電動(dòng)機(jī)或發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其包括具有至少一個(gè)線圈繞組的定子，其中，定子包括：第一表面，其具有至少一個(gè)線圈繞組的沿著離開第一表面的方向延伸的一部分；以及控制模塊，其具有帶有第一側(cè)的殼體，該第一側(cè)布置為安裝在所述定子的第一表面上，其中，殼體包括控制裝置以及用于檢測(cè)電流流動(dòng)的第一元件，控制裝置用于基于由第一元件檢測(cè)到的電流流動(dòng)來(lái)控制至少一個(gè)線圈繞組中的電流流動(dòng)，其中，至少一個(gè)線圈繞組的布置為離開第一表面的所述一部分布置為穿過(guò)形成在殼體的第一側(cè)的孔延伸，以用于耦合至控制裝置，其中，第一元件鄰近所述孔安裝在殼體中。
【專利說(shuō)明】電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，尤其涉及用于電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的控制模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)通常包括電動(dòng)機(jī)和布置為控制電動(dòng)機(jī)的功率的控制單元。已知類型的電動(dòng)機(jī)的示例包括感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、同步無(wú)刷永磁電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和線性電動(dòng)機(jī)。在市面上，三相電動(dòng)機(jī)是最常見的一種可用電動(dòng)機(jī)。
[0003]三相電動(dòng)機(jī)通常包括三個(gè)線圈組，其中，每個(gè)線圈組布置為生成與交流電壓的三個(gè)相中的一個(gè)相關(guān)的磁場(chǎng)。
[0004]為了增加形成在電動(dòng)機(jī)內(nèi)的磁極的數(shù)量，每個(gè)線圈組通常具有圍繞電動(dòng)機(jī)的外周分布的多個(gè)線圈子組，這些線圈子組被驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
[0005]通過(guò)圖示的方式，圖1示出了典型的三相電動(dòng)機(jī)10，其具有三個(gè)線圈組14、16、18。每個(gè)線圈組由串聯(lián)連接的四個(gè)線圈子組構(gòu)成，其中，對(duì)于給定的線圈組，由各個(gè)線圈子組生成的磁場(chǎng)將具有公共相。
[0006]三相電動(dòng)機(jī)的三個(gè)線圈組通常被配置為三角形或Y形構(gòu)造。
[0007]用于具有DC電源的三相電動(dòng)機(jī)的控制單元通常將包括三相橋式逆變器，該三相橋式逆變器生成三相電壓饋送以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。各個(gè)電壓相中的每一個(gè)被施加至電動(dòng)機(jī)的相應(yīng)的線圈組。
[0008]用于多相電動(dòng)機(jī)的常用控制技術(shù)為場(chǎng)定向控制FOC技術(shù)。FOC基于將兩坐標(biāo)非時(shí)變系變換為三相時(shí)間和速度相依系的投影，并且反之亦然，其中，定子電流或電壓分量與交軸q對(duì)準(zhǔn)，并且磁通分量與直軸d對(duì)準(zhǔn)。
[0009]對(duì)于多相電動(dòng)機(jī)，F(xiàn)OC要求定子相電流(即，單個(gè)的定子線圈繞組中的電流流動(dòng))被測(cè)量并且轉(zhuǎn)換為復(fù)空間矢量坐標(biāo)系。
[0010]因此，對(duì)于布置為利用FOC來(lái)控制多相電動(dòng)機(jī)中的電流流動(dòng)的控制單元，該控制單元通常需要使用電流反饋環(huán)。
[0011]電流反饋環(huán)通常利用控制單元內(nèi)的電流傳感器來(lái)確定電動(dòng)機(jī)線圈繞組內(nèi)的電流流動(dòng)。
[0012]然而，由于與電動(dòng)機(jī)相關(guān)的電容和電感的效應(yīng)，控制單元距電動(dòng)機(jī)的距離越大，在控制單元處測(cè)得的電流流動(dòng)與安裝在電動(dòng)機(jī)定子上的電動(dòng)機(jī)線圈繞組中的電流流動(dòng)不同的幾率將越大，這會(huì)導(dǎo)致控制單元生成錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)矩值。
