CN101355341B

CN101355341B - 电动机系统

Info

Publication number: CN101355341B
Application number: CN2008102147240A
Authority: CN
Inventors: S·查克拉巴蒂; S·希蒂
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2028-07-25
Also published as: US20090026895A1; CN101355341A; DE102008034542B4; DE102008034542A1; US7518279B2

Abstract

本发明涉及电动机系统。本发明提供了用于车辆的电动机系统。在一个实施例中，仅仅是通过举例的方式，所述系统包括第一逆变器，第二逆变器，以及电耦合到第一和第二逆变器的发动机。所述发动机包括定子，所述定子包括形成在其中的多个槽和多个绕组。所述多个绕组至少部分地布置在所述槽内，每个绕组都包括第一线圈和第二线圈。所述第一线圈具有第一数量的匝数，所述第二线圈具有第二数量的匝数，所述第二数量的匝数不等于所述第一数量的匝数。每个绕组的第一线圈都电耦合到第一逆变器，每个绕组的第二线圈都电耦合到第二逆变器。

Description

电动机系统

技术领域

本发明的主题大体涉及电动机(electric motor)系统，尤其涉及用于车辆的电动机系统。

背景技术

在包括单发动机(motor)和两个电压源的DC驱动电动机系统中，例如在牵引驱动单元中，通常通过扩大发动机、为发动机增加额外的磁体、或者使用例如传统的升压DC-DC转换器升高可用DC电压来增加系统的功率。然而，更大的发动机需要额外的空间，额外的磁体，形成额外的复杂性，并且升高可用DC电压使得发动机要具有更高的额定电流。

因此，期望提供一种不需增加系统的复杂性或增加发动机尺寸而能够从单发动机系统获得额外功率输出的改进的电动机系统拓扑结构。此外，结合附图以及上述的技术领域和背景技术，根据随后的详细描述和随附的权利要求书本发明主题的其它希望的特征和特性将并变得显而易见。

发明内容

提供了用于车辆的电动机系统。在实施例中，仅仅是通过举例的方式，所述系统包括第一逆变器，第二逆变器，以及电耦合到第一和第二逆变器的发动机。所述发动机包括定子，所述定子包括形成在其中的多个槽和多个绕组。所述多个绕组至少部分地布置在所述槽内，并且包括第一线圈和第二线圈。所述第一线圈具有第一数量的匝数，所述第二线圈具有第二数量的匝数，所述第二数量的匝数不等于所述第一数量的匝数。每个绕组的第一线圈都电耦合到第一逆变器，每个绕组的第二线圈都电耦合到第二逆变器。

附图说明

本发明的主题将在下文中结合以下附图详细描述，其中相同的附图标记表示相同的部件，以及

图1是根据一个实施例的用于车辆的电动机系统的示意图；

图2是图1中包括定子总成的电动机系统的更详细的示意图；

图3是根据一个实施例的发动机的定子总成的平面视图；

图4是根据图3的另一个实施例的发动机的定子总成的平面视图；

图5是根据另一个实施例的图3的发动机的定子总成的平面视图；

图6是根据另一个实施例的图3的发动机的定子总成的平面视图；

图7是根据另一个实施例的图3的发动机的定子总成的平面视图；

图8是根据另一个实施例的图3的发动机的定子总成的平面视图；

图9是根据一个实施例的槽的剖面图。

具体实施方式

下面的详细描述本质上仅仅是示范性的，而不打算限制本发明的主题或本发明主题的应用和使用。此外，也不打算受在前面的技术领域、背景技术、发明内容或下面的详细描述中给出的任何明确表达或隐含的理论的限制。

图1表示用于车辆的电动机系统100。电动机系统100可以在任意电动或混合电动车辆中实施。在这一方面，电动机系统100至少包括发动机102，两个逆变器104、106，和两个电压源108、110。

在实施例中，发动机102是三相发动机并且包括定子总成111和转子总成113。定子总成111包括三个导电绕组114、116、118。转到图2，示出了包括定子总成的系统100的更详细的示意图。每个绕组114、116、118具有两个桥臂L1和L2。每个绕组114、116、118的一个桥臂L1电耦合到第一逆变器104，而每个绕组114、116、118的另一个桥臂L2电耦合到第二逆变器106。

