Vas2*、Vbs2*和Vcs2*生成的第二偏移电压指令Vns2*、第二逆变器电压指令的零相分量Vn2*以及在第一占空比生成部63中生成的第一偏移电压指令Vns1*执行空间矢量脉宽调制来生成第二逆变器20中的各个开关元件的占空比Da2、Db2和Dc2。
在本发明的示例性实施方案中，其特征在于，第一占空比生成部63和第二占空比生成部64相互共享分别根据第一逆变器10和第二逆变器20的输出电压确定的各个偏移电压指令，从而使得两个逆变器能够具有相同的零相分量电压。也就是说，用于控制第一逆变器10的第一占空比生成部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Vas1*、Vbs1*和Vcs1*来生成第一偏移电压指令Vns1*，并且随后将第一偏移电压指令Vns1*提供至第二占空比生成部64，并且用于控制第二逆变器20的第二占空比生成部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Vas2*、Vbs2*和Vcs2*来生成第二偏移电压指令Vns2*，并且随后将第二偏移电压指令Vns2*提供至第一占空比生成部63。
第一占空比生成部63和第二占空比生成部64可以通过将第一偏移电压指令Vns1*和第二偏移电压指令Vns2*彼此合成来分别生成具有相同值的合成偏移电压指令，并且可以通过将合成偏移电压指令和每个逆变器的零相分量电压指令Vn1*和Vn2*分别应用至每个逆变器的相电压指令来分别生成逆变器的极电压指令。
图7是更详细地示出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中的空间矢量调制部的框图。具体地，图7详细示出了第一占空比生成部63中的第一空间矢量脉宽调制部633，并且虽然没有单独示出，但是第二占空比生成部64中的第二空间矢量脉宽调制部643也可以实现为具有与其相互对应的配置。
参考图7，第一占空比生成部63中的第一空间矢量脉宽调制部633可以包括偏移电压生成部71、偏移电压指令合成部711、极电压指令生成部72、极电压指令限制部73、除法部72和加法部75。
偏移电压生成部71可以基于第一逆变器10的三相电压指令Vas1*、Vbs1*和Vcs1*生成偏移电压指令Vns1*。
在图7所示的示例中，偏移电压生成部71示出为通过三相电压指令Vas1*、Vbs1*和Vcs1*的最大值和最小值的平均值来计算第一逆变器10的偏移电压指令Vns1*，但这仅仅是示例，并且可以以相关技术中已知的各种方式来确定偏移电压指令。
偏移电压指令合成部711可以通过将由偏移电压生成部71生成的第一逆变器10的偏移电压指令Vns1*和由第二占空比生成部64中的第二空间矢量脉宽调制部643生成的第二逆变器20的偏移电压指令Vns2*彼此合成来生成合成偏移电压指令Vns，f*。
偏移电压指令合成部711可以以各种方式生成合成偏移电压指令Vns，f*。例如，偏移电压指令合成部711可以在对偏移电压指令Vns1*和Vns2*分别应用权重值之后，将第一逆变器10的偏移电压指令Vns1*与第二逆变器20的偏移电压指令Vns2*相加，并且生成合成偏移电压指令Vns,f*。此外，偏移电压指令合成部711可以通过利用第一逆变器10的偏移电压指令Vns1*和第二逆变器20的偏移电压指令Vns2*的平均值来确定合成偏移电压指令Vns，f*。
不管偏移电压指令合成部711如何生成合成偏移电压指令Vns，f*，分别由第一空间矢量脉宽调制部633和第二空间矢量脉宽调制部643生成的合成偏移电压指令Vns，f*应实现为具有相同的值。
当偏移电压指令合成部71将第一逆变器10的偏移电压指令Vns1*和第二逆变器20的偏移电压指令Vns2*的平均值确定为合成偏移电压指令时，从每个逆变器输出的零相分量电压如下面的等式3所示。
[等式3]
Vns1＝Vn1*-Vns,f*＝0.5Vn*-0.5*(Vns1*+Vns2*)
Vns2＝Vn2*-Vns,f*＝-0.5Vn*-0.5*(Vns1*+Vns2*)
根据等式3，两个逆变器的零相分量电压之间的差值Vns1-Vns2可以输出为在电流控制部62中设置的零相分量电压指令Vn*。这里，当最终应用于两个逆变器的调制的合成偏移电压指令Vns，f*由两个偏移电压指令Vns1*和Vns2*的平均值确定时，由于两个逆变器的输出占空比余量(margin)变得相同，因此，合成偏移电压指令Vns，f*优选由两个偏移电压指令Vns1*和Vns2*的平均值确定。
在图7中，极电压指令生成部72可以通过分别将第一逆变器10的三相电压指令Vas1*、Vbs1*和Vcs1*减去通过将合成偏移电压指令Vns，f*减去第一逆变器10的电压指令中的零相分量电压指令Vn1*所获得的值，来生成第一逆变器10的极电压指令Van1*、Vbn1*和Vcn1*。
