电机驱动装置

技术领域

本发明涉及一种电机驱动装置，更具体地，涉及这样一种电机驱动装置：其能够根据电机的所需输出将电机驱动模式从Y型连接电机驱动模式切换为开放端部绕组(OEW)电机驱动模式，从而提高用于电机驱动的逆变器的效率。

背景技术

通常，包括在电机中的各相的绕组的一端连接至逆变器，另一端连接至另一绕组的端部，以形成Y型连接。

当驱动电机时，逆变器中的开关元件由于脉宽调制(PWM)控制而接通/关断，并且将线间(line-to-line)电压施加至Y型连接的电机的绕组，以产生交流电(AC)电流，从而产生扭矩。

诸如电动车辆(其利用由电机产生的扭矩作为动力)的环保车辆的燃料效率(或电效率)由逆变器-电机(inverter-motor)的电力转换效率决定。因此，为了提高燃料效率，重要的是使逆变器的电力转换效率和电机的效率最大化。

逆变器-电机系统的效率主要由逆变器的电压利用率决定。如果在电压利用率较高的区间内形成由电机转速和扭矩之间的关系决定的车辆的操作点，则可以提高车辆的燃料效率。

在该技术领域中，由于需要一种能够利用一个电机覆盖低输出区间和高输出区间两者并且提高系统的效率的电机驱动技术，近来引入了一种利用两个逆变器和模式切换开关以两种不同模式驱动一个电机的技术。

在此，由于模式切换开关通常利用与包括在电机中的各相的绕组相对应的一个开关元件，因此模式切换开关的开关元件需要与相的数量一样多。开关元件的数量的增加意味着不仅电力模块的成本增加，而且用于驱动模式切换开关的栅极电路(gate circuit)变得更加复杂。

本发明的背景技术部分中包括的信息仅用于增强对本发明一般背景的理解，并且不应被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面旨在提供一种电机驱动装置，其配置为根据电机的所需输出、利用较少的开关元件将电机驱动模式切换为Y型连接电机驱动模式和开放端部绕组(OEW)电机驱动模式，从而提高用于电机驱动的逆变器的效率。

通过本发明解决的技术问题不限于上述技术问题，并且本发明所属领域的技术人员通过以下描述可以清楚地理解未提及的其他技术问题。

根据一个方面，提供了一种电机驱动装置，其驱动包括分别对应于多个相的多个绕组的电机，所述电机驱动装置包括：第一逆变器，其包括多个第一开关元件、第一直流(DC)端子和第一交流(AC)端子，所述第一直流端子连接至电池，所述第一交流端子连接至多个绕组的一端；第二逆变器，其包括多个第二开关元件，并且包括第二直流端子和第二交流端子，所述第二直流端子选择性地与第一直流端子短路或开路，所述第二交流端子连接至多个绕组的另一端；第三开关元件，其一端连接至第一直流端子，另一端连接至第二直流端子，并且配置为选择性地使第一直流端子和第二直流端子短路或开路；以及控制器，其配置为基于电机的所需输出控制第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件的接通/关断状态。

例如，当预定的第一条件满足时，控制器可以接通第三开关元件，对第一开关元件和第二开关元件执行脉宽调制(PWM)控制，并且驱动电机。

例如，当预定的第二条件满足时，控制器可以关断第三开关元件、接通多个第二开关元件中对应于底部相的多个开关元件，对第一开关元件执行脉宽调制控制，并且驱动电机。

例如，由于第三开关元件关断，第一直流端子和第二直流端子可以相互断开。

例如，随着对应于底部相的多个开关元件接通，对应于底部相的每个开关元件的一端可以连接至第二交流端子，对应于底部相的每个开关元件的另一端可以通过第二直流端子相互连接，以形成中性点。

例如，第三开关元件可以设置在第一直流端子的负极节点与第二直流端子的负极节点之间。

根据本发明的各个方面，提供了一种电机驱动装置，其驱动包括分别对应于多个相的多个绕组的电机，所述电机驱动装置包括：第一逆变器，其包括多个第一开关元件、第一直流(DC)端子和第一交流(AC)端子，所述第一直流(DC)端子连接至电池，所述第一交流(AC)端子连接至多个绕组的一端；第二逆变器，其包括多个第二开关元件，并且包括第二直流端子和第二交流端子，所述第二直流端子选择性地与第一直流端子短路或开路，所述第二交流端子连接至多个绕组的另一端；第三开关元件，其一端连接至第一直流端子，另一端连接至第二直流端子，并且配置为选择性地使第一直流端子和第二直流端子短路或开路；以及控制器，其配置为基于电机的所需输出关断第三开关元件，接通多个第二开关元件中对应于底部相的多个开关元件，以形成Y型连接，并且对多个第一开关元件执行脉宽调制(PWM)控制以在闭合端部绕组(CEW)模式下驱动电机，或者配置为接通第三开关元件，并且对多个第一开关元件和多个第二开关元件执行PWM控制，以在开放端部绕组(OEW)模式下驱动电机。

