CN116707385A - 电机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电机驱动装置。所述电机驱动装置驱动包括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：电机，其包括分别对应于多个相的多个绕组；第一逆变器，其包括多个第一开关元件，并且电连接至多个绕组的每一个的第一端；第二逆变器，其包括多个第二开关元件，并且电连接至多个绕组的每一个的第二端；多个第三开关元件，所述多个第三开关元件的第一端分别电连接至多个绕组的第二端，所述多个第三开关元件的第二端彼此电连接；以及控制器。

Description

电机驱动装置
技术领域
本发明大体上涉及电机驱动装置。更具体地，本发明涉及这样一种电机驱动装置，其中，根据电机的所需输出，可以将电机驱动模式改变为Y型连接电机驱动模式(Y-connection motor drive mode)和开放端部绕组电机驱动模式(open end winding motordrive mode)，并且可以改变电机的各个绕组的电感以实现高效的电机驱动。
背景技术
通常，包括在电机中的各相的绕组的第一端电连接至一个逆变器，第二端彼此电连接，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进行接通/关断，并且通过向Y型连接的电机的绕组施加线电压来产生交流电，从而产生扭矩。
利用由电机产生的扭矩作为动力的环保车辆(例如，电动车辆)的燃料效率由逆变器和电机的电力转换效率决定，因此，使逆变器和电机的电力转换效率最大化非常重要。
逆变器和电机系统的效率主要由逆变器的电压利用率决定。当由电机速度与扭矩的关系决定的车辆的驱动点在电压利用率较高的区间内形成时，可以提高车辆的燃料效率。
然而，当增加电机的绕组的数量以增大电机的最大扭矩时，具有较高的电压利用率的区间会远离作为车辆的主要驱动点的低扭矩区域，这会使车辆的燃料效率降低。此外，在燃效方面，在设计成使得主要驱动点包括在电压利用率较高的区间内的情况下，电机的最大扭矩受到限制，这会使车辆的加速启动性能降低。
由于在本领域中需要一种能够在利用一个电机覆盖低输出区间和高输出区间两者的同时提高系统效率的电机驱动技术，近来，引入了一种通过利用两个逆变器和模式改变开关以两种不同的模式驱动一个电机的技术。
包括在本发明的背景技术中的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，不应视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种电机驱动装置，其中，根据电机的所需输出，将电机驱动模式改变为Y型连接电机驱动模式和开放端部绕组电机驱动模式，以提高用于驱动电机的逆变器效率，并改变电机的电感。
本发明所要实现的技术目的不限于上述技术目的，本发明所属领域的技术人员将从以下描述中清楚地理解未提及的其他技术目的。
在本发明的各个方面，提供了一种电机驱动装置，其包括：电机，其包括分别对应于多个相的多个绕组；第一逆变器，其包括多个第一开关元件，并且电连接至多个绕组的每一个的第一端；第二逆变器，其包括多个第二开关元件，并且电连接至多个绕组的每一个的第二端；多个第三开关元件，所述多个第三开关元件的第一端分别电连接至多个绕组的第二端，所述多个第三开关元件的第二端彼此电连接；以及控制器，其中，多个绕组的每一个可以包括：多个线圈；多个第四开关元件，其配置为改变多个线圈之间的连接状态，所述控制器可以配置为基于电机的所需输出、所需扭矩和所需速度中的至少一个来控制多个第一开关元件、多个第二开关元件、多个第三开关元件和多个第四开关元件的接通/关断状态。
例如，所述控制器可以配置为控制多个第四开关元件，使得多个线圈彼此并联或串联。
例如，多个绕组的每一个可以包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和第二线圈位于相应绕组的第一端与第二端之间并且彼此并联，所述多个第四开关元件可以包括：4-1开关元件，其位于第一线圈与所述相应绕组的第二端之间，并且与第一线圈串联；4-2开关元件，其位于所述相应绕组的第一端与第二线圈之间，并且与第二线圈串联；4-3开关元件，其第一端电连接至第一线圈与4-1开关元件之间的位置，第二端电连接至4-2开关元件与第二线圈之间的位置。
例如，当多个线圈彼此并联时，所述控制器配置为将4-1开关元件和4-2开关元件控制为接通，并且配置为将4-3开关元件控制为关断。
例如，当多个线圈彼此串联时，所述控制器配置为将4-1开关元件和4-2开关元件控制为关断，并且配置为将4-3开关元件控制为接通。
例如，当所需扭矩高于预设扭矩标准并且所述速度为预设速度标准或小于预设速度标准时，所述控制器可以接通所述多个第三开关元件，并且可以控制第四开关元件，使得所述多个线圈彼此串联，并且可以通过对多个第一开关元件执行脉宽调制控制来驱动电机。