[0013]期望改善這一情形。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種根據(jù)隨附權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。
[0015]本發(fā)明提供了以下優(yōu)點(diǎn):允許針對(duì)線圈繞組的鄰近線圈繞組所纏繞的定子齒的一部分來(lái)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的線圈繞組內(nèi)的電流流動(dòng)。另外，通過(guò)使電流測(cè)量器件靠近電流控制裝置，允許電動(dòng)機(jī)的整體電感被減小，同時(shí)還允許控制模塊殼體為電流測(cè)量器件提供環(huán)境保護(hù)。對(duì)于具有兩個(gè)子電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)，本發(fā)明允許使用單個(gè)控制模塊來(lái)測(cè)量用于兩個(gè)子電動(dòng)機(jī)的線圈繞組中的電流流動(dòng)，并且因此控制兩個(gè)子電動(dòng)機(jī)中的電流流動(dòng)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]現(xiàn)將結(jié)合附圖、通過(guò)示例的方式來(lái)描述本發(fā)明，其中:
[0017]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的三相電動(dòng)機(jī)；
[0018]圖2示出了實(shí)施本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)的分解視圖；
[0019]圖3從另一角度示出了圖1所示的電動(dòng)機(jī)的分解視圖；
[0020]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)；
[0021]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的局部視圖；
[0022]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于電動(dòng)機(jī)的控制模塊；以及
[0023]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的控制模塊殼體的局部視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]所描述的本發(fā)明的實(shí)施例針對(duì)一種用于電動(dòng)機(jī)的控制模塊，其中，電動(dòng)機(jī)用于車輛的車輪。然而，電動(dòng)機(jī)可以位于車輛內(nèi)的任何位置。該電動(dòng)機(jī)是這樣一種類型:其具有一組線圈，作為附接至車輛的定子的一部分，并且定子由轉(zhuǎn)子徑向環(huán)繞，該轉(zhuǎn)子承載一組附接至車輪的磁體。為免存疑，本發(fā)明的各個(gè)方面同樣可應(yīng)用于具有相同布置的發(fā)電機(jī)。因而，電動(dòng)機(jī)的定義旨在包括發(fā)電機(jī)。另外，本發(fā)明的一些方面可應(yīng)用于具有中心方式安裝在徑向環(huán)繞的線圈內(nèi)的轉(zhuǎn)子的布置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到，本發(fā)明可應(yīng)用于其它類型的電動(dòng)機(jī)。
[0025]為了本實(shí)施例的目的，如圖2和3所示，輪轂電動(dòng)機(jī)包括定子252，定子252包括:熱沉253 ;多個(gè)線圈254 ;兩個(gè)控制模塊400，其安裝在定子的后部上的熱沉253上，用于驅(qū)動(dòng)線圈；以及環(huán)形電容器，其安裝在定子上并在兩個(gè)控制模塊400的內(nèi)徑之內(nèi)。線圈254形成在定子齒疊層上以形成線圈繞組，其中，定子齒疊層安裝在熱沉上。定子蓋256安裝在定子252的后部，封閉控制模塊400以形成定子252，定子252可隨后固定至車輛并且在使用時(shí)不會(huì)相對(duì)于車輛旋轉(zhuǎn)。
[0026]每個(gè)控制模塊400包括控制邏輯420和兩個(gè)逆變器410，控制邏輯420在本實(shí)施例中包括處理器，用于控制逆變器410的操作，其在圖4中被示意性地示出。
[0027]環(huán)形電容器耦合在逆變器410和電動(dòng)機(jī)的DC電源上，用于降低在電動(dòng)機(jī)的操作期間電動(dòng)機(jī)的供電線(也被稱為DC母線)上的電壓紋波。為了降低電感，電容器鄰近控制模塊400安裝。