例如，当第三开关元件关断时，第一直流端子和第二直流端子可以相互断开。

例如，随着对应于底部相的多个开关元件接通，对应于底部相的每个开关元件的一端可以连接至第二交流端子，对应于底部相的每个开关元件的另一端可以通过第二直流端子相互连接，以形成Y型连接。

例如，第三开关元件可以设置在第一直流端子的负极节点与第二直流端子的负极节点之间。

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是示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的开放端部绕组(OEW)模式控制的示例的示意图；

图3是示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的闭合端部绕组(CEW)模式控制的示例的示意图；

图4是示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置以CEW模式驱动时的电路状态的示例的示意图。

应当了解，所附附图不一定按比例地绘制，而是为了说明本发明的基本原理的各种特征的适当简化的画法。如在本文中公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征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，相同的附图标记指代本发明的相同或等同的部件。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各种实施方案，各种实施方案的示例在所附附图中进行说明并如下进行描述。尽管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，本说明书并非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，还覆盖可以包括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。

在下文中，将参考附图对包括在本发明中的实施方案进行详细描述。无论附图标记如何，对相同或相似的组件设置相同的附图标记，并且将省略其重复描述。如本文所使用的，用于本发明的组件的后缀“模块”和“部”仅为了便于本发明的准备而使用或互换使用，不具有不同的含义并且其各自不单独起作用。此外，在本发明的以下描述中，当确定已知相关技术的详细描述会模糊本发明的主旨时，在本文中将省略其详细描述。此外，所附附图仅为了便于理解包括在本发明中的示例性实施方案，包括在本发明中的技术精神不受所附附图的限制，并且应当理解为包括包含在本发明的精神和范围内的所有修改实施方案、等同实施方案和替代实施方案。

在本文中使用的包括诸如第一、第二等的序数词的术语可以用于描述各种组件，但是各种组件不受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个组件与另一个组件区分开。

当一个组件称为“连接”或“接合”至另一个组件时，该组件可以直接连接或接合至另一个组件，但应当理解，在该组件与另一个组件之间可以存在第三组件。另一方面，当一个组件称为“直接连接”或“直接接合”至另一个组件时，应当理解，在该组件与另一个组件之间不可以存在第三组件。

除非上下文另有明确规定，否则单数形式包括复数形式。

在本发明中，术语“包括”、“具有”等用于表示存在本文所描述的特征、数值、步骤、操作、组件、元件或其组合，并且其不排除存在或添加一个或更多其他特征、数值、步骤、操作、组件、元件或其组合。

此外，包括在电机控制单元(motor control unit，MCU)、混合动力控制单元(hybrid control unit，HCU)等的名称中的单元或控制单元是广泛用于控制特定的车辆功能的控制器的命名的术语，不是指通用功能单元。例如，每个控制单元可以包括与其他控制单元或传感器进行通信以控制所负责的功能的通信装置，存储操作系统、逻辑命令和输入/输出信息的存储器以及执行用于控制所负责的功能所必需的确定、计算、决策的一个或多个处理器。

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。

参考图1，根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置是向电机40提供驱动电力的电机驱动装置，所述电机40包括分别对应于多个相的多个绕组C1、C2和C3。电机驱动装置可以包括第一逆变器10、第二逆变器20、第三开关元件S31和控制器70，所述第一逆变器10包括多个第一开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16，并且连接至电机40的每个绕组的第一端；所述第二逆变器20包括多个第二开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26，并且连接至电机40的每个绕组的第二端；所述第三开关元件S31选择性地使第一逆变器10的直流(DC)端子与第二逆变器20的直流端子短路/开路，所述控制器70基于电机40的所需输出控制第一开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16、第二开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26以及第三开关元件S31的接通/关断状态。

第一逆变器10和第二逆变器20可以将储存在电池50中的直流电转换为三相交流(AC)电，并且将三相交流电提供至电机40，或者可以将再生制动期间由于电机40的再生制动扭矩而生成的再生制动能量转换为直流电，以将直流电提供至电池50。可以通过对包括在第一逆变器10中的多个第一开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16和包括在第二逆变器20中的多个第二开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26的脉宽调制(PWM)控制来执行直流电和交流电之间的转换。

