CN102596609B - 多感应电动机和车辆 - Google Patents

Abstract

一种新颖的多感应电动机和车辆，其存储电能；从存储的电能提供第一和第二直流电力输入；分别单独地从第一和第二直流电力输入生成第一和第二同步的可变频率交流控制信号；分别响应于第一和第二可变频率交流控制信号生成第一和第二同步旋转磁场；响应于第一旋转磁场围绕第一感应转子中的导体感应出第一感应磁场；响应于第二旋转磁场围绕第二感应转子中的导体感应出第二感应磁场；在第一和第二旋转磁场与第一和第二感应磁场之间向所述轴施加第一和第二旋转作用力；并且向驱动轮传送第一和第二旋转作用力。

Description

多感应电动机和车辆

技术领域

本发明总体涉及电动机，更具体地说涉及如在电动车辆中使用的感应电动机。

背景技术

对依赖不可再生能源来为我们的交通部门供能的反对，以及对依赖外来能源的反对，与日俱增。美国长期以来依赖于石油产品来为交通提供动力。然而，在最近60年，美国已从能源独立变成70％依赖于外来能源。出于环境和安全忧虑，一直在寻求降低对外来石油基产品的依赖的替代方案。完全或者部分地通过电力供能的车辆提供了对这些忧虑的一种解决方案。

设计大型电动道路车辆的一个主要障碍涉及牵引电动机。三相交流感应电动机是坚固和可靠的。它们能够高效地将电能转变成机械运动。然而，常规交流(AC)电动机需要高电压和电流水平来获得以令人满意的方式移动大型车辆所必需的输出扭矩。满足这些需求会增大安全风险，并且对电动机驱动控制器的保护电路提出较高要求。高的操作温度妨碍电流在定子和转子中的流动，导致低效率电动机操作。此外，电动机的铁芯和绝缘层的整个寿命在电动机的操作温度每降低10华氏度的情况下增大50％。此外，电动机的铁芯和绝缘层的整个寿命在电动机的操作温度每升高10华氏度的情况下减少50％

将多个较小交流感应电动机集成到公用轴上还不是解决大型交流感应电动机存在的问题的有效方案，原因是制造的精度以及避免引起反向扭矩脉冲和过度振动的集成电动机的相异行为所必需的控制。

电动道路车辆的另一问题是，在去除内燃机时，对大型车辆的安全操作比较关键的系统主驱动器被去除了，尤其是动力转向泵和空气制动器。内燃机还使用能量密集燃料来实现长途旅行。当前的电池技术不能挑战化石燃料中看见的能量密度，因此还没有电动车辆能达到与相似尺寸的汽油车辆相当的行驶里程。

电动机迄今已用作一些有轮车辆的主要推进器件达一个多世纪了，其中许多设计并入了多个电能源，以及多个推进源。混合动力车概念已不是新鲜的。相对于上一世纪发生了改变的是提供推进的电动机单元、驱动电动机单元的控制器、各种新能量存储器技术的能力以及协助现代车辆操作的装置。

颁发给Bryant的美国专利No.6,909,215描述了这样一种电动机，在其轴上安装有若干受阻操作的电动机模块，其每一个由夹持着圆盘形线圈的两个圆盘形转子构成，增大了电动机构造的复杂性，和用于增大的灵活性的控制系统，但未提供达到本发明提供的高电力水平的安全和超静定性(redundancy)好处。

颁发给Mukai等人的美国专利No.7,397,156描述了具有主转子和副转子的串列旋转电动机器。Mukai进一步描述了副转子以比主转子高得多的电压操作，并且只是间断地操作。Mukai描述的装置没有处理耦合电动机以生成具有安全性和超静定性的高电力水平的问题。

颁发给Osama等人的美国专利No.6,034,456描述了无轴承机器驱动器，其具有通过公用端环彼此电气地和机械地耦合的两个转子。Osama所公开的装置未处理耦合电动机以有效地生成高电力水平的问题，这通过本发明得到了处理。Osama所公开的装置相反是机械地和电气地耦合两个转子以获得稳定的悬浮。这并不提供高电力输出和增大的效率的好处。

颁发给Beach的1918年的专利，美国专利No.1,275,201，提供了混合动力车的历史的示例。Beach描述的车辆由通过电池和引擎发电机单元两者供能的电动机推进。因此Beach描述了具有混合动力源的单个驱动源。Beach使用了直流电动机，未提供安全的和超静定性的高电力电动机。

颁发给Waldorf的1974年的专利，美国专利No.3,792,327，描述了一种混合电动车辆驱动器。Waldorf的专利中描述的装置不同于在先设计的是他的引擎发电机单元的操作的精巧性。然而，Waldorf的设计局限于用于混合动力车中的发电机的控制系统，并未提供安全的和超静定性的高电力电动机。

颁发给Eastham的1975年的专利，美国专利No.3,866,703，包括了对车辆的变速器和控制踏板的改进。虽然Eastham包括了交流感应电动机和再生制动，但是他依赖于常规感应电动机。作为结果，Eastham的设计遭受到与在先设计相同的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种新颖的车辆构造，其满足目前的大型公共交通车辆共同提出的要求。本发明的示例向电动机的构造中引入超静定性。例如，由导线绕组短路引起的限制只是电动机的总电力输出的50％。此外，本发明的示例利用大量较小的更便宜的电动机驱动控制器，呈模块化方式，允许两个电动机单元的合作操作从而用作一个大型的电气牵引电动机。

根据本发明的第一示例，提供了使轴转动的步骤。所述步骤包括：接收第一直流电力输入；接收第二直流电力输入；从第一直流电力输入生成第一可变频率交流控制信号；单独地从第二直流电力输入生成与第一可变频率交流控制信号同步的第二可变频率交流控制信号；生成响应于第一可变频率交流控制信号的第一旋转磁场；生成响应于第二可变频率交流控制信号并且与第一旋转磁场同步的第二旋转磁场；响应于第一旋转磁场围绕第一感应转子中的导体感应出第一感应磁场；响应于第二旋转磁场围绕第二感应转子中的导体感应出第二感应磁场；在第一旋转磁场与第一感应磁场之间向所述轴施加第一旋转作用力；以及在第二旋转磁场与第二感应磁场之间向所述轴施加第二旋转作用力。

根据本发明的另一示例，提供了使轴转动的系统。所述系统包括：用于接收第一直流电力输入的器件；用于接收第二直流电力输入的器件；用于从第一直流电力输入生成第一可变频率交流控制信号的器件；用于单独地从第二直流电力输入生成与第一可变频率交流控制信号同步的第二可变频率交流控制信号的器件；用于生成响应于第一可变频率交流控制信号的第一旋转磁场的器件；用于生成响应于第二可变频率交流控制信号并且与第一旋转磁场同步的第二旋转磁场的器件；用于响应于第一旋转磁场围绕第一感应转子中的导体感应出第一感应磁场的器件；用于响应于第二旋转磁场围绕第二感应转子中的导体感应出第二感应磁场的器件；用于在第一旋转磁场与第一感应磁场之间向所述轴施加第一旋转作用力的器件；以及用于在第二旋转磁场与第二感应磁场之间向所述轴施加第二旋转作用力的器件。在一些这种系统中，用于接收第一直流电力输入的器件和用于生成第一可变频率交流控制信号的器件包括第一可变频率电动机驱动控制器，而用于接收第二直流电力输入的器件和用于单独地生成第二可变频率交流控制信号的器件包括第二可变频率电动机驱动控制器。在至少一个这种系统中，用于生成第一旋转磁场的器件包括第一定子；用于生成第二旋转磁场的器件包括第二定子；用于感应出第一感应磁场的器件包括第一感应转子；并且用于感应出第二感应磁场的器件包括第二感应转子。在至少一部分这种系统中，第一和第二定子各自包括开放插槽定子。在许多系统中，第一定子进一步包括堆叠在一起的多个定子层叠体；并且第二定子进一步包括堆叠在一起的多个定子层叠体。在一些这种系统中，定子具有至少98％的占空系数。在一个系统中，第一和第二定子各自包括M19C5磁芯钢板。在至少一个这种系统中，定子具有至少98％的占空系数。在一些系统中，第一定子的多个定子层叠体相对于相邻的定子层叠体旋转大致180度；并且第二定子的多个定子层叠体相对于相邻的定子层叠体旋转大致180度。在许多系统中，第一和第二定子各自进一步包括成型缠绕导线绕组。成型缠绕(form wound)导线绕组是由矩形导线构成的导线绕组。在一些示例中，这些导线绕组暴露于清漆真空压力浸渗。在一些示例中，清漆是环氧树脂清漆。在许多系统中，用于在第一旋转磁场与第一感应磁场之间向所述轴施加第一旋转作用力的器件包括牢固地接合至所述轴的第一转子；并且用于在第二旋转磁场与第二感应磁场之间向所述轴施加第二旋转作用力的器件包括牢固地接合至所述轴的第二转子。在许多系统中，第一和第二转子各自包括鼠笼式转子。