例如，当所需扭矩为预设扭矩标准或小于预设扭矩标准、所需输出高于预设输出标准并且所述速度为预设速度标准或小于预设速度标准时，所述控制器可以接通所述多个第三开关元件，并且可以控制第四开关元件，使得所述多个线圈彼此并联，并且可以通过对多个第一开关元件执行脉宽调制控制来驱动电机。
例如，当所需扭矩高于预设扭矩标准、所需输出高于预设输出标准并且所述速度高于预设速度标准时，所述控制器配置为关断所述多个第三开关元件，并且配置为控制第四开关元件，使得所述多个线圈彼此串联，并且通过对多个第一开关元件和多个第二开关元件的每一个执行脉宽调制控制来驱动电机。
例如，当所需扭矩为预设扭矩标准或小于预设扭矩标准、所需输出高于预设输出标准并且所述速度高于预设速度标准时，所述控制器可以关断多个第三开关元件，并且可以控制第四开关元件，使得所述多个线圈彼此并联，并且可以通过对多个第一开关元件和多个第二开关元件的每一个执行脉宽调制控制来驱动电机。
例如，第四开关元件的每一个可以选择性地允许或阻止双向电流在其两端之间流动。
根据电机驱动装置，通过基于电机的速度、所需输出和所需扭矩改变电机的绕组的连接状态来改变电机的多个绕组的每一个的电感，并且执行Y型连接电机驱动模式与开放端部绕组电机驱动模式之间的切换，从而提高动力性能并且促进更高效的驱动。
从本发明获得的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将从以下描述中清楚地理解上述未描述的其它效果。
本发明的方法和装置具有其它的特征和优点，这些特征和优点从并入本文中的所附附图和下面的详细描述中将是显而易见的，或者将在并入本文中的所附附图和下面的详细描述中进行更详细的陈述，这些所附附图和下面的详细描述共同用于解释本发明的特定原理。
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是根据本发明的示例性实施方案的电机的电路图；
图3示出了根据本发明的示例性实施方案的电机的绕组的串联状态；
图4示出了根据本发明的示例性实施方案的电机的绕组的并联状态；
图5是示出根据本发明的示例性实施方案的电机控制过程的示例的流程图；
图6是示出基于根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的电机的多个绕组的每一个的连接状态的每个驱动模式的转速(RPM)-扭矩曲线和高效率区域的曲线图；
图7示出了根据本发明的示例性实施方案的每个电机驱动模式的转速(RPM)-扭矩曲线；以及
图8示出了根据本发明的示例性实施方案的基于电机的速度的扭矩和功率特性。
可以理解，所附附图不一定是按比例的，而是为了说明本发明的基本原理而呈现的适当简化的画法。如本文所包括的本发明的具体设计特征，包括例如具体尺寸、方向、位置和形状，将部分地由具体所要应用和使用的环境决定。
在图中，贯穿附图的多幅图，附图标记指本发明的相同或等同的部件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施方案，所述实施方案的示例在附图中示出并在下面进行描述。虽然本发明将结合本发明的示例性实施方案进行描述，但将理解，本说明书并不旨在将本发明限制为本发明的那些示例性实施方案。另一方面，本发明旨在不仅覆盖本发明的示例性实施方案，还覆盖可以包含在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替代实施方案、修改实施方案、等同实施方案和其它实施方案。
在下文中，将参考所附附图详细描述包括在本说明书中的示例性实施方案，但对相同或相似的组件分配相同的附图标记，并且将省略其多余的描述。以下描述中使用的组件的术语“模块”和“部件”仅为了便于撰写说明书而提供或混合，并且本身没有不同的含义或作用。此外，在描述本说明书中包括的示例性实施方案时，当确定出相关已知技术的详细描述可能会模糊包括在本说明书中的示例性实施方案的主旨时，将省略其详细描述。此外，所附附图仅为了便于理解包括在本说明书中的示例性实施方案，包括在本文中的技术思想不受所附附图的限制，并且本发明可以解释为覆盖落入本发明的思想和技术范围内的修改实施方案、等同实施方案和替代实施方案。
包括诸如第一和第二等的序数的术语可以用于描述各种组件，但这些组件不受术语的限制。上述术语仅用于将一个组件与另一组件区分开。
当一个组件称为“接合”或“连接”至另一组件时，应当理解，该组件可以直接接合或连接至另一组件，或者其间可以存在另一组件或中间组件。相反，当一个组件称为“直接接合”或“直接连接”至另一组件时，应该理解，其间不存在中间组件。
单数形式也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。
在本说明书中，应当理解，诸如“包括”或“具有”的术语旨在指明存在说明书中描述的特征、数值、步骤、操作、组件、部件或其组合，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、数值、步骤、操作、组件、部件或其组合。
