操作马达以避免选定的脉冲比值的方法和系统
技术领域
[0001] 本
发明总体上涉及马达，且更具体地涉及操作电动马达以避免选定的脉冲比值的方法和系统。
背景技术
[0002] 近年来，技术的进步以及别具
风格地进行的尝试引起了
汽车设计的很大的变化。这些变化之一涉及汽车内的电
力系统的复杂性以及动力使用，尤其是可替换
燃料车辆，例如混合、电力、和
燃料电池车辆。这种可替换燃料车辆通常使用电动马达，可能与另一
致动器结合，以驱动
车轮。
[0003] 对于高速应用，例如用于可替换燃料车辆，需要足够大的“脉冲比”以提供关于马达性能的重要信息，例如马达
端子电流和
转子位置。脉冲比定义为变换器的
开关频率对马达的基本频率的比，其中变换器将来自电池的直流(DC)电力转换为交流(AC)电力。
[0004] 近年来，用于这些车辆中的马达的极和操作速度的数量已经增加。结果，马达的基本频率也增加，其继而降低脉冲比。由于脉冲比的非三重结构
奇次谐波(NTOH)，在这些马达的操作期间遇到的问题之一为
定子电流的振动发生，称为“
拍频振动”。这些振
动能够妨碍马达的性能，且经过长时间周期以后损害变换器内的晶体管。
[0005] 因此，希望提供一种操作马达以防止由于NTOH(Non-triplen Odd Harmonic)引起的振动的方法和系统。此外，本发明的其他希望的特征和特性从随后详细说明和所附
权利要求书结合
附图和前述技术领域以及背景技术变得显而易见。
发明内容
[0006] 提供一种操作马达的方法。电力通过以第一开关频率操作的至少一个开关(switch)供应到马达。所述马达的脉冲比基于第一开关频率计算，其中脉冲比为开关频率对马达的基本频率的比。如果所计算的脉冲比小于第一脉冲比值且大于第二脉冲比值，所述至少一个开关以第二开关频率操作，其中，第一脉冲比值是任何一个非三重结构奇次谐波值与脉冲比带隙值的和，第二脉冲比值是同一个非三重结构奇次谐波值与脉冲比带隙值的差，其中，非三重结构奇次谐波值是与非三重结构奇次谐波相对应的脉冲比值。
[0007] 也提供一种汽车驱动系统。该系统包括电动马达；联接到该电动马达的直流(DC)电源；变换器，包括至少一个晶体管并联接到电动马达和DC电源，以从DC电源接收DC电力且提供交流(AC)电力给电动马达；和处理器，与电动马达、DC电源和变换器可操作地连通。所述处理器用于以第一开关频率操作所述至少一个晶体管，以将DC电力转换为AC电力；基于第一开关频率计算电动马达的脉冲比，其中脉冲比为开关频率对马达的基本频率的比；
如果所计算的脉冲比小于第一脉冲比值且大于第二脉冲比值，以第二开关频率操作所述至少一个晶体管，其中，第一脉冲比值是任何一个非三重结构奇次谐波值与脉冲比带隙值的和，第二脉冲比值是同一个非三重结构奇次谐波值与脉冲比带隙值的差，其中，非三重结构奇次谐波值是与非三重结构奇次谐波相对应的脉冲比值。
附图说明
[0008] 其后，本发明将结合以下附图描述，其中相同的附图标记标识相同的元件，且[0009] 图1是根据本发明一个
实施例的示范性汽车的示意图；
[0010] 图2是在图1的汽车内的变换器的示意图；
[0011] 图3是操作图1的汽车内的马达的方法和/或系统的方
块图；
[0012] 图4是描绘采用图3的方法和/或系统的马达操作的图解图示；
[0013] 图5是进一步描绘采用图3的方法和/或系统的马达操作的图解图示；和[0014] 图6是描绘采用根据本发明另一实施例的方法和/或系统的马达操作的图解图示。
具体实施方式
[0015] 以下详细说明性质上仅为示范性的，且并不打算限定本发明及其应用或用途。另外，并非打算受限于前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明确的或隐含的理论。
[0016] 以下说明涉及“连接”或“联接”在一起的元件或零件。如在此所使用的，除非另外清楚地
声明，“连接”意味着一个元件/零件直接而不必机械地接合(或直接连通)到另一元件/零件。类似地，除非另外清楚地声明，“联接”意味着一个元件/零件直接或间接地而不必机械地接合(或直接或间接地连通)到另一元件/零件。然而，应当理解的是，虽然两个元件在以下实施例中可描述为“连接”，在可替换的实施例中，类似元件可以“联接”，反之亦然。因而，虽然在此所示的示意图描绘元件的示意性布置，在实际的实施例中可以有附加的居间元件、设备、零件或部件。也应当理解的是，图1-6仅为图示性的，且可能没有按比例画出。