在许多系统中，第一转子进一步包括堆叠在一起的多个转子层叠体；第二转子进一步包括堆叠在一起的多个转子层叠体；并且第一和第二转子各自具有至少98％的占空系数。在至少一个这种示例中，第一和第二转子各自包括M19C5磁芯钢板层叠体。在一些示例中，第一转子的多个转子层叠体相对于相邻的转子层叠体旋转大致180度；并且第二转子的多个转子层叠体相对于相邻的转子层叠体旋转大致180度。在一些示例中，用于在第一旋转磁场与第一感应磁场之间向所述轴施加第一旋转作用力的器件包括牢固地接合至所述轴的第一感应转子；并且用于在第二旋转磁场与第二感应磁场之间向所述轴施加第二旋转作用力的器件包括牢固地接合至所述轴的第二感应转子。在至少一个示例中，第一和第二转子各自以0.004英寸的干涉装配接合至轴。

根据本发明的另一示例，提供了使轴转动的系统。所述系统包括：第一可变频率电动机驱动控制器；与第一可变频率电动机驱动控制器同步的第二可变频率电动机驱动控制器；定位和配置成从第一可变频率电动机驱动控制器接收第一可变频率交流控制信号的第一定子；定位和配置成从第二可变频率电动机驱动控制器接收第二可变频率交流控制信号的第二定子；响应于第一定子并且牢固地接合至所述轴的第一感应转子；和响应于第二定子并且牢固地接合至所述轴的第二感应转子。在一些这种系统中，第一和第二定子各自包括开放插槽定子。在许多系统中，第一定子包括堆叠在一起的多个定子层叠体；并且第二定子进一步包括堆叠在一起的多个定子层叠体。在一些系统中，第一和第二定子各自具有至少约98％的占空系数。在一些系统中，第一和第二定子各自包括M19C5磁芯钢板层叠体。在至少一个这种系统中，所述多个定子层叠体相对于相邻的定子层叠体旋转大致180度。在许多系统中，第一和第二定子各自进一步包括成型缠绕导线绕组。在一些系统中，第一转子和第二转子各自包括鼠笼式转子。

在许多系统中，第一转子和第二转子各自进一步包括堆叠在一起的多个转子层叠体。在一些这种系统中，第一转子和第二转子各自具有至少约98％的占空系数。在至少一个这种系统中，第一转子和第二转子各自包括M19C5磁芯钢板层叠体。在一些示例中，第一转子的多个转子层叠体相对于相邻的转子层叠体旋转大致180度；并且第二转子的多个转子层叠体相对于相邻的转子层叠体旋转大致180度。在至少一个系统中，第一转子和第二转子到轴的机械接合进一步包括0.004英寸的干涉装配。

根据本发明的另一示例，提供了推进车辆的步骤。所述步骤包括：存储电能；从存储的电能提供第一直流电力输入；从存储的电能提供第二直流电力输入；从第一直流电力输入生成第一可变频率交流控制信号；单独地从第二直流电力输入生成与第一可变频率交流控制信号同步的第二可变频率交流控制信号；生成响应于第一可变频率交流控制信号的第一旋转磁场；生成响应于第二可变频率交流控制信号并且与第一旋转磁场同步的第二旋转磁场；响应于第一旋转磁场围绕第一感应转子中的导体感应出第一感应磁场；响应于第二旋转磁场围绕第二感应转子中的导体感应出第二感应磁场；在第一旋转磁场与第一感应磁场之间向所述轴施加第一旋转作用力；在第二旋转磁场与第二感应磁场之间向所述轴施加第二旋转作用力；以及向驱动轮传送第一和第二旋转作用力。许多步骤进一步包括：对存储的电能再充电。一些步骤进一步包括：生成电能；以生成的电能增大第一直流电力输入；以及以生成的电能增大第二直流电力输入。一些步骤进一步包括：为辅助系统供能。许多步骤进一步包括：减慢车辆。一些步骤进一步包括从生成的电能对存储的电能再充电。

根据本发明的另一示例，提供了一种车辆。所述车辆包括：用于支承负载的器件；用于通过向地面施加旋转运动来推进用于支撑负载的器件以及支撑用于支承负载的器件的至少一部分的至少一个器件；安装在用于支承负载的器件上用于存储电能的器件；安装在用于支承负载的器件上用于从存储的电能提供第一直流电力输入的器件；安装在用于支承负载的器件上用于从存储的电能提供第二直流电力输入的器件；安装在用于支承负载的器件上用于从第一直流电力输入生成第一可变频率交流控制信号的器件；安装在用于支承负载的器件上用于单独地从第二直流电力输入生成与第一可变频率交流控制信号同步的第二可变频率交流控制信号的器件；安装在用于支承负载的器件上用于响应于第一可变频率交流控制信号生成第一旋转磁场的器件；安装在用于支承负载的器件上用于响应于第二可变频率交流控制信号生成与第一旋转磁场同步的第二旋转磁场的器件；安装在用于支承负载的器件上用于响应于第一旋转磁场围绕第一感应转子中的导体感应出第一感应磁场的器件；安装在用于支承负载的器件上用于响应于第二旋转磁场围绕第二感应转子中的导体感应出第二感应磁场的器件；安装在用于支承负载的器件上用于在第一旋转磁场与第一感应磁场之间向所述轴施加第一旋转作用力的器件；安装在用于支承负载的器件上用于在第二旋转磁场与第二感应磁场之间向所述轴施加第二旋转作用力的器件；和用于将第一和第二旋转作用力转换成通过向地面施加旋转运动来推进用于支撑负载的器件的至少一个器件的器件。

在许多这种车辆中，用于生成第一可变频率交流控制信号的器件包括第一可变频率电动机驱动控制器；并且用于单独地生成第二可变频率交流控制信号的器件包括第二可变频率电动机驱动控制器。在一些车辆中，用于从存储的电能提供第一直流电力输入的器件包括将用于存储电能的器件连接至第一可变频率电动机驱动控制器的第一引线；并且用于从存储的电能提供第二直流电力输入的器件包括将用于存储电能的器件连接至第二可变频率电动机驱动控制器的第二引线。

在许多这种车辆中，用于生成第一旋转磁场的器件；用于生成第二旋转磁场的器件；用于响应于第一旋转磁场感应出第一感应磁场的器件；用于响应于第二旋转磁场感应出第二感应磁场的器件；用于在第一旋转磁场与第一感应磁场之间向所述轴施加第一旋转作用力的器件；以及用于在第二旋转磁场与第二感应磁场之间向所述轴施加第二旋转作用力的器件，如在上述用于使轴转动的系统中所描述的那样。

一些车辆进一步包括：安装在支承负载所用的器件上用于对存储的电能再充电的器件。在一些这种车辆中，用于对存储的电能再充电的器件进一步包括：用于生成电能的器件。在一些这种车辆中，用于生成电能的器件包括发电机。在至少一个这种示例中，发电机进一步包括内燃式发动机。在许多车辆中，用于存储电能的器件包括电池。在一些这种车辆中，用于存储电能的器件进一步包括串联的多个电池。在许多车辆中，用于将第一和第二旋转作用力转换成驱动轮的旋转的器件包括变速器。在一些车辆中，变速器进一步包括自动变速器。在一些车辆中，变速器进一步包括差动器。

一些车辆进一步包括：安装在用于支承负载的器件上用于生成电能的器件；用于以生成的电能增大第一直流电力输入的器件；和用于以生成的电能增大第二直流电力输入的器件。在一些这种车辆中，用于生成电能的器件包括发电机。在一些车辆中，用于以生成的电能增大第一直流电力输入的器件包括将所述发电机连接至第一可变频率电动机驱动控制器的第三电力引线；并且用于以生成的电能增大第二直流电力输入的器件包括将所述发电机连接至第二可变频率电动机驱动控制器的第四电力引线。在一些这种车辆中，第一驱动控制器和第二驱动控制器响应于定位并配置成从操作者接收输入的扭矩控制器。一些车辆进一步包括安装在支承负载所用的器件上的辅助电动机。在一些这种车辆中，辅助电动机机械地耦合至交流发电机和机械泵。一些车辆进一步包括用于减慢车辆的器件。在一些这种车辆中，用于减慢车辆的器件包括摩擦制动器。在一些车辆中，用于减慢车辆的器件进一步包括用于生成电能的器件。在许多车辆中，用于支承负载的器件进一步包括底盘。在一些这种车辆中，底盘进一步包括框体。在一些车辆中，底盘进一步包括单片式汽车车身。

