CN101917086B - 电机装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机装置，包括：多个电机，其中，相邻的两个电机的输出轴连接在一起。本发明还公开了一种电机装置，包括：电机，包括多个定子和与多个定子一一对应的多个转子。根据本发明，可以实现一种电机装置，其更加有效节能，更加安全可靠，并且制造成本更加低廉。
Description
技术领域
本发明涉及电机驱动技术，具体而言，涉及一种电机装置。
背景技术
目前，市场现有观光车、高尔夫球车等系列交通工具的驱动系统基本上都是采用串励、他励等形式电机，采用上述电机的缺点有：
1、电机重量(同比)比较重，功率密度不高，不利于车辆轻量化处理。
2、电机传动效率较低，基本在80％以下甚至更低，导致续行里程短，大部分能量以热量形式散发。随着时间推移碳刷损耗越来越严重，效率更低，耗电量更大，电机工作处于恶性环境中。
3、工作电流比较大，一般限流在200A以上，对电池冲击较大，影响电池寿命，并对电路设计及抗干扰能力要求较高，对元器件稳定性、寿命影响较大。
4、电机在负载较大(爬坡)时，工作电流较大，因为有励磁绕组与电枢绕组2组线圈需要供电，此时耗电量大。长时间工作电机散热不佳容易造成电机烧毁，传动失效的现象。
5、电机生产制造工艺一致性控制比较难。(如：扁铜片生产报废率较高)
6、电机售后需定期维护(一般2年需更换碳刷)，增加售后维护成本。
7、电机成本比较高。
因此，需要一种新的方式，能够提高电机能量转换效率，更节能，更环保，使得续行里程更长；使得电机传动的功率密度高，系统安全可靠，利于车辆的轻量化处理，使得行驶电流更低；使电机长时间工作不出现任何不良现象，散热性能好；保证电机工艺生产稳定性、一致性，降低电机生产成本保证市场竞争力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种新的方式，能够解决以下问题至少之一：提高电机能量转换效率，更节能，更环保，使得续行里程更长；使得电机传动的功率密度高，系统安全可靠，利于车辆的轻量化处理，使得行驶电流更低；使电机长时间工作不出现任何不良现象，散热性能好；保证电机工艺生产稳定性、一致性，降低电机生产成本保证市场竞争力。
有鉴于此，本发明提供了一种电机装置，包括：多个电机，其中，相邻的两个电机的输出轴连接在一起。通过该技术方案，多个电机可以根据需要(如功率)进行灵活组合，并且每个电机接收的电流更小，避免了大电流输入单个普通电机时产生的高热量、低效能的情况。
在上述技术方案中，优选地，还包括：控制器，连接至所述多个电机，控制所述多个电机的工作；蓄电池，连接至所述控制器，所述蓄电池的电能经所述控制器传输至所述多个电机；调速器，连接至所述控制器，发送调速信号至所述控制器，所述控制器根据所述调速信号，调节所述蓄电池输入至所述多个电机的电能，以控制所述多个电机进行工作。
在上述技术方案中，优选地，所述控制器包括多个子控制器，每个子控制器均连接至所述多个电机中的对应的电机，其中，所述每个子控制器均根据所述调速信号，调节所述蓄电池输入至所述对应的电机的电能，以控制所述对应的电机进行工作。
在上述技术方案中，优选地，所述控制器控制任一子控制器截断所述蓄电池对所述任一子控制器对应的电机供电，使得所述任一子控制器对应的电机停止工作。通过该技术方案，可在有电机出现故障时或输入各电机的电流过低时，停止一个或多个电机的工作。
在上述技术方案中，优选地，无所述蓄电池供电的电机的输出轴旋转时，所述无所述蓄电池供电的电机将产生的电能输入至所述蓄电池。通过该技术方案，可有效节省蓄电池的电能。
在上述技术方案中，优选地，每个电机的输出轴的一端具有内花键，另一端具有外花键，所述相邻的两个电机的一个输出轴的内花键与另一个输出轴的外花键实现花键连接。
在上述技术方案中，优选地，所述相邻的两个电机的外壳连接在一起。
在上述技术方案中，优选地，每个电机的外壳的一侧具有凹坑，另一侧具有凸台，所述相邻的两个电机中，一个电机的外壳的凹坑与另一个电机的外壳的凸台相结合以实现止口定位。
在上述技术方案中，优选地，所述相邻的两个电机的外壳通过连接件连接在一起。
在上述技术方案中，优选地，所述多个电机位于电动车的后悬挂减速箱系统上。
在上述技术方案中，优选地，所述控制器、所述蓄电池和所述调速器均固定于所述电动车的车架上。
在上述技术方案中，优选地，所述多个电机包括的电机的数量为两个或三个。
本发明还提供了一种电机装置，包括：电机，包括多个定子和与所述多个定子一一对应的多个转子。通过该技术方案，对输入电机的电流进行了分流，避免了大电流输入单个电枢绕组时产生的高热量、低效能的情况。
在上述技术方案中，优选地，还包括：控制器，连接至所述电机中的多个定子，控制所述多个转子的转动；蓄电池，连接至所述控制器，所述蓄电池的电能经所述控制器传输至所述多个定子上的电枢绕组；调速器，连接至所述控制器，发送调速信号至所述控制器，所述控制器根据所述调速信号，调节所述蓄电池输入至所述多个定子上的电枢绕组的电能，控制所述多个转子的转动。
在上述技术方案中，优选地，所述控制器包括多个子控制器，每个子控制器均连接至所述多个定子中的对应的定子，其中，每个子控制器均根据所述调速信号，调节所述蓄电池输入至所述对应的定子上的电枢绕组的电能，以控制与所述对应的定子对应的转子进行转动。