[0017] 图1到图6图示操作马达的方法和系统。联接到该马达的至少一个开关以第一开关频率操作，以提供电力给马达。马达的脉冲比至少部分地基于第一开关频率计算。如果所计算的脉冲比小于第一脉冲比值且大于第二脉冲比值，该至少一个开关以第二开关频率操作。
[0018] 该方法和系统可用于汽车，且用于控制用来驱动汽车车轮的电动马达。该至少一个开关可以是汽车内变换器的一个或更多的晶体管，变换器用于将来自DC电源的直流(DC)电力转换为适于电动马达使用的交流(AC)电力。
[0019] 图1图示根据本发明一个实施例的车辆10，或“汽车”。汽车10包括底盘12、本体14、四个车轮16和
电子控制系统18。本体14设置在底盘12上且基本包含汽车10的其他部件。本体14和底盘12共同地形成车架。车轮16在本体14的相应的
角附近各自可旋转地联接到底盘12。
[0020] 汽车10可以为许多不同类型的汽车的任何一种，例如轿车、货车、
卡车、或运动型
多用途车辆(SUV)，可以为二轮驱动(2WD)(即
后轮驱动或
前轮驱动)、
四轮驱动(4WD)或全轮驱动(AWD)。车辆10也可以包括许多不同类型的
发动机的任何一个或其组合，例如
汽油或柴油燃料
内燃机、“混合燃料车辆”(FFV)发动机(即使用汽油和酒精的混合物)、气体混合物(例如，氢气和/或
天然气)燃料发动机、燃烧/电动马达混合发动机、以及电动马达。
[0021] 在图1所示的示范性实施例中，汽车10为混合车辆，且还包括致动器组件20、电池22、功率变换器组件(或变换器)24、和
散热器26。致动器组件20包括内燃机28和电动马达/发
电机(或马达)30。本领域技术人员应当理解的是，电动马达30在其中包括传动装置，且虽然未图示也包括定子组件(包括导电线圈)、转子组件(包括
铁磁芯)、以及冷却
流体(即冷却剂)。如通常理解的，电动马达30内的定子组件和/或转子组件可以包括多个电磁极(例如十六个极)。
[0022] 仍参考图1，在一个实施例中，内燃机28和电动马达30成一体，以便其通过一个或更多的
驱动轴32均机械地联接到至少一些车轮16。
散热器26在其外部处连接到车架，且虽然未详细图示，散热器26在其中包括多个冷却通道且联接到发动机28和变换器24，冷却通道包含诸如
水的冷却流体(即冷却剂)和/或乙二醇(即防冻剂)。
[0023] 图2更详细地示意性图示了变换器24。在所描绘的实施例中，变换器24包括三对串连开关33(即晶体管)。虽然未具体图示，在一个实施例中，变换器24也包括多个电源模块设备。电源模块设备各包括具有形成在其上的集成
电路的
半导体衬底(例如
硅衬底)，半导体衬底包括一个或更多以单个半导体设备形式的开关33，例如
绝缘栅双极晶体管(IGBT)，如通常理解的。如图所示，变换器24联接到电池22和电动马达30。
[0024] 再次参考图1，在所描绘的实施例中，变换器24接收冷却剂且与电动马达30共用冷却剂。散热器26可以类似地连接到变换器24和/或电动马达30。
[0025] 电子控制系统18与致动器组件20、电池22、和变换器24可操作地连通。虽然未详细图示，电子控制系统18包括各种
传感器和汽车控
制模块，或
电子控制单元(ECU)，例如变换器
控制模块和车辆
控制器，以及至少一个处理器和/或
存储器，存储器包括存储在其上(或在另一计算机可读取的媒介内)的指令以执行如下所述的过程和方法。应当理解的是，变换器控制模块也可以集成到功率变换器组件24。
[0026] 仍参考图1，在操作期间，车辆10通过用内燃机28和电动马达30以交替的方式和/或用内燃机28和电动马达30同时地提供动力给车轮16操作。为了给电动马达30提供动力，DC电力从电池22提供到变换器组件24，所述变换器组件24在电力送到电动马达30之前将DC电力转换为AC电力。本领域技术人员应当理解的是，DC电力到AC电力的转换大致通过以“开关频率”(Fsw)操作(即反复地开关)变换器24内的晶体管33进行，例如
12千赫兹(kHz)。
[0027] 图3图示根据本发明一个实施例操作电动马达30的方法和/或系统34。如上文所述，在方块36时，该方法以电动马达30的操作开始。在方块38时，计算电动马达30当前操作的脉冲比(PR)。脉冲比表示为：
[0028] PR＝Fsw/Fe
[0029] 其中Fe是电动马达的基本频率，如通常理解的。基本频率(Fe)表示为：
[0030] Fe＝RPM·n/120