在一些车辆中，用于推进用于支撑负载的器件的器件包括驱动轮。在一个这种车辆中，驱动轮安装在轮轴上，所述轮轴安装于用于支承负载的器件。在一些车辆中，用于支承负载的器件进一步包括底盘；用于推进用于支撑负载的器件的器件包括驱动轮；用于对存储的电能再充电的器件进一步包括发电机；并且用于存储电能的器件包括电池；用于将第一和第二旋转作用力转换成用于推进的器件的器件包括变速器。在许多车辆中，第一可变频率电动机驱动控制器和第二可变频率电动机驱动控制器响应于定位并配置成从操作者接收输入的扭矩控制器。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆。所述车辆包括：底盘，支撑所述底盘的至少一部分的驱动轮；安装在底盘上的第一电能存储器；定位和配置成从第一电能存储器接收直流电力的第一可变频率电动机驱动控制器；定位和配置成从第一电能存储器接收直流电力的与第一可变频率电动机驱动控制器同步的第二可变频率电动机驱动控制器；定位和配置成从第一可变频率电动机驱动控制器接收第一可变频率交流控制信号的第一定子；定位和配置成从第二可变频率电动机驱动控制器接收第二可变频率交流控制信号的第二定子；响应于第一定子并且牢固地接合至所述轴的第一感应转子；响应于第二定子并且牢固地接合至所述轴的第二感应转子；和耦合至所述驱动轮的轴的变速器。在许多这种车辆中，第一和第二定子；和第一和第二转子，如相对于上述用于使轴转动的系统所描述的那样。

一些车辆进一步包括：安装在底盘上向第一和第二可变频率电动机驱动控制器提供直流电能的电能发电机。在一些车辆中，电能存储器包括电池；并且电能发电机包括丙烷供电发电机。在一些车辆中，第一电动机驱动控制器和第二机电动机驱动控制器响应于定位并配置成从操作者接收输入的扭矩控制器。一些车辆进一步包括安装在底盘上为辅助系统供能的辅助电动机。一些车辆进一步包括：定位和配置成对电池再充电的发电机。在一些车辆中，电池进一步包括串联的多个电池。在一些车辆中，变速器进一步包括自动变速器。一些车辆进一步包括向驱动轮传输形成变速器的输出的旋转运动的差动器。

在一些这种车辆中，第一电动机驱动控制器和第二机电动机驱动控制器响应于定位并配置成从操作者接收输入的扭矩控制器。一些车辆进一步包括安装在底盘上的电动辅助系统。在一些这种车辆中，电动辅助系统包括电动机。在一些这种车辆中，电动机机械地耦合至交流发电机和机械泵。一些车辆进一步包括摩擦制动器。在一些车辆中，驱动轮安装在轮轴上，所述轮轴安装于底盘。

一些车辆进一步包括：安装在支承负载所用的器件上用于管理存储的电能以平衡存储的电能的充电和放电的器件。在一些这种车辆中，用于管理存储的电能的器件进一步包括：用于监视每个电能存储器电池的温度、电压水平和操作状况的器件。在一些这种车辆中，用于管理存储的电能的器件进一步包括：用于与其它车辆部件通信的器件。在一些这种车辆中，用于监视每个电能存储器电池的温度、电压水平和操作状况的器件以及用于管理存储的电能的器件进一步包括：用于与其它车辆部件通信的器件包括电池管理系统。在至少一个这种示例中，电池管理系统进一步包括用于存储充电和放电周期的记录的器件以及用于在电池已被放电时发出信号的器件。

附图说明

图1是一示例电动机的截面图。

图2是一示例车辆的俯视图。

图3是为简明起见一部分未示出的一示例车辆的侧视图。

图4是一示例车辆的正视图，缓冲器和一些前面板已被去除。

图5是用于车辆的一示例电路图的电路图。

具体实施方式

在本发明的至少一个示例性实施例中，提供了一种电动机，其通过在一个大型电动机壳体内沿公用轴机械耦合多个较小的独立电动机单元，而比起在先设计以较低的电压水平生成较高的输出电力。在一个示例中，两个独立的电动机单元通过公用轴接合。各个电动机单元包括转子-定子对和可变频率电动机驱动控制器。可变频率电动机驱动控制器向定子中的励磁绕组提供可变频率交流电流，围绕定子中的励磁绕组建立起旋转的电磁场。该旋转磁场在感应转子中的导电元件内感应出电流，其围绕导电元件生成磁场。旋转磁场和感应磁场的相互作用使转子围绕公用轴的轴线旋转。正是响应于旋转电磁场的该行为使得转子成为感应转子。改变由电动机驱动控制器供给的交流电流的频率通过控制旋转磁场的旋转速度来控制电动机的速度。通过机械地接合公用轴至各个转子，当所有转子被驱动成沿相同方向以相同速度旋转时，发生电力的有益相加。为了获得该旋转，各个电动机单元由相同尺寸和材料以类似方式构成，并被相同类型的电动机驱动控制器驱动以生成同步的电力供给。电动机各自单独地操作，但是通过尽可能相似的操作来避免反向扭矩脉冲的破坏性反馈振动。轴构造成确保它能够承受生成组合电动机的能力的扭矩。作为结果，例如，两个60马力的电动机有效地变成一个120马力的电动机。在再一些示例中可以使用多于两个的电动机。

在一个示例性实施例中，多感应电动机提供再生制动能力。具体说，在转子被迫旋转得比定子的激励场的同步速度快时的示例中，电压在定子端子上积累，可以用于对电池再充电。

在至少一个示例性实施例中，提供了一种车辆构造，其使副电动机取代通过引擎生成的驱动力来操作各种系统。例如，动力转向泵在一示例性实施例是通过附属电动机而不是引擎驱动轴来运行的，并且空气制动器被电池供电空气压缩机激活，而不是依赖于引擎排气系统。

在另一示例性实施例中，提供了一种车辆设计，其包含电池来为电气牵引电动机供电。在另一示例中，发电机，优选由丙烷气运行，可以被车辆操作者开启，以通过直接为电动机供电以及通过对电池再充电来延伸行驶里程。

本发明的各种示例的一个目的是引入能够推进大型车辆的电气和混合电动车辆设计，应用于特别是公共交通。在至少一个示例中，用于车辆的牵引动力源是多感应交流电动机，其在电动车辆构造中只由电池供电，或者在混合动力源车辆构造中作为来自机载内燃机发电单元的动力的补充时由电池供电。在至少一个示例中，多感应电动机包括两个单独地操作的交流感应电动机单元，它们通过转子接合至公用轴并封装在公用壳体中。各个电动机单元由其自身的电动机驱动控制器驱动，并且两个控制器为相同型号。通过电动机的相同构造和电动机控制器实现的同步电源，电动机输出沿公用轴有益地组合。由于各个电动机以大致相同的方式操作，所以它们的输出被组合，而不是与相异行为斗争，避免了破坏性的反向扭矩脉冲和振动。

在至少一个示例中，牵引电动机的输出扭矩首先被扭矩变换器增大，然后被自动变速器增大。所得扭矩被后轮轴差动器分离，然后施加至驱动轮以推进车辆。在一个示例中，扭矩变换器允许多感应电动机在没有负载时以高达800rpm的转速运行。这有助于多感应电动机从静止开始重型负载。

在另一示例中，牵引电动机的主能量供给是串联的电池组。在一些示例中，这些电池成串组集，各组内的电池是串联的，并且各个组之间是串联的。这提供在整个车辆内均匀分布电池的灵活性的好处，在框体的两侧以及在轮轴的两侧平衡配重。在一些示例中，这些电池是铅酸电池或者是锂离子电池。在一些示例中，电池串的终端连接至公用总线，其向大量装置提供电力以及从大量装置接收电力。

在一个示例中，电池向公用总线提供直流(DC)电力，并且使DC/AC变换器来为电动机提供适当的交流电力。在一些示例中，该转换通过可变频率电动机驱动控制器来进行。在一些示例中，电动机在再生制动期间生成电力，并向公用直流总线施加再生充电以对电池再充电。在一些示例中，电动机驱动控制器进行AC/DC转换来用于再充电。

在再一些示例中，电动机驱动控制器经由扭矩控制踏板和制动踏板接收来自车辆操作者的指令。连接至踏板的电位计将电压信号传递至两个电动机驱动控制器，使得两者能够同时对于操作者的指令进行动作。随着扭矩控制踏板被按压，驱动器通过为电动机单元提供增大输出扭矩的电力波形来做出反应，这能够使车辆加速。随着制动踏板被按压，第一转变范围使电动机驱动控制器发送电力波形，其迫使电动机进入再生制动状态，其中转子使电压横跨定子绕组积累，这能够对电池再充电。在制动踏板被进一步按压后，达到了转变范围，其中机械空气制动系统被启动，以经由摩擦制动垫停止轮子。

