一種用於電動車輛的電動機系統的製作方法
2023-10-18 03:48:54
專利名稱：一種用於電動車輛的電動機系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動車輛的電動機系統。尤其是本發明涉及一種用於一電動車輛的電動機系統，對於該電機系統相對於車輛傳送的一個軸它具有一個規定的右手側和左手側，該電機系統包括至少一個用於驅動位於車輛的右手側上的一個第一車輪的第一個異步電動機，和一個用於驅動位於車輛的左手側上的一個第二車輪的第二個異步電機。
一種包括至少一個驅動位於車輛右側上車輪的電機和另一個驅動位於車輛左側上的車輪的電機的電動車輛的電機系統從德國專利DE-4011291中可以得知。每個電動機的電源是由一個單獨的輔助控制裝置來控制，該輔助控制裝置即可以為供給每個車輪的功率或者為該車輪的角速度限定一個指令值。此外，輔助控制裝置與一個主要控制裝置相連接，這種連接的目的是保證在各種電機的控制裝置中的一致性，其結果是每個電機相對於另一個電機以一致的方式作為車輛的驅動狀況的一個函數來運行。
上述的電機系統有幾個缺點。首先在這種電機系統中設置各種輔助控制裝置和中心控制裝置是高費用的。其次在該電機系統中需要一個中心控制裝置為用於控制一個電機的電源的每個輔助控制裝置發送特殊的控制信號，因此該電機系統在幾種可能的情況中是有產生不適宜的途中驅動工況的相當大的危險，這幾種可能的情況由於它們的複雜性不能被歸結到中心控制裝置或歸結到輔助控制裝置。該系統的多個控制裝置構成了濾波器，當某個電機瞬時處在一種極端狀態時，這些濾波器實際上減少了其它電機重大的瞬間反作用的可能性以保證車輛的適當的路面處理。此外這樣的一種電機系統具有一個被限制的靈活性和一個低的瞬間反作用的能力，這些缺點使該電機系統在能夠發生的幾種驅動狀況時無效或者不適應。
本發明的一個目的是通過建議一個具有大的使用靈活性和具有非常好的途中驅動特性的電機系統來減輕在此以前所述的電機系統的缺點。
本發明的另一個目的是提供一種能保證一個很高的能量效率和電機的最佳使用的電機系統。
因此本發明提供一種用於包括至少兩個異步電機的電動車輛的電機系統，其中每一個電機都與所述車輛的各自的單個車輪相耦合，並且包括一個定子繞組，設置該定子繞組是為了根據供給所述定子繞組的一個交流供電電流，產生一個以定子頻率轉動的磁場，其中向所述定子繞組供電是通過一個供電裝置以一個規定了供電頻率的交流電壓來供電的。
一個與所述定子繞組磁耦合的轉子，該轉子以一個轉子頻率來轉動，該轉子頻率的值取決於所述旋轉磁場的值。該電機系統的特徵是每個所述電機的轉子頻率由第一測量裝置來測量並且提供給作為所述電機系統一部分的電子測量信號處理裝置，該電子處理裝置在其與一個控制裝置的第一輸入端相連接的第一輸出端上發出一個頻率信號，該頻率信號代表在所述被測量的轉子頻率中間的最大轉子頻率，所述控制裝置根據供給控制信號的所述頻率信號為所述供電裝置提供一個第一控制信號，第一控制信號對於每個所述電機確定一個用於所述供電頻率的公共值，所述供電頻率的這個公共值對於每個電機的定子頻率限定了一個公共產生值，設置所述的控制裝置其結果是當所述電機系統在驅動方式中被起動時，所述的產生值大於所述頻率信號的值，該頻率信號被用來調整所述產生值。
這些特徵導致了一個電機系統，它包括了一個用於控制電源裝置和為至少兩個異步電動機供電的單個公共裝置，其中每個電機與各自對應的車輪相耦合或者與裝備有這種電動機系統的車輛的傳動裝置相耦合。於是，當該電機系統的驅動方式被起動時，所有電機都運行在一種驅動方式，因為無論驅動的工況可能是什麼樣的，例如對於車輛轉彎或者沿著一個不平的路面行駛，每個異步電動機的轉差率總是正的。
此外，如果其中一個車輪由於損失粘著力而加速，鑑於對於轉子頻率測量裝置、控制裝置和電源裝置來說必要的反作用時間間隔，施加在該車輪上的轉矩下降，其原因是轉差率瞬間被減少。在後面的情況下，車輪立即減速並返回到車輪對地粘著的一種工況。此外只要至少一個所述車輪達到前面所述的粘著狀態，那麼就能查測到用於與該電機系統的各自電機相耦合的所有車輛車輪的粘著狀態的一個自調整。應該注意當一個所述車輪瞬間降低粘著力時，它的頻率將不能超過轉動磁場的旋轉頻率，原因是超過該旋轉頻率，那麼與所述車輪耦合的電機將進入一種制動方式。
根據本發明的另一個特性，設置所述控制裝置其結果是，當起動一種制動方式時，每個電機的定子頻率的產生值小於用於調整該產生值的所述頻率信號的值。
上述特徵導致了一個附加的制動方式，該制動方式具有與所述驅動方式相同的性能並且由所述控制裝置來控制。藉助於最大轉子頻率來調整在制動方式中定子頻率的產生值導致了一個運行良好的制動裝置，以防止車輪的閉鎖。如果在制動期間一個車輪失去控制，它的速度只能降低，從而供給車輪的制動轉矩下降。因此，車輪再一次粘著並恢復它的正常轉動速度。從而，最大制動轉矩總是供給非常好的與地粘著的車輪。應該注意，在制動結束時，當然要設置第一頻率控制信號始終與一個正的頻率相對應。
根據本發明的一個特殊的實施例，一個電機系統設置有兩個單獨的異步電機，這兩個電機與位於車輛的兩側上的各自車輪相耦合。因此就能夠提供一個前車輪驅動車輛或一個後車輪驅動車輛。
根據本發明的另一個特殊的實施例，裝備有電機系統的車輛的每個車輪與一個相應的電機耦合。
