多相电机的部分负载相停用制造技术

本发明专利技术题为“多相电机的部分负载相停用”。本发明专利技术提供了一种电气系统，所述电气系统包括多级牵引功率反相器模块(TPIM)、多相电机和控制器。所述TPIM具有多个开关组，所述多个开关组可共同操作用于将直流电压总线上的直流电压反相为交流电压总线上的交流电压。所述电机具有(m)多个电气相。所述(m)多个电气相中的每个电气相连接到所述TPIM的所述开关组中的相应一个开关组并由其驱动。所述控制器确定所述电机何时进入预先确定的部分负载操作区域，并且响应于进入所述预先确定的部分负载区域，选择性地停用所述(m)多个电气相中的预先确定的数量(n)。这是经由到所述开关组中的所述对应开关组的开关状态信号完成的，其中n≤m‑2。

Partial load phase shutdown of polyphase motor

【技术实现步骤摘要】
多相电机的部分负载相停用
技术介绍
电动力总成、发电厂和其他系统采用高压电气系统，从而提供超过12伏辅助电平的电压电平。例如，当用作电驱动系统的一部分时，高压总线可以向电牵引马达供应60至300伏或更高的电压。此类高压总线的直流(DC)侧可以连接到整流器系统，或连接到包含电池组的可再充电能量储存系统(RESS)，该电池组具有专用数量的高能电池单元以及相关联的热调节硬件和其他电力电子器件。当使用多相电机作为电气系统的一部分时，将功率反相器模块插置在RESS和电机之间。脉宽调制、脉冲密度调制或其他常见的开关控制技术用于建立功率反相器模块的各个半导体开关的相应的开/关导通状态。这样，当电机以其作为马达的能力操作时，向电机的相位引线供应交流(AC)电压。功率反相器模块还可操作用于将来自电机(在这种情况下作为发电机操作)的交流输出电压转换成适用于对RESS的电池单元进行充电的直流电压。因此，根据从电机请求的马达扭矩，通常按需推动或多或少的电流通过集合相绕组。
技术实现思路
具有上述大致所指出类型的多相电机和功率反相器模块的高压电驱动系统，在相对于在满负载条件下操作而言在部分负载条件下操作时，往往具有较低的效率。“部分负载条件”可以被认为是电机的扭矩操作点的集合组，其显著小于电机的可用扭矩容量。因此，在全开节流阀的电气当量，即当需要基本上整个电机的可用扭矩容量来满足瞬时请求的扭矩操作点时，可以经历“满负载条件”。例如，当从静止快速加速或在高速公路上经过另一车辆时，电气化车辆可以在满负载条件下操作。例示性的示例性应用是车辆的电驱动系统的应用，其例如在通勤或走走停停的城市驾驶期间，在正常驾驶条件下操作。在此类条件下，所请求的扭矩可以是电机的总扭矩能力或额定扭矩的一小部分。大多数时候，所请求的扭矩可以小到额定扭矩的20％或更小。因此，电机的大部分寿命用于“有损耗的”部分负载区域。因此，所公开的策略可用于在此类部分负载操作条件下提高效率。特别地，本公开涉及一种用于响应于进入电机的预先确定的部分负载区域而选择性地停用多相电机的一些可用电气相的方法。在部分负载条件下的普遍电气损耗是(I)电机本身的相应绕组和磁结构内的铜损和磁芯损耗，以及(II)在功率反相器模块的开关和电路部件内发生的开关损耗和传导损耗。因此，此类损耗的比率可以预先确定用于离线的电机作为校准的部分负载区域组，每个部分负载区域都与电机的对应扭矩-速度操作点相关联。响应于电机在预先识别的部分负载区域之一中操作的实时确定，控制器可以禁用电机的至多除两个可用电气相之外的所有电气相。在示例性实施方案中，电气系统包括连接到高压总线的可再充电能量储存系统(RESS)。该电气系统包括牵引功率反相器模块(TPIM)、多相电机和控制器，该控制器被配置为响应于进入预先确定的部分负载区域而选择性地停用电机的一些可用相。在TPIM的两级布置中，TPIM包含多个开关组，例如IGBT、MOSFET或其他半导体开关，其中每个开关组在示例性双层反相器拓扑中具有上部开关和下部开关。如在功率反相器控制领域中应当理解，给定开关对的上部开关和下部开关彼此连接，并且连接到高压总线的相应正总线轨和负总线轨。另选的多级TPIM，诸如中点箝位式(NPC)反相器、级联h桥反相器、飞跨电容反相器或其他功率转换器配置，每相具有多于两个的开关。此类反相器拓扑结构也可用于本控制策略的范围内，因此术语“开关对”在引用示例性两层TPIM时可与术语“开关组”互换使用，其中“开关组”可能包含三个或更多个开关。特别是对于二级反相器，电机的可用相倍数(m)等于开关对的数量，其中本文使用的示例性和非限制性六相实施方案(m＝6)说明本控制策略。该实施方案中的控制器被配置为确定电机何时进入或已经进入预先确定的部分负载操作区域，并且被配置为响应于进入预先确定的部分负载区域，选择性地停用(m)个电气相中的预先确定的数量(n)。经由将各个开关状态信号传输到(n)个停用的开关对的对应开关来实现停用，其中n≤m-2。在一些实施方案中，即，(m)个可用相中的恰好一半被停用，其中m是偶数。