在又一些示例中，附属电动机被公用直流总线供电。电源线缆从公用直流总线引向附属电动机驱动控制器，其以高的恒定速率驱动电动机。在一些示例中，附属电动机机械地耦合至交流发电机以及动力转向泵。该电动机的操作的高恒定速率被使用，以便动力转向泵在大多数驱动条件中协助转向。交流发电机供给电力以对辅助电池再充电。在一些这种示例中，辅助电池向车辆的照明系统、车辆操作者的冷却风扇以及激活车辆的空气制动器的空气泵供给能量。

在另一示例中，提供了混合动力构造实施例，其中包括了内燃机发电单元。来自供给容器的燃料被燃烧以旋转发电单元并生成交流电力。AC/DC整流器施加发电机电力至公用直流总线，在这里它能够用于为牵引电动机供能，并用于对电池再充电。

现在转到更具体的示例，图1示出了沿公用轴4的长度穿过一示例性多感应电动机10的中心的垂直截面。该示例包括位于电动机10内的两个不同的交流感应电动机单元10a、10b。电动机单元10a包括转子1a、定子2a和接线盒3a，而电动机单元10b包括转子1b、定子2b和接线盒3b。每个电动机单元独立地操作，因为不存在共享的绕组、控制器或者各单元之间共享的公用元件。然而，两个转子1a和1b牢固地接合至公用轴4，以便它们在同步操作时允许来自电动机单元的输出电力的相加。

在一个示例中，电动机10的所有电动机单元被由主体壳体5和端承口6构成的公用机壳围绕。两个定子2a、2b附着至主体壳体5，使得在定子与主体壳体之间不能发生相对运动。端承口6完成电动机单元的封入，并且附接有轴承7，以对公用轴4提供旋转支承。

在图1的示例中，在附加应力的区域中，例如转子1a和1b接合至轴的位置之间轴的部分，向公用轴4附接有轴压筋(shaft ribbing)8。在主体壳体5中包括有冷却套管9，以提供电动机的热调控。

总电力的进一步增大在一些示例中可以通过以例如配置在转子之间的轴支承用轴承等附加内部支承件向公用轴附接附加的电动机单元来获得。在另一示例中，一附加支承圆盘被附着至主体壳体，该主体壳体附接有支承轴承。

在一个具体示例中，第一和第二感应电动机单元在大致相同规格的紧公差内制成。用于每个电动机单元的定子和转子的层叠体使用锻造钢模冲压出，以减少层叠体中的毛刺。层叠体中毛刺的减少会降低层叠成的层叠体的厚度的不规则性，并增大层叠体的导磁率，因为毛刺使层叠体不能克服彼此紧紧地且均匀地层叠。同样在本示例中，转子和定子层叠体的厚度的固有波动被纳入考量。层叠体由轧制钢板制成，所述轧制钢板在轧辊的一个边缘与另一边缘之间具有大致10％的固有厚度波动。通过以每个层叠体的厚边缘与位于其下的层叠体的薄边缘对齐的方式堆叠层叠体，来应付该厚度波动。在本示例中，所描述的方法生成具有至少98％的占空系数(stacking factor)的成品部件(转子或者定子)。这意味着部件中堆叠层叠体的总高度的至少98％处于基于每个层叠体的厚度乘以层叠体数量的理论堆叠高度内。在本发明的一个示例中，层叠体由8英尺长、49英寸宽、一个边缘厚度为0.014英寸而另一边缘厚度为0.0154英寸的钢坯制成。本领域的技术人员在检阅该文献后将明白其它制造工艺，其不背离本发明；例如，向该文献中描述的公差的自动制造或者甚至是更紧的公差可以被使用。在一些示例中，层叠体由M19C5磁芯钢板制成，使用ASTM钢号A34，25cm Epstein方法，以15Kilogausses和60赫兹测试。

在本发明的再一些示例中，每个层叠体在受到85,000线条每平方英寸的磁芯损失测试时显示出零磁芯损失，以确保横跨层叠体的磁通量的均匀性。

在另一示例中，施加至层叠体的堆叠压力约为250磅每平方英寸。在本发明的另一示例中，第一感应电动机单元的转子与第二感应电动机单元的转子大致等重。在本发明的另一示例中，第一转子的重量在第二转子的总重量的百分之一内。

在另一示例中，第一和第二电动机单元中使用的导线绕组以清漆真空压力浸渗形成缠绕。在一个示例中，清漆真空压力浸渗包括施加尽可能纯的真空，然后使导线暴露至约95磅每平方英寸的压力约2.5小时。该程序降低导线的绝缘层中的空隙，得到更均匀的构造和第一和第二定子的电气响应。

在另一示例性实施例中，第一和第二电动机单元不在高于155摄氏度的最大温度操作。在另一示例中，电动机单元在背铁中不以高于100.02线条每平方英寸进行操作，以保持操作温度低于155摄氏度。

在本发明的再一些示例中，转子被平衡在600、900、1200、1800和3600rpm，并且轴和所有轴承配合被保持为0.0005英寸或更小的公差。

在再一些示例中，定子的齿密度为100.46线条每平方英寸。空气间隙密度为51.33线条每平方英寸。而背铁密度为100.02线条每平方英寸。这些密度伴随以320伏特和60赫兹操作的电动机。

在本发明的一个示例中，多感应电动机受控于可变频率电动机驱动控制器。在本示例中，背铁中的磁通密度从0增大至60赫兹，然后对于60赫兹之上的频率开始减小。这意味着，当在60赫兹之上操作时，背铁用作散热器，有助于冷却电动机。

在再一些示例中，定子的线圈以875圆形密耳(mils)每安培用扁平线材缠绕而成。

在本发明的一个示例中，堆叠的转子和/或定子层叠体受到热处理以改善磁导率。在一些这种示例中，堆叠的转子和/或定子层叠体在含有无氧气氛的烘箱中在1350-1450华氏度之间被加热一个小时。在一个这种示例中，无氧气氛是纯氮气。

磁场的感应和生成以及旋转作用力向轴的施加，可以通过用于这些功能的前述结构来进行。电能的存储可以通过电池、燃料电池和飞轮来实现。旋转作用力向驱动轮的传送可以通过例如以下方式进行：常规传送，包括自动、手动和无级变速传送；驱动桥；差动器；轴；齿轮轮毂；和这些结构的组合。

在再一些示例中，推进车辆的方法包括对存储电能再充电，生成电能，改变旋转磁场，为辅助系统供能，以及减慢车辆。对存储电能再充电可以通过例如以下方式进行：连接至电网/基础设施，包括通过电缆、壁装插座和电池充电器；发电机；直流发电机；交流发电机；太阳能电池板；和通过再生制动的电动机。改变旋转磁场可以通过各种各样的控制电路和操作员控制来进行，如以下参照具体示例车辆更详细论述的。为辅助系统供能可以通过例如以下方式进行：电动机，内燃式发动机，或者发电机。减慢车辆可以例如通过使用电动机或者摩擦制动器(例如常规液压或者空气制动系统)的再生制动来进行。

在本发明的再一些示例中，设置发电机，其通过沿公用轴机械地耦合多个较小的独立发电机单元，比起在先设计，以较低输入电力水平生成较高输出电力。在另一示例中，这种发电机被附接至风力涡轮机，其中在较低风速时独立发电机单元只有一部分可以被供电，允许从多种不同风力条件进行更高效的发电。在另一示例中，这种发电机被附接至蒸汽涡轮机，其中在较低电力需求时独立发电机单元只有一部分可以被供电，增大整体效率并降低从相关联发电厂的排放。

在本发明的再一些示例中，通过沿公用轴机械地耦合多个较小的独立电动机单元，比起在先设计，以较低输入电力水平生成较高输出电力。在一个大型电动机壳体内，用于为器械供电，在没有冗余系统的情况下有损坏风险。在这种示例中，每个独立电动机单元可以独立地操作，并提供冗余性的测量，而没有整体重复器械的安装。

在本发明的另一示例中，通过在一个大型电动机壳体内沿公用轴机械地耦合多个较小的独立电动机单元而比起在先设计以较低电压水平生成较高输出电力的电动机，用于为机车供电，其中独立电动机单元只有一部分被通电，以在平坦地形上为机车供电，并在爬坡时，使附加的独立电动机单元通电，以提供附加的电力。

在本发明的一个示例中，提供一种电动机，其通过在一个大型电动机壳体内沿公用轴机械地耦合多个较小的独立电动机单元而比起在先设计以较低电压水平生成较高输出电力，为潜艇提供推进电力。在本示例中，只有一部分独立电动机单元被通电以为较低速度推进提供电力，并使附加的独立电动机单元通电以进行较高速度推进。