[0031] 其中RPM(即，转每分)是电动马达30的操作的当前速率，n是电动马达30内的极的数量。
[0032] 在方块40时，进行确定：马达30的当前脉冲比是否在特定脉冲比值的预定脉冲比带隙值(死区——DeadBand)内，或多个特定脉冲比值的任何一个。特定的脉冲比值对应于马达30的基本频率(Fe)的谐波。在一个实施例中，脉冲比值对应于非三重结构奇次谐波(NTOH)，如本领域技术人员所可以理解。非三重结构奇次谐波可以为例如第五、第七、第十一、或第十三NTOH。脉冲比带隙(band gap)可以为例如0.4和0.5之间。
[0033] 仍参考图3，在一个实施例中，方块40的确定包括确定当前脉冲比(PR)是否大于任何一个NTOH值和脉冲比带隙值之间的差(即第二脉冲比值)且小于同一个NTOH值和脉冲比带隙值的和(即第一脉冲比值)。如果在方块40中这两个条件均满足，该方法和/或系统34前进到方块42，其中计算新的或第二开关频率(Fsw_new)。如图所示，新开关频率(Fsw_new)表示为：
[0034] Fsw_new＝Fe·(NTOH-DeadBand)
[0035] 如果在方块40中这两个条件不都满足，该方法和/或系统34前进到方块46，其中最初的或默认的开关频率(例如，12kHz)被选择继续使用。来自方块42或44的开关频率然后发送到方块46，以用作方法和/或系统34的输出开关频率(Output Fsw)从而用于变换器24。
[0036] 因而，如果电动马达30的当前脉冲比在由NTOH的脉冲比带隙值限定的范围内，调节开关频率(Fsw)以避免脉冲比达到NTOH。如果当前脉冲比不在限定的范围内，变换器24继续以当前(例如，最初的)开关频率操作。
[0037] 在车辆10的操作期间，图3所示的方法和/或系统34连续地重复，以监测脉冲比并适当地修正开关频率(Fsw)，从而避免非三重结构奇次谐波。图4图解地图示在车辆10的各级操作期间图3的方法和/或系统34的操作。线48表示马达30的脉冲比。本领域技术人员应当理解的是，随着马达的操作速率或马达速度增加(假设恒定的开关频率)，脉冲比降低。应当理解的是，虽然线48在图4中显示为直的，线48可以表示仅PR曲线的部分，其具有类似于函数“1/x”的曲线的形状，如通常理解的。
[0038] 图3所示的方法和/或系统34的效果为生成线或脉冲比48中的“凹口”50，使得脉冲比48不达到NTOH52。因而，在车辆操作期间随着马达速度改变(即
加速或减速)，通过调节开关频率(Fsw)，脉冲比48“绕过(bypass)”NTOH52，如上文所述和图3所示，以跟随由凹口50指示的脉冲比值。应当理解的是，所示的NTOH52可以对应于上述NTOH值的任何一个。
[0039] 图5图解地图示有关多个NTOH54、56和58的图3的方法和/或系统的效果。如图所示，多个凹口50形成在脉冲比48内，以绕过每个NTOH54、56和58。图5所示的NTOH54、56和58可以分别对应于，例如第七、第十一和第十三NTOH。
[0040] 上述方法和/或系统的一个优势在于，避免了在选定的诸如NTOH的谐波处的操作。结果，减少拍频振动的出现，其改进系统性能且减少变换器内的晶体管上的
应力。
[0041] 图6图解地图示可替换的实施例，其中在缺口62内设置滞后60。本领域技术人员应当理解的是，所示的滞后60可以通过在马达30的加速和减速期间采用不同的脉冲比带隙值(死区)提供。因而，以其调节开关频率(Fsw)的精确的脉冲比48依赖于马达速度是增加还是降低通过NTOH64。即，如果马达30在加速，可以使用第一脉冲比带隙值；如果马达30在减速，可以使用第二脉冲比带隙值。虽然在图6中仅显示一个凹口62，应当理解的是，滞后60可以用于绕过多个NTOH的系统，例如图5所示的系统。图6所描绘的方法和/或系统的进一步优势在于，如图马达速度在凹口62的上或下端徘徊，开关频率(Fsw)不会经历突变，在高速操作期间开关频率的这些突变是不希望的。
[0042] 虽然至少一个示范性实施例已经在前述详细说明中阐述，应当理解的是，存在大量的变型。也应当理解的是，示范性实施例或数个示范性实施例仅为示例，且不打算以任何方式限定本发明的范围、应用或构造。相反，前述详细说明提供本领域技术人员实施实施例或数个实施例的便利路线图。应当理解的是，可以进行元件的功能和布置的多种改变而不偏离所附权利要求书及其合法等价物所阐述的本发明的范围。