第一逆变器10可以具有直流端子和交流端子，在电池50的正极端子与负极端子之间形成的直流电压施加至所述直流端子；所述交流端子连接至电机40的绕组C1、C2和C3。在第一逆变器10中，连接至电池50的正极端子和负极端子的两个节点可以是直流端子，连接至电机40的各个绕组的一端的三个节点可以是交流端子。

此外，第一逆变器10可以包括多个支路11、12和13，形成在直流链路电容器60(其连接在电池50的两端之间)中的直流电压施加至所述多个支路11、12和13。支路11、12和13可以与电机40的多个相相对应，以形成电连接。

第一支路11可以包括相互串联连接在直流链路电容器60的两端之间的两个开关元件S11和S12，并且两个开关元件S11和S12的连接节点可以连接至电机40的一相的绕组C1的一端，以使得与多个相的一相相对应的交流电输入/输出。类似地，第二支路12可以包括相互串联连接在直流链路电容器60的两端之间的两个开关元件S13和S14，并且两个开关元件S13和S14的连接节点可以连接至电机40的一相的绕组C2的一端，以使得与多个相的一相相对应的交流电输入/输出。此外，第三支路13可以包括相互串联连接在直流链路电容器60的两端之间的两个开关元件S15和S16，并且两个开关元件S15和S16的连接节点可以连接至电机40的一相的绕组C3的一端，以使得与多个相的一相相对应的交流电输入/输出。

第二逆变器20也可以具有与第一逆变器10的构造类似的构造。也就是说，第二逆变器20可以具有能够选择性地连接至第一逆变器10的直流端子的直流端子以及连接至电机40的绕组C1、C2和C3的交流端子。在第二逆变器20中，包括能够选择性地连接至第一逆变器10的直流端子的一个节点的两个节点可以是直流端子，并且第二逆变器20连接至电机40的绕组的另一端的三个节点可以是交流端子。

第二逆变器20可以包括多个支路21、22和23，形成在直流链路电容器60(其连接在电池50的两端之间)中的直流电压施加至所述多个支路21、22和23。支路21、22和23可以与电机40的多个相相对应，以形成电连接。

第一支路21可以包括相互串联连接在直流链路电容器60的两端之间的两个开关元件S21和S22，并且两个开关元件S21和S22的连接节点可以连接至电机40的一相的绕组C1的另一端，以使得与多个相的一相相对应的交流电输入/输出。类似地，第二支路22可以包括相互串联连接在直流链路电容器60的两端之间的两个开关元件S23和S24，并且两个开关元件S23和S24的连接节点可以连接至电机40的一相的绕组C2的另一端，以使得与多个相的一相相对应的交流电输入/输出。此外，第三支路23可以包括相互串联连接在直流链路电容器60的两端之间的两个开关元件S25和S26，并且两个开关元件S25和S26的连接节点可以连接至电机40的一相的绕组C3的另一端，以使得与多个相的一相相对应的交流电输入/输出。

第一逆变器10的直流端子与第二逆变器20的直流端子可以通过第三开关元件S31选择性地短路/开路。第三开关元件S31的状态可以由控制器70控制。例如，第三开关元件S31的一端可以连接至第一逆变器10的负极直流端子(节点)，第三开关元件S31的另一端可以连接至第二逆变器20的负极直流端子(节点)。由于第三开关元件S31用作用于在电机的驱动模式之间进行切换的开关(这将在下面进行描述)，因此第三开关元件S31可以称为“切换开关”。

控制器70是基本上通过PWM控制来切换包括在第一逆变器10和第二逆变器20中的开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16以及S21、S22、S23、S24、S25和S26，以使得能够基于电机40的所需输出来驱动电机40的元件。在本发明的各种实施方案中，控制器70可以基于电机40的所需输出确定电机的驱动模式，根据驱动模式确定第三开关元件S31的接通/关断状态，并且根据驱动模式通过PWM控制来切换启用的逆变器的开关元件。

当电机40的所需输出大于预定参考值时，控制器70运行第一逆变器10和第二逆变器20两者，以在开放端部绕组(open end winding，OEW)模式下驱动电机40。在这种情况下，控制器70可以将第三开关元件S31控制为接通状态。因此，第一逆变器10的直流端子和第二逆变器20的直流端子相互连接，第一逆变器10连接至电机40的绕组C1、C2和C3的一端，第二逆变器20连接至电机40的绕组C1、C2和C3的另一端。也就是说，可以形成OEW方法中的电连接，在所述OEW方法中，将电机40的各个绕组C1、C2和C3的两端连接至第一逆变器10和第二逆变器20。