在本发明的一个示例中，通过在一个大型电动机壳体内沿公用轴机械地耦合多个较小的独立电动机单元而比起在先设计以较低电压水平生成较高输出电力的电动机为泵和/或空气压缩机提供电力。在本示例中，附加的独立电动机单元可以被通电以提供附加的电力级。在另一示例中，这种电动机用于为商业空气调节中的泵和/或空气压缩机供电。

图2示出了一示例性混合电动车辆的俯视图，其包括主电能存储器(在本示例中为串联的电池组)和副能量存储器(在本示例中为丙烷燃料的容器24)。在图示示例中，电池以每盒六个电池22a的组串联，或者每盒十二个电池22b的组串联，总共串联连线54个电池。在一个模式中，多感应电动机10是车辆中仅有的牵引动力源，并且通常使用第一电能存储器(例如，电池)来供电。制动期间，牵引电动机10可以用作发电机，对第一电能存储器再充电。为了延伸的范围，车辆可以切换至电池加发电机模式，而丙烷发电机23可以被接通以帮助为电动机供电和/或对电池再充电。

在本示例中，多感应电动机10具有通向扭矩变换器25的输出轴，所述扭矩变换器25本身具有通向自动变速器26的输出轴。自动变速器的输出轴旋转后轴差动器27，其然后旋转驱动轮子28。因此，该模式，提供了混合动力源、单发动源车辆。

在本示例中两个电动机驱动控制器111、121各自控制多感应电动机10内的独立电动机单元。它们都由电池接触器103的端子105供电，见图5B。并且被扭矩控制和制动踏板30给予相同的操作信号，因此它们能够用作独立电动机单元10A、10B的同步动力源。这使各单元沿它们的公用轴4组合它们的输出电力，使得以较低电压和温度水平的较高电力成为可能。

仍然参考图2的示例，附属电动机11经由耦合带驱动辅助交流发电机12和动力转向泵13。附属电动机的驱动控制器21的电力引线也耦合至54号电池(54个串联电池中的最后一个)正端子，如图5B所示。，但是具有与牵引电动机驱动控制器分离的熔断器、继电器箱和充电系统。

本示例中的辅助交流发电机12为辅助能量存储器14，电池，提供足够的能量来运行空气压缩机15，以及用于车辆操作员的冷却风扇。空气压缩机15通过提供空气压力来释放摩擦制动器，以允许车辆的常规空气制动系统得到使用。

在本示例中，对于电池103以及对于发电机94，存在分离的接触器箱。当车辆已打开并且电动机驱动控制器已被恰当地充电和供电时，电池接触器103总是关闭的。每当车辆操作员开启了电池加发电机操作模式，发电机接触器94就关闭，允许两个能量存储系统为多感应电动机10供电，并允许发电机23对电池再充电。

图3示出了电动车辆的侧视图。侧板未被示出，以帮助显示控制箱17的和电池箱18的形状。用于控制车辆的照明系统的大部分现有电路均能在面板19后找到。在一个示例中，控制箱17中的电动机驱动控制器121、111是Control Techniques Unidrive SP5402电动机驱动控制器。这些电动机驱动控制器特别地很好地适应于管理用于重型车辆的电力，因为它们被设计成在重型负载下处理频繁的电动机开始和停止，而没有过热。这些电动机控制器通常在电梯中使用，而这是它们在移动车辆中的首次已知应用。

图4示出了电动车辆的正视图，面板和缓冲器未被示出，以显示通常被遮蔽于视线的部件。机械耦合带20将辅助交流发电机12和动力转向泵13连结至附属电动机11。

图5A-5F提供了用于一示例电动车辆的连线图。在本示例中，按键开关71被作为用于存储电能的器件的54个串联电池中的第四电池处看见的电压供电。在本示例中，每个电池提供6伏特，它们均是串联连线的，电压被加和，使得第四电池的正端子为24伏特，高于第一电池的负端子。第一电池的负端子用作公用基准点，如果该系统被联接至地球，则将称为接地部。从第四电池的正端子引出的单个导线72向第一按键开关端子73施加24伏特的电位。

在本示例中，如果按键开关是关闭的，则施加至第一按键开关端子73的24V也被施加至第二按键开关端子74。第二按键开关端子74连接至通向前电动机驱动控制器121、附属电动机驱动控制器81、充电按钮75和显示器80的插针42的导线。通向前电动机驱动控制器121和附属电动机驱动控制器81的导线被指定给电动机驱动控制器的插针42，其在驱动是操作时使用该24V信号来触发显示器发光二极管76a和76c。

在本示例中，充电按钮75在按键开关71接通时接收+24V。通过按下充电按钮75，开关被关闭，而+24V沿一导线传至主继电器91的Al+端子。相反的-A2端子协同Al+工作。-A2端子永久处于“0伏特”(与第一电池的负端子的公用基准点相同的电压)，因为它连线至公用板101。公用板101的所有左手侧端口均彼此连线。公用板101可以用于使若干电路“接地”，因为它的左侧端口均连线至54个串联电池中的1号电池的负端子，其用作接地部。

在本示例中，当充电按钮75被按下时，主继电器91的端子Al+处于24伏特的电位，高于主继电器91的端子-A2，并且继电器从开放连接切换至关闭连接。这连接主继电器91的端子T1至主继电器91的端子L1，T2至L2，而T3至L3。T1和T3是电动机驱动控制器充电电路的一部分。连接至主继电器91的端子T1、T3的导线，穿过3安培熔断器92，使得电动机驱动控制器111、121能够缓慢充电，并且穿过100欧姆200瓦特电阻器93，以确保在高电压(54个串联电池，每个6伏特，为324伏特)只有少量电流经过(大致2安培)。这些导线然后在电池接触器103的高压端子102处终结。电池接触器103上的这些端子在324伏特直流永久是热的，其可以通过跟随与电池接触器103的高压端子连接的大型电缆至500VDC、250A熔断器106的一端而看见，其另一端具有通向54号电池(54个串联电池中的最后一个)的正端子的更大型电缆。

在本示例中，只要串联电池中不存在分断，则主继电器91的T1、T3端子总是处于+324伏特直流。来自54号电池的正端子的大型电缆进入控制区域中，其连接至250A熔断器106的一侧。熔断器的另一端连接至电池接触器103上的端子102，这些相同端子102也具有两个小导线，从它们引出，穿过100欧姆充电电阻器93和3安培熔断器92，并终结在主继电器91的T1、T3端子处。当充电按钮75被按压以关闭主继电器91中开关时，主继电器91的另一侧(端子L1、L3)将处于+324V直流，并将携带约2安培的电流。主继电器91上的端子L1、L3向下引线至发电机接触器94的底侧的端子95。来自发电机接触器94的端子95的大型电缆连接至电池接触器103的端子105。另一对大型电缆从电池接触器103的底部的端子105引线至分别与后电动机驱动控制器111和前电动机驱动控制器121串联的500VDC、125A熔断器104、96。来自串联熔断器的电缆各自通向它们相应的电动机驱动控制器+DC端子。这样，电动机驱动控制器111、121在充电按钮75被按下的同时，被供给高电压、低电流电源。该低电流电力源允许电动机驱动控制器内的电容器缓慢地且安全地充满能量。一旦它们被完全充电后，电动机驱动控制器111、121准备好进行操作，并且只在这时它们能够接收来自电池的全部电力，而不需电流限制电阻器93的保护。正常操作期间，电路中的不必要的电阻是不想要的，因为它妨碍电力从电池流至电动机，降低效率。

在本示例中，电动机驱动控制器的111、121在充电按钮75被按下的同时从电池接收少量能量，所述充电按钮75被操作员按下，直到电动机驱动控制器111、121被充电。显示器包括发光二极管，其在电动机驱动控制器111、121被完全充电时发亮以通知操作员该状态。相同的充电作用也对于5HP附属电动机驱动控制器81发生。主继电器91的L3端子具有行进至附属电动机驱动控制器81的第二导线。在主继电器91的L3端子处提供的电力沿该路径被500欧姆电阻器82更进一步降低，使得该路径上的0.5安培熔断器83不会跳闸。附属电动机驱动控制器81是较小的装置，并且需求较少的电力来充电和联机。该导线在24V9A附属继电器84的L2端子处到达接头，因此能够连接至附属电动机驱动控制器81的DC2端子。