[0028]轉(zhuǎn)子240包括前部220和筒形部221，形成基本圍繞定子252的蓋。該轉(zhuǎn)子包括圍繞筒形部221的內(nèi)部布置的多個(gè)永磁體242。為了本實(shí)施例的目的，在筒形部221的內(nèi)部安裝有32個(gè)磁體對(duì)。然而,可以使用任何數(shù)量的磁體對(duì)。
[0029]磁體緊靠定子252上的線圈繞組，以使得線圈所生成的磁場(chǎng)與圍繞轉(zhuǎn)子240的筒形部221的內(nèi)部布置的磁體242相互作用，從而使轉(zhuǎn)子240旋轉(zhuǎn)。由于永磁體242用于生成用以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，永磁體通常被稱為驅(qū)動(dòng)磁體。
[0030]轉(zhuǎn)子240通過(guò)軸承座223附接至定子252。軸承座223可以是在該電動(dòng)機(jī)組件將裝配至的車輛中使用的標(biāo)準(zhǔn)軸承座。該軸承座包括兩個(gè)部分:固定至定子的第一部分和固定至轉(zhuǎn)子的第二部分。該軸承座固定至定子252的壁的中央部253并且還固定至轉(zhuǎn)子240的殼體壁220的中央部225。由此，轉(zhuǎn)子240被旋轉(zhuǎn)地固定至車輛，并且在其中央部225處經(jīng)由軸承座223用于車輛。這具有如下的優(yōu)點(diǎn):輪緣和輪胎可以隨后利用常規(guī)車輪螺栓在中央部225處固定至轉(zhuǎn)子240，以使輪緣固定至轉(zhuǎn)子的中央部并且因此牢固地固定至軸承座223的可旋轉(zhuǎn)側(cè)。車輪螺栓可以穿過(guò)轉(zhuǎn)子的中央部225裝配在軸承座本身中。在轉(zhuǎn)子240和車輪均安裝至軸承座223的情況下，在轉(zhuǎn)子和車輪的旋轉(zhuǎn)角度之間具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
[0031]圖3從相反側(cè)示出了圖2所示的同一電動(dòng)機(jī)組件的分解視圖。轉(zhuǎn)子240包括轉(zhuǎn)子外壁220和周向壁221，磁體242周向地布置在周向壁221內(nèi)。如前所述，經(jīng)由軸承座，定子252在轉(zhuǎn)子的中央部和定子壁處通過(guò)軸承座連接至轉(zhuǎn)子240。
[0032]在轉(zhuǎn)子的周向壁221和定子的外邊緣之間設(shè)置有V形密封件。
[0033]轉(zhuǎn)子還包括用于位置感測(cè)的一組磁體227 (也被稱為換向磁體)，其與安裝在定子上的傳感器結(jié)合，允許對(duì)轉(zhuǎn)子磁通角度進(jìn)行估算。轉(zhuǎn)子磁通角度限定了驅(qū)動(dòng)磁體與線圈繞組的位置關(guān)系?？蛇x地，轉(zhuǎn)子可以包括具有用作一組獨(dú)立磁體的多個(gè)磁極的磁性材料環(huán)，代替一組獨(dú)立的磁體。
[0034]為了允許換向磁體用于計(jì)算轉(zhuǎn)子磁通角度，優(yōu)選地，每個(gè)驅(qū)動(dòng)磁體具有相關(guān)的換向磁體，其中，通過(guò)校準(zhǔn)測(cè)得的換向磁體磁通角度，根據(jù)與換向磁體組相關(guān)的磁通角度來(lái)獲得轉(zhuǎn)子磁通角度。為了簡(jiǎn)化換向磁體磁通角度和轉(zhuǎn)子磁通角度之間的關(guān)聯(lián)性，優(yōu)選地，該換向磁體組具有相同數(shù)量的磁體或磁極對(duì)，作為驅(qū)動(dòng)磁體對(duì)組，其中，換向磁體和相關(guān)的驅(qū)動(dòng)磁體大致徑向地彼此對(duì)準(zhǔn)。因此，為了本實(shí)施例的目的，換向磁體組具有32個(gè)磁體對(duì)，其中，每個(gè)磁體對(duì)與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)磁體對(duì)大致徑向地對(duì)準(zhǔn)。
[0035]傳感器在本實(shí)施例中為霍爾傳感器，并且該傳感器安裝在定子上。傳感器定位為使得隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，形成換向磁體環(huán)的各個(gè)換向磁體分別旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)傳感器。
[0036]隨著轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)，換向磁體相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)傳感器，并且該霍爾傳感器輸出AC電壓信號(hào),其中，對(duì)于經(jīng)過(guò)傳感器的每個(gè)磁體對(duì)該傳感器輸出360電角度的整個(gè)電壓周期。