用于上述配置的控制器70的控制形式如图2所示。

图2是示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的开放端部绕组(OEW)模式控制的示例的示意图。

参考图2，在OEW模式下，控制器70可以首先接通切换开关(即，第三开关元件S31)，保持第一逆变器10的直流端子与第二逆变器20的直流端子之间的连接，并且在采样周期Ts内对第一逆变器10和第二逆变器20进行适当的PWM控制，从而驱动电机40。

例如，可以实现OEW模式下的电机驱动，使得控制器70接收第一逆变器10和第二逆变器20的直流电压、提供至电机40的相电流以及由设置在电机40中的电机转子传感器检测的电机角度，并且对第一逆变器10的第一开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16以及第二逆变器20的第二开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26执行PWM控制。由于通过对两个逆变器的PWM控制来驱动电机40的各种技术在本领域中是已知的，所以在本文中将省略对在OEW模式下执行的对逆变器执行PWM控制的方法的更详细描述。

另一方面，当电机40的所需输出小于预定参考值时，控制器70可以执行闭合端部绕组(closed end winding，CEW)模式，其中，控制器配置为对第一逆变器10的开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16执行PWM控制，以驱动电机40。在这种情况下，为了在电机40的绕组C1、C2和C3的另一端形成中性点(即，Y型连接)，控制器70可以关断第三开关元件S31并接通对应于第二逆变器20的底部相(bottom phase)的开关元件S22、S24和S26。

在下文中，将参考图3和图4对CEW模式进行更详细描述。

图3是示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置的CEW模式控制的示例的示意图，图4是示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置以CEW模式驱动时的电路状态的示例的示意图。

参考图3，在CEW模式下，控制器70可以将切换开关(即，第三开关元件S31)保持处于关断状态，并且可以接通对应于第二逆变器20的底部相的第二开关元件S22、S24和S26。

因此，如图4所示，由于保持第三开关元件S31的关断状态，因此，第一逆变器10的直流端子和第二逆变器20的直流端子相互断开。此外，由于对应于第二逆变器20的底部相的第二开关元件S22、S24和S26接通，接通的第二开关元件S22、S24和S26中的每一个的一端可以通过第二逆变器20的交流端子连接至对应的相的绕组的另一端，第二开关元件S22、S24和S26的另一端可以在第二逆变器20的负极直流端子处相互连接，以形成Y型连接，即，中性点N。

如上所述，由于保持第三开关元件S31的关断状态使得第一逆变器10的直流端子和第二逆变器20的直流端子相互断开，因此，中性点N与直流链路电容器60断开，使得可以产生浮动电位。

此后，控制器70可以在采样周期Ts内对第一逆变器10适当地执行PWM控制，从而在CEW模式下驱动电机40。

例如，可以实现CEW模式下的电机驱动，使得控制器70接收第一逆变器10的直流电压、提供至电机40的相电流以及由设置在电机40中的电机转子传感器检测的电机角度，并且对第一逆变器10的第一开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16执行PWM控制。因为通过对一个逆变器的PWM控制来驱动电机40的各种技术在本领域中是已知的，所以在本文中将省略对在CEW模式下执行的对逆变器执行PWM控制的方法的更详细描述。

基于上述根据本发明的示例性实施方案的电机驱动装置，可以通过模式切换开关、根据电机的所需输出使驱动模式在CEW模式和OEW模式之间切换，使得可以实现高效的电机驱动。此外，由于可以利用单个开关元件来配置模式切换开关，因此可以简化栅极电路以及电力模块本身的结构。

根据电机驱动装置，由于可以利用单个开关元件来配置模式切换开关，因此可以简化栅极电路以及电力模块本身的结构。

通过本发明获得的效果不限于上述效果，并且本发明所属领域的技术人员通过以上描述可以清楚地理解未提及的其他效果。

控制装置可以是通过预定程序操作的至少一个微处理器，所述预定程序可以包括用于执行包括在前述的本发明的各种示例性实施方案中的方法一系列命令。

前述的发明也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，并且实现为载波(例如，通过互联网传输)。程序指令的示例包括诸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，诸如“单元”、“模块”等的包括在说明中的术语指的是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。

前面对本发明的预定示例性实施方案的描述是为了说明和描述的目的。前述描述并不旨在详尽或将本发明限制在所公开的精确的形式中，并且显然，根据上述教示可以进行多种修改和改变。选择和描述示例性实施方案是为了解释本发明的某些原理和其实际应用，以使本领域其他技术人员能够实施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。