在本示例中，指示电动机驱动控制器81、111和121被充电的发光二极管灯76通过以下电路发亮。当电动机驱动控制器81、111和121被完全充电时，每个电动机驱动控制器中的插针42、41之间的连接关闭，发出“接通”信号。来自电动机驱动控制器81的插针41的导线通向与继电器的A1端子外的24V、9A继电器84连接的4导线接头85。该接头处的另一导线，允许该24V向下传至发光二极管76c的正端子。由于现在在发光二极管76c的正端子与负端子之间存在足够的电压差，它点亮。注意，负发光二极管端子经由通向次要公用端口板122中的导线连线至公用0电压路径，所述次要公用端口板122在其顶部左端口中具有向上通向主0电压公用端口板101的导线。

在本示例中，发光二极管76a、76b发亮，以指示牵引电动机驱动控制器111、121被接通。前电动机控制器121的插针42连接至按键开关71处的24V。插针41现在能够传送该信号至后电动机控制器111的插针42，并且经由捆扎的导线电缆112传至其自身的发光二极管76b。后电动机控制器111的插针41现在也处于24V，因此它也能点亮其发光二极管76a。

在本示例中，在电动机驱动器控制器111、121被完全充电的情况下，电力从能量源无约束地传递。Batt/Gen/Both开关电路77帮助实现此。Batt/Gen/Both开关77a、77b和77c从后电动机控制器111的插针41接收24V。当后电动机驱动控制器111的插针41处于24V时，导线65、63和61均处于24V。导线62、64从开关模块77c、77b引出，并进入端子107、97中，其确定接触器箱103、94是否应该打开或者关闭。这些较小端子107、97的一端(与导线62或64)可以处于0V或24V，取决于开关位置，而另一端永久处于0V，因为它连线至在-24VDC公用端口板101处设置的0V公用基准信号。桥接这些导线的小二极管108是保护性措施，因为已发现，当这些接触器内的电磁线圈开闭时，可能出现电压的大幅攀升，这可能损坏部件。二极管108不与用于控制接触器103、94的信号干涉。

在本示例中，当导线62变热(即传送24V直流信号)时，电池接触器103内的接触器关闭，现在从电池传至接触箱的高压端子102的全部电压和电流将行进直到底部端子105。从那里，电力经由引导穿过串联熔断器104、96的大型电缆传递，并进入电动机驱动控制器111、121的+DC端子中。这些电缆具有极低的电阻，并且打开不含电阻器的路径，因此由电池提供的全部电力能够进入电动机驱动控制器111、121，而不受阻。同样地，当导线64变热时，发电机接触器94中的接触件关闭，并且由发电机提供的电力能够传入电动机驱动控制器111、121中。最后，当两个导线62、64变热时，电池和发电机均向电动机驱动控制器提供电力。

在本示例中，发电机23提供230伏特三相交流电流。然而，电动机驱动控制器111、121设计成在它们的+DC端子接收大致320伏特的直流电流。为实现此，使用了交流到直流整流器113。来自发电机23的三相线通向转换箱109中。一对电缆连接转换箱109上的每个端子至整流器113上的端子。整流器113将230伏特的交流转换成320伏特的直流，其通过负端子110和正端子112传出。负端子110通过使两个端子的电缆附接至同一点，前电动机驱动控制器121上的-DC端子，而联结至第一电池的负端子。并且由于前电动机驱动控制器和后电动机驱动控制器的-DC端子两者的-DC端子使电缆连接至第一电池的负端子，所以所有三个端子联结在一起，以成为同一公用零电压基准。一导线从整流器113的负端子110连至-24VDC公用端口板101，显示0电压公用基准电路。公用和负电路均彼此一直接触，而不管接触器103、94是否关闭，因为接触器只影响高电压电路是否连接。

在本示例中，电动机总是沿相同方向转动。如果车辆需要反向运行，自动变速器的齿轮选择杆用于使变速器换挡至反向齿轮。

在本示例中，电位计86确定扭矩控制踏板87被按压多深，并从电动机10要求比例量的扭矩。电位计86的一个端子连接至电动机驱动控制器111、121的插针4以接收高电压信号，另一端子连接至电动机驱动控制器111、121的插针3以接收低电压信号，而输出位于前述两个信号之间的信号的最终端子，与踏板被按压多深成直接比例。当被完全按压时，第三端子向电动机驱动控制器111、121的插针7输出与高电压端子一样强的信号；当踏板被释放时，第三端子的信号降至低电压信号的信号。

在本示例中，扭矩控制踏板87用作扭矩需求控制器。当被按下时，操作员需求更多扭矩，其在平坦路面上驾驶时增大速度，或者允许爬升更大的角度，或者增大能够被牵引的负载量，方式完全相同于常规车辆的扭矩控制踏板。

在本示例中，制动踏板89以相似方式工作。另一电位计88测量制动踏板被按压多深，并将该信号中继至电动机驱动控制器111、121的插针8。然而，该信号被解释为负扭矩偏移。如果扭矩控制踏板未被按压(因此从电动机需求0扭矩)，而制动器被按压(因此需求负扭矩)，则总扭矩需求为负。电动机驱动控制器111、121能够在总扭矩需求为负时通过被称为再生制动的过程减慢电动机。在再生制动中，电动机操作类似发电机。代替消耗电力来加速，它生成电力并减速。该电力从电动机10行进，穿过将电力从交流转换成直流的电动机驱动控制器111、121，并进入高电压电路。电池22吸收该电力，从而能够在每次车辆制动时再充电。

在一个示例中，使用电动机驱动控制器的逻辑资源来实施逻辑算法。在该逻辑算法中，制动偏移将在所有时间被忽略，但驾驶信号是正向并且电动机速度为正量时除外。这意味着制动信号将被忽略，除非车辆正向移动。

在本示例中，车辆保持有常规空气制动系统，其中空气启动摩擦制动器只在制动踏板89被按压多于一半后启动。在本示例中，制动踏板89的前半程使用电位计88行进，并且输出信号用于控制再生制动。如果制动踏板89被进一步按压，空气制动系统启动，并且制动从主要为电气方式转变成本质上主要为机械方式。

在本示例中，电动机驱动控制器111、121和81的每个插针31从插针22接收信号。这是因为插针31需要接收高电压信号，以使电动机驱动控制器处于运行状态，而不是抑制状态。由于插针22提供电力，它被直接连线到插针31中。附属电动机驱动控制器81等待，直到其支配继电器84在其插针21为插针31供电前具有闭路接触。因为只要附属电动机驱动控制器81接通，继电器84就保持关闭，插针31在控制器被供电的同时保持被供电。

在本示例中，次要继电器98支持Batt/Gen/Both旋钮78的功能。显示器80a、80b和80c被按键开关71供电(在+VDC端子处)，并且通过电动机驱动控制器111、1210V插针接地(Comm)，并且每个显示器接收一个适当的输入信号。电动机驱动控制器111、121的插针10被安排送出模拟信号，其电压强度与从电动机驱动控制器111或121向其相应电动机单元10A或10B行进的电流成比例，而插针9被安排发送与电动机单元10A或10B的旋转率成比例的信号。在显示器处进行比例缩放，以使这些小范围电压差异引起精确范围的数字示意，因此可能的最高信号能够对于当前显示器代表可能的最高电流输出，并且对于RPM显示器代表可能的最高旋转速度。

在本示例中，次要继电器98的插针9连接至电动机驱动控制器111、121的插针29。这在车辆以单一发电机模式操作时，允许再生制动被禁止。没有该连接，当巴士操作员选择了单一发电机模式时，电池接触器103通常是打开的，这使电池22与系统的其余部分分离。如果电池22发生分离，则来自再生制动的能量没有地方流动，因此再生制动可能对车辆电气系统造成损坏。

在本示例中，附属电动机驱动控制器81经由一导线接收主操作电力，所述导线从500VDC、250A熔断器106的Batt.Pos.端子引向附属电动机驱动控制器的继电器84的T1端子。在继电器84在操作期间关闭的状态下，L1端子将从电池22接收到的电力输出到附属电动机驱动控制器81的DC2端子中。附属电动机驱动控制器81不需要太多电力来运行5HP电动机90，因此在电力线中包括20安培熔断器113。

在本示例中，电动机编码器安装至轴，以提供对转子位置和旋转速度的直接测量。编码器接口板114a、114b附接至电动机驱动控制器111、121，以操作电动机位置编码器。编码器接口板114上的各个插针用于为电动机位置编码器提供电力和接地信号，并且用于通过六个通道从编码器接收数据以解释电动机单元10A或10B旋转多快，精度为一转的百分之几。来自电动机位置编码器的输出被输入至电动机驱动器控制器111、121。这允许电动机驱动控制器111、121向电动机给予非常精确的电压和电流输入指令，以使它按照需要运转。电动机位置编码器的使用增大了车辆的性能，并且极大地减小了电动机振动。在没有来自编码器的转子位置输入的情况下，当确定恰当的波形以提供电动机单元时，电动机驱动控制器必须估算转子的速度。转子速度的估值误差可能引起电动机发送不正确的波形至电动机单元，引起振动和其它不想要的操作。