[0037]為了改善位置檢測(cè)，優(yōu)選地，傳感器包括相關(guān)的第二傳感器，該第二傳感器從第一傳感器移位90電角度。
[0038]在本實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)包括四個(gè)線圈組60,每個(gè)線圈組60具有三個(gè)線圈子組61、62、63，這些線圈子組以Y形構(gòu)造耦合以形成三相子電動(dòng)機(jī)，結(jié)果得到具有四個(gè)三相子電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)。如下所述，各個(gè)子電動(dòng)機(jī)的操作經(jīng)由兩個(gè)控制裝置400中的一個(gè)控制。然而，雖然本實(shí)施例描述了具有四個(gè)線圈組60( S卩，四個(gè)子電動(dòng)機(jī))的電動(dòng)機(jī)，但電動(dòng)機(jī)同樣可以具有帶有相關(guān)控制裝置的一個(gè)或多個(gè)線圈組。在優(yōu)選實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)40包括八個(gè)線圈組60，每個(gè)線圈組60具有三個(gè)線圈子組61、62、63，這些線圈子組以Y形構(gòu)造耦合以形成三相子電動(dòng)機(jī)，結(jié)果得到具有八個(gè)三相子電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)。類似地，每個(gè)線圈組可以具有任何數(shù)量的線圈子組，從而允許每個(gè)子電動(dòng)機(jī)具有兩個(gè)或更多個(gè)相。
[0039]圖4示出了各個(gè)線圈組60和控制模塊400之間的連接，其中，相應(yīng)的線圈組60連接至包括在控制模塊400中的相應(yīng)的三相逆變器410。如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，三相逆變器包含六個(gè)開關(guān)，其中，三相交流電壓可以通過(guò)六個(gè)開關(guān)的受控操作來(lái)生成。然而，開關(guān)的數(shù)量將取決于要應(yīng)用于相應(yīng)的子電動(dòng)機(jī)的電壓相的數(shù)量，其中，子電動(dòng)機(jī)可以被構(gòu)造為具有任何數(shù)量的相。
[0040]四個(gè)線圈組中的相應(yīng)線圈纏繞在形成定子的一部分的各個(gè)定子齒上。線圈繞組的端部501穿過(guò)定子的平坦后部502突出，如圖5所示。圖5示出了定子的局部透視圖，其中，四個(gè)線圈組60中的兩個(gè)的線圈繞組的端部501延伸離開定子的平坦部。
[0041]控制模塊400鄰近定子熱沉253的平坦部定位，用于安裝于定子熱沉253的平坦部，如下所述。為了說(shuō)明性目的，在圖5中示出了與定子熱沉253分離的單個(gè)控制模塊400的視圖。
[0042]為了本實(shí)施例的目的，熱沉253的平坦部位于定子的旨在安裝于車輛的一側(cè)。
[0043]優(yōu)選地，為了便于將相應(yīng)的控制模塊400安裝于定子熱沉253，相應(yīng)線圈組的線圈繞組的端部501布置為沿著相對(duì)于定子的熱沉部的表面基本垂直的方向延伸離開定子的熱沉部。
[0044]優(yōu)選地，控制模塊400具有模塊化構(gòu)造。圖6以控制模塊400的優(yōu)選實(shí)施例的分解視圖示出了控制模塊400的模塊化構(gòu)造，其中，每個(gè)控制裝置400 (也被稱為功率模塊)包括具有兩個(gè)功率襯底組件510的功率用印刷電路板500、控制用印刷電路板520、用于連接至DC電池的四個(gè)電源母線(未示出)、以及用于連接至相應(yīng)線圈繞組和六個(gè)電流傳感器的六個(gè)相繞組母線(未示出)。每個(gè)電流傳感器包括霍爾傳感器、以及軟鐵磁材料530的布置為鄰近該霍爾傳感器安裝的一部分，其中優(yōu)選地，每個(gè)霍爾傳感器布置為安裝在以環(huán)狀成形的一塊軟鐵磁材料的切除部中。
[0045]軟鐵磁材料是那些容易磁化以及去磁化的材料。它們通常具有小于10Am-1的固有矯頑力。它們主要用于增強(qiáng)和/或引導(dǎo)由電流產(chǎn)生的通量。通常用作軟鐵磁材料的特征值的主要參數(shù)為相對(duì)磁導(dǎo)率(μ r，其中μ r = B/ μ oH)，其是材料響應(yīng)于所施加磁場(chǎng)的容易性量度。另外的主要感興趣參數(shù)有矯頑力、飽和磁化強(qiáng)度和電導(dǎo)率。