此外，包括在电机控制单元(MCU)和混合控制单元(HCU)的名称中的单元或控制单元只是在命名控制车辆的特定功能的控制器时广泛使用的术语，并且不表示通用功能单元。例如，为了控制每个控制器负责的功能，控制器可以包括通信装置、存储器和至少一个处理器，所述通信装置与其他控制器或传感器进行通信；所述存储器存储操作系统、逻辑指令以及输入和输出信息等；所述至少一个处理器执行控制负责的功能所需的判断、计算和确定。
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，向包括分别对应于多个相的多个绕组C1、C2和C3的电机40提供驱动电力的根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置可以包括：第一逆变器10、第二逆变器20、多个第三开关元件S31、S32和S33以及控制器70，所述第一逆变器10包括多个第一开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16，并且电连接至电机40的多个绕组的每一个的第一端；所述第二逆变器20包括多个第二开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26，并且电连接至电机40的多个绕组的每一个的第二端；所述多个第三开关元件S31、S32和S33的第一端分别电连接至电机40的多个绕组的每一个的第二端，并且第二端彼此电连接；所述控制器70配置为基于电机40的所需输出控制连接至控制器70的第一开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16、第二开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26以及第三开关元件S31、S32和S33的每一个的接通/关断状态和电机40的绕组C1、C2和C3的每一个的内部连接状态。
第一逆变器10和第二逆变器20可以将储存在电池50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40，或者可以将再生制动期间通过电机40的再生制动扭矩的产生而生成的再生制动能量转换为直流电，并且将直流电提供至电池50。直流电和交流电之间的这些转换是通过对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、S12、S13、S14、S15和S16以及多个第二开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26的脉宽调制控制来执行的。
第一逆变器10可以包括多个支路11、12和13，形成在位于要连接的电池50的两端之间的直流链路电容器中的直流电压施加至所述多个支路11、12和13。支路11、12和13分别对应于电机40的多个相，以在其间形成电连接。
第一支路11包括彼此串联的两个开关元件S11和S12，并且两个开关元件S11和S12的连接节点可以电连接至电机40中的一相的绕组C1的第一端，使得对应于多个相中的一相的交流电输入/输出。同样，第二支路12包括彼此串联的两个开关元件S13和S14，并且两个开关元件S13和S14的连接节点可以电连接至电机40中的一相的绕组C2的第一端，使得对应于多个相中的一相的交流电输入/输出。此外，第三支路13包括彼此串联的两个开关元件S15和S16，并且两个开关元件S15和S16的连接节点可以电连接至电机40中的一相的绕组C3的第一端，使得对应于多个相中的一相的交流电输入/输出。
第二逆变器20也可以具有类似于第一逆变器10的构造的构造。第二逆变器20可以包括多个支路21、22和23，形成在位于要连接的电池50的两端之间的直流链路电容器中的直流电压施加至所述多个支路21、22和23。支路21、22和23分别对应于电机40的多个相，以在其间形成电连接。
第一支路21包括彼此串联的两个开关元件S21和S22，并且两个开关元件S21和S22的连接节点可以电连接至电机40中的一相的绕组C1的第二端，使得对应于多个相中的一相的交流电输入/输出。同样，第二支路22包括彼此串联的两个开关元件S23和S24，并且两个开关元件S23和S24的连接节点可以电连接至电机40中的一相的绕组C2的第二端，使得对应于多个相中的一相的交流电输入/输出。此外，第三支路23包括彼此串联的两个开关元件S25和S26，并且两个开关元件S25和S26的连接节点可以电连接至电机40中的一相的绕组C3的第二端，使得对应于多个相中的一相的交流电输入/输出。
第一逆变器10电连接至电机40的绕组C1、C2和C3的每一个的第一端，并且第二逆变器20电连接至电机40的绕组C1、C2和C3的每一个的第二端。也就是说，可以形成电机40的绕组C1、C2和C3的两端分别电连接至第一逆变器10和第二逆变器20的开放端部绕组方法的电连接。
多个第三开关元件S31、S32和S33的第一端可以分别连接至包括在电机40中的多个绕组C1、C2和C3的第二端，并且多个第三开关元件S31、S32和S33的第二端可以彼此电连接。