根據這個特殊的實施例，因此它能夠提供一種所有車輪都能驅動的車輛。這裡應注意的是它能夠使在車輛前面的電機的尺寸不同於在車輛後面的電機的尺寸，其結果是由前面電機傳送的機械功率大於或小於由後面電機傳送的機械功率。
根據本發明的另一個特殊的特徵，所述電機系統的所有電機與一個公共中心電源相連接，該中心電源向所有電機並聯地供給主交流供電電流。
這個特殊的特徵導致了本發明的電機系統的費用大大地減小。而且特別當電源是由一個電池構成時，這種方法也提供了相應的優點。
根據本發明的電機系統的其它特性，所述供電電壓的幅值是由第二控制信號的值來確定，第一控制信號通過用於調整供電頻率的第一調整裝置供給所述電源裝置的第一輸入端，第二控制信號通過用於調整供電幅值的第二調整裝置供給所述電源裝置的第二輸入端，設置第一和第二調整裝置其結果是，對於所述定子頻率的每個值，供電幅值能夠根據用於限定每個定子頻率值的最小值和最大值之間的一個調整信號來變化，該最大值連續地確定了一個電壓限制曲線，調整供電頻率其結果是對於定子頻率的每個值，只要是供電幅值有一個值小於用於定子頻率值的被限定的最大值，那麼在定子頻率和最大轉子頻率之間的轉動頻率差基本上維持恆定，設置第一和第二調整裝置其結果是當對於定子頻率的任何一個值供電壓幅值有一個值等於用於該定子頻率值的被限定的最大值時，所述頻差的絕對值能夠根據調整信號來增加。
這些特徵導致了一個電機系統，在該電機系統中供電電壓的供電幅值能夠與供電頻率無關的變化，對於被使用的電機來說，這種變化導致了一個非常寬的能夠工作的區域。對於一個給定的最大轉子頻率，首先通過改變供電電壓的幅值，然後改變定子頻率的值。並最後改變滑差頻率能夠改變由電機供給車輛的轉矩。
因而能夠獲得一個根據本發明的電機系統在整個工作範圍內的最佳使用。可以看到無論轉子頻率和供電電壓的幅值是什麼值，只要後者產生一個穿過轉子繞組的磁通，而轉子繞組充分地遠離該電機的飽和磁通，那麼對於在定子頻率和轉子頻率之間的一個恆定頻差就能得到最佳的效率。提供最佳效率的所述頻差值是根據所使用的異步電動機的特性來確定的。
這些特徵也導了把供給電機的功率值增加到一個門限值的可能性，在該門限值上電動機以它們的最大功率工作。在根據所需的轉矩能夠改變供電幅值的條件下，電壓限制曲線可以處在與電機的磁飽和區相對靠近的位置，並且只要轉差值位於電機的工作範圍內通過增加轉差就能增加轉矩。
根據本發明的另一個特殊的特徵，該電機系統包括一個用於測量主供電電流的裝置，該供電電流是由電源供給該電機系統中的電機的。該測量裝置傳送一個信號給一個用於產生該電機系統的調整信號的單元，該信號即可以代表主供電電流的幅值或者代表供電電流的強度。調整信號如此被確定以致測量主供電電流的信號值等於供給產生調整信號的單元的一個指令信號值。
這個特殊的特徵導致了一個電機系統，在該電機系統中根據一個指令信號來調整主供電電流，該指令信號例如是來自裝備有電機系統的車輛的一個驅動控制裝置或者來自一個制動控制裝置。因此，供給電機軸上的總的轉矩通過該指令信號來控制，這個總的轉矩取決於供給電機的主供電電流。
根據本發明的一個特殊的實施例，本發明的電機系統可以被利用在一種驅動方式和一種制動方式中。為此設置了一個驅動控制裝置和一個制動控制裝置，它們為一個選擇裝置分別提供一個驅動信號和一個制動信號。設置該選擇裝置是為了在它的輸出端提供一個所述的指令信號，當制動信號有一個非制動值時指令信號具有一個與驅動信號相對應的值，而當制動信號值是不同於非制動值時指令信號具有一個與制動信號相對應的值。
本發明的這個特殊的實施例導致了一種電機系統，在該電機系統中能夠起動相關車輛的一種驅動方式和一種制動方式。此外，制動控制裝置總是優先於驅動控制裝置，它保證在同時發生予盾的指令情況下安全驅動。
參考附圖和藉助於下面的說明將更好地理解本發明，這些附圖僅僅通過實例給出的
圖1示出了一個根據本發明的電動機系統的第一實施例的電路圖;該系統包括兩臺被並聯供電的異步電動機。
圖2示出了一個包括在根據本發明的電動機系統的第一實施例中的異步電動機的供電範圍;
圖3示出了一個特性曲線，該特性曲線把一個額定的電壓幅值限定為代表一產生頻率的信號的函數，而該產生頻率確定電源頻率。
圖4也示出了一個特性曲線，該特性曲線把額定的電壓幅值的一個放大係數限定為一個調整信號的函數;
圖5也是一個特性曲線，在本發明的第一個實施例的情況下，該特性曲線把在一個旋轉的定子磁場和一個最大轉子頻率之間的一個可變的旋轉頻率差限定為一個調整信號的函數;
圖6代表一個用於本發明的第一個實施例的調整信號產生單元的實例;
圖7示出了一個根據本發明的第二個電動機系統的實施例;
圖8示出了兩個特性曲線，在本發明的第二種實施例的情況下，該特性曲線把在一個旋轉的定子磁場和一個最大轉子頻率之間的一個可變的旋轉頻率差限定為一個調整信號的函數;
圖9示出了一個特性曲線，該特性曲線給出用於較正控制電源電壓幅值的信號的一個信號，該電源電壓是一個被用作為能源的一個電池的電壓的函數。
參考圖1至圖6，在以下將描述根據本發明的第一種電機系統的實施例。
在圖1中，根據本發明的電機系統包括電源裝置2，此後稱之為中心電源，它並聯地向第一個異步電動機M1和第二個異步電動機M2供電。