根据上述技术方案，可以实现一种电机装置，其更加有效节能，更加安全可靠，并且制造成本更加低廉。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的电机装置的结构示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的另一电机装置的结构示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的电机装置的结构示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的电机装置的输出轴的连接处的示意图；
图5A和5B是根据本发明的一个实施例的电机装置中的子控制器和对应的电机的工作原理示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
图1是根据本发明的一个实施例的电机装置的示意图。
如图1所示，本发明提供了一种电机装置，包括：多个电机100，其中，相邻的两个电机的输出轴102连接在一起。通过该技术方案，多个电机可以根据需要(如功率)进行灵活组合，并且每个电机接收的电流更小，避免了大电流输入单个普通电机时产生的高热量、低效能的情况。
在上述技术方案中，还包括：控制器，连接至所述多个电机100，控制所述多个电机100的工作；蓄电池，连接至所述控制器，所述蓄电池的电能经所述控制器传输至所述多个电机100；调速器，连接至所述控制器，发送调速信号至所述控制器，所述控制器根据所述调速信号，调节所述蓄电池输入至所述多个电机100的电能，以控制所述多个电机100进行工作。
在上述技术方案中，所述控制器包括多个子控制器，每个子控制器均连接至所述多个电机100中的对应的电机，其中，所述每个子控制器均根据所述调速信号，调节所述蓄电池输入至所述对应的电机的电能，以控制所述对应的电机进行连续工作。
在上述技术方案中，所述控制器控制任一子控制器截断所述蓄电池对所述任一子控制器对应的电机供电，使得所述任一子控制器对应的电机停止工作。通过该技术方案，可在有电机出现故障时或输入各电机的电流过低时，停止一个或多个电机的工作。
在上述技术方案中，无所述蓄电池供电的电机的输出轴旋转时，所述无所述蓄电池供电的电机将产生的电能输入至所述蓄电池。通过该技术方案，可有效节省蓄电池的电能。
在上述技术方案中，每个电机的输出轴102的一端具有内花键，另一端具有外花键，所述相邻的两个电机的一个输出轴的内花键与另一个输出轴的外花键实现花键连接。
在上述技术方案中，所述相邻的两个电机的外壳连接在一起。
在上述技术方案中，每个电机的外壳的一侧具有凹坑，另一侧具有凸台，所述相邻的两个电机中，一个电机的外壳的凹坑与另一个电机的外壳的凸台相结合以实现止口定位。
在上述技术方案中，所述相邻的两个电机的外壳通过连接件连接在一起。
在上述技术方案中，所述多个电机100位于电动车的后悬挂减速箱系统上。
在上述技术方案中，所述控制器、所述蓄电池和所述调速器均固定于所述电动车的车架上。
在上述技术方案中，所述多个电机100包括的电机的数量为两个或三个。
图2是根据本发明的一个实施例的另一电机装置的结构示意图。
如图2所示，本发明还提供了一种电机装置，包括：电机，包括多个定子202和与所述多个定子202一一对应的多个转子204。通过该技术方案，对输入电机的电流进行了分流，避免了大电流输入单个电枢绕组时产生的高热量、低效能的情况。
在上述技术方案中，优选地，还包括：控制器，连接至所述电机中的多个定子202，控制所述多个转子204的转动；蓄电池，连接至所述控制器，所述蓄电池的电能经所述控制器传输至所述多个定子202上的电枢绕组；调速器，连接至所述控制器，发送调速信号至所述控制器，所述控制器根据所述调速信号，调节所述蓄电池输入至所述多个定子202上的电枢绕组的电能，控制所述多个转子204的转动。
在上述技术方案中，优选地，所述控制器包括多个子控制器，每个子控制器均连接至所述多个定子202中的对应的定子，其中，每个子控制器均根据所述调速信号，调节所述蓄电池输入至所述对应的定子上的电枢绕组的电能，以控制与所述对应的定子对应的转子进行转动。
图3是根据本发明的一个实施例的电机装置的结构示意图。
如图3所示，图中直流无刷中置电机302与直流无刷中置电机304连接在一起组成双电机作为驱动动力。
中置无刷直流电机302与中置无刷直流电机304一起工作组成新型双电机驱动系统，当双电机驱动系统处于正常工作或负载较大时，蓄电池308会通过控制器306(包括两个子控制器，未示出，能够对对应的电机进行供电控制)对双电机驱动系统供电，此时电流经过控制器306后一分为二对双电机驱动系统进行供电，驱动双电机运转。此时双电机驱动系统起到分流的作用，提高电机在大功率工作时的传动效率，大大降低了大电流在单台电机内产生的温升及损耗问题。
以下进行具体说明：首先将大功率直流无刷中置双电机302和304安装在电动车的差速桥上，固定好，再将大功率直流无刷中置双电机302和304的引出线与双电控制器306的相线及霍尔引出线对应相接。蓄电池308的正负极及调速器310也分别与双电控制器306对应相接等系列电路对接完成后，确认引线相接无误。启动电门锁，再用脚踩踏调速器310，此时，双电控制器306会对调速器310信号进行判断(调速器由一只线性霍尔0-5V变化，通过输出电压信号来调整输入电机的电压占空比，实现调速的目的)。
