模塊化多相電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)，尤其涉及用在電動(dòng)車輛的輪轂中的多相電動(dòng)馬達(dá)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)車輛需要簡(jiǎn)單、安全、高效且提供良好性能的電動(dòng)馬達(dá)。電動(dòng)馬達(dá)通常屬于工作電壓高的電動(dòng)馬達(dá)和工作電壓低(通常為50V以下)的電動(dòng)馬達(dá)這兩種電動(dòng)馬達(dá)其中之一。高電壓電動(dòng)馬達(dá)在用在車輛中的情況下顯然會(huì)對(duì)人和動(dòng)物構(gòu)成較大的電擊風(fēng)險(xiǎn)，因而受制于嚴(yán)格的安全要求，這導(dǎo)致這些高電壓電動(dòng)馬達(dá)變復(fù)雜因而成為高成本的解決方案。由于功率是電流和電壓的乘積，因此為了提供相同功率，低電壓馬達(dá)需要更高的工作電流。然而，使傳統(tǒng)的低電壓三相電動(dòng)馬達(dá)利用高繞組電流工作提出了包括如下問題的數(shù)個(gè)問題:需要更大的線纜和連接器、需要高電流切換所用的更復(fù)雜的控制器、需要更大電容要求以及需要低電感。另外，由于繞組的電阻所引起的熱損失或銅損失(線圈電阻X線圈電流的平方)變得極大。
[0003]W0 2004073157描述了意圖解決該問題的具有分布式繞組的低電壓電動(dòng)馬達(dá)。在該馬達(dá)中，總電流跨數(shù)個(gè)線圈或繞組分布，從而大大降低了繞組電流。然而，單獨(dú)對(duì)各線圈進(jìn)行控制，從而需要具有大量電子器件的復(fù)雜控制器。在GB2462940A中也描述了低電壓輪內(nèi)三相電動(dòng)馬達(dá)。該馬達(dá)具有分布在定子周圍的多個(gè)獨(dú)立控制的線圈組。各線圈組包括三個(gè)線圈子組，其中以不同的相位驅(qū)動(dòng)各線圈子組。然而，在每個(gè)線圈組中使用相同的三個(gè)相位。該配置相對(duì)于W0 2004073157的公開內(nèi)容提供了一些簡(jiǎn)化，然而由于控制器針對(duì)各線圈組需要獨(dú)立的CPU控制器，因此該控制器仍很復(fù)雜。
[0004]因而，盡管已知提供低電壓高電流的電動(dòng)馬達(dá)，但需要以不會(huì)損害高性能的簡(jiǎn)單且具有成本效益的方式提供這些馬達(dá)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]上述和其它目的是在如下的多相電動(dòng)馬達(dá)中實(shí)現(xiàn)的，其中該多相電動(dòng)馬達(dá)包括轉(zhuǎn)子和定子，其中:所述轉(zhuǎn)子包括指向所述定子的多個(gè)磁體，以及所述定子包括配置在所述定子的圓周面周圍且指向所述磁體的多個(gè)相位繞組，其中所述相位繞組連接至控制單元，所述控制單元被配置為選擇性地向所述相位繞組施加電流，以感應(yīng)作用于所述轉(zhuǎn)子的所述磁體的電磁力，從而實(shí)現(xiàn)所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。所述多相電動(dòng)馬達(dá)還包括至少兩個(gè)控制單元，并且各控制單元被配置為控制向三個(gè)相位繞組的電流供給，以使得向所述三個(gè)相位繞組各自供給不同的相位電流，其中所述不同的相位電流之間的相位偏移為120°。此外，不存在利用相同的電流相位的兩個(gè)控制單元。
[0006]通過利用兩個(gè)或更多個(gè)控制單元(其中這兩個(gè)或更多個(gè)控制單元各自基本用作控制分離了 120°的電流相位的簡(jiǎn)單3相控制器，而且各自與其它的控制單元相比控制不同的相位)，可以使電流分布在至少六個(gè)相位。因而，能夠在不存在高電流的關(guān)聯(lián)缺點(diǎn)的情況下進(jìn)行低電壓操作，同時(shí)，控制相對(duì)于傳統(tǒng)系統(tǒng)極大地簡(jiǎn)化。
[0007]優(yōu)選地，所述相位繞組是利用m個(gè)不同的電流相位其中之一進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，其中m是3的倍數(shù)且至少等于6。然后，在電流相位之間的相位偏移為360° /m的情況下是有利的。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，在定子的圓周面周圍的相位繞組的配置如下的情況下特別有利:利用相對(duì)于鄰接的相位繞組中的電流在相位上偏移了 180° +180° /m的電流來驅(qū)動(dòng)各相位繞組。因而，控制單元不連接至順次排列的相位繞組。作為代替，所有線圈單元的相位繞組呈交錯(cuò)配置。因而，在設(shè)置有兩個(gè)控制單元的情況下，第一控制單元控制第一個(gè)、第三個(gè)和第五個(gè)相位繞組，而第二控制單元控制第二個(gè)、第四個(gè)和第六個(gè)相位繞組。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施例，單個(gè)控制單元所控制的相位繞組是如下所述從相位繞組的序列中所選擇的:如果k是控制總共m個(gè)相位電流向相位繞組的供給的控制單元的數(shù)量，則k個(gè)控制模塊各自被配置為控制相位繞組1、i+m/3、i+m*2/3，其中i是滿足1彡i彡k的整數(shù)。