在图7中，极电压指令限制部73可以将极电压指令限制在施加至第一逆变器10和第二逆变器20的直流电压VDC的±0.5的范围内，除法部74可以将每个限制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VDC，加法部75可以通过将除法部74的各个除法结果加0.5来确定逆变器中的开关元件的占空比Da、Db和Dc。
由于极电压指令限制部53、除法部54和加法部55的技术对应于用于实现脉宽调制控制的公知技术，并且本领域技术人员能够充分实施详细操作，因此将省略其额外的详细描述。
此外，尽管图7示出了第一占空比生成部63中的空间矢量脉宽调制部633的详细配置，但是本领域技术人员可以通过图7容易地推断出第二占空比生成部64中的空间矢量脉宽调制部643的详细配置。因此，将省略对第二占空比生成部64中的空间矢量脉宽调制部643的单独描述。
图8是示出通过对根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的控制生成的各个逆变器的电压输出的波形图。
参考图8，当与图4所示的传统电机驱动装置的波形比较时，可以确认出：根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置，电机的零相分量电压Vn在一个周期内的平均值确定为零。
因此，在根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置中，可以执行期望的控制，从而防止因空间矢量脉宽调制而产生零相分量电压的失真，因此，可以抑制电机中产生的共模电流，从而抑制不必要的电机损耗并且防止电机烧毁。
上述图6至图8示出的本发明的示例性实施方案是将切换周期内的零相分量电压的平均值控制为零的示例性实施方案。在该示例性实施方案中，可以将零相分量电压控制为在平均周期内为零，但是共模电流可以通过零相分量电压的瞬时脉动来产生，并且瞬时共模电流也可能导致电机的损耗。在下文中，将描述通过抑制零相分量电压的脉动甚至可以消除瞬时共模电流的本发明的另一示例性实施方案。
图9是详细示出应用于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部81、电流控制部82、第一占空比生成部83和第二占空比生成部84。根据本发明的示例性实施方案，控制器30可以包括处理器(例如，计算机、微处理器、CPU、ASIC、电路、逻辑电路等)和相关的非易失性存储器，所述非易失性存储器存储有软件指令，当由处理器执行时，所述软件指令提供电流指令映射部81、电流控制部82、第一占空比生成部83和第二占空比生成部84的功能。在本文中，存储器和处理器可以实现为单独的半导体电路。或者，存储器和处理器可以实现为单个的集成半导体电路。所述处理器可以包括一个或多个处理器。
电流指令映射部81可以基于由操作者的操作等产生的电机需求输出(即，电机需求扭矩Te*)和电机反电动势λ-1来生成与电机需求输出相对应的电流指令Id*和Iq*。
电流控制部82可以接收电流指令Id*和Iq*，将所述电流指令Id*和Iq*与供应至实际电机的电流的检测值进行比较，使得生成能够减小通过比较获得的差值的电压指令Vd*、Vq*和Vn*。电压指令可以包括d轴分量Vd*、q轴分量Vq*和零相分量Vn*。
电流指令映射部81和电流控制部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部和电流控制部基本相同。
第一占空比生成部83作为用于生成第一逆变器10中的开关元件的占空比的元件可以包括：第一乘法部831、第二乘法部832、坐标转换部833和第一空间矢量脉宽调制部834，所述第一乘法部831配置为将电压指令Vd*、Vq*和Vn*中的d轴电压指令Vd*和q轴电压指令Vq*乘以
Figure BDA0003836085410000161
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Vd1*和第一逆变器q轴电压指令Vq1*；所述第二乘法部832配置为将电压指令Vd*、Vq*和Vn*中的零相分量电压指令乘以P1，以生成第一逆变器零相分量电压指令Vn1*；所述坐标转换部833配置为将第一逆变器电压指令Vd1*、Vq1*和Vn1*分别转换为与电机的各个相相对应的第一逆变器相电压指令Vas1*、Vbs1*和Vcs1*，并且将第一逆变器电压指令Vd1*、Vq1*和Vn1*分别转换为比电机的旋转角度θ提前或滞后30度；所述第一空间矢量脉宽调制部834配置为基于第一逆变器相电压指令Vas1*、Vbs1*和Vcs1*执行空间矢量脉宽调制，以生成第一逆变器10中的各个开关元件的占空比Da1、Db1、Dc1。