每個電動機M1、M2包括一個具有定子繞組B1、B2的定子S1、S2和一個具有轉子繞組的轉子R1，R2，而轉子繞組形成一個閉合迴路。中心電源2在電源電壓具有一個供電幅值UAL和一個供電頻率FAL的情況下產生一個多相交流電源主電流IAL。第一個電動機的供電電流IM1和第二個電動機的供電電流IM2的總和構成了供電電流IAL。
定子繞組B1，B2如此被設置以致於在該定子繞組中流過的相應電機的供電電流IM1，IM2在相應轉子的區域裡產生一個以定子頻率FST的旋轉磁場CM1，CM2，該轉子具有一個轉動的轉子頻率FRT1，FRT2，這些頻率取決於旋轉磁通和負載。
每個電機M1，M2分別耦合到本發明的第一種電機系統的實施例的車輛的一個車輪上。每個車輪的轉動頻率是相應轉子R1，R2的轉動頻率FRT1，FRT2的一個線性函數。
在以下將簡要地描述一個異步電動機的運行。當轉子R1，R2具有一個轉動頻率FRT1，FRT2時，而該轉動頻率不同於旋轉磁場CM1，CM2的轉動頻率FST時，該旋轉磁場的磁通通過轉子繞組在該繞組中感應出一個感應電壓，該感應電壓在該繞組中產生一個感應電流。在這個例子中，是由一個電磁力對轉子起作用的，該電磁力是由在旋轉磁場CM1，CM2和在轉子繞組中感應的電流之間的耦合的產生的，該電磁力在電機M1，M2的輸出軸上產生一個轉矩。對於這樣一個異步電機來說，能夠限定一個轉差率S，它等於旋轉磁場的轉動頻率和轉子的轉動頻率之間的相對頻率差。
對於一個給定定子頻率FST和一個給定電流電壓的幅值，當轉差S增加時能夠觀測到供電電流的增加，以及當轉差在一個零值和一個閥值之間變化時轉矩也增加，所述閥值是達到最大轉矩時的值。包括在零值和閥值之間的轉差值的範圍對於給定定子頻率FST和給定電源幅值的電動機限定了一個運行範圍。
此外，對於一個給定的定子頻率FST和一個給定的轉差S，當電源幅值增加時並且只要電機沒有達到磁飽和狀態就能觀測到轉矩的增加。
在根據在圖1中所示的本發明的第一種電動機系統的實施例中，設置了裝置10用來測量每個轉子R1，R2的轉子頻率FRT1，FRT2。這些測量裝置10為一個測量信號處理單元4提供一個代表第一個電機M1的轉子頻率FRT1的第一信號MFR1和一個代表第二個電機M2的轉子頻率FRT2的第二信號MFR2。
中心電源2和處理單元4被連接到一個控制裝置6上。設置處理單元4是為了在一個輸出端4a上提供一個信號SFMX，該信號SFMX代表在第一電機M1的轉子頻率FRT1和第二電機M2的轉子頻率FRT2之間的最大轉子頻率。信號SFMX提供給由一個加法器11的輸入端11a構成的控制裝置6的一個輸入端。設置控制裝置6是為了給中心電源2的第一個輸入端12提供一個第一信號SCF，該信號用來控制供電頻率FAL，和為了給中心電源2的第二個輸入端14提供一個第二信號SCA，該信號用來控制供電幅值UAL。
控制裝置6包括一個產生調整信號SRG的單元20，該調整信號SRG是由單元20的一個輸出端20a發出的。單元20的一個輸入端20b連接到一個用於測量主供電電流IAL的裝置22上，裝置22為單元20提供一個主供電電流的一個測量信號SMI。單元20的另一個輸入端20C與一個指令單元24連接，該指令單元24提供一個指令信號SCS給單元20。設置用於產生調整信號SRG的單元20是為了產生取決於輸入到該單元的信號SMI和SCS的這種調整信號SRG。
調整信號SRG被分別提供給單元30的一個輸入端30a和單元32的一個輸入端32a，單元30是用來調整在定子頻率FST和最大轉子頻率FRM之間的旋轉頻率的差，而單元32是用來產生一個放大係數CAP，該係數CAP是由單元32的一個輸出端32b發出的。
單元30在其輸出端30b上提供一個代表一個可變頻率差的信號DVA，這個信號DVA供給加法器11的一個輸入端11b。加法器11的一個輸入端11c與單元36接，單元36用以產生一個代表一固定頻率差的信號DFI。加法器11把供給輸入端11a，11b和11c的信號SFMX，DVA和DFI相加並且在其輸出端11d上提供一個與一個產生的頻率相對應的信號SFRS。信號SFRS用來形成供電頻率FAL的第一個控制信號SCF。然後，從加法器11的輸出端11d發出的信號SFRS供給單元40的一個輸入端40a，一個標準的電壓頻率特性曲線42，如圖3中所示，被存儲在單元40中。設置單元40是為了在其輸出端40b上提供一個與其輸入端40a輸入的信號SFRS相關的標準的電壓幅值UNO。
從單元40來的信號UNO和從單元32來的信號CAP分別提供給單元42的輸入端42a和42b，在單元42中兩個信號CAP和UNO相乘。相乘的結果從單元42的輸出端42c發出以形成供電幅值UAL的第二個控制信號SCA。
應該注意的是在連接加法器11至電源2的電路48上設置了一個放大器46，在這種情況下，定子繞組B1，B2的極對數是相同的而不是1。如果定子繞組B1和B2的極對數由變量P給定，那麼轉子的轉動同步頻率被減小到來的l/P，它等於一個具有一對磁極和定子頻率FST＝FAL/P的電動機。
圖2限定了一個由中心電源2供電的電動機M1，M2的供電電壓區域50。供電電壓區域50由一個曲線來表示，該曲線給出了供電電壓的供電幅值UAL是定子頻率FST的一個函數，而後者的值是供電電壓的供電頻率值的一個整數倍。由定子頻率FST能夠採用的這些值一起限定了一個頻率值範圍52，這些頻率值是定子頻率FST能夠具有的。
