用于逆变器控制的电机的可靠电流感测制造技术

逆变器驱动电机的相电流通过将各个相电流的相导线安装到各自的磁通芯的中心通道中来测量。多个电流传感器被安装到各个磁通芯的间隙中以生成每个相电流的各自的多个电流信号。霍尔效应装置被连接到用于调节电流信号的多个多通道运算放大器装置以使每组霍尔效应装置连接到运算放大器中的不同的一个并且以使每个运算放大器装置接收对应于每个相电流的一个电流信号。因此，对应于每个相导线的有效已调节电流信号通过运算放大器装置生成，除非有霍尔效应装置和运算放大器装置的多重同时发生的故障。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术总体上涉及用于控制逆变器驱动电机的电流感测，并且，更具体地，涉及用于与电动车辆驱动有关的电流感测的增加的容错。电动车辆——比如混合动力电动车辆(HEV)和插电式混合动力电动车辆(PHEV)——使用逆变器驱动电机来提供牵引扭矩和再生制动扭矩。典型的电驱动系统包括直流(DC)电源(比如电池组或燃料电池)，该DC电源通过接触器开关连接到可变电压转换器(VVC)以调节主链路电容器两端的主总线电压。在主总线和牵引马达之间连接第一逆变器以推进车辆。在主总线和发电机之间可以连接第二逆变器以在制动过程中再生成能量来通过VVC给电池再充电。如在此所使用的，电机指的是马达或发电机。逆变器包括以桥接配置连接的晶体管开关(比如绝缘栅双极晶体管，或IGBT)。电子控制器打开和关闭开关以便将来自总线的DC电压转化为应用于马达的交流(AC)电压，或以便将来自发电机的AC电压转化为总线上的DC电压。在不同情况下，响应于各种感测到的条件而控制逆变器，该感测到的条件包括电机的旋转位置和流入电机的每个相绕组中的瞬时电流。逆变器的脉冲宽度调制(PWM)切换通常根据将所需马达电流与所测量的电流进行比较在马达/发电机控制单元(MGCU)的控制下执行。例如，所测量的电流可以被扭矩计算器使用以计算瞬时马达扭矩。所需扭矩可以从驾驶员输入装置(比如加速器踏板)、和发动机控制单元获得。使用通过驾驶员的动作所指示的特定加速或减速以确定多少扭矩应该被传递到车辆车轮。使用所计算出的扭矩需求和实际扭矩(从所测量的电流计算出)之间的差以更新用于切换逆变器的占空比和/或操作频率。可靠电流感测对电动车辆中的电机的PWM控制的正常运行是至关重要的。使用冗余电流传感器可以增加可靠性，但当使用冗余传感器以取得单相电流多次测量值时，每相的多个传感器的使用已引入校准/一致性问题。此外，获得超出通过已引入冗余传感器的已知电路拓扑结构来实现的稳固性上更大的增加是令人期望的。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，一种用于电动车辆的具有多相电机的电驱动装置包括具有设置在多个相桥臂中的逆变器开关的逆变桥。逆变器控制器可控制地切换逆变器开关。第一和第二相导线被连接在各自的逆变器相桥臂和各自的电机的相绕组之间。每个具有中心通道和间隙的第一和第二磁通芯分别被设置以使第一和第二相导线穿过第一和第二磁通芯的中心通道。包含预定数量的第一霍尔效应装置的第一组电流传感器设置在第一磁通芯的间隙中，以生成各自的第一电流信号。包含预定数量的第二霍尔效应装置的第二组电流传感器设置在第二磁通芯的间隙中，以生成各自的第二电流信号。多个多通道运算放大器装置设置用于调节电流信号并且将它们耦合到逆变器控制器。多通道运算放大器装置的数量等于预定数量。第一霍尔效应装置中的每一个连接到运算放大器装置中的不同的一个，并且第二霍尔效应装置中的每一个连接到运算放大器装置中的不同的一个。