[发明专利]多相电机的调制设计

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2015年6月11日提出申请的申请号为62/174,205的美国临时申请的优先权，该美国临时申请的内容通过引用方式被并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于多相电机的电源。

背景技术

三相电压源逆变器(VSI)通常被用于将直流电压转换成交流电压来驱动电机。传统上，VSI通过使用脉宽调制(PWM)技术和电源装置将直流电压调制成三相交流电压。所述三相交流电压的相位通常间隔120度。

为了让VSI产生交流电压，其必须具有直流电压供给。这些直流电压供给通常被通过内部储能装置，例如电容，提供到逆变桥。然而，其他类型的存储装置也是可行的。正是这些储能装置在PWM期间提供了所述开关逆变器需要的瞬时电流。

由于开关逆变器的功率转换性质，相位电流被通过PWM的占空比与平均的直流母线电流相关联。在较大的占空比期间，供给电流到达相位电流。相反地，当PWM的占空比较小时，相位电流远远大于平均的供给电流。当这种情况发生时，所述储能装置，通常为电容器，需要传送比平均电流消耗大得多的电流脉冲。这种电流脉冲对所述储能装置产生很大的纹波电流负载。因此，所述储能装置必须被设计用来容纳这些纹波电流。这通常需要电容具有较大的尺寸和/或较高的质量，这些都会增加到VSI的整体成本中。

在给定的电气功率下增加相位计数能够降低储能装置上的纹波电流负载，但是只有当相位角均匀分布时才可以。例如，对于三相电机，相位角应该是120度；对于六相电机，相位角应该是60度，等等。

一种构建六相电机的方法是将两个三相电机构建到单个框架中。所述两个三相电机将会具有两套具有三角形或者星形配置的三相线圈、以及单个转子。所述线圈绕组可以或者可以不被磁性地耦接在一起或者被缠绕在同一个定子上，但是被彼此电性隔离。

这样的多相电机能够被以一定的方式驱动，例如将物理缠绕角度与纹波电流隔离。例如，假定有两组三相线圈，每组三相线圈具有120度的相位差。这样，所述两组三相线圈的相位角可以彼此之间具有在0度到60度之间的相位差。如果所述相位差为0度，所述两组三相线圈实质上是作为两部并联的三相电机进行工作。相反地，如果所述两组三相线圈之间的相位差为60度，所述电机将会是完全平衡的六相电机，其每个相位为60度。

如果所述两组三相线圈被用普通的SVM或者其他的调制方案来驱动，在所述两个线圈组之间的相位差为0度时，纹波电流将会等效于具有组合在一起的两台并联的电机的功率的单台大型三相电机。相反地，如果所述两组三相线圈之间的相移为60度，则纹波电流将会等于具有同样功率的六相电机的纹波电流。

减少来自电压源逆变器的纹波电流的总量，尤其是在所述PWM频率的占空比较小时，将会是非常可取的方案。纹波电流的减少将会允许较为廉价的电容或者其他存储装置被与逆变器共同使用，从而降低逆变器的整体成本。

发明内容

本发明提供一种用于电压源逆变器的调制方案，其克服了在上面所论述的先前已知的逆变器的缺点。

简言之，本发明提供了一种三相电压源逆变器，其与先前已知的逆变器相似，包括两组三相线圈。这些线圈可以是具有星形或者三角形的配置，并且对于每一组线圈而言，所述线圈相对于彼此在相位上偏差60度。所述电压源逆变器被设计用来与六相电机共同使用。这样，所述两组线圈之间的相位偏差或者相位差异可以在0度到60度之间任意变化。作为被驱动的六相电动机需求的功能，所述两组线圈之间的实际上选定的相位差将会发生变化。

如同先前已知的电压源逆变器一样，PWM被用来将来自直流储能装置，通常是电容的直流电压转换成交流电压。相对较高的PWM频率，例如20千赫，被用作调制频率。

然而，不同于先前已知的电压源逆变器，所述两组线圈之间的PWM频率的相位角被彼此偏离80到100度，并且优选地基本上偏离90度。所述两个PWM频率之间的这种相位差被用来调制来自于直流存储装置的功率，并且已经发现，相对于所述两个PWM频率之间的其他相位角度差异，该相位差显著地减少了到达直流存储装置，亦即电容的纹波电流。由于到达直流存储装置的纹波电流被减少了，因此不需要牺牲性能就可以使用更加廉价的直流存储装置。

附图说明

参考下面的具体描述，当结合附图对其进行阅读时，将会获得对于本发明的更好的理解。其中，相同的参考符号在多幅附图中都指的是相同的部分，并且其中：