控制器可以被编程为具有由电机的对应速度和扭矩点索引的电气损耗的查找表，并且被编程为通过将来自查找表的数据与校准的阈值进行比较来确定电机何时进入部分负载操作区域。任选地，电气损耗可以是电机的磁芯损耗与铜损的比率，或者是TPIM的开关损耗与传导损耗的比率。在另一任选的配置中，控制器可以被配置为接收指示所请求的停用缓变率的模式选择信号。响应于接收到模式选择信号，控制器以所请求的停用缓变率使停用(n)个电气相缓变。当时，控制器可以自动参考停用计划，以确定(n)个电气相的停用次序时，这最小化了电机的基于停用的扭矩波动。多相电机包括转子，在某些公开的实施方案中，该转子联接到机动车辆的驱动轮组或联接到另一个驱动负载。本专利技术还公开了一种与上述电气系统一起使用的方法。该方法包括经由控制器确定电机何时进入预先确定的部分负载操作区域。响应于电机进入预先确定的部分负载操作区域，该方法包括经由将来自控制器的开关状态信号传输到开关组中的对应开关组，选择性地停用(m)个电气相中的预先确定的数量(n)，其中n≤m-2。上述
技术实现思路
并非旨在表示本公开的每个可能的实施方案或每个方面。相反，前述
技术实现思路
旨在举例说明本文所公开的一些新颖方面和特征。从当结合附图和所附权利要求时用于本公开的代表性实施方案和模式的详细描述中，本公开的上述特征和优点，以及其他特征和优点将变得显而易见。附图说明图1是具有电气系统的示例性车辆的示意图，其中控制器选择性地停用具有总数(m)个此类电气相的电机的(n)个电气相，其中控制器在如本文所述的预先确定的部分负载条件下这样做。图2A和图2B是可用作图1所示的示例性电气系统的一部分的多相电机和牵引功率反相器模块的示例性6相实施方案的示意图。图3是机器速度(水平轴)与机器扭矩(垂直轴)的归一化曲线图，示出了代表性损耗区域，在该代表性损耗区域内，控制器可以停用图1中所示的电机的所选相。图4是机器速度(水平轴)与机器扭矩(垂直轴)的归一化曲线图，示出了另一个代表性损耗区域，在该代表性损耗区域内，控制器可以停用图1中所示的电机的所选相。图5是本方法的示例性实施方案的流程图。本公开可以进行修改或具有另选形式，其中代表性实施方案在附图中以举例的方式示出并且在下文详细描述。本公开的具有创造性的方面不限于本文所公开的特定形式。相反，本公开旨在涵盖属于由所附权利要求书限定的本公开的范围内的修改、等同物、组合和另选形式。具体实施方式参考附图，其中相同的参考号表示相同的部件，图1描绘了具有电气系统12的示例性车辆10。电气系统12包括高压电池组(BHV)14，其经由高压直流(DC)总线20电连接到多层牵引功率反相器模块(TPIM)16。电气系统12还包括多相电机(ME)18，例如牵引马达或马达/发电机单元，其经由高压交流(AC)电压总线22电连接到TPIM16。单独的低压直流总线1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电气系统，包括：/n交流电压总线；/n直流电压总线；/n多级牵引功率反相器模块(TPIM)，所述多级牵引功率反相器模块连接到所述直流电压总线，并且具有多个开关组，所述多个开关组可共同操作用于将所述直流电压总线上的直流电压反相为所述交流电压总线上的交流电压，反之亦然；/n多相电机，所述多相电机具有(m)多个电气相，其中所述(m)多个电气相中的每个电气相连接到所述多个开关组中的相应一个开关组并由其驱动；以及/n控制器，所述控制器被配置为确定所述电机何时进入预先确定的部分负载操作区域，并且被配置为响应于进入所述预先确定的部分负载区域，经由到所述多个开关组中的对应开关组的开关状态信号来选择性地停用所述(m)多个电气相中的预先确定的数量(n)，其中n≤m-2。/n

【技术特征摘要】
20181119 US 16/1951011.一种电气系统，包括：
交流电压总线；
直流电压总线；
多级牵引功率反相器模块(TPIM)，所述多级牵引功率反相器模块连接到所述直流电压总线，并且具有多个开关组，所述多个开关组可共同操作用于将所述直流电压总线上的直流电压反相为所述交流电压总线上的交流电压，反之亦然；
多相电机，所述多相电机具有(m)多个电气相，其中所述(m)多个电气相中的每个电气相连接到所述多个开关组中的相应一个开关组并由其驱动；以及
控制器，所述控制器被配置为确定所述电机何时进入预先确定的部分负载操作区域，并且被配置为响应于进入所述预先确定的部分负载区域，经由到所述多个开关组中的对应开关组的开关状态信号来选择性地停用所述(m)多个电气相中的预先确定的数量(n)，其中n≤m-2。


2.根据权利要求1所述的电气系统，其中


3.根据权利要求1所述的电气系统，其中m≥4。


4.根据权利要求3所述的电气系统，其中m＝6。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：A·法特米，D·F·拉尔，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US