對於包括在頻率值的區域52中的每個頻率值F1，供電幅值UAL能夠在最小值U0和最大值U1之間變化，對於所述區域52的每個頻率F1這些值用一種特殊的方式被限定。最大值U1連續地限定了一個電壓限制曲線54。
根據本發明的電機系統的控制裝置6如此被設置，以致於首先只要供電電壓的供電幅值UAL具有一個比用於該定子頻率FST的最大值U1較小的值，對於可變的頻差DVA它與一個零值相對應，那麼定子頻率FST等於最大轉子頻率FMX和固定的頻率差DFI的總和，該定子頻率FST的值是由產生的頻率FRS的值所限定的，其次，當供電電壓幅值UAL沿著電壓限制曲線5等於一個最大值U1時，可變頻率差DVA能有一個大於零的值。
上述的供電方法尤其是藉助於單元30、40和32的傳遞函數被實現了，單元30的傳遞函數由在圖5中所示的曲線60所限定，單元40的傳遞函數由在圖3中所示的標準的電壓-頻率曲線42所限定，而單元32的傳遞函數由在圖4所示的特徵曲線62所限定。
在圖4和圖5中，可以觀測到只要調整信號SRG低於一個給定值S1，可變頻差DVA的值就被固定在零值。此外，放大係數CAP對應於在一個初始值S0和S1之間的調整信號SRG以線性的方式增加。然而也能夠設置可變頻差DVA對應於在值S0和S1之間的調整信號SRG稍微地增加。
對於值S1，放大係數CAP達到它的最大值C1。當調整信號SRG大於S1時，放大係數維持在最大值C1。確定該係數C1使得由所述係數C1放大的圖3中所示的標準電壓-頻率曲線42給定了在圖2中所示的電壓限制曲線54，被預先指定的電壓限制曲線54取決於所用異步電機的特性和尺寸。
同樣地，當調整信號SRG大於S1時，可變頻差DVA採用大於零的值，如圖5中所示。當對於電機系統的一種驅動方式PPS，調整信號SRG大於S1時，可變頻差DVA大於零，並且隨著調整信號SKG線性地增加。
因此，只要調整信號SRG低於值S1，形成供電頻率FAL的第一控制信號SCF實際上與最大轉子頻率FMX相對應，該最大轉子頻率已加上了一個預先指定的固定頻差DFI，而固定頻差DFI與在所用異步電機的幾乎所有供電區域50上的最佳運行狀態相對應。
應該注意也能夠稍微地和逐漸地增加在調整信號SKG的值S0和S1之間的頻差，以保證在整個供電區域50上的絕對最佳工作狀態。
同樣地，根據供給在初始值S0和S1之間的調整信號SKG的值，對於每個產生頻率FRS的值來說由單元42供給中心電源2的供電幅值UAL的第二控制信號SCA在一個最小值U1和一個最大值U2之間沿著電壓限制曲線54能夠變化。
此外，當調整信號SRG有一個比值S1更大的值時，在定子頻率FST和最大轉子頻率FMX之間的頻率差被增加，並且代表一個可變頻差的信號DVA的則大大地增加。
應該注意有利的是當可變頻差DVA達到一個預先規定的最大值時，它被保持在恆定值。換句話說，從一個給定的調整信號值開始，該調整信號的增加不再產生一個可變頻差DVA的增加。
當調整信號SRG的值大於值S1時，放大係數CAP維持在一個恆定值C1。因此，供電電壓的供電幅值UAL的第二控制信號SCA對應於電壓限制曲線54的一個值，無論它是產生頻率FRS的什麼值。
總之，當調整信號在初始值S0和值S1之間增加時，對於一個給定的最大旋轉頻率，供電電壓的供電幅值UAL在最小值U0和最大值U1之間增加，對於等於所述最大轉子頻率FMX的定子頻率FST它被預先規定，而最大轉子頻率FMX已加上一個最佳的固定頻率差DFI。此外，假定最大轉子頻率FMX保持恆定且調整信號的值繼續在值S1上增加，那麼在定子頻率FST和最大轉子頻率FMX之間的轉動頻率差大大地增加，它與電動機的轉差的一個增加相對應，中心電源2供給電機M1和M2的供電電壓的供電幅值UAL對於產生的頻率FRS採用最大可能的值或分別地採用由頻差的增加所產生的定子頻率FST的第一控制信號SCF。
在圖6示出了一種產生調整信號SRG的單元20。在這個圖中，注意到指令信號SCS和主供電電流IAL的測量信號SMI藉助於一個差分電路66彼此相減。差分的結果然後供給比例加積分調節器68。由調節器68發出的信號，特別是一個電壓信號，隨後構成了調整信號SRG。
因此，正如會明顯看到的，在圖1至6中所描述的用於一個電動車輛的第一種電機系統的實施例能夠使由異步電機供給所述車輛的總的轉矩被調整，該調整是利用測量主供電電流IAL、指令單元24和設置用來產生調整信號SRG的單元20來實現的。通過改變指令信號SCS的值，控制裝置6起作用，以致於對應於主供電電流的信號SMI的值採用等於指令信號SCS的值的一個值。
其次，根據本發明的第一種實施例的電動機系統對於每個異步電機提供一種與一種驅動方法相對應的運行方式，供電頻率FAL的值的第一控制信號SCF的值被這樣設置，以致於後者總是大於最大轉子頻率FMX的值。在第一個電機M1的轉子頻率FRT1的值等於第二個電機M2的轉子頻率FRT2的值時的特殊情況下，兩個電機用一個供電電壓來供電，調整該供電電壓的供電幅值UAL和供電頻率FAL為的是在這兩個電機的整個運行區域上有一個非常好的效率，並且也允許靈活地高性能使用電機。