在这种连接结构中，当第三开关元件S31、S32和S33接通时，电机40的绕组C1、C2和C3的第二端彼此电连接，使得电机40具有包括中性点的Y型连接绕组结构。因此，在多个第三开关元件S31、S32和S33接通的状态下，第二逆变器20停用(多个第二开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26关断)，并且仅第一逆变器10的第一开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16通过脉宽调制控制进行切换，以驱动电机40。
当第三开关元件S31、S32和S33关断时，电机40的绕组C1、C2和C3的两端分别电连接至第一逆变器10和第二逆变器20。因此，在多个第三开关元件S31、S32和S33关断的状态下，第一逆变器10和第二逆变器20启用，并且第一开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16以及第二开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26通过脉宽调制控制进行切换，以驱动电机40。
使得第三开关元件S31、S32和S33接通、电连接至电机40的绕组C1、C2和C3的每一个的第二端并且仅第一逆变器10启用的驱动电机40的模式可以称为闭合端部绕组(closedend winding，CEW)模式或Y型连接模式，而使得第三开关元件S31、S32和S33关断并且分别连接至电机40的绕组C1、C2和C3的两端的第一逆变器10和第二逆变器20两者启用的驱动电机40的模式可以称为开放端部绕组(open end winding，OEW)模式。
诸如MOSFET、IGBT、晶闸管和继电器等的本领域已知的各种开关装置可以用作第三开关元件S31、S32和S33。
控制器70是基于电机40的所需输出、所需扭矩和所需速度(RPM)的至少一个、通过脉宽调制控制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、S12、S13、S14、S15和S16以及S21、S22、S23、S24、S25和S26进行切换，使得电机40能够驱动的组件。在控制器70的实施方案中，控制器70可以包括电机控制单元(MCU)和栅极驱动单元(gatedrive unit)。在这种情况下，电机控制单元(MCU)可以根据上级控制器的指令将第一逆变器10和第二逆变器20的每一个的控制信号发送至栅极驱动单元，并且栅极驱动单元可以响应于控制信号向逆变器10和20的每一个发送驱动信号。这里，控制信号和驱动信号可以是PWM信号，但不一定限于此。
在本发明的各种实施方案中，控制器70可以基于电机40的所需扭矩、所需输出和速度确定电机的驱动模式，并且相应地，可以确定第三开关元件S31、S32和S33的接通/关断状态以及电机40的绕组C1、C2和C3的每一个的内部连接状态，并且可以根据驱动模式、通过脉宽调制控制对启用的逆变器的开关元件进行切换。
电机40的绕组C1、C2和C3的每一个的内部连接状态及其变化将在之后参考图2、图3和图4进行更详细的描述。首先，将对根据第三开关元件S31、S32和S33的接通/关断状态驱动电机进行描述。
根据预设条件，在不运行第二逆变器20的情况下，控制器70可以通过对第一逆变器10的开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16进行脉宽调制控制来执行驱动电机40的闭合端部绕组模式。在该情况下，控制器70可以控制第三开关元件S31、S32和S33，使得第三开关元件S31、S32和S33接通。因此，电机40的绕组C1、C2和C3的第二端彼此电连接以形成Y型连接。
以闭合端部模式驱动电机可以实现为使得控制器70接收第一逆变器10的直流电压、供应至电机40的相电流以及由设置在电机40中的电机转子传感器检测的电机角度，并且执行第一逆变器10的第一开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16的脉宽调制控制。因为通过对一个逆变器进行脉宽调制控制来驱动电机40的各种技术在相关技术中是已知的，所以省略以闭合端部模式执行的逆变器的脉宽调制控制的技术的进一步详细描述。
同时，根据预设条件，控制器70可以使第一逆变器10和第二逆变器20两者运行，从而以开放端部绕组模式驱动电机40。在该情况下，控制器70可以控制第三开关元件S31、S32和S33，使得第三开关元件S31、S32和S33关断。因此，电机40的绕组C1、C2和C3的每一个的第一端电连接至第一逆变器10，第二端电连接至第二逆变器20，并且控制器70可以通过执行第一逆变器10和第二逆变器20的脉宽调制控制来驱动电机40。
以开放端部绕组模式驱动电机可以实现为使得控制器70接收第一逆变器10和第二逆变器20的每一个的直流电压、供应至电机40的相电流以及由设置在电机40中的电机转子传感器检测的电机角度，并且执行第一逆变器10的第一开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16以及第二逆变器20的第二开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26的脉宽调制控制。
