[发明专利]用于电动机的控制系统

说明书

公开了用于电动机的控制系统，该控制系统包括：被布置成控制电动机的第一部件的操作的第一控制装置；被布置成控制电动机的第二部件的操作的第二控制装置，其中第一控制装置布置成将第一信号传输到第二控制装置，该第一信号用于指示通过第一通信链路到第二控制装置的数据传输，其中第二控制装置被布置成使用第一信号的定时来使第二部件的操作与第一部件的操作同步。

技术领域

本发明涉及控制系统，特别是电动机的控制系统。

背景技术

电动机系统一般包括电动机和布置成控制由电动机产生的动力/扭矩的控制单元。已知类型的电动机的例子包括感应电动机、同步无刷永磁电动机、开关式磁阻电动机和线性电动机。在商业界中，三相电动机是可用的最常见类型的电动机。

三相电动机一般包括三个线圈组，其中每个线圈组布置成产生与交流电压的三相之一相关联的磁场。

为了增加在电动机内形成的磁极的数量，每个线圈组一般会具有分布在电动机的周缘周围的多个线圈子组，其被驱动以产生旋转磁场。

三相电动机的三个线圈组一般配置在三角形或Y形配置中。

具有DC电源的三相电动机的控制单元一般会包括产生三相电压源的三相桥式逆变器，该三相电压源用于驱动电动机。每个相应的电压相被施加到电动机的相应线圈组。

一般，三相桥式逆变器将使用脉冲宽度调制（PWM）电压控制的形式来产生三相电压源。PWM控制通过使用电动机电感来工作以求出施加脉冲电压的平均数来将所需的电流驱动到电动机线圈中。使用PWM控制，施加电压跨越电动机线圈被切换。在这个接通期期间，电流在电动机线圈中以由其电感和所述施加电压所指定的速率上升。PWM控制然后需要在电流改变得太多之前切断，使得电流的精确控制被实现。

三相桥式逆变器包括多个开关装置，例如电力电子开关（如绝缘栅双极晶体管（IGBT）开关）。

然而，电力电子开关一般会出现开关损耗和导电损耗。

包括开关损耗和导电损耗的总损耗与功率的平方大致成比例。这可为电动机和逆变器带来严重的热管理问题，因为例如功率的加倍导致热损耗的四倍增加。提取这个热而不将装置的温度升高到其安全操作水平之上变成装置可处理的功率的量中的限制因素。实际上，由于热约束，具有例如500A的内在电流处理能力的现今较大功率装置被限制到200A。

对于具有给定额定功率的常规三相电动机，如果期望较大的额定功率，则这可通过产生具有较大直径的电动机来实现。对于较大的电动机直径，针对给定的角速度，转子的圆周速度增加。然而，对于给定的供应电压，这要求电动机线圈具有减少的匝数。

被提出来克服这个限制的一个解决方案是开发出具有可独立于彼此操作的多个子电动机的电动机，其中一个子电动机的线圈子组中的电流独立于另一子电动机的线圈子组中的电流（即，各个线圈子组未串联连接）。因此，每个线圈子组的线圈可以比其中所有各个线圈子组都串联连接的等效电动机具有更大的匝数。在每个线圈中的增加的匝数增加了电动机的总电感。这意味着对于给定的功率要求，可在每个线圈子组的线圈中使用较低的电流，这导致较少热耗散问题，且这允许使用较小的开关装置。较小的开关装置的使用进而又允许较快的开关速度和较低的开关损耗。

然而，对于具有多个独立子电动机的电动机，其中每个子电动机具有用于控制其相应的逆变器的操作的独立控制器，且其中在各个控制器之间没有专用同步线，在各个子电动机之间的PWM控制将不是同步的。这可导致DC总线电压纹波的增加，需要更大的滤波电容以维持DC总线电压。

在每个控制器之间的专用同步线的使用将需要在每个处理器上的至少两个额外的数字输入/输出线的使用，这将需要在两个连接之间的隔离连接。此外，为了验证专用同步线的连接性，将需要某种形式的内部同步处理以驱动并监控同步线。

改进这种情况是合乎需要的。

发明内容