在此應該注意，在第一種實施例的一種改進的形式中對於兩個電機M1和M2的每個電機能有一個特殊的電源，就由第一控制信號SCF得到的電源供電頻率和由第二控制信號SCA得到電源供電幅值來說，每個供電電源是可調整的。在這種特殊的情況下，用於測量主供電電流IAL的裝置22由一個直接測量電流IM1和IM2的等效裝置來代替，每個電流IM1和IM2是供給兩個電機M1和M2的，此外電流測量信號SMI與兩個測量的電流IM1和IM2的總和相對應。
參考圖7至9，根據本發明的第二種電機系統的實施例將被描述。
在本發明的第一種電機系統的實施例中已說明過的參考符號部分將不再詳細說明。在此僅僅說明新的單元和元件，或相對於本發明的第一種實施例已經變型的單元。
根據第二種實施例的一種車輛的電機系統包括四個電機M1，M2，M3和M4，每個電機由中心電源2並聯供電，每個電機通過其自己的交流供電電流IM1，IM2，IM3和IM4來供電。應該注意是，在圖7中所示的四個電機實質上是類似於在圖1中所示的第一種實施例中所述電機M1，M2。
第一個測量裝置10(僅參考這些裝置中的一個)提供測量信號MFR1，MFR2，MFR3和MFR4，每個測量信號分別代表四個異步電機之一的轉子頻率。在這種特殊的情況下，在處理單元4的輸出端4a上提供的信號SFMX代表所述的四個電機中最大的轉子頻率。一般來說，應該注意到在根據本發明的電機系統中無論電機數是多少，在處理單元4的輸出端上提供的信號是與所有電機中最大的轉子頻率相對應。
用於測量每個電機M1至M4的溫度的第二測量裝置72(僅參考這些裝置中的一個)為處理單元4提供測量信號MT1，MT2，MT3和MT4，這些測量信號與每個電機的溫度值相對應。處理單元4在一個輸出端4a上發出一個信號STR該信號STR的值取決於由第二測量裝置72測量的溫度值。信號SRT提供給單元20′的一個輸入端20′d上。設置用於產生調整信號SRG的單元20′是為了產生依賴於指令信號SCS、由測量主供電電流TAL來的信號SMI和信號STR的調整信號SRG，而信號STR是提供關於電機溫度的信息。
正如在根據本發明的第一種實施例中的一樣，主供電電流IAL的值根據指令信號SCS來調整，代表電機溫度的信號STR用作為校正或限制指令信號SCS的一個參數。在此值得注意的是在本發明的第二種實施例的一個改進形式中能夠用與第一種實施例同樣的方法產生一個調整信號，此外該調整信號的值根據信號STR的值來修改。
主電源2是由一個電池76，電源開關裝置78(包括絕緣柵型雙極性電晶體(IGBT))和一個脈衝寬度調製器(PWM)80構成的。
第一和第二控制信號SCF和SCA分別提供給脈衝寬度調製器80的輸入端12和14。根據信號SCF和SCA，調製器80供給電源開關78一個打開和關閉信號SOF，該信號SOF控制組成電源開關裝置的不同開關的打開和閉合。電池76以電壓UBF為電源開關裝置供給一個電池電流IB。在此說明的中心電源2的各種元件能使供電幅值UAL和供電頻率FAL獨立地被控制。
電池76供電給單元20′和供給控制單元84一個代表電池電壓的信號SUB。電池76也為單元20′提供一個代表電池電流IB的信號SIB，電池電流IB供給電源開關裝置78。應該注意，電池電流IB用來提供從電源開關裝置78發出的主供電電流IAL。控制單元84具有一個與圖9中所示的特性曲線88所限定的曲線相對應的傳遞函數。在圖9中示出了由單元84的輸出端84a發出的一個校正信號SCR，該校正信號SCR依賴於代表供給單元84的輸入端84b的電池76電壓的信號SUB。應該注意當電池電壓等於電池的額定電壓UBN時，校正值是零。
信號SCR然後提供給單元42的一個輸入端42′d和加法器90的一個輸入端90a，其中單元42′用來產生供電幅值UAL的第二控制信號SCA，加法器90的第二輸入端90b與單元32連接，單元32供給輸入端90b一個代表放大係數的信號，該放大係數參考圖4已經描述了。由加法器90所作的相加結果提供給輸出端90c並且限定一個校正的放大系信號CAC。然後該信號CAC提供給單元42′的輸入端42′b。設置單元42′是為了進行在輸入端42′d和42′b之間的信號相乘，即如在圖3中所限定的額定的電壓幅值信號UNO乘以校正的放大係數信號，然後把相乘的結果加到供給單元42′的輸入端42′d的信號SCR的值上。最後獲得的結果提供給輸出端42′c並且形成控制供電幅值UAL的第二控制信號。
指令單元24包括一個驅動控制裝置94和一個制動控制裝置96。驅動控制裝置94為一個選擇裝置98提供一驅動信號SPP。制動控制裝置為選擇裝置提供一制動信號SFN。設置該選擇裝置98其結果是當制動信號SFN的值與第二種實施例的電機系統的一個非制動信號值相對應時，在其輸出端98a提供一個與驅動信號SPP的值相對應的指令信號SCS。然而設置裝置98其結果是當制動信號SFN的值有一個不是非制動值時，與制動信號SFN的值對應的指令信號SCS提供給單元20。此外將看到制動控制裝置96優先於驅動控制裝置94。
選擇裝置98在其輸出端98b輸出一個方式信號SMO，該信號SMO提供給單元30′的一個輸入端30′c和單元36。這個方式信號SMO為單元30′和36′規定了電動機的起動方式，即，是否是驅動方式PPS被起動或制動方式FRN被起動。當指令信號SCS與驅動信號SPP相對應時，起動驅動方式。同樣地，當指令信號SCS與制動信號SFN相對應時，起動制動方式。