本实施例中的电机装置的工作原理如下：
在中置直流无刷电机302和304中，电枢绕组被设置在定子上，永磁体磁极被设置在转子上。定子各相电枢绕组相对转子永磁体的位置，由转子位置传感器(霍尔元件)通过电磁方式所感知；并利用其输出信号，通过电子换向电路(控制器)，按照一定的逻辑程序去驱动与电枢绕组相连接的相应的功率开关晶体管，把电流开关或换向到相应的电枢绕组，随着转子的转动，转子位置传感器不断地发送出信号，致使电枢绕组不断地依次通电，不断地改变通电状态，从而使得在某一磁极下的线圈导体中通过的电流方向始终不变。
在上述换相原理后，控制电路根据电机外界负载情况，确定蓄电池308总输入电压、电流参数，通过双电控制器306对大功率直流无刷中置双电机302和304中每个电机负载状况分析后，双电控制器306将总电流分开分别进入大功率直流无刷中置双电机302和304的每一个，此时进入电机的电流减半，实现分流驱动的目的。从而实现电机稳定、连续运转。驱动电动车稳定行驶。
本实施例中的电机装置与传动电机的对比如下表：
如果将注入普通电机的电流注入到本实施例的电机装置中，经过分流，电流分开注入到两个电机中带动两个电机共同旋转。通过上表中的实验数据可以看出，在注入几乎相同的电流的情况下，本实施例中的电机装置的转速更快，效率更高，输入功率也更大。
图4是根据本发明的一个实施例的电机装置的输出轴的连接处的示意图。
如图4所示，每个电机的输出轴的一端具有内花键，另一端具有外花键。
所述相邻的两个电机的一个输出轴402的内花键与另一个输出轴404的外花键实现花键连接。通过该种方式，使得两个输出轴紧密连接，从而实现相邻的两个电机的共同旋转。
图5A和5B是根据本发明的一个实施例的电机装置中的子控制器和对应的电机的工作原理示意图。
直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°，这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多，提升驱动电机的性能。微处理机速度亦越来越快，可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直交坐标系统中，适当控制交流电机在两轴电流分量，达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。
此外已有很多微处理机将控制电机必需的功能做在芯片中，而且体积越来越小；像模拟/数字转换器(Analog-to-digital converter，ADC)、脉冲宽度调制(pulse wide modulator，PWM)…等。本实施例中的电机为直流无刷电机，即是以电子方式控制交流电机换相，得到类似直流电机特性又没有直流电机机构上缺失的一种应用。
电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响：N＝120.f/P。在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。
本实施例中的子控制器即是用于控制对应的电机的定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心502反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。
本实施例中的子控制器包括电源部及控制部，如图5A所示：电源部提供三相电源给电机，控制部则依需求转换输入电源频率。
电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220V)，如果输入是交流电就得先经转换器(converter)504转成直流。不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器(inverter)506转成3相电压来驱动电机。换流器(inverter)506一般由6个功率晶体管(Q1～Q6)分为上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂(Q2、Q4、Q6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制部则由控制中心502提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)506换相的时机。直流无刷电机一般希望在使用中，在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall-sensor)508，作为速度之闭回路控制，同时也作为相序控制的依据。
要让电机转动起来，首先控制部就必须根据霍尔传感器508感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)506中功率晶体管的顺序，如图5B所示，换流器(inverter)中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到霍尔传感器(hall-sensor)506感应出另一组信号的位置时，控制中心502通过PWM脉冲带宽调制又再开启换流器506中的下一组功率晶体管，如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制中心502决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管)；要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。