第二占空比生成部84作为用于生成第二逆变器20中的开关元件的占空比的元件可以包括第三乘法部841、第四乘法部842、坐标转换部843和第二空间矢量脉宽调制部844，所述第三乘法部841配置为将电压指令Vd*、Vq*和Vn*中的d轴电压指令Vd*和q轴电压指令Vq*乘以
Figure BDA0003836085410000162
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Vd2*和第二逆变器q轴电压指令Vq2*；所述第四乘法部842配置为将电压指令Vd*、Vq*和Vn*中的零相分量电压指令乘以-P2(这里，P1+P2＝1)，以生成第二逆变器零相分量电压指令Vn2*；所述坐标转换部843配置为将第二逆变器电压指令Vd2*、Vq2*和Vn2*分别转换为与电机的各个相相对应的第二逆变器相电压指令Vas2*、Vbs2*和Vcs2*，并且将第二逆变器电压指令Vd2*、Vq2*和Vn2*分别转换为比电机的旋转角度θ提前或滞后150度；所述第二空间矢量脉宽调制部844配置为基于第二逆变器相电压指令Vas2*、Vbs2*和Vcs2*执行空间矢量脉宽调制，以生成第二逆变器20中的各个开关元件的占空比Da2、Db2、Dc2。
这里，在相关技术中已知可以从安装于电机的旋转角度传感器(未示出)获取电机的旋转角度θ。
在本发明的示例性实施方案中，其特征在于，第一占空比生成部83和第二占空比生成部84执行坐标转换，从而在将d轴电压指令和q轴电压指令转换为三相电压指令的过程中，使彼此相差120度。
图10是用于描述在图9所示的本发明的示例性实施方案中将第一逆变器10的相电压指令转换为比电机的旋转角度提前30度并且将第二逆变器20的相电压指令转换为比电机的旋转角度提前150度的示例的电压矢量图。图11是用于描述在图9所示的本发明的示例性实施方案中将第一逆变器10的相电压指令转换为比电机的旋转角度滞后30度并且将第二逆变器20的相电压指令转换为比电机的旋转角度滞后150度的示例的电压矢量图。当然，也可以将第一逆变器10的相电压指令设置为提前或滞后150度，并且将第二逆变器20的相电压指令设置为提前或滞后30度。
如图10所示，电机电压VMOT可以表示为第一逆变器电压VINV1与第二逆变器电压VINV2之间的差值。更具体地，在第一逆变器电压VINV1比电机电压VMOT提前30度且大小为电机电压的
Figure BDA0003836085410000171
倍、并且第二逆变器电压VINV2比电机电压VMOT提前150度且大小为电机电压的/>
Figure BDA0003836085410000172
倍的情况下，可以确认出：第一逆变器电压和第二逆变器电压之间的差值生成为电机电压。
与该情况类似，如图11所示，在第一逆变器电压VINV1比电机电压VMOT滞后30度且大小为电机电压的
Figure BDA0003836085410000173
倍、并且第二逆变器电压VINV2比电机电压VMOT滞后150度且大小为电机电压的/>
Figure BDA0003836085410000174
倍的情况下，可以确认出：第一逆变器电压和第二逆变器电压之间的差值生成为电机电压。
图12是示出通过图9所示的对根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的控制生成的各个逆变器的电压输出、零相电压分量以及共模电流的波形图。
如图12所示，当由两个逆变器输出的电压矢量相差120度时，可以确认出：在利用两个电压矢量执行调制时瞬时地产生相同的零相分量电压Vn1和Vn2。因此，两个逆变器的零相分量电压之间的差值Vn瞬时地变为零，因此，可以确认出：由于零相分量电压之间的差值导致的零相分量电流纹波(即，共模电流)也变为零。
同时，在本发明的示例性实施方案中，各个逆变器的零相分量电压指令Vn*可以不同地分配。也就是说，在图9中，可以将分别由第二乘法部832和第四乘法部842设置的第一逆变器10的倍数值P1和第二逆变器20的倍数值P2确定为具有不同的大小。这里，两个倍数值的大小的总和应为1(即，P1+P2＝1)。
由于零相电压指令Vn*的分配不影响电机输出，因此，对于电机，该分配是相同的。
例如，在将零相分量电压的大小均等分配的情况下(即，当P1和P2的大小相同时)，由于在逆变器中存在诸如开关死区时间的误差及其补偿，因此，两个逆变器的最终输出占空比可能会彼此不同，从而可能出现一个逆变器首先受到占空比限制的情况。
然而，当赋予两个逆变器对于零相分量电压指令的分配的自由度时，可以提供一种能够均等地调整占空比(其由于在逆变器中存在诸如死区时间的误差而彼此不同)的最大值的装置，通过这样的方式，可以提高电机输出。即，通过调整倍数值P1和P2，可以适当地解决由逆变器自身具有的不可避免的误差所引起的问题，通过这样的方式，可以提高电机输出。