在再一些示例中，250安培熔断器106被300安培UL class J慢作用熔断器取代，用于长期过电流保护，而125安培熔断器104、96被350安培Ferraz高速class J熔断器取代，以保护免受突然的电涌。

在再一些示例中，热电偶被附接至电池端子，以允许监视电池温度。

在另一示例中，配备有如上所述的系统的样品校车能够使用电池电力和丙烷供电发电机，以29,000磅的全负荷操作，速度超过50mph。该样品的测试在单独电池电力上获得了40英里的行驶里程，而在使用电池和具有60加仑丙烷容器的发电机两者时，获得了200英里的行驶里程。进一步的测试表明，当电池和发电机两者均工作时，发电机在第一个20英里期间提供多感应电动机所使用的大致一半的能量，而在第二个20英里期间提供电动机所使用的大致三分之二的能量，而电池的贡献持续逐渐减小，并在测试进入大致80英里时完全停止。意外地，即使电池已停止向多感应电动机贡献电力，它们仍然含有足够的能量，以在单一电池模式中使样品全速行驶至少10英里。

在另一示例中，配备有如上所述的系统的样品校车在600英里的道路测试中按如下方式操作。该样品没有系统停机、电池熔毁或者电路故障。在该样品的平均驾驶周期中观察到数个趋势。当在混合电池+发电机模式中运行时，电池充电越多，巴士在不用严重依赖发电机行的情况下驶越远。以例如330V的低电池电压开始的旅途将达到这样一点，其中发电机提供是电池3倍的电力来运行电动机第25英里。在第60英里，发电机基本在没有来自电池的帮助下运行电动机。以大约340V的高电池电压开始的旅途将在60英里时达到3:1的发电机电池比，并且将在发电机在没有来自电池的任何输入的情况下运行电动机前，行驶120英里。

在该样品中，电池需要大约24小时的充电时间来获得上述高电压能力。该再充电时间可以通过从铅酸电池技术切换至锂离子得到显著的降低。由于锂的优异充电/放电能力，充电时间能够减半或者更多。对当前的三电池充电器充电系统的改善也能够改善充电性能。

样品变速器为四档型号，最高档为直接驱动。变速器之前为具有2:1的扭矩输出输入比的扭矩变换器。该样品能够在大多数情形中以2600rpm在第三档中前进。这在45到50mph之间移动车辆。如果风未沿行进方向逆吹，则可以换到第四档，并维持约2300rpm，这使车辆地面速度处于55-60mph之间。如果风沿行进方向逆吹，则变速器维持在第三档。这些行驶过程期间的电力消耗量约为70千瓦(kW)。加速期间，电力输出达最高值约90kW。如果电池充电良好，则它们在驾驶的初始40-60英里期间提供相当程度的这种电力使用。在车辆达到3:1的发电机电池比时，如果行驶成使得70kW被电动机使用，则发电机生成约所述电力的52kW，而电池供给剩余的18kW。由于发电机有助于将电压调控在恒定的320伏特(V)附近，320V时的70kW意味着约218安培(A)的电流。该218A被分割在两个电动机驱动器之间，每个电动机驱动控制器的电流计量器徘徊在110A刻度左右。如果发电机与电池相比处于大致220A的电力的3:1比，则165A由发电机提供，而55A由电池提供。

随着样品车辆的行进，电池变得不太能够提供电力，而发电机发展成电力的唯一提供者，来运行车辆。虽然发电机的电力额定值为60kW，但是它能够连续地提供约70kW的电力，这允许车辆单独通过发电机以大约45-50mph行驶。然而，如果从发电机的需求多于70kW，则过载电流分断器将跳闸。分断器在约20秒后具有自动复位，允许发电机检视负载是否已降低足够多以能够在不过载的情况下操作。在此期间，电池变成电力的唯一提供者，令人惊讶的是，它们在以45-50mph保持巴士移动到如此远的行程时还保持有足够的电量；没有发现车辆速度有降低。

在样品车辆中，如果发电机的电流分断器跳闸两次或三次，则会出现问题。电池单独为车辆供电的那些期间，将使电池消耗至它们最终开始从发电机接受电力以进行再充电的程度。其出现是因为单一电池的电压跌破发电机将提供的320V刻度，因此现在耗尽的电池处于比发电机低的电压，并将接受其电力的一部分以进行再充电。然而，发电机已经处于限制，提供70kW来运行电动机；电池从发电机要求来进行再充电的3-5kW在此基础上将只引起发电机过载跳闸更频繁，这进而要求电池在发电机的过载跳闸期间排放更多它们保持的电力。达到一个程度，其中车辆将需要略微减速，以便能够消耗发电机电力，使电池返回到320V，而不是完全在电动机上消耗来保持最高速度。

在样品车辆中，易于避免发电机工作过度。其即将发生的过载跳闸的信号是所提供的电力的减小，电力的减小伴随着噪音的减小。当这发生时，驾驶员即刻释放加速器，系统将设定在略低于以前的新速度，其中负载被降低，并且发电机不被要求做得太多以至于它将过载跳闸。

在样品车辆中，发电机事实上确实对电池进行再充电。发电机被发现在电动机休息时向系统提供20kW的电力，这意味着这20kW将对电池再充电。

样品车辆具有单独从满载的电池以50mph的约25-35英里的范围，并并能够在电池+发电机混合模式中以50mph行进170-200英里。在再一些示例中，使用锂电池组，其提供与铅酸电池组相同的电压，在只占一半重量的同时含有的能量的量是铅电池的两倍。当使用锂电池时，单一电池的范围预期在满载时增大至50或60英里。

在一个示例中，丙烷容器保持约40加仑的液体丙烷气(LPG)。快速估算表明车辆在混合模式中运行时超过4.5英里每加仑的液体丙烷气。这与一般类似车辆中的柴油发动机形成良好对比，所述一般类似车辆达到约5英里每加仑，尤其是在考虑到各燃料的当前价格时。液体丙烷气当前能以大约$1.50一加仑的价格购买到，而柴油成本约为$2.50一加仑。平均再充电单价是80千瓦时或者约0.67千瓦时每英里，其中局部供给单价约为$0.10每千瓦时。这使用电池和发电机电力给予长途旅行$0.40每英里的总每英里成本，这与类似的柴油供电车辆的$0.50每英里形成良好对比。可以预期到的是向发电机增设燃料注入系统将改善效率，并允许车辆的效率在单一发电机模式中增大至9英里每加仑。

在一个示例中，车辆进一步包括电池管理系统。在本示例中，电池管理系统：1)平衡系统充电，确保每个电池单元被再充电适当的量，这将延长电池寿命(在它消亡前的再充电次数)；2)平衡系统放电，使得没有任何电池单元在操作期间过度放电(这将降低电池寿命)；3)存储过去充电和放电周期的记录，以协助电池组诊断和性能监视；4)当电池组在行驶路线期间放电时发出信号。

在再一些示例中，电池管理系统监视电池组中每个电池的温度、电压水平和操作状况。在一些示例中，电池管理系统经由以太网、CANbus或者其它标准电气通信链路与其它车辆部件通信。

在本发明的一个示例中，车辆电池通过再充电站再充电。在本示例中，再充电站：1)与电池管理系统通信；2)通过因特网与其它计算机通信；3)具有二相充电周期，首先以恒定电流水平充电，然后以恒定电压水平充电，以进行快速且高效的再充电；4)可以经由信用卡接收在再充电中使用的电力的报酬；5)以两个半小时使电池充满电。在本示例中，在BMS发出适当放电水平的信号的情况下，充电站只进行适当量的再充电，电池能够被保持在永不过充电或者欠充电的“甜蜜区”，这将延长电池寿命。

在本发明的另一示例中，电池包括一组108个的锂离子电池。在本示例中，行驶里程在单独使用电池电力时为45英里，而在使用电池和发电机时为225英里，我们曾以60mph的最高速度达到225英里的行驶里程。在本示例中，电池能够在两个半小时内充满电。该电池组能够使电力绕过任何故障电池，使得失去一个电池不会引起整个串联电池链的故障。电池单独操作的每英里成本在下午对电池再充电时已降至$0.19一英里(单价是$0.10每千瓦时)，或者在晚上进行再充电时为$0.04一英里(单价为$0.02每千瓦时)。

前述公开内容的提出是为了说明和描述的目的，并非旨在将本发明限制为本文所公开的形式。因此，与上述公开和现有技术的公开相应的变更和变型处于本发明的精神内。这种变更对本领域的技术人员是不言而喻的。此外，所描述的示例还旨在说明实施本发明的最佳模式，并允许本领域的技术人员利用本发明和这种或者其它实施例，并以本发明的用途或者特定应用所需的各种变型。希望的是所附权利要求被解释为包括替代实施例达到被现有技术所允许的程度。