基本上功率晶体管的开法可举例如下，如图5B所示：
AH、BL一组→AH、CL一组→BH、CL一组→BH、AL一组→CH、AL一组→CH、BL一组
但绝不能开成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因为电子零件总有开关的响应时间，所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去，否则当上臂(或下臂)尚未完全关闭，下臂(或上臂)就已开启，结果就造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。
当电机转动起来，控制中心502会再根据子控制器设定的速度及加/减速率所组成的命令(Command)与霍尔传感器(hall-sensor)508信号变化的速度加以比对(或由软件运算)再来决定由下一组(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)开关导通，以及导通时间长短。速度不够则开长，速度过头则减短，此部份工作就通过PWM脉冲带宽调制方式来完成。
根据本发明的技术方案，可以实现一种电机装置，具有以下优点：相比单台电机的驱动，本发明的电机装置效率平台更宽，更省电；多电机工作时可以起到分流的作用，弥补电机在大电流工作时效率的牺牲及损耗，保证电机高效率输出，而且经过分流之后，减少了大电流对单台电机的冲击，电机的稳定性及元器件寿命大大增强，整体提高电机使用寿命；由于多电机分流处理，大大降低了大电流工作对单台电机的温升影响，使得多电机大电流工作时温升远比单台电机工作小得多；因多电机启动时分流，避免了大电流对单台电机的冲击，启动转矩波动得到控制，启动平顺。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种电机装置，其特征在于，包括：
多个电机，其中，相邻的两个电机的输出轴连接在一起；
控制器，连接至所述多个电机，控制所述多个电机的工作；
蓄电池，连接至所述控制器，所述蓄电池的电能经所述控制器传输至所述多个电机；
调速器，连接至所述控制器，发送调速信号至所述控制器，
所述控制器根据所述调速信号，调节所述蓄电池输入至所述多个电机的电能，以控制所述多个电机进行工作，其中，
所述控制器包括多个子控制器，每个子控制器均连接至所述多个电机中的对应的电机，其中，所述每个子控制器均根据所述调速信号，调节所述蓄电池输入至所述对应的电机的电能，以控制所述对应的电机进行工作。
2.根据权利要求1所述的电机装置，其特征在于，所述控制器控制任一子控制器截断所述蓄电池对所述任一子控制器对应的电机供电，使得所述任一子控制器对应的电机停止工作。
3.根据权利要求2所述的电机装置，其特征在于，无所述蓄电池供电的电机的输出轴旋转时，所述无所述蓄电池供电的电机将产生的电能输入至所述蓄电池。
4.根据权利要求1所述的电机装置，其特征在于，每个电机的输出轴的一端具有内花键，另一端具有外花键，所述相邻的两个电机的一个输出轴的内花键与另一个输出轴的外花键实现花键连接。
5.根据权利要求1所述的电机装置，其特征在于，所述相邻的两个电机的外壳连接在一起。
6.根据权利要求5所述的电机装置，其特征在于，每个电机的外壳的一侧具有凹坑，另一侧具有凸台，所述相邻的两个电机中，一个电机的外壳的凹坑与另一个电机的外壳的凸台相结合以实现止口定位。
7.根据权利要求5所述的电机装置，其特征在于，所述相邻的两个电机的外壳通过连接件连接在一起。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电机装置，其特征在于，所述多个电机位于电动车的后悬挂减速箱系统上。
9.根据权利要求8所述的电机装置，其特征在于，所述控制器、所述蓄电池和所述调速器均固定于所述电动车的车架上。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的电机装置，其特征在于，所述多个电机包括的电机的数量为两个或三个。
11.一种电机装置，其特征在于，包括：
电机，包括多个定子和与所述多个定子一一对应的多个转子；
控制器，连接至所述电机中的多个定子，控制所述多个转子的转动；
蓄电池，连接至所述控制器，所述蓄电池的电能经所述控制器传输至所述多个定子上的电枢绕组；
调速器，连接至所述控制器，发送调速信号至所述控制器，
所述控制器根据所述调速信号，调节所述蓄电池输入至所述多个定子上的电枢绕组的电能，控制所述多个转子的转动，其中，
所述控制器包括多个子控制器，每个子控制器均连接至所述多个定子中的对应的定子，其中，每个子控制器均根据所述调速信号，调节所述蓄电池输入至所述对应的定子上的电枢绕组的电能，以控制与所述对应的定子对应的转子进行转动。
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Legal Events
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