回过来参照图1，转子总成113可以是用在发动机102中的传统转子(例如PM转子或者感应式电机转子)，其可以具有例如定子铁心。在实施例中，发动机102可以额外包括在其中循环的冷却流体(例如冷却剂)(未示出)。

在图1所示的实施例中，每个逆变器104、106可以是三桥臂逆变器，其通过逆变器104、106的开关元件穿过直流链路连接到发动机102上。逆变器104、106每一个都可以包括连接在其中一个电压源108的高压侧124、125和低压侧122之间的第一组开关元件120和连接在另一个电压源110的高压侧124、125和低压侧122之间的第二组开关元件128。该开关元件优选为晶体管，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)或者金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)。在实施例中，保护电容器(未示出)可以连接在电压源108、110的高压侧124和低压侧122之间。

第一组开关元件120的晶体管130、132、134连接在高压侧124、125和第一组节点136、138、140的那些相应节点之间，每个节点136、138、140都连接到发动机102的该多个绕组114、116、118中的其中一个绕组的第一绕组端部。第一组开关元件120的晶体管131、133、135连接在低压侧122和第一组节点136、138、140的那些相应节点之间。

根据所述实施例，第二组开关元件128的晶体管142、144、146连接在高压侧124、125和第二组节点148、150、152的那些相应节点之间，每个节点148、150、152都连接到发动机102的该多个绕组114、116、118中的其中一个绕组的第二绕组端部。晶体管143、145、147连接在低压侧122和第二组节点148、150、152的那些相应节点之间。

如上所述，电压源108、110分别电耦合到相应的逆变器104、106，并电耦合到发动机102，以及每个电压源108、110被配置为向相应的逆变器104、106传递DC电流。在实施例中，一个电压源(“第一电压源”)108可以是燃料电池，另一个电压源(“第二电压源”)110可以是蓄电池。在这种情况下，燃料电池或者第一电压源108可以向发动机102以及蓄电池或者第二电压源110供给功率或者释放功率(discharge power)，而第二电压源110可以向发动机102释放功率以及可以由第一电压源108为其供给功率或者通过第一电压源108为其充电。因为第一电压源108可以释放功率，第二电压源110既可以释放功率又可以被充电，将其相应的逆变器104、106电耦合到发动机102的绕组114、116、118的额定电流可以配置为使得每个都具有不同的最大载流容量。因此在实施例中，绕组114、116、118的额定电流可以不相等。

为了在使用额定功率不相等的绕组114、116、118的电动机系统100中优化功率分配和使用，每个绕组114、116、118被分成两个线圈，在实施例中，每个线圈端部都是桥臂L1或者L2，每个线圈都被配置为彼此电隔离，以及每个线圈都具有不同的额定电流。如上述简要提及的，逆变器104、106电耦合到发动机102，使得每个绕组114、116、118的一个桥臂L1电耦合到第一逆变器104，而每个绕组114、116、118的另一个桥臂L2电耦合到第二逆变器106。

另外参照图3-5，提供了根据不同实施例的发动机102的定子总成111的平面视图。应当理解的是，为了便于说明而提供的平面视图示出了额定电流不相等的绕组114、116、118是如何布置在定子总成111中的，并且所述定子总成111可以形成为圆柱体。无论如何，定子总成111包括定子115，多个槽1-12，以及绕组114、116、118。虽然在定子115中示出了13个槽，应当理解的是，本发明可选地可以包括不同数量的槽。绕组114、116、118至少部分地布置在槽1-12内，并且每个绕组114、116、118都由两个线圈构成。绕组114包括线圈A1和线圈A2，绕组116包括线圈B1和线圈B2，绕组118包括线圈C1和线圈C2。应当理解的是，每个线圈都在槽之间形成一匝或多匝。

在实施例中，绕组114、116、118可以布置在定子总成111中，使得同一绕组的两个线圈之间没有相位差。例如，如图3所示，绕组114的线圈A1具有连接到第一逆变器104的桥臂L1，并在第一对不相邻的槽(例如槽1和7)内形成数匝。在第一对不相邻的槽(例如槽1和7)内形成数匝后，线圈A1然后在第二对不相邻的槽内形成数匝，其中第二槽(例如槽2)与第一对不相邻的槽的第一槽(例如槽1)相邻，第二槽(例如槽8)与第一对不相邻的槽的第二槽(例如槽7)相邻。然后绕组114的桥臂L2连接到第二逆变器106。