[0046]由于軟鐵磁材料具有高磁導(dǎo)率、低磁滯和高飽和度，軟鐵磁體結(jié)合霍爾傳感器的使用允許提高由霍爾傳感器進(jìn)行的電流測(cè)量的精度并且篩除可能損害測(cè)得信號(hào)的雜散磁場(chǎng)。
[0047]軟鐵磁體的類型包括鐵硅合金、無(wú)定形納米晶體合金、鎳鐵合金和軟鐵氧體。
[0048]然而，在輪轂電動(dòng)機(jī)內(nèi)可能遇到的高頻下，金屬軟磁材料可能經(jīng)受渦電流損耗。因此，作為陶瓷絕緣子的軟鐵氧體是優(yōu)選的材料。
[0049]每一個(gè)控制模塊部件安裝在控制模塊殼體550內(nèi)，其中，四個(gè)電源母線和六個(gè)相繞組母線安裝在功率用印刷電路板500上、控制模塊殼體550的相對(duì)側(cè)。
[0050]每個(gè)功率襯底510布置為安裝在形成于功率用印刷電路板500中的相應(yīng)的孔中，其中，每個(gè)功率襯底510具有3mm的銅基板600，三相逆變器410形成在銅基板600上。在控制模塊殼體550上還形成有相應(yīng)的孔，以使得當(dāng)控制模塊殼體550安裝于定子時(shí)，用于每個(gè)功率襯底510的銅基板與定子熱沉253直接接觸地放置，從而允許對(duì)每個(gè)功率襯底510的基部直接施加冷卻。
[0051]另外，六個(gè)霍爾傳感器(未示出)安裝在功率用印刷電路板500的下側(cè)，鄰近功率襯底組件510的銅基板，用于測(cè)量與四個(gè)線圈組中的兩個(gè)相關(guān)的相應(yīng)線圈繞組中的電流。霍爾傳感器讀數(shù)被提供給控制用印刷電路板520。
[0052]功率用印刷電路板500包括具有用于形成在功率襯底組件510上的逆變器開關(guān)的驅(qū)動(dòng)器的各種其它部件，但不會(huì)對(duì)這些部件進(jìn)行任何更詳細(xì)的討論。
[0053]第一對(duì)電源母線用于為形成在一個(gè)功率襯底組件510上的逆變器410提供電壓源。第二對(duì)電源母線用于為形成在另一個(gè)功率襯底組件510上的逆變器410提供電壓源。
[0054]對(duì)于每一對(duì)電源母線，一個(gè)電源母線位于形成在功率用電路板500的平面之上的第一平面內(nèi)。另一個(gè)電源母線位于第一平面之上的第二平面內(nèi)。優(yōu)選地，每一對(duì)電源母線布置為是基本共面的。
[0055]六個(gè)相繞組母線位于控制模塊殼體550中、相應(yīng)功率襯底組件510的與電源母線的相對(duì)側(cè)。相繞組母線耦合至每個(gè)逆變器橋臂以耦合至相應(yīng)的線圈繞組，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的(即，相繞組母線耦合至形成在一個(gè)功率襯底組件510上的三相逆變器的每個(gè)橋臂，并且相繞組母線耦合至形成在另一功率襯底組件510上的三相逆變器的每個(gè)橋臂)。
[0056]控制用印刷電路板520布置為安裝在控制模塊殼體550中、功率用印刷電路板500之上。
[0057]控制用印刷電路板520包括處理器420，用于經(jīng)由場(chǎng)定向控制的施加來(lái)控制相應(yīng)逆變器開關(guān)的操作，以允許利用相應(yīng)線圈子組61、62、63上的PWM電壓控制，對(duì)每個(gè)電動(dòng)機(jī)線圈組60供以三相電壓饋送。
[0058]三相電壓供給引起相應(yīng)線圈子組中的電流以及相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的生成，以提供相應(yīng)子電動(dòng)機(jī)的所需轉(zhuǎn)矩。
[0059]另外，每個(gè)控制用印刷電路板520包括允許各個(gè)控制模塊400之間經(jīng)由通信總線進(jìn)行通信的接口裝置，其中一個(gè)控制模塊400布置為與安裝于電動(dòng)機(jī)外部的車輛控制器進(jìn)行通信，其中，安裝于外部的控制器通常向控制模塊400提供所需轉(zhuǎn)矩值。每個(gè)控制模塊400上的處理器420布置為處理接口裝置上的通信。
[0060]如上所述，雖然本實(shí)施例將每個(gè)線圈組60描述為具有三個(gè)線圈子組61、62、63，但本發(fā)明不限于此，并且應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，每個(gè)線圈組60可以具有一個(gè)或多個(gè)線圈子組。
[0061]PWM控制通過(guò)利用電動(dòng)機(jī)電感平均化所施加的脈沖電壓以將所需電流驅(qū)動(dòng)至電動(dòng)機(jī)線圈中來(lái)工作。利用PWM控制，在電動(dòng)機(jī)繞組上切換所施加的電壓。在電動(dòng)機(jī)線圈上切換電壓的期間，電動(dòng)機(jī)線圈中的電流以由電動(dòng)機(jī)線圈的電感和所施加的電壓所規(guī)定的速率增加。PWM電壓控制在電流增加至超過(guò)所需值之前被關(guān)斷，從而允許對(duì)要實(shí)現(xiàn)的電流的精確控制。
