电机驱动装置

技术领域

本发明涉及电机驱动装置，更具体地，涉及一种包括集成有根据电机驱动模式进行切换的开关的逆变器电力模块的电机驱动装置。

背景技术

通常，包括在电机中的各个相的绕组的第一端与单个逆变器电连接，第二端彼此电连接，以形成Y型连接。

当电机驱动时，逆变器内部的开关通过脉宽调制控制进行接通/关断，并且向Y型连接的电机绕组施加线电压，使得通过产生交流电产生扭矩。

由来自电机的这种扭矩驱动的环保车辆(例如，电动车辆)的燃料效率(或电力效率)由逆变器-电机(inverter-motor)电力转换效率决定，因此，使逆变器电力转换效率和电机效率最大化以提高燃料效率非常重要。

逆变器-电机系统的效率主要由逆变器的电压利用率决定，当由电机转速与扭矩之间的关系决定的车辆驱动点在具有较高的电压利用率的范围内形成时，车辆的燃料效率可以提高。

然而，如果增加电机绕组数以增大电机最大扭矩，则具有较高的电压利用率的范围会远离作为主要的车辆驱动点的低扭矩区域。这会使燃料效率降低。此外，如果从燃料效率的角度出发，将主要驱动点设计成包括在具有较高的电压利用率的范围内，则会限制最大电机扭矩，从而降低车辆的加速/启动性能。

在相关技术领域，需要一种能够在利用单个电机覆盖低输出范围和高输出范围两者的同时提高系统效率的电机驱动技术。因此，引入了一种通过利用两个逆变器和模式切换开关以两种不同的模式驱动单个电机的技术。

包括在本发明的背景技术中的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，不应视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面旨在提供一种电机驱动装置，其包括集成有根据电机驱动模式进行切换的开关的逆变器电力模块。

为了解决上述技术问题，根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置可以包括：电机，其包括分别对应于多个相的多个绕组；第一逆变器，其包括至少一个第一电力模块，并且向多个绕组的第一端提供对应于多个相的各相的交流电压；第二逆变器，其包括多个第二电力模块，每个第二电力模块包括切换开关并且基于指示切换开关是否接通的信息向多个绕组的第二端提供对应于多个相的各相的交流电压；控制器，其连接至切换开关，并且配置为根据电机驱动模式控制切换开关是否接通，其中，多个第二电力模块中的每一个具有切换端子，所述切换开关的第一端连接至所述切换端子，并且多个第二电力模块的切换端子彼此短路。

本发明的优点在于，逆变器电力模块集成有根据电机驱动模式进行切换的开关，因此对于根据电机驱动模式进行切换的开关，不需要单独的模块，从而减少电机驱动装置所需的面积和成本。

本发明的方法和装置具有其它的特征和优点，这些特征和优点从并入本文中的所附附图和下面的详细描述中将是显而易见的，或者将在并入本文中的所附附图和下面的详细描述中进行更详细的陈述，这些所附附图和下面的详细描述共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1是示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的电路图。

图2是示出在图1所示的电机驱动装置中执行的闭合端部绕组模式的示意图。

图3是示出在图1所示的电机驱动装置中执行的开放端部绕组模式的示意图。

图4是示出根据本发明的示例性实施方案的包括在图1所示的逆变器中的电力模块的构造的示意图。

图5是示出根据本发明的示例性实施方案的图4所示的第二电力模块的构造的示意图。

图6是示出根据本发明的另一示例性实施方案的电机驱动装置的电路图。

图7是示出在图6所示的电机驱动装置中执行的闭合端部绕组模式的示意图。

图8是示出在图6所示的电机驱动装置中执行的开放端部绕组模式的示意图。

图9是示出根据本发明的示例性实施方案的包括在图6所示的逆变器中的电力模块的构造的示意图。

图10是示出根据本发明的各种示例性实施方案的电机驱动装置的电路图。

图11是示出在图10所示的电机驱动装置中执行的闭合端部绕组模式的示意图。

图12是示出在图10所示的电机驱动装置中执行的开放端部绕组模式的示意图。

图13是示出根据本发明的示例性实施方案的包括在图10所示的逆变器中的电力模块的构造的示意图。

可以理解，所附附图不一定是按比例的，而是为了说明本发明的基本原理而呈现的适当简化的画法。如本文所包括的本发明的具体设计特征，包括例如具体尺寸、方向、位置和形状，将部分地由具体所要应用和使用的环境决定。