线圈A2可以布置在线圈A1上。应当理解的是，空间术语或短语，例如“在......上”、“在......下”或者“在......上面”，仅用来提供两个部件之间的空间关系，但所述部件不受这种关系限制。因此线圈A2类似地具有连接到第一逆变器104的桥臂L1，并在第一对不相邻的槽(例如槽1和7)内形成数匝。在第一对不相邻的槽(例如槽1和7)内形成数匝后，线圈A2然后在第二对不相邻的槽(例如槽2和8)内形成数匝。然后线圈A2的桥臂L2连接到第二逆变器106。

转到图4，提供了根据另一个实施例的发动机102的定子总成111的平面视图。定子总成111包括两个绕组114和116。如图4所示，绕组116的线圈B1在第三对不相邻的槽(例如槽3和9)内形成数匝，所述第三对不相邻的槽设置为使得第二对不相邻的槽位于第一对和第三对不相邻的槽之间。在第三对不相邻的槽内形成数匝后，线圈B1在第四对不相邻的槽(例如槽4和10)内形成数匝，所述第四对不相邻的槽设置为使得第三对不相邻的槽位于第二对和第四对不相邻的槽之间。线圈B1的桥臂L1连接到第一逆变器104，线圈B1的桥臂L2连接到第二逆变器106。线圈B2布置在线圈B1上。因此线圈B2类似地具有连接到第一逆变器104的桥臂L1，并在第三对不相邻的槽(例如槽3和9)内形成数匝。在第三对不相邻的槽(例如槽3和9)内形成数匝后，线圈B2然后在第四对不相邻的槽(例如槽4和10)内形成数匝。然后线圈B2的桥臂L2连接到第二逆变器106。

图5是根据一个实施例提供的发动机102的定子总成111的另一个平面视图。这里示出了绕组114、116、118。绕组118的线圈C1在第五对不相邻的槽(例如槽5和11)内形成数匝，所述第五对不相邻的槽设置为使得第四对不相邻的槽位于第三对和第五对不相邻的槽之间。在第五对不相邻的槽内形成数匝后，线圈C1在第六对不相邻的槽(例如槽6和12)内形成数匝，所述第六对不相邻的槽设置为使得第四对不相邻的槽位于第三对和第六对不相邻的槽之间。线圈C1的桥臂L1连接到第一逆变器104，线圈C1的桥臂L2连接到第二逆变器106。线圈C2布置在线圈C1上。因此线圈C2类似地具有连接到第一逆变器104的桥臂L1，并在第五对不相邻的槽(例如槽5和11)内形成数匝。在第五对不相邻的槽(例如槽5和11)内形成数匝后，线圈C2然后在第六对不相邻的槽(例如槽6和12)内形成数匝。然后线圈C2的桥臂L2连接到第二逆变器106。

在图6-8所示的其它实施例中，绕组114、116、118可以布置在定子总成111中，其中在同一绕组的两个线圈之间存在相当于一个槽的相位差。图6是根据又一个实施例的发动机的定子总成的平面视图。在这个实施例中，定子总成111包括这里示出的多个槽1-13和绕组114。绕组114的线圈A1具有连接到第一逆变器114的桥臂L1，并在第一对不相邻的槽(例如槽1和7)内形成数匝。在第一对不相邻的槽(例如槽1和7)内形成数匝后，线圈A1在第二对不相邻的槽(例如槽2和8)内形成数匝，其中第一槽(例如槽2)与第一对不相邻的槽的第一槽(例如槽1)相邻，第二槽(例如槽8)与第一对不相邻的槽的第二槽(例如槽7)相邻。然后线圈A1的桥臂L2连接到第二逆变器106。绕组114的线圈A2在第二对不相邻的槽(例如槽2和8)内形成数匝，并具有连接到第一逆变器104的桥臂L1。然后线圈A2在第三对不相邻的槽(例如槽3和9)内形成数匝，其中第三对不相邻的槽设置为使得第二对不相邻的槽位于第一对和第三对不相邻的槽之间。线圈A2的桥臂L2连接到第二逆变器106。