[0010]各控制單元所控制的所述三個(gè)相位繞組可以是采用Y字形結(jié)構(gòu)(Y結(jié)構(gòu))或者采用德耳塔即△結(jié)構(gòu)配置的。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，各控制單元包括3相半橋電路，所述3相半橋電路被配置為優(yōu)選利用大致呈矩形的電流波形來使所述相位繞組(6)通電。
[0012]這種控制器電路構(gòu)造簡(jiǎn)單或容易利用，并且構(gòu)成簡(jiǎn)單但高度有效形式的控制。由于控制器電路僅需在任一時(shí)間使所連接的三個(gè)相位繞組中的兩個(gè)相位繞組通電，因此在使用矩形波形來驅(qū)動(dòng)相位繞組的情況下，該控制特別簡(jiǎn)單?？蛇x地，3相半橋電路可被配置為使用大致梯形或正弦的電流波形。
[0013]根據(jù)又一實(shí)施例，至少一個(gè)控制器被配置為控制至少一個(gè)控制單元的操作。在這種配置中，針對(duì)各控制單元的控制器可以彼此獨(dú)立或以某種方式聯(lián)網(wǎng)，以提供信息的交換。
[0014]在優(yōu)選實(shí)施例中，中央控制器被配置為控制所有控制單元的操作，以通過控制向相位繞組施加各個(gè)不同相位電流的序列來向轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)提供足夠精細(xì)的控制。
[0015]控制器優(yōu)選利用脈沖寬度調(diào)制。
[0016]根據(jù)又一實(shí)施例，各相位繞組包括并聯(lián)或串聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)線圈元件。優(yōu)選地，各相位繞組包括均勻地分布在定子的圓周面的周圍的至少兩個(gè)線圈元件。
[0017]根據(jù)又一方面，本發(fā)明涉及一種具有至少一個(gè)輪的電動(dòng)車輛，包括如上所述的輪內(nèi)電動(dòng)馬達(dá)。
【附圖說明】
[0018]通過以下參考附圖以示例方式給出的針對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說明，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。在附圖中:
[0019]圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多相輪內(nèi)電動(dòng)馬達(dá)；
[0020]圖2a示出針對(duì)多相電動(dòng)馬達(dá)的各相的順次排列的相位繞組所用的感應(yīng)電壓波形；
[0021]圖2b示出多相電動(dòng)馬達(dá)的順次排列的相位繞組所用的驅(qū)動(dòng)電流波形；
[0022]圖3示意性示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多相電動(dòng)馬達(dá)的3相模塊化控制配置；
[0023]圖4示意性示出單個(gè)3相模塊化控制單元；以及
[0024]圖5示意性示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多相電動(dòng)馬達(dá)的中央控制單元。
【具體實(shí)施方式】
[0025]在以下說明中，以各種方式參考電機(jī)和電動(dòng)馬達(dá)。術(shù)語“電機(jī)”通常被理解為涵蓋電動(dòng)馬達(dá)和發(fā)電機(jī)這兩者。然而，在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語電動(dòng)馬達(dá)不限于將電能轉(zhuǎn)換成運(yùn)動(dòng)的配置，而且還意圖包含運(yùn)動(dòng)可以生成電力的配置。因而，在本發(fā)明中，可以互換地使用術(shù)語電機(jī)和發(fā)電機(jī)，而并未意圖區(qū)分這兩者的含義。在以下說明所參考的各個(gè)圖中，針對(duì)相同的部分使用相同的附圖標(biāo)記。
[0026]圖1示出適合輪轂使用的、即適合安裝在電動(dòng)車輛的輪轂中的電機(jī)。該電機(jī)包括固定的內(nèi)定子1和繞定子1可轉(zhuǎn)動(dòng)的外轉(zhuǎn)子2。在轉(zhuǎn)子2和定子1之間，存在小的空氣隙3。在例示實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子配置在內(nèi)定子的外部；然而，應(yīng)當(dāng)理解，可以反轉(zhuǎn)這些元件的位置以提供轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子和固定的外定子。內(nèi)定子1由磁性材料制成并且安裝至軸4。在定子1的外周上，定子1配置有聚集了線圈元件6的多個(gè)槽5。槽5大致定義了突出部分，其中在這些突出部分的周圍配置有線圈元件6。在例示實(shí)施例中，定子1具有18個(gè)槽5，因而配置有18個(gè)線圈元件6。在轉(zhuǎn)子20繞定子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在具有與相鄰線圈元件6中所感應(yīng)出的電壓的相位不同的相位的各線圈元件6中感應(yīng)出電壓或emf。在例示實(shí)施例中，線圈元件具有在圖1中的字母A、B、C、D、E、F、G、H和I所示的九個(gè)不同相位處的感應(yīng)電壓。另外，兩個(gè)線圈元件6將具有相同的感應(yīng)電壓