在图中，贯穿附图的多幅图，相同的附图标记指本发明的相同或等同的部分。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各种实施方案，所述实施方案的示例在附图中示出并在下面进行描述。虽然本发明将结合本发明的示例性实施方案进行描述，但将理解，本说明书并不旨在将本发明限制为本发明的那些示例性实施方案。另一方面，本发明旨在不仅覆盖本发明的示例性实施方案，还覆盖可以包含在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替代实施方案、修改实施方案、等同实施方案和其它实施方案。

在以下实施方案的描述中，本文中使用的术语“预定的”是指在过程或算法中使用参数时，参数的值被确定。对于本发明的各种示例性实施方案，在过程或算法开始之前或在执行过程或算法时确定参数的值。

用于区分各种元件的诸如“第一”和“第二”的术语不受元件的限制。例如，第一组件可以称为第二组件，相反，第二组件可以称为第一组件。

可以理解，当一个元件称为“连接”或“接合”至另一元件时，该元件可以直接连接或接合至另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件称为“直接连接”或“直接接合”至另一元件时，不存在中间元件。

在下文中，将通过示例更详细地描述本发明。这些示例仅用于说明本发明，本发明的保护范围不受这些示例的限制。

图1是示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置10a的电路图。

如图1所示，电机驱动装置10a可以包括电池100、电机200、第一逆变器300、第二逆变器400a和控制器500。

电机200可以具有对应于多个相的各相的多个绕组L1、L2和L3。

第一逆变器300可以实现为包括第一上部开关T1至T3和第一下部开关B1至B3的图4中的至少一个第一电力模块310、320和330。

当切换第一上部开关T1至T3和第一下部开关B1至B3时，第一逆变器300可以将电池100的直流电压转换为包括多个相的交流电压。此外，第一逆变器300可以通过向多个绕组L1、L2和L3的一端提供对应于多个相的各相的交流电压来驱动电机200。第一上部开关T1至T3和第一下部开关B1至B3可以实现为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

第二逆变器400a可以实现为包括第二上部开关T4至T6、第二下部开关B4至B6以及切换开关C1至C3的图4的多个第二电力模块410a、420a和430a。

基于切换开关C1至C3是否接通，当切换第二上部开关T4至T6和第二下部开关B4至B6时，第二逆变器400a可以将电池100的直流电压转换为包括多个相的交流电压。在本发明的示例性实施方案中，在切换开关C1至C3关断的情况下，当切换第二上部开关T4至T6和第二下部开关B4至B6时，第二逆变器400a可以将电池100的直流电压转换为包括多个相的交流电压。此外，第二逆变器400a可以通过向多个绕组L1、L2和L3的另一端提供对应于多个相的各相的交流电压来驱动电机200。

第二上部开关T4至T6和第二下部开关B4至B6可以实现为包括相同的电压/电流容量和材料的晶体管。在本发明的示例性实施方案中，第二上部开关T4至T6和第二下部开关B4至B6实现为绝缘栅双极晶体管(IGBT)，但是根据本发明的示例性实施方案，第二上部开关T4至T6和第二下部开关B4至B6可以实现为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

切换开关C1至C3的每一个可以同样地实现为MOSFET和IGBT的任何一种。

实现第一逆变器300和第二逆变器400a的电力模块的构造和操作方法的详细描述将在后面参考图4进行描述。

控制器500可以通过切换第一上部开关T1至T3、第一下部开关B1至B3、第二上部开关T4至T6和第二下部开关B4至B6来控制第一逆变器300和第二逆变器400a，以驱动电机。