當驅動方式SPP被起動時，存儲在單元36中的固定頻差DFI採用一個正值，然而制動方式FRN被起動時，固定頻差DFI的值是負的。在一個優先的第二種實施例的形式中，對於電動機的兩種可能的方式，固定頻差DFI的絕對值是相同的。
同樣，設置單元30′其結果是，當起動驅動方式PPS時，並當調整信號SRG有一個大於值S1的值時，由圖8中的特性曲線100所限定的可變頻差DVA採用一個正值。然而，當起動制動方式FRN時，設置單元30′是為了轉換到在圖8中所示的特性曲線102上，當調整信號SRG的值大於S1時，在這種情況下產生的可變頻差DVA是負的。此外，在優先的第二種實施例的形式中，對於電動機的兩種方式，對於一個給定的調整信號SRG的可變頻度DVA的絕對值是相同的。
因此，在第二種實施例的優先形式中，在驅動方式PPS和制動方式FRN之間能觀測到一個對稱的運行。這種對稱的運行導致了在驅動方式中和制動方式中的最佳效率。
也可以看到設置指令信號SCS是為了對於電機的兩種可能的方式具有同樣的數學符號。在本發明的第二種實施例中，指令信號SCS的值的數學符號是正的。同樣地，由單元20′供給的調整信號SRG的數學符號在本發明的第二種電機系統的兩種電機運行方式中也是正的。這種特殊的設置有它的優點，即它允許通過主供電電流IAL的相同的測量信號SMI來調整驅動方式PPS和制動方式FRN，其中主供電電流IAL是由主供電電流IAL的共同測量裝置22提供的。
上述的特殊特性是通過觀測這樣的事實得到的，即主供電電流IAL對於施加在本發明的第二種實施例的兩個電機M1至M4上的軸上的一個總力轉矩來說在驅動方式和制動方式這兩種方式中具有相同的絕對值。它可由這樣的事實來解釋，即一個異步電機的交流供電電流是由一個產生轉動磁通的激勵電流和一個有功電流形成的，在這種情況下，轉子沒有與在轉子的區域內的轉動磁場一樣的旋轉頻率。激勵電流相對於產生該激勵電流的交流供電電壓相移90°。因此，激勵電流不產生任何有功功率。然而，有功電流相對於激勵電流再一次相移90°。兩種可能的情況在此被區分，一種是與驅動方式PPS相對應，而另一種是與制動方式FRN相對應。
在驅動方式中，有功電流與交流供電電壓是同相位。因此，有一個與供給電機的功率相對應的正的有功功率，其中一部分功率轉換成機械能來驅動車輛。在制動方式中，有功電流相對於交流供電電壓相移180°，也就是，相對於驅動方式的有功電流它的值是負的。在這種情況下，所產生的有功功率是負的並且與部分供給主電源的功率相對應，提供的電功率是在制動時從機械能到電能的轉換產生的，也就是通過配備有電機系統的第二種實施例的車輛的負加速產生的。
因此，無論電機運行在什麼方式，即驅動方式或制動方式，對於有功電流的相同絕對值，供電電流的幅值或它的強度保持相同。在第二種實施例中，後者的特性被用來儘可能簡化根據本發明的電機系統。為實現這種簡化，即可以測量主供電電流IAL的幅值或者測量該電流的整流的平均值。因此，能夠僅僅使用用於主供電電流IAL的測量裝置22和用於產生調整信號SRG的相同的單元20′。
對於一個測量的電流值，根據電動機M1至M4是否有一正的或負的轉差，或者有一個由電動機供給的轉矩來加速車輛，或者有一個具有相同絕對值的轉矩來制動車輛。因此根據本發明的電機系統從驅動方式PPS變成制動方式FRN的唯一修改在於變換轉差的符號，而對於指令信號SCS保持相同的數學符號。
此外應該注意，根據代表包括在本發明的電機系統中所有電機的最大轉子頻率的單個信號SFMX，對於所有的電機都相同的供電頻率FAL有許多優點。值得注意的第一個優點在於所有電機定子的頻率和所有電機的供電頻率根據兩個信號，即指令信號SCS和信號SFMX被調整。其次是根據在驅動方式PPS和制動方式FRN兩個方式中的相同的兩個信號來調整所有電機的定子頻率。
此外，選擇作為用於調整所有電機的定子頻率的參數的信號SFMX保證了在驅動方式和制動方式兩種方式中所有電機的一個適當的和一致的運行。特別是驅動方式中根據本發明的電機系統對於每個所述電機保證相同的驅動條件。
在制動方式的情況下，本發明的電機系統根據由與所有電機的最大轉子頻率相對應的信號SFMX所限定的相同參數，通過調整所有電機的定子頻率能提供非常好的制動特性。無論什麼原因，如果在制動期間一個車輪失控，那麼它將保證不發生車輪鎖定，它的速度只能減小因而提供給耦合到該電機上的每個車輪的制動轉矩降低。因此，車輪再次粘著並恢復它的正常轉動速度。或者萬一實際上是零粘著，它的頻差決不會超過固定頻差DFI和可變頻差DVA的總和。因此這樣一種電機系統具有在制動期間把車輪的一個最大粘著力提供給地的優點。
值得注意的是在制動結束時，設置用於控制供電頻率FAL的第一信號SCF當然始終是為了與一個正頻率相對應。
最後在本發明的第二種電機系統的實施例帶有所有車輪驅動的一種形式中，能夠在車輛的前部和後部分上設置不同尺寸的電機。在這樣的情況下，前方部位上電機的特性和尺寸適合於後面電機的特性和尺寸;其結果是每個電機根據同樣的控制裝置適當地運行。
應該注意的是在這種形式中也能夠設置兩個電源，一個用於前面電機而另一個用於後面電機，這兩個電源由同樣的控制裝置6來控制。在後者的情況下，它能夠放大用於控制在控制裝置和供給多個大功率電機的電源之間的供電幅值的第二信號，其結果是這些較大的大功率電動機可以具有與較小大功率電機的供電幅值成比例的一個更大的供電幅值。