因此，对应于每个相导线的有效已调节电流信号通过逆变器控制器接收，除非有霍尔效应装置和运算放大器装置的多重故障。根据本专利技术，提供一种多相电动马达电流测量方法，包含：将各自的多个霍尔装置磁连接到各自的马达相以生成各自的相电流测量值；以及将电流测量值在多个多通道放大器中放大，以使各个相的测量通过不同的放大器放大，从而生成所有相电流的有效电流测量值，除非有霍尔效应装置和放大器的多重故障。在本专利技术的一个实施例中，其中每组霍尔装置通过围绕各自导线设置的各自的磁通芯磁连接到各自的马达相的导线。在本专利技术的一个实施例中，本专利技术的方法进一步包含：将放大的电流测量值在多个模拟-数字转换器中进行转换，其中每个多通道放大器连接到不同的各自模拟-数字转换器。根据本专利技术，提供一种测量逆变器驱动电机的相电流的方法，包含：将各个相电流的相导线安装到各自的磁通芯的中心通道中；将各自的多个电流传感器安装到各个磁通芯的间隙中以生成每个相电流的各自的多个电流信号，其中每组电流传感器包含预定数量的霍尔效应装置；以及将霍尔效应装置连接到用于调节电流信号的多个多通道运算放大器装置，以使各自的多个霍尔效应装置中的每一个连接到运算放大器装置中的不同的一个并且以使每个运算放大器装置接收对应于每个相电流的一个电流信号；从而对应于每个相导线的有效已调节电流信号通过运算放大器装置生成，除非有霍尔效应装置和运算放大器装置的多重同时发生的故障。在本专利技术的一个实施例中，其中逆变器控制器控制逆变桥以将相电流供应到电机，方法进一步包含：使用多个模拟-数字转换器来将已调节电流信号转换数字表示，其中每个运算放大器装置连接到模拟-数字转换器中的不同的一个。在本专利技术的一个实施例中，本专利技术的方法进一步包含：逆变器控制器将对应于每个相导线的已调节电流信号比较，以便检测发生故障的已调节电流信号。附图说明图1是示出了混合动力电动车辆的一个实施例的框图；图2是更详细地示出了逆变桥和电机相绕组的示意图；图3是示出了现有技术的安装到印刷电路板的霍尔效应电流传感器的透视图；图4是示出了安装在磁通芯的间隙中的冗余霍尔效应传感器的透视图，其中印刷电路板以虚线示出；图5示出了多个相导线，其中每相具有接收各自的多个霍尔效应传感器的磁通芯；图6是示出了用于将表面安装霍尔效应传感器置于共享磁通芯内的替代布置的透视图；图7是示出了电流测量电路的框图，其中霍尔效应传感器和放大器的三冗余用来测量电流测量信号且将其报告给控制器；图8是示出了电流测量电路的框图，其中霍尔效应传感器和放大器的双冗余用来测量电流测量信号且将其报告给控制器；图9和10是分别示出了没有冗余和具有冗余的放大信号的模拟-数字转换的框图。具体实施方式现在参照图1，车辆10被示为具有电驱动系统18的混合动力电动车辆。尽管示出了功率分流的混合动力布局，但是本专利技术也适用于任何类型的电动车辆(例如，HEV、PHEV、或完全电动车辆)。内燃发动机11和电池组12供应能量用于推进车辆10。电池12采用连接到用于驱动车辆车轮15的变速器齿轮14的输出端来驱动马达13。发动机11的机械输出端通过分流装置16连接到齿轮14，用于提供动力传统的发动机驱动模式。分流装置16也将齿轮14连接到发电机17，以使在再生制动过程中，来自车轮15的可用的机械能可以用来旋转发电机17，其中如本领域中已知的，回收能量用来给电池12充电。因此，电机(即，马达13和发电机17)每个连接到车轮15，用于在存储的电能和车轮的旋转之间双向转换。电驱动系统18包括用于将电池电压转换为所需总线电压的可变电压