此外，控制器500可以根据电机驱动模式控制设置在第二逆变器400a中的切换开关C1至C3是否接通。电机驱动模式可以包括闭合端部绕组模式(closed-end winding，CEW)和开放端部绕组模式(open-end winding，OEW)。CEW指这样的模式：包括在电机200中的多个绕组L1、L2和L3的另一端形成中性点，仅通过第一逆变器300有效地驱动电机。相反，OEW指这样的模式：包括在电机200中的多个绕组L1、L2和L3的另一端不形成中性点，不仅通过第一逆变器300而且通过第二逆变器400a来增大电机的驱动力。

图2是示出在图1所示的电机驱动装置10a中执行的闭合端部绕组模式(CEW)的示意图。

如图2所示，当电机驱动模式设置为CEW时，控制器500可以接通切换开关C1至C3，使得多个绕组L1至L3的另一端形成中性点(N)。

此外，控制器500可以通过互补地切换第一上部开关T1至T3和第一下部开关B1至B3来控制第一逆变器300，以向多个绕组L1、L2和L3的一端提供对应于多个相的交流电压。

图3是示出在图1所示的电机驱动装置10a中执行的开放端部绕组模式(OEW)的示意图。

如图3所示，当电机驱动模式设置为OEW时，控制器500可以关断切换开关C1至C3，使得多个绕组L1至L3的另一端不形成中性点。

此外，控制器500可以通过互补地切换第二上部开关T4至T6和第二下部开关B4至B6以及第一上部开关T1至T3和第一下部开关B1至B3来控制第一逆变器300和第二逆变器400a，以向多个绕组L1、L2和L3的一端或另一端提供对应于多个相的交流电压。

图4是示出根据本发明的示例性实施方案的包括在图1所示的第一逆变器300和第二逆变器400a中的电力模块的构造的示意图。如图4所示，第一逆变器300可以包括多个第一电力模块310、320和330，并且第二逆变器400a可以包括多个第二电力模块410a、420a和430a。多个第一电力模块310、320和330中的每一个的构造和操作方法以相同的方式实施，多个第二电力模块410a、420a和430a中的每一个的构造和操作方法以相同的方式实施。第一逆变器300和第二逆变器400a可以分别设置在逆变器中使用的链路电容器的一侧的表面以及与所述一侧相反的另一侧的表面。

多个第一电力模块310、320、330的每一个可以包括第一上部开关T1至T3、第一下部开关B1至B3、电连接至图1的电池100的正端子(+)的正极端子P、电连接至电池100的负端子(-)的负极端子N、电连接至多个绕组L1至L3中的任一个的一端的输出端子O。第一上部开关T1、T2和T3的每一个可以连接在正极端子P与输出端子O之间，第一下部开关B1、B2和B3的每一个可以连接在负极端子N与输出端子O之间。

第二电力模块410a、420a和430a的每一个可以包括第二上部开关T4至T6、第二下部开关B4至B6以及切换开关C1至C3，并且可以具有电连接至电池100的正端子(+)的正极端子P、电连接至电池100的负端子(-)的负极端子N、电连接至多个绕组L1至L3中的任一个的另一端的输出端子O以及电连接至切换开关C1至C3的一端的切换端子C。

第二上部开关T4至T6的每一个可以连接在正极端子P与输出端子O之间。第二上部开关T4至T6的漏极端子(集电极端子)可以分别电连接至正极端子P，并且第二上部开关T4至T6的源极端子(发射极端子)可以分别电连接至输出端子O。

第二下部开关B4至B6的每一个可以连接在负极端子N与输出端子O之间。第二下部开关B4至B6的漏极端子(集电极端子)可以分别电连接至输出端子O，并且第二下部开关B4至B6的源极端子(发射极端子)可以分别电连接至负极端子N。

在本发明的示例性实施方案中，切换开关C1至C3的源极端子(发射极端子)可以分别电连接至输出端子O，并且位于与第二上部开关T4至T6的源极端子(发射极端子)相同的节点。切换开关C1至C3的漏极端子(集电极端子)可以分别电连接至切换端子C。切换端子C可以彼此短路，使得包括在电机中的多个绕组L1、L2和L3的另一端形成中性点。由于根据电机驱动模式进行切换的切换开关C1至C3集成到多个第二电力模块410a、420a、430a的每一个中，因此无需为切换开关C1至C3单独地提供模块，从而减小图1中的电机驱动装置10a的面积和成本消耗。