图7是根据又一个实施例的发动机的定子总成的平面视图。这里示出了绕组114和116。线圈B1的桥臂L1连接到第一逆变器104并在第三对不相邻的槽(例如槽3和9)内形成数匝。然后线圈B1继续在第四对不相邻的槽(例如槽4和10)内形成数匝，所述第四对不相邻的槽设置为使得第三对不相邻的槽位于第二对和第四对不相邻的槽之间。线圈B 1的桥臂连接到第二逆变器106。绕组116的线圈B2在第四对不相邻的槽内形成数匝，并具有连接到第一逆变器104的桥臂L1。然后线圈B2在第五对不相邻的槽(例如槽5和11)内形成数匝，其中第五对不相邻的槽设置为使得第四对不相邻的槽位于第三对和第五对不相邻的槽之间。线圈B2的桥臂L2连接到第二逆变器106。

图8是根据又一个实施例的发动机的定子总成的平面视图。这里示出了绕组114、116、118。绕组118的线圈C1的桥臂L1连接到第一逆变器104并在第五对不相邻的槽(例如槽5和11)内形成数匝。然后线圈C1继续在第六对不相邻的槽(例如槽6和12)内形成数匝，所述第六对不相邻的槽设置为使得第五对不相邻的槽位于第四对和第六对不相邻的槽之间。线圈C1的桥臂连接到第二逆变器106。绕组118的线圈C2在第六对不相邻的槽(例如槽5和11)内形成数匝，并具有连接到第一逆变器104的桥臂L1。然后线圈C2在第七对不相邻的槽(例如槽6和12)内形成数匝，其中第七对不相邻的槽设置为使得第六对不相邻的槽位于第五对和第七对不相邻的槽之间。线圈C2的桥臂L2连接到第二逆变器106。

不管实施例如何，因为绕组114、116、118配置为具有不同的额定电流，每个线圈A1、A2、B1、B2、C1、C2所绕的匝数可以不同。具体地，定子总成111配置为使得第一线圈A1、B1、C1在槽1-12内形成第一数量的匝数，第二线圈A2、B2、C2在槽1-12内形成第二数量的匝数，第二数量的匝数不等于第一数量的匝数。在图9表示的实施例中，提供了槽900的剖面图。槽900包括由线圈A1组成的第一层902和由线圈A2组成的第二层904。从图中可以看到，缠绕线圈A1使得其在槽900内有3匝。缠绕线圈A2使得其在槽900内有9匝。应当理解的是，虽然线圈A2被描述为布置在线圈A1上，但并不总是这样。而且，线圈B1可以布置在线圈B2之上或之下，线圈C1可以布置在线圈C2之上或之下。另外，线圈的匝数可以与图示中的不同。

现在提供了一种电动机系统拓扑结构，其可以不增加系统的复杂性而能够从单发动机系统获得额外的功率输出。另外，所述系统拓扑结构可以应用在车辆中而不增加发动机尺寸。所述拓扑结构也可以不包含转换器而提供与具有从单DC电压源供给功率的三相功率转换器和三相牵引发动机的传统牵引驱动系统相似的能力)。

虽然在前面的详细描述中给出了至少一个示范性实施例，但应当理解的是存在大量的变化。也应当理解的是，一个或多个示范性实施例仅仅是例子，并不打算以任何方式限制本发明主题的范围、应用或配置。另外，前面的详细描述为本领域技术人员实施该一个或多个示范性实施例提供了便利的途径。应当理解的是，在不偏离如随附权利要求书及其法定等同物所限定的本发明主题的范围的前提下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

Claims

1.一种用于车辆的电动机系统，包括：

第一逆变器；

第二逆变器；

电耦合到第一逆变器和第二逆变器的发动机，所述发动机包括：

定子，所述定子包括形成在其中的多个槽；以及

多个绕组，所述多个绕组至少部分地布置在所述槽内，并包括第一绕组，所述第一绕组包括第一线圈和第二线圈，所述第一绕组第一线圈的至少一部分布置在第一对不相邻的槽和第二对不相邻的槽内，其中所述第二对不相邻的槽的第一槽设置为与所述第一对不相邻的槽的第一槽相邻，所述第二对不相邻的槽的第二槽与所述第一对不相邻的槽的第二槽相邻；以及所述第一绕组第二线圈的至少一部分被布置在所述第一绕组第一线圈之上第一对和第二对不相邻的槽内，所述第一线圈具有第一数量的匝数，所述第二线圈具有第二数量的匝数，所述第二数量的匝数不等于第一数量的匝数，每个绕组具有两个桥臂，每个绕组的一个桥臂电耦合到所述第一逆变器，并且每个绕组的另一个桥臂电耦合到所述第二逆变器。