在下文中，将参考图2、图3和图4描述电机40的绕组C1、C2和C3的每一个的内部连接状态及其变化。在图2、图3和图4中，在描述组件之间的连接关系时，为方便起见，相对于相关组件，左侧称为第一端，右侧称为第二端。
图2是根据本发明的示例性实施方案的电机的电路图。
参考图2，电机40可以包括第一绕组C1、第二绕组C2和第三绕组C3。绕组C1、C2和C3的结构彼此相似，因此将第一绕组C1称为示例。
第一绕组C1可以包括多个线圈C1-1和C1-2和多个第四开关元件S41-1、S41-2和S41-3，所述多个线圈C1-1和C1-2彼此并联；所述多个第四开关元件S41-1、S41-2和S41-3可以根据第四开关元件是否接通/关断来改变线圈之间的连接关系。
第一线圈C1-1和第二线圈C1-2可以位于第一绕组C1的第一端和第二端之间，以彼此并联。此外，4-1开关元件S41-1可以位于第一线圈C1-1的第二端与第一绕组C1的第二端之间，并且可以与第一线圈C1-1串联。4-2开关元件S41-2可以位于第一绕组C1的第一端与第二线圈C1-2的第一端之间，并且可以与第二线圈C1-2串联。此外，4-3开关元件S41-3的第一端可以电连接至第一线圈C1-1与4-1开关元件S41-1之间的位置，并且4-3开关元件S41-3的第二端可以电连接至第二线圈C1-2与4-2开关元件S41-2之间的位置。
换言之，在第一绕组C1的第一端与第二端之间，第一线圈C1-1和4-1开关元件S41-1可以彼此串联，4-2开关元件S41-2和第二线圈C1-2可以彼此串联，并且第一线圈C1-1与4-1开关元件S41-1对和4-2开关元件S41-2与第二线圈C1-2对可以彼此并联。
这里，当第四开关元件S43-1、S43-2和S43-3中的每一个接通时，可以允许双向电流在绕组的两端之间流动，当第四开关元件S43-1、S43-2和S43-3中的每一个关断时，可以阻止双向电流在绕组的两端之间流动。例如，多个第四开关元件S43-1、S43-2和S43-3可以用Si、SiC、晶闸管和继电器等来实现，但这是说明性的，并且不一定限于此，并且可以应用能够选择性地改变是否执行电流在两端之间流动的任何类型的开关元件。
上述第一线圈部分C1的内部连接关系可以应用至第二线圈部分C2的线圈C2-1和C2-2与第四开关元件S42-1、S42-2和S42-3之间的连接关系，并且可以应用至第三线圈部分C3的线圈C3-1和C3-2与第四开关元件S43-1、S43-2和S43-3之间的连接关系，因此将省略其重复描述。
下面，将参考图3和图4描述设置在电机内部的绕组C1、C2和C3的每一个的线圈彼此串联或并联的形式。绕组C1、C2和C3的每一个的内部线圈之间的连接状态的改变以相同的形式执行，因此为了便于理解，图3和图4中仅示出了第一绕组C1。
图3示出了根据本发明的示例性实施方案的电机的绕组的串联状态。
参考图3，当在第一绕组C1中，4-1开关元件S41-1和4-2开关元件S41-2关断并且4-3开关元件S41-3接通时，两个线圈C1-1和C1-2可以彼此串联。因此，在该状态下，假设两个线圈C1-1和C1-2的每一个的电感相同，第一绕组C1的电感可以是两个线圈中的一个线圈的电感的两倍。
图4示出了根据本发明的示例性实施方案的电机的绕组的并联状态。
参考图4，当在第一绕组C1中，4-1开关元件S41-1和4-2开关元件S41-2接通并且4-3开关元件S41-3关断时，两个线圈C1-1和C1-2可以彼此并联。因此，在该状态下，假设两个线圈C1-1和C1-2的每一个的电感相同，第一绕组C1的电感可以是两个线圈中的一个线圈的电感的一半。
如参考图3和图4描述的，改变绕组C1、C2和C3的每一个的内部线圈之间的连接状态，以改变多个绕组的每一个的电感。因此，当绕组的电感增大时，即使利用相对较低的电流也可以产生较大的扭矩，从而提高电机效率，当绕组的电感减小时，电机的反电动势减小，从而提高最大输出，因此根据基于驱动情况的电机所需的特性，可以利用根据每个内部线圈的连接状态的优点。
最后，根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置可以执行CEW模式与OEW模式之间的转换，并且可以通过内部线圈的串联/并联变化来改变电机40的绕组C1、C2和C3的每一个的电感，因此可以通过CEW-OEW和串并联模式的结合实现总共四种驱动模式。
控制电机驱动装置实现四种驱动模式的方法将参考图5进行描述。
图5是示出根据本发明的示例性实施方案的电机控制过程的示例的流程图。
参考图5，在根据本发明的示例性实施方案的电机控制方法中，当电机开始驱动时，控制器70可以通过从外部的上级控制器接收电机40的所需输出(所需扭矩)来开始控制电机。