因为第二电力模块410a、420a和430a的构造全部以相同的方式实施，所以下面将参考图5仅描述第二电力模块410a的构造。

图5是示出根据本发明的示例性实施方案的图4所示的第二电力模块410a的构造的示意图。如图5所示，第二电力模块410a可以包括第二上部开关T4、第二下部开关B4和切换开关C1。

输出端子O、切换端子C、负极端子N和正极端子P可以设置在第二电力模块410a的一侧，并且控制引脚PIN_B、PIN_C和PIN_T可以设置在与第二电力模块410a的一侧相反的另一侧。第二电力模块410a可以通过控制引脚PIN_B、控制引脚PIN_C和控制引脚PIN_T的每一个接收用于控制第二上部开关T4、切换开关C1和第二下部开关B4的接通状态等的信号。此时，用于控制切换开关C1的接通状态的控制引脚PIN_C和用于控制第二上部开关T4的接通状态的控制引脚PIN_T可以彼此相邻地设置，因为其间不需要具有绝缘距离，从而减小第二电力模块410a的面积。

图6是示出根据本发明的另一示例性实施方案的电机驱动装置10b的电路图。如图6所示，电机驱动装置10b可以包括电池100、电机200、第一逆变器300、第二逆变器400b和控制器500。

第二逆变器400b可以实现为包括第二上部开关T4至T6、第二下部开关B4至B6以及切换开关C1至C3的图8的多个第二电力模块410b、420b和430b。

在本发明的示例性实施方案中，在切换开关C1至C3接通的情况下，当切换第二上部开关T4至T6和第二下部开关B4至B6时，第二逆变器400b可以将电池100的直流电压转换为包括多个相的交流电压。此外，第二逆变器400b可以通过向多个绕组L1、L2和L3的另一端提供对应于多个相的各相的交流电压来驱动电机200。

实现第一逆变器300和第二逆变器400b的电力模块的构造和操作方法的详细描述将在后面参考图9进行描述。

图7是示出在图6所示的电机驱动装置10b中执行的闭合端部绕组模式(CEW)的示意图。

如图7所示，当电机驱动模式设置为CEW时，控制器500可以关断切换开关C1至C3和第二下部开关B4至B6，并且接通第二上部开关T4至T6，使得多个绕组L1至L3的另一端形成中性点N。

此外，控制器500可以通过互补地切换第一上部开关T1至T3和第一下部开关B1至B3来控制第一逆变器300，以向多个绕组L1、L2和L3的一端提供对应于多个相的交流电压。

图8是示出在图6所示的电机驱动装置10b中执行的开放端部绕组模式(OEW)的示意图。

如图8所示，当电机驱动模式设置为OEW时，控制器500可以接通切换开关C1至C3，使得多个绕组L1至L3的另一端不形成中性点。

此外，控制器500可以通过互补地切换第二上部开关T4至T6和第二下部开关B4至B6以及第一上部开关T1至T3和第一下部开关B1至B3来控制第一逆变器300和第二逆变器400b，以向多个绕组L1、L2和L3的一端或另一端提供对应于多个相的交流电压。

图9是示出根据本发明的示例性实施方案的包括在图6所示的第一逆变器300和第二逆变器400b中的电力模块的构造的示意图。

因为图9中所示的第一逆变器300的构造和操作方法以与图4中所示的第一逆变器300相同的方式实施，因此将省略其详细说明。

第二逆变器400b可以包括多个第二电力模块410b、420b和430b。

多个第二电力模块410b、420b和430b的每一个可以包括第二上部开关T4至T6、第二下部开关B4至B6、切换开关C1至C3、电连接至图6的电池100的正端子(+)的正极端子P、电连接至电池100的负端子(-)的负极端子N、电连接至多个绕组L1至L3中的任一个的另一端的输出端子O以及电连接至切换开关C1至C3的一端的切换端子C。