[0062]逆變器開關(guān)可以包括諸如MOSFET或IGBT的半導(dǎo)體裝置。在本示例中，開關(guān)包括IGBT。然而，可以采用任何合適的已知開關(guān)電路來(lái)控制電流。這樣的開關(guān)電路的一個(gè)公知示例是三相橋電路，其具有六個(gè)開關(guān)，配置為驅(qū)動(dòng)三相電動(dòng)機(jī)。六個(gè)開關(guān)被配置為三組并聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)，其中，每對(duì)開關(guān)串聯(lián)以形成三相橋電路的橋臂。DC電源耦合在逆變器的橋臂上，其中，電動(dòng)機(jī)的相應(yīng)線圈繞組耦合在相應(yīng)的一對(duì)開關(guān)之間，如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。單相逆變器將具有串聯(lián)布置以形成逆變器的兩個(gè)橋臂的兩對(duì)開關(guān)。
[0063]利用場(chǎng)定向控制，通過(guò)相應(yīng)的控制模塊400在電動(dòng)機(jī)中生成的用于每個(gè)線圈組的三相正弦電壓波形由分開120度的相應(yīng)的電流矢量表示。
[0064]電流矢量表示在三相電流參考系的A、B和C軸中的相應(yīng)定子線圈中的瞬時(shí)電流，其中，定子電流矢量由is=ia+aib+a2i。限定，其中a = e(i*2*n/3)0
[0065]利用閉環(huán)控制系統(tǒng)，在電動(dòng)機(jī)中生成由輸入的iq*值表示的所需轉(zhuǎn)矩τ以及由輸入的id*值表示的所需磁通入。
[0066]閉環(huán)控制系統(tǒng)100通常包括比例積分PI控制器，其位于對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩給定的相應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸入的id*和iq*電流給定與電動(dòng)機(jī)的線圈繞組之間。
[0067]閉環(huán)控制系統(tǒng)100利用安裝在相應(yīng)控制模塊400中的電流傳感器來(lái)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的線圈繞組中的電流流動(dòng)。為了確定相應(yīng)的id和iq電流值，使用Clarke變換和Park變換。
[0068]Clarke變換利用測(cè)得的三相電流值ia、ib和ic來(lái)計(jì)算二相正交定子軸系i α和i β中的電流。然后通過(guò)以下的Park變換來(lái)進(jìn)行Park變換:將兩個(gè)固定坐標(biāo)定子軸i α和i β變換為限定d、q旋轉(zhuǎn)參考系的兩坐標(biāo)非時(shí)變系id和iq。
[0069]在正常的驅(qū)動(dòng)條件下，由轉(zhuǎn)子磁通矢量Ψκ限定的轉(zhuǎn)子相角Θ ^(也被稱為驅(qū)動(dòng)磁體的轉(zhuǎn)子通量角)和定子電氣相角Θ e應(yīng)當(dāng)理想地與q軸對(duì)準(zhǔn)，從而保持轉(zhuǎn)子相角Θ r和定子電氣相角之間的同步。
[0070]為了允許Park變換102導(dǎo)出非時(shí)變變換，轉(zhuǎn)子相角Θ J皮提供給park變換，其中，轉(zhuǎn)子相角Θ r利用安裝在控制裝置80上的轉(zhuǎn)子換向磁體和位置傳感器來(lái)確定。
[0071]從測(cè)得的電流值導(dǎo)出的id和iq值被反饋至相應(yīng)輸入的id*和iq*電流值，其中，計(jì)算基于測(cè)得的id和iq電流和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩給定(即，id*和iq*電流給定)之間的差別的誤差值。
[0072]用于id和iq的相應(yīng)誤差值被供給至相應(yīng)的PI控制器。
[0073]基于提供給相應(yīng)的PI控制器的誤差值，PI控制器確定相應(yīng)的Vd和vq值(即，PI控制器的操縱變量)以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。通過(guò)使用逆Park變換，從vd和vq值導(dǎo)出用于生成在相應(yīng)線圈繞組中流動(dòng)的ia、ib和ic電流的PWM電壓，如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