在步骤S510，上级控制器配置为接收加速踏板位置传感器(APS)的值，并且基于该值，可以确定驾驶员所需的扭矩或输出。为了满足确定的所需扭矩或输出，在步骤S520，上级控制器可以配置为确定电机40的扭矩和每分钟转数(RPM)指令，以将确定的扭矩和RPM指令发送至控制器70。这里，在电动车辆(EV)的情况下，上级控制器可以是车辆控制单元(VCU)，在混合动力车辆(HEV)的情况下，上级控制器可以是混合动力控制单元(HCU)，但这是说明性的，并且不一定限于此。
在步骤S530，控制器70可以基于从上级控制器发送的指令来确定电机40的驱动区域，即，其驱动模式。
例如，当需要高于预设扭矩标准的高扭矩并且处于速度为预设速度标准(车辆速度或电机RPM)以下的低速情况时，控制器70可以将CEW串联模式确定为驱动模式。
此外，当需要高于预设输出标准的高输出和等于或小于预设扭矩标准的低扭矩并且处于低速情况时，控制器70可以将CEW并联模式确定为驱动模式。
此外，当需要高输出和高扭矩并且处于高于预设速度标准的高速情况时，控制器70可以将OEW串联模式确定为驱动模式。
此外，当需要高输出和低扭矩并且处于高速情况时，控制器70可以将OEW并联模式确定为驱动模式。
然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，上述驱动模式的确定标准是示例性的并且可以进行不同的修改，并且扭矩标准、输出标准和速度标准的每一个也可以考虑动力电(power electric，PE)系统的性能和特性通过测试或模拟进行确定。
当确定了CEW串联模式时，在步骤S540A，控制器70可以接通第三开关元件S31、S32和S33，并且可以控制第四开关元件，使得电机40的绕组C1、C2和C3的每一个的内部连接状态为串联。例如，控制器70可以分别关断绕组C1、C2和C3中的4-1开关元件S41-1、S42-1和S43-1以及4-2开关元件S41-2、S42-2和S43-2，并且可以分别接通绕组C1、C2和C3中的4-3开关元件S41-3、S42-3和S43-3。
相应地，在步骤S550A，控制器70可以合成第一逆变器10的电流和电压指令，并且在步骤S560A，可以通过第一逆变器10控制电机。
与此不同的是，当确定了CEW并联模式时，在步骤S540B，控制器70可以接通第三开关元件S31、S32和S33，并且可以控制第四开关元件，使得电机40的绕组C1、C2和C3的每一个的内部连接状态为并联。例如，控制器70可以分别接通绕组C1、C2和C3中的4-1开关元件S41-1、S42-1和S43-1以及4-2开关元件S41-2、S42-2和S43-2，并且可以分别关断绕组C1、C2和C3中的4-3开关元件S41-3、S42-3和S43-3。
相应地，在步骤S550B，控制器70可以合成第一逆变器10的电流和电压指令，并且在步骤S560B，可以通过第一逆变器10控制电机。
此外，当确定了OEW串联模式时，在步骤S540C，控制器70可以关断第三开关元件S31、S32和S33，并且可以控制第四开关元件，使得电机40的绕组C1、C2和C3的每一个的内部连接状态为串联。
相应地，在步骤S550C，控制器70可以合成第一逆变器10和第二逆变器20的电流和电压指令，并且在步骤S560C，可以通过第一逆变器10和第二逆变器20控制电机。
此外，当确定了OEW并联模式时，在步骤S540D，控制器70可以关断第三开关元件S31、S32和S33，并且可以控制第四开关元件，使得电机40的绕组C1、C2和C3的每一个的内部连接状态为并联。
相应地，在步骤S550D，控制器70可以合成第一逆变器10和第二逆变器20的电流和电压指令，并且在步骤S560D，可以通过第一逆变器10和第二逆变器20控制电机。
在下文中，将参考图6至图8描述根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的效果。
图6是示出基于根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的多个绕组的每一个的连接状态的每个驱动模式的转速(RPM)-扭矩曲线和高效率区域的曲线图。
图6示出了在假设电机40的绕组C1、C2和C3的每一个具有单个电感的情况下，根据电机的绕组C1、C2和C3的每一个的连接状态是OEW还是CEW的电机的特性。
在图6中，L1表示CEW模式下的电机40的最大扭矩线，L2表示OEW模式下的电机40的最大扭矩线。
如图6所示，当电机40应用于驱动车辆时，主要车辆驱动点表现为城市行驶期间的驱动点(Y1)和高速公路行驶期间的驱动点(Y2)，并且这些驱动点Y1和Y2包括在具有电机和逆变器系统的较高的效率的区域内。
当电机40应用于车辆时，如果绕组C1、C2和C3的每一个的电感固定，在需要相对较低的扭矩的情况下，预定为在CEW模式下具有电机和逆变器系统的较高的效率的区域R1设计为包括车辆的主要驱动点Y1和Y2。然而，在该情况下，由于电机的固定的电感，在OEW模式下，难以使主要驱动点Y1和Y2包括在预定为在OEW模式下具有电机和逆变器系统的较高的效率的区域R2内，但是当所需输出较高时，不可避免地选择OEW模式以满足这一点。
然而，根据本发明的示例性实施方案，即使在CEW模式和OEW模式的每一个的情况下，绕组C1、C2和C3的每一个的电感可以通过改变绕组C1、C2和C3的内部线圈之间的连接状态进行改变。