在本发明的示例性实施方案中，切换开关C1至C3的每一个可以连接在第二上部开关T4至T6与正极端子P之间，同时第二上部开关T4至T6的每一个连接在正极端子P与输出端子O之间。切换开关C1至C3的漏极端子(集电极端子)可以分别电连接至正极端子P，切换开关C1至C3的源极端子(发射极端子)可以分别电连接至切换端子C。第二上部开关T4至T6的漏极端子(集电极端子)可以位于与切换开关C1至C3的源极端子(发射极端子)相同的节点，并且第二上部开关T4至T6的源极端子(发射极端子)可以电连接至输出端子O。

第二下部开关B4至B6的每一个可以连接在负极端子N与输出端子O之间。第二下部开关B4至B6的漏极端子(集电极端子)可以分别电连接至输出端子O，并且第二下部开关B4至B6的源极端子(发射极端子)可以电连接至负极端子N。

多个第二电力模块410b、420b和430b的每一个的切换端子C可以彼此短路，使得包括在电机中的多个绕组L1、L2和L3的另一端形成中性点。由于根据电机驱动模式进行切换的切换开关C1至C3集成到多个第二电力模块410b、420b、430b的每一个中，因此无需为切换开关C1至C3单独地提供模块，从而减小图6中的电机驱动装置10b的面积和成本消耗。

图10是示出根据本发明的各种示例性实施方案的电机驱动装置10c的电路图。如图10所示，电机驱动装置10c可以包括电池100、电机200、第一逆变器300、第二逆变器400c和控制器500。

第二逆变器400c可以实现为包括第二上部开关T4至T6、第二下部开关B4至B6以及切换开关C1至C3的多个第二电力模块(图13的410c、420c和430c)。

在本发明的该示例性实施方案中，与图6中所示的第二逆变器400b类似，在切换开关C1至C3接通的情况下，当切换第二上部开关T4至T6和第二下部开关B4至B6时，第二逆变器400c可以将电池100的直流电压转换为包括多个相的交流电压。此外，第二逆变器400c可以通过向多个绕组L1、L2和L3的另一端提供对应于多个相的各相的交流电压来驱动电机200。

实现第一逆变器300和第二逆变器400c的电力模块的构造和操作方法的详细描述将在后面参考图13进行描述。

图11是示出在图10所示的电机驱动装置10c中执行的闭合端部绕组模式(CEW)的示意图。

如图11所示，当电机驱动模式设置为CEW时，控制器500可以关断切换开关C1至C3和第二上部开关T4至T6，并且接通第二下部开关B4至B6，使得多个绕组L1至L3的另一端形成中性点N。

此外，控制器500可以通过互补地切换第一上部开关T1至T3和第一下部开关B1至B3来控制第一逆变器300，以向多个绕组L1、L2和L3的一端提供对应于多个相的交流电压。

图12是示出在图10所示的电机驱动装置10c中执行的开放端部绕组模式(OEW)的示意图。

如图12所示，当电机驱动模式设置为OEW时，控制器500可以接通切换开关C1至C3，使得多个绕组L1至L3的另一端不形成中性点。

此外，控制器500可以通过互补地切换第二上部开关T4至T6和第二下部开关B4至B6以及第一上部开关T1至T3和第一下部开关B1至B3来控制第一逆变器300和第二逆变器400c，以向多个绕组L1、L2和L3的一端和另一端提供对应于多个相的交流电压。

图13是示出根据本发明的示例性实施方案的图10所示的逆变器的构造的示意图。

图13中所示的第一逆变器300的构造和操作方法以与图5中所示的第一逆变器300相同的方式实施。

第二逆变器400c可以包括多个第二电力模块410c、420c和430c。

多个第二电力模块410c、420c和430c的每一个可以包括第二上部开关T4至T6、第二下部开关B4至B6、切换开关C1至C3、电连接至图10的电池100的正端子(+)的正极端子P、电连接至电池100的负端子(-)的负极端子N、电连接至多个绕组L1至L3中的任一个的另一端的输出端子O以及电连接至切换开关C1至C3的一端的切换端子C。