權利要求
1.一種用於電動車輛的電機系統，它包括至少兩個異步電機(M1，M2，M3，M4)，每個異步電機與該車輛的一個相應車輪相耦合併且包括一個定子繞組(B1，B2)，設置該定子繞組是為了根據供給所述定子繞組的一個交流供電電流(IM1，IM2，IM3，IM4)產生一個以定子頻率(FST)轉動的磁場(CM1，CM2)，其中向所述定子繞組供電是通過一個電源裝置(2)以一個規定了一供電頻率(FAL)的交流電壓來供電的，一個與所述定子繞組磁耦合的轉子(R1，R2)，該轉子以一個轉子頻率(FRT1，FRT2)來轉動，該轉子頻率的值取決於所述旋轉磁場的值；該電機系統的特徵在於每個所述電機的轉子頻率由第一測量置(10)來測量並且提供給形成部分所述電機系統的電子測量信號處理裝置(4)，該電子處理裝置在其與一個控制裝置(6)的第一輸入端(11a)相連接的第一輸出端(4a)上發出一個頻率信號(SFMX)，該頻率信號代表在所述被測量的轉子頻率中的最大轉子頻率，所述控制裝置根據供給控制裝置的所述頻率信號為所述電源裝置(2)提供一個第一控制信號(SCF)，第一控制信號對於每個所述電機確定一個對於所述供電頻率的公共值，所述供電頻率的這個公共值對於每個電機的定子頻率限定了一個公共產生值，設置所述的控制裝置其結果是當所述電機系統在一個驅動方式(PPS)中被起動時，所述的產生值大於所述頻率信號的值，該頻率信號被用來調整所述產生值。
2.根據權利要求1所述的電機系統，其特徵是設置所述的控制裝置(6)其結果是當在該電機系統中起動一種制動方式(FRN)時，定子頻率(FST)的產生值小於用於調整該產生值的所述頻率信號(SFMX)的值。
3.根據權利要求1或2所述的電機系統，其特徵是設置所述電源裝置(2)是為了為每個電機產生具有一供電幅值(UAL)的供電電壓，該供電幅值是由控制裝置(6)供給的一個第二控制信號(SCA)的值來確定的。
4.根據權利要求1至3中任一項的電機系統，其特徵是所述電動車輛包括兩個前輪和兩個後輪，該電動車輛包括兩個異步電機(M1，M2，M3，M4)，它們分別與兩個前輪或與兩個後輪相耦合。
5.根據權利要求1至3中任一項的電機系統，其特徵是所述電動車輛包括兩個前輪和兩個後輪，該電動車輛包括兩個分別與所述兩個前輪相耦合的異步電機(M1，M2)和兩個分別與所述兩個後輪相耦合的異步電機(M3，M4)。
6.根據權利要求5所述的電機系統，其特徵是分別與所述兩個前輪相耦合的兩個異步電機(M1，M2)具有不同於分別與所述兩個後輪相耦合的兩個異步電機(M3，M4)的尺寸其結果是由分別與所述兩個前輪相連接的兩個異步電機所傳送的功率不同於由與兩個後輪相連接的異步電機所傳送的功率。
7.根據權利要求5所述的電機系統，其特徵是所述異步電機(M1、M2、M3、M4)的電源裝置(2)構成了一個公共中心電源(2)，該中心電源(2)為異步電機並聯的提供一個主供電電流(IAL)。
8.根據權利要求3所述的電機系統其特徵是所述第一控制信號(SCF)通過第一調整裝置(11、30、36、30′、36′)供給所述電源裝置(2)的一個第一輸入端(12)，該第一調整裝置構成了用於調整供電頻率(FAL)的所述控制裝置(6)的一部分，所述第二控制信號(SCA)通過第二調整裝置(32、40、42、42′、84、90)供給所述電源裝置的第二輸入端(14)，該第二調整裝置也構成了用於調整供電幅值(UAL)的所述控制裝置(6)的一部分，設置第一和第二調整裝置其結果是根據一個調整信號(SRG)所述供電幅值能在一個最小值(U0)和一個最大值(U1)之間變化，該最小值和最大值是對於所述定子頻率(FST)的每個值(F1)來限定的，所述最大值連續地限定了一個電壓限制曲線(54)，調整供電頻率(FAL)其結果是對於每個定子頻率的值，只要供電電幅值(UAL)有一個小於對於定子頻率的這個值所限定的最大值的值，那麼在定子頻率(FST)和最大轉子頻率之間的轉動頻差實質被維持恆定，設置第一和第二調整裝置其結果是當對於定子頻率的任何一個值，所述供電幅值有一個等於對於所述定子頻率值所限定的最大值的值時，依賴所述調整信號(SRG)，所述頻差的絕對值能被增加。
9.根據權利要求8所述電機系統，其特徵是所述第一調整裝置(10、30、36;30′、36′)包括一個能提供一個信號(DFI)的第一單元(36;36′)，信號(DFI)代表一個固定的頻差;一個用於調整定子頻率(FST)和最大轉子頻率之間的轉動頻差的第二單元(30;30′)，第二單元(30;30′)能夠根據供給其第一輸入端(30′a，30′a)的調整信號(SRG)在它的一個輸出端(30b，30′b)發出一個代表可變頻差的信號(DVA)，其中調整信號(SRG)是由構成所述控制裝置(6)的一部分用於產生該調整信號的第三單元(20，20′)提供的;一個加法器(11)，它的輸入端(11a，11b，11c)分別與用於處理測量信號的處理裝置(4)，第一單元和第二單元相連接，加法器(11)的輸出端(11d)分別與電源裝置(2)的第一輸入端(12)和用於調整電源電壓的供電幅值(UAL)的調整裝置(32，40，42;42′，84、90)相連接，該加法器(11)把代表最大轉子頻率的頻率信號(SFMX)與代表固定頻差的信號(DFI)和代表可變頻差的信號(DVA)相加並在它的輸出端(11d)發出一個代表用於產生第一控制信號(SCF)的一個產生頻率的信號(SFRS)。