[0074]FOC計(jì)算通過(guò)控制用印刷電路板上的處理器來(lái)進(jìn)行。
[0075]現(xiàn)將對(duì)控制模塊殼體550內(nèi)的電流傳感器的配置及其至電動(dòng)機(jī)線圈繞組的磁耦合進(jìn)行描述。
[0076]為了允許四個(gè)線圈組60中的兩個(gè)的相應(yīng)線圈繞組耦合至控制模塊殼體550內(nèi)的相應(yīng)相繞組母線，控制模塊殼體550布置為具有六個(gè)孔610，其中，每個(gè)孔的尺寸被設(shè)計(jì)為:當(dāng)控制模塊殼體550安裝于定子熱沉253的平坦部時(shí)，允許線圈繞組的端部延伸至控制模塊殼體550中。
[0077]六個(gè)孔610形成在控制模塊殼體550的外邊緣上，在鄰近定子熱沉253的平坦部安裝的殼體550的一側(cè)。
[0078]形成在控制模塊殼體550中的六個(gè)孔610的大小和位置布置為與線圈繞組的從定子熱沉253的平坦部延伸出的端部的位置和尺寸匹配，從而在控制模塊殼體550安裝在定子熱沉253的平坦部上時(shí)，允許線圈繞組的相應(yīng)端部穿過(guò)孔610延伸。
[0079]在圖7中示出了控制模塊殼體550的局部立體圖。凹部710圍繞形成在控制模塊殼體550中的六個(gè)孔610中的每一個(gè)形成，其中，每個(gè)凹部710的尺寸被設(shè)計(jì)為允許由例如鐵氧體元件的軟鐵磁材料制成的部分環(huán)530位于凹部710內(nèi)。部分環(huán)的頂部布置為:當(dāng)部分環(huán)530安裝在凹部710內(nèi)時(shí)，與控制模塊殼體550的底部基本齊平。軟鐵磁材料的部分環(huán)530具有從環(huán)中移除基本對(duì)應(yīng)于安裝在功率用印刷電路板500上的霍爾傳感器的大小的部分。為了便于當(dāng)線圈繞組通過(guò)孔610時(shí)引導(dǎo)線圈繞組，控制模塊殼體550布置為具有圍繞每個(gè)孔610形成的管部。
[0080]優(yōu)選地，形成在控制模塊殼體550的基部中的凹口 710適于確保軟鐵磁材料的部分環(huán)530在凹口 710內(nèi)僅會(huì)定位在如下的位置:其中，當(dāng)功率用印刷電路板500安裝在控制模塊殼體550內(nèi)時(shí)，環(huán)的移除部與霍爾傳感器在功率用印刷電路板500上安裝的位置對(duì)準(zhǔn)。
[0081]一旦軟鐵磁材料的部分環(huán)530已安裝在形成于控制模塊殼體550的基部中的相應(yīng)凹口 710內(nèi)，功率用印刷電路板500被降至控制模塊殼體中的位置。出于說(shuō)明性目的，為允許清楚地示出安裝在形成于控制模塊殼體550的基部中的凹口 710內(nèi)的軟鐵磁材料530，圖7示出了在沒有首先安裝于功率用印刷電路板的情況下、安裝在形成于控制模塊殼體550中的孔511內(nèi)的功率襯底510。然而，如上所述，在置于控制模塊殼體550中之前，功率襯底將首先安裝于功率用印刷電路板。在功率用印刷電路板500被降至控制模塊殼體550中的位置時(shí)，由于電工鋼的部分環(huán)530與安裝在功率用印刷電路板500上的霍爾傳感器的對(duì)準(zhǔn)，安裝在功率用印刷電路板500上的霍爾傳感器被插入到安裝在控制模塊殼體550中的相應(yīng)部分環(huán)530的移除部中。
[0082]每個(gè)相繞組母線布置為包括耦合部，其中，用于每個(gè)相繞組母線的耦合部布置為圍繞形成在控制模塊殼體550的基部中的相應(yīng)孔610延伸。
[0083]在將組裝后的控制模塊400安裝于定子熱沉253的平坦部時(shí)，從定子熱沉253的平坦表面延伸離開的用于兩個(gè)線圈組60的線圈繞組的相應(yīng)端部(即，六個(gè)線圈繞組端部)穿過(guò)形成在控制模塊殼體550的基部中的相應(yīng)孔610延伸，其中，安裝在控制模塊400中的每個(gè)電流傳感器鄰近線圈繞組的相應(yīng)端部安裝。
[0084]安裝在功率用印刷電路板500上的相繞組母線的相應(yīng)耦合部，耦合至線圈繞組的相應(yīng)端部，其中，任何合適的手段可以用于將相繞組母線的耦合部耦合至線圈繞組的相應(yīng)端部，例如壓接或焊接。
[0085]形成在經(jīng)由相應(yīng)的相繞組母線耦合至第一線圈組60的一個(gè)功率組件510上的逆變器410，布置為控制第一線圈組中的電流。形成在控制模塊400中的另一功率組件510上的另一逆變器410，布置為控制第二線圈組60中的電流，其中，由相應(yīng)的電流傳感器進(jìn)行的電流測(cè)量通過(guò)控制用印刷電路板520上的處理器被用于控制相應(yīng)線圈組60中的電流。
