[发明专利]生成用于控制永磁电机操作的电压指令的方法、系统和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年12月30日提交的美国临时申请No. 61/582,044的权益。

技术领域

技术领域总体上涉及用于控制多相系统的操作的技术，且更具体地涉及生成用于控制永磁电机的电压指令的方法、系统和设备。

背景技术

电机用于宽范围的各种应用。例如，混合动力/电动车辆（HEV）通常包括电牵引驱动系统，包括由功率逆变器借助于直流（DC）功率源（例如，存储蓄电池）驱动的交流（AC）电机。AC电机的电机绕组可以联接到功率逆变器模块（PIM）的逆变器子模块。每个逆变器子模块都包括一对开关，其以互补方式开关以执行快速开关功能，以将DC功率转换为AC功率。该AC功率驱动AC电机，继而驱动HEV传动系的轴。

如本文使用的，措辞“多相”指的是两相或更多相，且可以用于指代具有两相或更多相的电机。多相电机通常包括多相脉宽调制（PWM）逆变器模块，其驱动一个或多个多相AC电机。这种多相电机的一个示例是三相永磁AC电机。在三相系统中，三相PWM逆变器模块驱动一个或多个三相永磁AC电机。例如，一些常规HEV采用两个三相PWM逆变器模块和两个三相永磁AC电机，每个由所联接的三相PWM逆变器模块中的相应一个驱动。

在许多常规马达驱动系统中，逆变器模块由基于电压指令信号生成的开关矢量信号驱动。例如，在依赖于闭环电流控制技术的常规马达驱动系统中，这些电压指令信号可以基于反馈或测量定子电流和由电流调节器处理的电流指令来生成。

与用于驱动永磁电机的电机驱动系统有关的一个缺陷在于，当它们经受从一个操作点到另一个的突然变化时，可以引入大瞬变电流。例如，当从一定初始状况突然过渡至三相短路时，引入大瞬变电流。瞬变电流幅度可以容易等于或甚至超过马达特征电流的两倍。瞬变电流给马达和逆变器两者引起显著应力。此外，瞬变电流通常在电机的负d轴附近具有峰值。负d轴电流往往对抗永磁通量。如果电流足够大，其可能导致转子磁体的去磁。

当今使用的一种性能最高磁体是稀土NeFeB型。多种添加剂用于增强磁体属性。这些中的一种是镝，其增加矫顽磁性且提高磁体对去磁的稳固性。不幸的是，镝非常昂贵。如果大瞬变负d轴电流可以消除，那么可能减少镝含量且使用较低级别磁体，而不担心去磁。因而，可显著地减少电机成本。

其它电机设计采用成本较低的含铁型磁体。然而，这些磁体还特别易受去磁。将期望通过减少大瞬变负d轴电流减少或消除去磁的威胁，因为这样做将允许采用较低成本设计。

最后，与磁体类型无关，在任何永磁电机设计中，峰值负d轴电流被认为是设计约束。设计者必须优化转子几何尺寸以避免在预期峰值负d轴电流下磁体去磁。如果可以减少峰值电流幅度，那么由于去磁考虑，这减轻设计约束，从而可能允许改进扭矩密度和/或效率。

期望提供生成用于控制多相永磁电机的电压指令的改进方法、系统和设备。本发明的其它期望特征和特性将从随后的详细说明和所附权利要求结合附图以及前述技术领域和背景技术显而易见。

发明内容

本发明的实施例涉及用于控制电机驱动系统中的永磁电机操作的方法、系统和设备。

根据所公开实施例中的一个，提供一种生成电压指令信号的控制系统，用于在从初始操作状况过渡至最终操作状况期间控制永磁电机。所述控制系统包括：配置成执行软件指令的处理器和配置成存储能由处理器访问的软件指令的存储器。所述软件指令包括电压指令生成器模块。基于永磁电机的电角频率和同步参考坐标电流信号，所述电压指令生成器模块配置成生成斜变电压指令信号，所述斜变电压指令信号中的每个在设定为上升时间的过渡时段期间根据斜率线性地变化。

方案1. 一种生成电压指令信号的控制系统，用于在从初始操作状况过渡至最终操作状况期间控制永磁电机，所述控制系统包括：

配置成执行软件指令的处理器；和

配置成存储能由处理器访问的软件指令的存储器，其中，所述软件指令包括：

电压指令生成器模块，所述电压指令生成器模块配置成基于永磁电机的电角频率和同步参考坐标电流信号生成斜变电压指令信号，其中，所述斜变电压指令信号中的每个在设定为上升时间的过渡时段期间根据斜率线性地变化。

方案2. 根据方案1所述的系统，其中，所述上升时间等于：

（1）基本电周期，其为电角频率的倒数，或

（2）最大上升时间，如果基本电周期大于最大上升时间。