图7示出了根据本发明的示例性实施方案的每个电机驱动模式的转速(RPM)-扭矩曲线。
参考图7，可以看出四种模式的RPM-扭矩特性彼此不同。因此，适当地选择四种模式以实现针对行驶情况优化的性能。
例如，在CEW串联模式的情况下，最大输出较小，但可以增大电机电感，这提高了效率并且降低了逆变器电流。此外，在OEW并联模式的情况下，会实现最大输出，这产生了增大车辆动力性能的效果。此外，在CEW并联模式和OEW串联模式的情况下，根据电机的可变电感的实现，实现了RPM-扭矩特性，这可以带来针对相关输出点优化的效率改进(AER的增大)。
图8示出了基于根据本发明的示例性实施方案的电机速度的扭矩和功率特性。
参考图8，当逆变器的最大电流保持在电机的预定转数ωrated以下的区间内时，可以输出最大扭矩，因此当在低速高扭矩区间选择了CEW串联模式时，可以增大电机电感以提高扭矩。因此，通过选择CEW串联模式，可以提高车辆的快速加速启动性能并且提高牵引能力。
此外，可以看出，当在OEW并联模式下保持逆变器的最大电流时，由于电机的反电动势减小，导致电机系统的输出得到最显著的改善。
如上所述，根据本发明的各种实施方案的电机驱动装置可以根据行驶条件和所需性能，将电机驱动模式转换为根据电机的绕组的内部连接状态和绕组的两端的每一个的连接状态的多个电机驱动模式，从而提高效率和输出。
此外，诸如“控制器”、“控制装置”、“控制单元”、“控制设备”、“控制模块”或“服务器”等的与控制装置相关的术语指包括存储器和处理器的硬件装置，所述处理器配置为执行一个或更多个解释为算法结构的步骤。存储器存储算法步骤，处理器执行算法步骤以执行根据本发明的各种示例性实施方案的方法的一个或更多个过程。根据本发明的示例性实施方案的控制装置可以通过非易失性存储器和处理器实施，所述存储器配置为存储用于控制车辆的各种组件的操作的算法或者关于用于执行算法的软件指令的数据，所述处理器配置为利用存储在存储器中的数据执行上述操作。存储器和处理器可以是单独的芯片。或者，存储器和处理器可以集成在单个芯片中。处理器可以实施为一个或更多个处理器。处理器可以包括各种逻辑电路和运算电路，可以根据从存储器提供的程序处理数据，并且可以根据处理结果生成控制信号。
控制装置可以是通过预定的程序操作的至少一个微处理器，所述预定的程序可以包括用于执行包括在本发明的上述各种示例性实施方案中的方法的一系列指令。
上述发明还可以实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是能够存储之后可以由计算机系统读取的数据以及能够存储并执行之后可以由计算机系统读取的程序指令的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括硬盘驱动器(HDD)、固态磁盘(SSD)、硅磁盘驱动器(SDD)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置等并且实施为载波(例如，通过互联网传输)。程序指令的示例包括例如由编译器生成的机器语言代码以及可以由计算机利用解释器等执行的高级语言代码。
在本发明的各种示例性实施方案中，上述各个操作可以由控制装置执行，并且控制装置可以由多个控制装置或集成的单个的控制装置配置。
在本发明的各种示例性实施方案中，控制装置可以实施为硬件或软件的形式，或者可以实施为硬件和软件的组合。
此外，包括在说明书中的诸如“单元”、“模块”等术语指用于处理可以通过硬件、软件或其组合来实现的至少一种功能或操作的单元。
为了方便解释和准确定义所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“上面”、“下面”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“背面”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“内部的”、“外部的”、“向前”和“向后”用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。将进一步理解，术语“连接”或其衍生词指的是直接和间接连接两者。
前面对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和描述的目的而呈现。前述描述不旨在详尽或将本发明限制为公开的确切形式，显然，根据上述教示，可以进行许多修改和改变。选择和描述示例性实施方案是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够实现和利用本发明的各种示例性实施方案及其各种替代实施方案和修改实施方案。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同形式所限定。

Claims (14)

1.一种电机驱动装置，其包括：
电机，其包括分别对应于多个相的多个绕组；