10.根據權利要求9所述的電機系統，其特徵是在連接加法器(11)與電源裝置(2)的電路(48)中設置一個放大器(46)，該放大器把代表產生頻率的信號(SFRS)乘以一個係數，該係數與為異步電機(M1，M2)的每個定子繞組(B1，B2)而設置的極對數相對應。
11.根據權利要求9或10所述的電機系統，其特徵是所述供電電壓的供電幅值(UAL)的第二調整裝置(32，40，42;42′，84，90)包括一個第四單元(40)，它有一個與加法器(11)的輸出端(11d)相連接的輸入端(40a)，在第四單元(40)中存儲一個標準化的電壓-頻率曲線(42)，該曲線能使一個代表一個標準的電壓幅值(UNO)的信號被產生出來，並且根據代表從加法器(11)來的所述產生頻率的所述信號(SFRS)在第四單元的一個輸出端(40b)上提供該信號;一個第五單元(32)，它有一個與第三單元(20，20′)連接的輸入端(32a)並能夠產生一個放大係數(CAP)，根據由第三單元提供的調整信號(SRG)在第五單元的一個輸出端(32b)供給該放大係數(CAP);一個第六單元(42;42′)，它具有分別與第四和第五單元連接的輸入端(42a，42b;42′a，42′b)，並且有一個與電源裝置(2)的第二輸入端(14)連接的輸出端(42c，42′c)，所述第六單元能夠在從第四單元來的代表標準化的電壓幅值的信號(UNO)和從第五單元來的放大係數(CAP)之間進行相乘，相乘的結果用來限定傳送給電源裝置(2)的第二輸入端(14)的第二控制信號(SCA)。
12.根據權利要求9至11中任一項所述的電機系統，其特徵是用於產生調整信號(SRG)的第三單元(20，20′)有一個與一個裝置(22)連接的第一輸入端(20b;20′b)，裝置(22)用於測量供給電機(M1，M2，M3，M4)的交流電流(IM1，IM2，IM3，IM4)的總電流(IAL)，該測量裝置提供一個代表測量該總電流(IAL)的信號(SMI)，第三單元還有一個與一個指令單元(24)連接的第二輸入端(20c，20′c)，指令單元(24)供給第二輸入端(20c;20′c)一個指令信號(SCS)，設置第三單元是為了根據指令信號(SCS)和測量信號(SMI)產生調整信號(SRG)。
13.根據權利要求12所述的電機系統，其特徵是所述指令單元(24)包括一個用於產生一個驅動信號(SPP)的驅動控制裝置(94)和一個用於產生一個制動信號(SFN)的制動控制裝置(96)，該指令單元還包括一個分別與所述驅動控制裝置和制動控制裝置相連接的選擇裝置(98)，該選擇裝置的第一輸出端(98a)與第三單元(20′)的第二輸入端(20′c)連接，它的第二輸出端(98b)與第二單元(30′)的第二輸入端(30′c)連接並與第一單元(36′)連接，設置選擇裝置(98)是為了在它的第一輸出端(98a)上提供所述指令信號(SCS)，當所述制動信號(SFN)有一個非制動值時指令信號(SCS)具有一個與驅動信號(SPP)的值相對應的值，當制動信號值不同於所述非制動值時指令信號(SCS)有一個與制動信號(SFN)的值相對應的值，所述選擇裝置(98)在它的第二輸出端(98b)上提供一個方式信號(SMO)，當所述指令信號(SCS)對應於所述驅動信號(SPP)時方式信號(SMO)具有與所述驅動方式(SPP)對應的一個第一值，當所述指令信號(SCS)對應於所述制動信號(SFN)時方式信號(SMO)具有與所述制動方式(FRN)對應的一個第二值。
14.根據權利要求13所述的電機系統，其特徵是分別設置第一和第二單元(30′，36′)其結果是當所述方式信號(SMO)限定一驅動方式(PPS)時所述固定頻差和所述可變頻差分別是正的，當所述方式信號(SMO)限定一制動方式(FRN)時所述固定頻差和所述可變頻差分別是負的。
15.根據權利要求9至14中任一項所述的電機系統其特徵是設置了用於測量至少一個所述異步電機(M1，M2，M3，M4)的溫度的第二裝置(72)，一個代表被測溫度的信號(STR)提供給所述第三單元(20′)用於產生調整信號並用來形成所述調整信號的值。
16.根據前面任一權利要求所述的電機系統，其特徵是所述電源裝置(2)包括至少一個與一個脈衝寬度調製器(78)連接的電池(76)，所述脈衝寬度調製器(78)也與一個電源開關裝置(80)連接，所述電源裝置的第一和第二輸入端(12、14)構成了部分所述脈衝寬度調製器。
全文摘要
本發明是一種電動車輛的電機系統，包括至少兩個由一個中心電源(2)並聯供電的異步電機。中心電源(2)由控制裝置(6)來控制，控制裝置為電源(2)提供確定供電頻率(FAL)的值的第一控制信號(SCF)和一個確定供電電壓的供電幅值(UAL)的第二控制信號。根據測量主供電電流(IAL)的信號，指令信號(SCS)和代表所述電機的轉子的轉動頻率的最大值的信號(SFMX)來調整第一和第二控制信號。
文檔編號B60L9/18GK1087587SQ9310943
公開日1994年6月8日 申請日期1993年6月30日 優先權日1992年7月1日
發明者J·勒內 申請人:Smh管理服務有限公司