2.根据权利要求1所述的电动机系统，其中：

所述多个绕组进一步包括第二绕组，所述第二绕组包括第一线圈和第二线圈；

所述第二绕组第一线圈的至少一部分布置在第三对不相邻的槽和第四对不相邻的槽内，所述第三对不相邻的槽设置为使得第二对不相邻的槽位于第一对和第三对不相邻的槽之间，以及所述第四对不相邻的槽设置为使得第三对不相邻的槽位于第二对和第四对不相邻的槽之间；以及

所述第二绕组第二线圈的至少一部分被布置在所述第二绕组第一线圈之上第三对和第四对不相邻的槽内。

3.根据权利要求2所述的电动机系统，其中：

所述多个绕组进一步包括第三绕组，所述第三绕组具有第一线圈和第二线圈；

所述第三绕组第一线圈的至少一部分布置在第五对不相邻的槽和第六对不相邻的槽内，所述第五对不相邻的槽设置为使得第四对不相邻的槽位于第三对和第五对不相邻的槽之间，以及所述第六对不相邻的槽设置为使得第五对不相邻的槽位于第四对和第六对不相邻的槽之间；以及

所述第三绕组第二线圈的至少一部分被布置在第三绕组第一线圈之上第五对和第六对不相邻的槽内。

4.根据权利要求1所述的电动机系统，其中第一和第二逆变器具有公共接地。

5.根据权利要求1所述的电动机系统，进一步包括：

第一电压源，所述第一电压源电耦合到第一逆变器；以及

第二电压源，所述第二电压源电耦合到第二逆变器。

6.根据权利要求1所述的电动机系统，其中：

第一电压源包括燃料电池；以及

第二电压源包括蓄电池。

7.一种用于车辆的电动机系统，包括：

第一逆变器；

第二逆变器；

电耦合到第一和第二逆变器的发动机，所述发动机包括：

定子，所述定子包括形成在其中的多个槽；以及

多个绕组，所述多个绕组至少部分地布置在所述槽内，所述多个绕组包括第一绕组，所述第一绕组包括第一线圈和第二线圈，所述第一绕组第一线圈的至少一部分布置在第一对不相邻的槽和第二对不相邻的槽内，其中所述第二对不相邻的槽的第一槽与所述第一对不相邻的槽的第一槽相邻，所述第二对不相邻的槽的第二槽与所述第一对不相邻的槽的第二槽相邻，所述第一绕组第二线圈的至少一部分被布置在第二对不相邻的槽和第三对不相邻的槽内，所述第三对不相邻的槽设置为使得第二对不相邻的槽位于第一对和第三对不相邻的槽之间，所述第一线圈具有第一数量的匝数，以及所述第二线圈具有第二数量的匝数，所述第二数量的匝数不等于所述第一数量的匝数，每个绕组具有两个桥臂，每个绕组的一个桥臂电耦合到所述第一逆变器，并且每个绕组的另一个桥臂电耦合到所述第二逆变器。

8.根据权利要求7所述的电动机系统，其中：

所述多个绕组进一步包括第二绕组，所述第二绕组具有第一线圈和第二线圈；

所述第二绕组第一线圈的至少一部分布置在第三对不相邻的槽和第四对不相邻的槽内，所述第四对不相邻的槽设置为使得第三对不相邻的槽位于第二对和第四对不相邻的槽之间；以及

所述第二绕组第二线圈的至少一部分布置在第四对不相邻的槽和第五对不相邻的槽内，所述第五对不相邻的槽设置为使得第四对不相邻的槽位于第三对和第五对不相邻的槽之间。

9.根据权利要求8所述的电动机系统，其中：

所述第三绕组第一线圈的至少一部分布置在第五对不相邻的槽和第六对不相邻的槽内，所述第六对不相邻的槽设置为使得第五对不相邻的槽位于第四对和第六对不相邻的槽之间；以及

所述第二绕组第二线圈的至少一部分布置在第六对不相邻的槽和第七对不相邻的槽内，所述第七对不相邻的槽设置为使得第六对不相邻的槽位于第五对和第七对不相邻的槽之间。

10.根据权利要求7所述的电动机系统，其中第一和第二逆变器具有公共接地。