转换器20，所需总线电压通过逆变器21可控制地切换(即转换)以驱动马达13。逆变器22被连接在发电机17和转换器20之间，以使在再生制动过程中将来自发电机17的AC电源转化为DC电源，DC电源通过转换器20进一步转换为用于给电池12再充电的适当的电压。为了控制在逆变桥25和26中的IGBT晶体管开关，现有技术的电驱动系统包括如图2中所示的马达-发电机控制单元(MGCU)27。电流传感器28-33设置在各自逆变器相桥臂和各自相绕组之间的每个相导线处，以便感测各自AC电流并且提供相应的电流信号给MGCU 27。用于测量相电流的一种优选类型的装置是基于响应于围绕载流导线生成的磁通量的霍尔效应，以便量化电流量同时保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电动车辆的具有多相电机的电驱动装置，包含：逆变桥，所述逆变桥具有设置在多个相桥臂中的逆变器开关；逆变器控制器，所述逆变器控制器用于可控制地切换所述逆变器开关；第一和第二相导线，所述第一和第二相导线被连接在各自的逆变器相桥臂和所述电机的各自的相绕组之间；第一和第二磁通芯，所述第一和第二磁通芯每个分别具有中心通道和间隙，其中所述第一和第二相导线分别穿过所述第一和第二磁通芯的所述中心通道；第一组电流传感器，所述第一组电流传感器包含预定数量的第一霍尔效应装置，每个所述第一霍尔效应装置设置在所述第一磁通芯的所述间隙中以生成各自的第一电流信号；第二组电流传感器，所述第二组电流传感器包含预定数量的第二霍尔效应装置，每个所述第二霍尔效应装置设置在所述第二磁通芯的所述间隙中以生成各自的第二电流信号；以及多个多通道运算放大器装置，所述多个多通道运算放大器装置用于调节所述电流信号并且将所述电流信号耦合到逆变器控制器，其中多通道运算放大器装置的数量等于所述预定数量；其中所述第一霍尔效应装置中的每一个连接到所述运算放大器装置中的不同的一个，并且其中所述第二霍尔效应装置中的每一个连接到所述运算放大器装置中的不同的一个，从而对应于每个相导线的有效已调节电流信号通过所述逆变器控制器接收，除非有所述霍尔效应装置和所述运算放大器装置的多重故障。...

【技术特征摘要】
2015.03.05 US 14/639,1531.一种用于电动车辆的具有多相电机的电驱动装置，包含：逆变桥，所述逆变桥具有设置在多个相桥臂中的逆变器开关；逆变器控制器，所述逆变器控制器用于可控制地切换所述逆变器开关；第一和第二相导线，所述第一和第二相导线被连接在各自的逆变器相桥臂和所述电机的各自的相绕组之间；第一和第二磁通芯，所述第一和第二磁通芯每个分别具有中心通道和间隙，其中所述第一和第二相导线分别穿过所述第一和第二磁通芯的所述中心通道；第一组电流传感器，所述第一组电流传感器包含预定数量的第一霍尔效应装置，每个所述第一霍尔效应装置设置在所述第一磁通芯的所述间隙中以生成各自的第一电流信号；第二组电流传感器，所述第二组电流传感器包含预定数量的第二霍尔效应装置，每个所述第二霍尔效应装置设置在所述第二磁通芯的所述间隙中以生成各自的第二电流信号；以及多个多通道运算放大器装置，所述多个多通道运算放大器装置用于调节所述电流信号并且将所述电流信号耦合到逆变器控制器，其中多通道运算放大器装置的数量等于所述预定数量；其中所述第一霍尔效应装置中的每一个连接到所述运算放大器装置中的不同的一个，并且其中所述第二霍尔效应装置中的每一个连接到所述运算放大器装置中的不同的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾斯万特·辛格·加查，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US