第一逆变器，其包括多个第一开关元件，并且电连接至多个绕组的每一个的第一端；
第二逆变器，其包括多个第二开关元件，并且电连接至多个绕组的每一个的第二端；
多个第三开关元件，所述多个第三开关元件的第一端分别电连接至多个绕组的第二端，所述多个第三开关元件的第二端彼此电连接；以及
控制器，
其中，所述多个绕组的每一个包括：
多个线圈，以及
多个第四开关元件，所述多个第四开关元件配置为改变所述多个线圈之间的连接状态，
所述控制器配置为基于电机的所需输出、所需扭矩和速度中的至少一个来控制多个第一开关元件、多个第二开关元件、多个第三开关元件以及多个第四开关元件的接通/关断状态。
2.根据权利要求1所述的电机驱动装置，其中，所述控制器进一步配置为控制多个第四开关元件，使得所述多个线圈彼此并联或串联。
3.根据权利要求2所述的电机驱动装置，其中，
所述多个绕组的每一个包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和第二线圈位于相应绕组的第一端与第二端之间，并且彼此并联，
所述多个第四开关元件包括：
4-1开关元件，其位于第一线圈与所述相应绕组的第二端之间，并且与第一线圈串联；
4-2开关元件，其位于所述相应绕组的第一端与第二线圈之间，并且与第二线圈串联；以及
4-3开关元件，其第一端电连接至第一线圈与4-1开关元件之间的位置，第二端电连接至4-2开关元件与第二线圈之间的位置。
4.根据权利要求3所述的电机驱动装置，其中，当所述多个线圈彼此并联时，所述控制器进一步配置为将4-1开关元件和4-2开关元件控制为接通，并且将4-3开关元件控制为关断。
5.根据权利要求3所述的电机驱动装置，其中，当所述多个线圈彼此串联时，所述控制器进一步配置为将4-1开关元件和4-2开关元件控制为关断，并且将4-3开关元件控制为接通。
6.根据权利要求2所述的电机驱动装置，其中，当所需扭矩高于预设扭矩标准并且所述速度为预设速度标准或小于预设速度标准时，所述控制器进一步配置为接通多个第三开关元件，并且控制第四开关元件，使得所述多个线圈彼此串联，并且通过对多个第一开关元件执行脉宽调制控制来驱动电机。
7.根据权利要求2所述的电机驱动装置，其中，当所需扭矩为预设扭矩标准或小于预设扭矩标准、所需输出高于预设输出标准并且所述速度为预设速度标准或小于预设速度标准时，所述控制器进一步配置为接通多个第三开关元件，并且控制第四开关元件，使得所述多个线圈彼此并联，并且通过对多个第一开关元件执行脉宽调制控制来驱动电机。
8.根据权利要求2所述的电机驱动装置，其中，当所需扭矩高于预设扭矩标准、所需输出高于预设输出标准并且所述速度高于预设速度标准时，所述控制器进一步配置为关断多个第三开关元件，并且控制第四开关元件，使得所述多个线圈彼此串联，并且配置为通过对多个第一开关元件和多个第二开关元件的每一个执行脉宽调制控制来驱动电机。
9.根据权利要求2所述的电机驱动装置，其中，当所需扭矩为预设扭矩标准或小于预设扭矩标准、所需输出高于预设输出标准并且所述速度高于预设速度标准时，所述控制器进一步配置为关断多个第三开关元件，并且控制第四开关元件，使得所述多个线圈彼此并联，并且通过对多个第一开关元件和多个第二开关元件的每一个执行脉宽调制控制来驱动电机。
10.根据权利要求1所述的电机驱动装置，其中，所述多个第四开关元件的每一个选择性地允许或阻止双向电流在多个第四开关元件的每一个的第一端与第二端之间流动。
11.一种控制权利要求2的电机驱动装置的方法，所述方法包括：
当所需扭矩高于预设扭矩标准并且所述速度为预设速度标准或小于预设速度标准时，由控制器接通多个第三开关元件，并且控制第四开关元件，使得所述多个线圈彼此串联，并且通过对多个第一开关元件执行脉宽调制控制来驱动电机。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
当所需扭矩为预设扭矩标准或小于预设扭矩标准、所需输出高于预设输出标准并且所述速度为预设速度标准或小于预设速度标准时，由控制器接通多个第三开关元件，并且控制第四开关元件，使得所述多个线圈彼此并联，并且通过对多个第一开关元件执行脉宽调制控制来驱动电机。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
当所需扭矩高于预设扭矩标准、所需输出高于预设输出标准并且所述速度高于预设速度标准时，由控制器关断多个第三开关元件，并且控制第四开关元件，使得所述多个线圈彼此串联，并且通过对多个第一开关元件和多个第二开关元件的每一个执行脉宽调制控制来驱动电机。
14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
当所需扭矩为预设扭矩标准或小于预设扭矩标准、所需输出高于预设输出标准并且所述速度高于预设速度标准时，由控制器关断多个第三开关元件，并且控制第四开关元件，使得所述多个线圈彼此并联，并且通过对多个第一开关元件和多个第二开关元件的每一个执行脉宽调制控制来驱动电机。
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