[0086]類似地，第二控制模塊400布置為控制第三和第四線圈組60中的電流。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，包括具有至少一個(gè)線圈繞組的定子，其中，所述定子包括:第一表面，其具有所述至少一個(gè)線圈繞組的沿著離開所述第一表面的方向延伸的一部分；以及控制模塊，其具有帶有第一側(cè)的殼體，所述第一側(cè)布置為安裝于所述定子的第一表面，其中，所述殼體包括控制裝置以及用于檢測(cè)電流流動(dòng)的第一元件，所述控制裝置用于基于由所述第一元件檢測(cè)到的電流流動(dòng)來(lái)控制所述至少一個(gè)線圈繞組中的電流流動(dòng)，其中，所述至少一個(gè)線圈繞組的布置為延伸離開所述第一表面的所述一部分布置為穿過(guò)形成在所述殼體的第一側(cè)的孔延伸，以用于耦合至所述控制裝置，其中，所述第一元件鄰近所述至少一個(gè)線圈繞組的所述一部分安裝在所述殼體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其中，所述第一元件鄰近所述孔或者鄰近所述控制裝置安裝在所述殼體中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其中，所述第一元件安裝在所述殼體中，在所述殼體的第一側(cè)與所述控制裝置之間。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其中，所述至少一個(gè)線圈繞組布置為沿著基于垂直離開所述定子的第一表面的方向延伸。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其中，所述第一元件布置為基本圍繞所述孔延伸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其中，所述第一元件包括霍爾傳感器和軟鐵磁部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其中，所述軟鐵磁部件被配置為環(huán)形，其中，所述環(huán)形的一部分用霍爾傳感器替代。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其中，所述至少一個(gè)線圈繞組的穿過(guò)所述孔延伸的所述一部分布置為基本穿過(guò)所述第一元件的中心延伸。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其中，所述殼體的第一側(cè)包括形成在與鄰近所述定子的第一表面安裝的表面相反的表面上的凹口，以用于安裝所述第一元件。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其中，所述控制裝置是具有逆變器的電路板。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其中，所述定子包括布置為產(chǎn)生所述電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)的線圈組，所述線圈組包括多個(gè)線圈繞組，其中，所述多個(gè)線圈繞組中的每一個(gè)的一部分沿著離開所述定子的第一表面的方向延伸，其中，所述多個(gè)線圈繞組中的每一個(gè)的布置為延伸離開所述定子的第一表面的所述一部分，布置為穿過(guò)形成在所述殼體的第一側(cè)的相應(yīng)孔以及形成在相應(yīng)第一元件中的孔延伸，以用于耦合至所述控制裝置。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其中，所述定子包括布置為產(chǎn)生所述電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)的兩個(gè)線圈組，每個(gè)線圈組包括多個(gè)線圈繞組，其中，所述多個(gè)線圈繞組中的每一個(gè)的一部分沿著離開所述定子的第一表面的方向延伸，其中，所述多個(gè)線圈繞組中的每一個(gè)的布置為延伸離開所述定子的第一表面的所述一部分，布置為穿過(guò)形成在所述殼體的第一側(cè)的相應(yīng)孔以及形成在相應(yīng)第一元件中的孔延伸，以用于耦合至所述控制裝置，其中，第一線圈組的多個(gè)線圈繞組中的電流流動(dòng)經(jīng)由安裝在所述控制裝置上的第一逆變器來(lái)控制，并且第二線圈組的多個(gè)線圈繞組中的電流流動(dòng)經(jīng)由安裝在所述控制裝置上的第二逆變器來(lái)控制。
【文檔編號(hào)】H02K11/00GK104253511SQ201410299525
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】G·歐文 申請(qǐng)人:普羅蒂恩電子有限公司