在本发明的示例性实施方案中，切换开关C1至C3的每一个可以连接在第二下部开关B4至B6与负极端子N之间，同时第二下部开关B4至B6的每一个连接在负极端子N与输出端子O之间。切换开关C1至C3的源极端子(发射极端子)可以分别电连接至负极端子N，切换开关C1至C3的漏极端子(集电极端子)可以分别电连接至切换端子C。第二下部开关B4至B6的源极端子(发射极端子)可以位于与切换开关C1至C3的漏极端子(集电极端子)相同的节点，并且第二下部开关B4至B6的漏极端子(集电极端子)可以电连接至输出端子O。

第二上部开关T4至T6的每一个可以连接在正极端子P与输出端子O之间。第二上部开关T4至T6的漏极端子(集电极端子)可以分别电连接至正极端子P，并且第二上部开关T4至T6的源极端子(发射极端子)可以分别电连接至输出端子O。

多个第二电力模块410c、420c和430c的各个切换端子C可以彼此短路，使得包括在电机中的多个绕组L1、L2和L3的另一端形成中性点。由于根据电机驱动模式进行切换的切换开关C1至C3集成到多个第二电力模块410c、420c和430c的每一个中，因此无需为切换开关C1至C3单独地提供模块，从而减小图10中的电机驱动装置10c的面积和成本消耗。

此外，诸如“控制器”、“控制装置”、“控制单元”、“控制设备”、“控制模块”或“服务器”等的与控制装置相关的术语指包括存储器和处理器的硬件装置，所述处理器配置为执行一个或更多个解释为算法结构的步骤。存储器存储算法步骤，处理器执行算法步骤以执行根据本发明的各种示例性实施方案的方法的一个或更多个过程。根据本发明的示例性实施方案的控制装置可以通过非易失性存储器和处理器实施，所述存储器配置为存储用于控制车辆的各种组件的操作的算法或者关于用于执行算法的软件命令的数据，所述处理器配置为利用存储在存储器中的数据执行上述操作。存储器和处理器可以是单独的芯片。或者，存储器和处理器可以集成在单个芯片中。处理器可以实现为一个或更多个处理器。处理器可以包括各种逻辑电路和运算电路，可以根据从存储器提供的程序处理数据，并且可以根据处理结果生成控制信号。

控制装置可以是通过预定的程序操作的至少一个微处理器，所述预定的程序可以包括用于执行包括在本发明的上述各种示例性实施方案中的方法的一系列命令。

上述发明还可以实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是能够存储之后可以由计算机系统读取的数据以及能够存储并执行之后可以由计算机系统读取的程序指令的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括硬盘驱动器(HDD)、固态磁盘(SSD)、硅磁盘驱动器(SDD)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置等，以及实现为载波(例如，通过互联网传输)。程序指令的示例包括例如由编译器生成的机器语言代码以及可以由计算机利用解释器等执行的高级语言代码。

在本发明的各种示例性实施方案中，上述每个操作可以由控制装置执行，并且控制装置可以由多个控制装置或集成的单个的控制装置配置。

在本发明的各种示例性实施方案中，控制装置可以实现为硬件或软件的形式，或者可以实现为硬件和软件的组合。

此外，包括在说明书中的诸如“单元”、“模块”等术语指用于处理可以通过硬件、软件或其组合来实现的至少一种功能或操作的单元。

为了方便解释和准确定义所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“上面”、“下面”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“背面”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“内部的”、“外部的”、“向前”和“向后”用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。将进一步理解，术语“连接”或其衍生词指的是直接和间接连接两者。

前面对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和描述的目的而呈现。前述描述不旨在详尽或将本发明限制为公开的确切形式，显然，根据上述教示，可以进行许多修改和改变。选择和描述示例性实施方案是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够实现和利用本发明的各种示例性实施方案及其各种替代实施方案和修改实施方案。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同形式所限定。