尽管以上已经关于本发明的具体示例性实施方案进行了示出和描述，但是本领域技术人员将理解，可以在不脱离权利要求的范围的情况下对本发明进行各种改进和改变。

Claims (10)

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，并且与多个绕组的每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，并且与多个绕组的每个绕组的第二端连接；以及
控制器，其配置为基于预设的电机的电压指令生成第一逆变器的相电压指令和第二逆变器的相电压指令，其中，第一逆变器的相电压指令和第二逆变器的相电压指令分别表示为不同角度的矢量。
2.根据权利要求1所述的电机驱动装置，其中，所述控制器基于电机的电压指令生成第一逆变器的相电压指令和第二逆变器的相电压指令，其中，第一逆变器的相电压指令和第二逆变器的相电压指令分别为具有相同的大小且彼此相差120度的矢量。
3.根据权利要求2所述的电机驱动装置，其中，所述控制器包括：
电流指令映射部，其配置为基于预设的电机需求输出生成电流指令；
电流控制部，其配置为将生成的电流指令与供应至电机的电流的检测值进行比较，并且生成减小通过比较获得的差值的电机的电压指令；
第一占空比生成部，其配置为通过将电机的电压指令乘以
Figure FDA0003836085400000012
来生成第一逆变器的电压指令，并且将第一逆变器的电压指令分别转换为第一逆变器的相电压指令；以及
第二占空比生成部，其配置为根据电机的电压指令生成第二逆变器的电压指令，并且将第二逆变器的电压指令分别转换为第二逆变器的相电压指令。
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部通过将电机的电压指令中的d轴分量电压指令和q轴分量电压指令乘以
Figure FDA0003836085400000011
来生成第一逆变器的d轴分量电压指令和q轴分量电压指令，
所述第二占空比生成部根据电机的电压指令中的d轴分量电压指令和q轴分量电压指令来生成第二逆变器的d轴分量电压指令和q轴分量电压指令。
5.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部通过将第一逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度提前30度来生成第一逆变器的相电压指令，
所述第二占空比生成部通过将第二逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度提前150度来生成第二逆变器的相电压指令。
6.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部通过将第一逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度滞后30度来生成第一逆变器的相电压指令，
所述第二占空比生成部通过将第二逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度滞后150度来生成第二逆变器的相电压指令。
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部通过将第一逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度提前150度来生成第一逆变器的相电压指令，
所述第二占空比生成部通过将第二逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度提前30度来生成第二逆变器的相电压指令。
8.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部通过将第一逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度滞后150度来生成第一逆变器的相电压指令，
所述第二占空比生成部通过将第二逆变器的电压指令转换为比电机的旋转角度滞后30度来生成第二逆变器的相电压指令。
9.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部通过将电机的电压指令中的零相分量电压指令乘以P1来生成第一逆变器的零相分量电压指令，
所述第二占空比生成部通过将电机的电压指令中的零相分量电压指令乘以-P2来生成第二逆变器的零相分量电压指令，其中，P1+P2＝1。
10.根据权利要求9所述的电机驱动装置，其中，P1和P2分别具有彼此不同的值。
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