Claims (40)

1.一种用于使轴转动的方法，包括：

接收第一直流电力输入；

接收第二直流电力输入；

从第一直流电力输入生成第一可变频率交流控制信号；

单独地从第二直流电力输入生成与第一可变频率交流控制信号同步的第二可变频率交流控制信号；

生成响应于第一可变频率交流控制信号的第一旋转磁场；

生成响应于第二可变频率交流控制信号并且与第一旋转磁场同步的第二旋转磁场；

响应于第一旋转磁场围绕第一感应转子中的导体感应出第一感应磁场；

响应于第二旋转磁场围绕第二感应转子中的导体感应出第二感应磁场；

在第一旋转磁场与第一感应磁场之间向所述轴施加第一旋转作用力；以及

在第二旋转磁场与第二感应磁场之间向所述轴施加第二旋转作用力。

2.一种用于使轴转动的系统，包括：

用于接收第一直流电力输入的器件；

用于接收第二直流电力输入的器件；

用于从第一直流电力输入生成第一可变频率交流控制信号的器件；

用于单独地从第二直流电力输入生成与第一可变频率交流控制信号同步的第二可变频率交流控制信号的器件；

用于生成响应于第一可变频率交流控制信号的第一旋转磁场的器件；

用于生成响应于第二可变频率交流控制信号并且与第一旋转磁场同步的第二旋转磁场的器件；

用于响应于第一旋转磁场围绕第一感应转子中的导体感应出第一感应磁场的器件；

用于响应于第二旋转磁场围绕第二感应转子中的导体感应出第二感应磁场的器件；

用于在第一旋转磁场与第一感应磁场之间向所述轴施加第一旋转作用力的器件；以及

用于在第二旋转磁场与第二感应磁场之间向所述轴施加第二旋转作用力的器件。

3.如权利要求2所述的用于使轴转动的系统，其中：

用于接收第一直流电力输入的器件和用于生成第一可变频率交流控制信号的器件包括第一可变频率电动机驱动控制器；并且

用于接收第二直流电力输入的器件和用于单独地生成第二可变频率交流控制信号的器件包括第二可变频率电动机驱动控制器。

4.如权利要求3所述的用于使轴转动的系统，其中：

用于生成第一旋转磁场的器件包括第一定子；

用于生成第二旋转磁场的器件包括第二定子；

用于感应出第一感应磁场的器件包括第一感应转子；并且

用于感应出第二感应磁场的器件包括第二感应转子。

5.如权利要求4所述的系统，其中，第一和第二感应转子各自包括鼠笼式转子。

6.如权利要求4所述的用于使轴转动的系统，其中：

第一定子进一步包括堆叠在一起的多个定子层叠体；

第二定子进一步包括堆叠在一起的多个定子层叠体；

第一感应转子进一步包括堆叠在一起的多个转子层叠体；

第二感应转子进一步包括堆叠在一起的多个转子层叠体；和

第一定子、第二定子、第一感应转子和第二感应转子各自具有至少98％的占空系数。

7.如权利要求6所述的用于使轴转动的系统，其中：

第一定子的多个定子层叠体相对于相邻的定子层叠体旋转大致180度；

第二定子的多个定子层叠体相对于相邻的定子层叠体旋转大致180度；

第一感应转子的多个转子层叠体相对于相邻的转子层叠体旋转大致180度；并且

第二感应转子的多个转子层叠体相对于相邻的转子层叠体旋转大致180度。

8.如权利要求7所述的用于使轴转动的系统，其中，第一和第二定子各自进一步包括成型缠绕导线绕组。

9.如权利要求2所述的用于使轴转动的系统，其中：

用于在第一旋转磁场与第一感应磁场之间向所述轴施加第一旋转作用力的器件包括牢固地接合至所述轴的第一感应转子；并且

用于在第二旋转磁场与第二感应磁场之间向所述轴施加第二旋转作用力的器件包括牢固地接合至所述轴的第二感应转子。

10.一种用于使轴转动的系统，包括：

第一可变频率电动机驱动控制器；

与第一可变频率电动机驱动控制器同步的第二可变频率电动机驱动控制器；

定位和配置成从第一可变频率电动机驱动控制器接收第一可变频率交流控制信号的第一定子；

定位和配置成从第二可变频率电动机驱动控制器接收第二可变频率交流控制信号的第二定子；

响应于第一定子并且牢固地接合至所述轴的第一感应转子；和

响应于第二定子并且牢固地接合至所述轴的第二感应转子。

11.如权利要求10所述的用于使轴转动的系统，其中：

第一定子包括堆叠在一起的多个定子层叠体；

第二定子进一步包括堆叠在一起的多个定子层叠体；并且

第一和第二定子各自具有至少98％的占空系数。

12.如权利要求11所述的用于使轴转动的系统，其中，所述多个定子层叠体相对于相邻的定子层叠体旋转大致180度。

13.如权利要求10所述的用于使轴转动的系统，其中，第一和第二定子各自进一步包括成型缠绕导线绕组。

14.如权利要求10所述的用于使轴转动的系统，其中，第一和第二感应转子各自包括鼠笼式转子。

15.如权利要求14所述的用于使轴转动的系统，其中：

第一感应转子和第二感应转子各自进一步包括堆叠在一起的多个转子层叠体；并且

第一感应转子和第二感应转子各自具有至少98％的占空系数。

16.如权利要求15所述的用于使轴转动的系统，其中：

第一感应转子的多个转子层叠体相对于相邻的转子层叠体旋转大致180度；并且

第二感应转子的多个转子层叠体相对于相邻的转子层叠体旋转大致180度。

17.一种推进车辆的方法，包括：

存储电能；

从存储的电能提供第一直流电力输入；

从存储的电能提供第二直流电力输入；

从第一直流电力输入生成第一可变频率交流控制信号；

单独地从第二直流电力输入生成与第一可变频率交流控制信号同步的第二可变频率交流控制信号；

生成响应于第一可变频率交流控制信号的第一旋转磁场；

生成响应于第二可变频率交流控制信号并且与第一旋转磁场同步的第二旋转磁场；

响应于第一旋转磁场围绕第一感应转子中的导体感应出第一感应磁场；

响应于第二旋转磁场围绕第二感应转子中的导体感应出第二感应磁场；

在第一旋转磁场与第一感应磁场之间向所述车辆的轴施加第一旋转作用力；

在第二旋转磁场与第二感应磁场之间向所述轴施加第二旋转作用力；以及

向驱动轮传送第一和第二旋转作用力。

18.如权利要求17所述的推进车辆的方法，还包括：

生成电能；

以生成的电能增大第一直流电力输入；以及

以生成的电能增大第二直流电力输入。

19.如权利要求18所述的推进车辆的方法，还包括：从生成的电能对存储的电能再充电。

20.一种车辆，包括：

用于支承负载的器件；

用于通过向地面施加旋转运动来推进用于支撑负载的器件以及支撑用于支承负载的器件的至少一部分的至少一个器件；

安装在用于支承负载的器件上用于存储电能的器件；

安装在用于支承负载的器件上用于从存储的电能提供第一直流电力输入的器件；

安装在用于支承负载的器件上用于从存储的电能提供第二直流电力输入的器件；

安装在用于支承负载的器件上用于从第一直流电力输入生成第一可变频率交流控制信号的器件；

安装在用于支承负载的器件上用于单独地从第二直流电力输入生成与第一可变频率交流控制信号同步的第二可变频率交流控制信号的器件；

安装在用于支承负载的器件上用于响应于第一可变频率交流控制信号生成第一旋转磁场的器件；

安装在用于支承负载的器件上用于响应于第二可变频率交流控制信号生成与第一旋转磁场同步的第二旋转磁场的器件；

安装在用于支承负载的器件上用于响应于第一旋转磁场围绕第一感应转子中的导体感应出第一感应磁场的器件；

安装在用于支承负载的器件上用于响应于第二旋转磁场围绕第二感应转子中的导体感应出第二感应磁场的器件；

安装在用于支承负载的器件上用于在第一旋转磁场与第一感应磁场之间向所述车辆的轴施加第一旋转作用力的器件；

安装在用于支承负载的器件上用于在第二旋转磁场与第二感应磁场之间向所述轴施加第二旋转作用力的器件；和

用于将第一和第二旋转作用力转换成通过向地面施加旋转运动来推进用于支撑负载的器件的至少一个器件的器件。

21.如权利要求20所述的车辆，其中：

用于生成第一可变频率交流控制信号的器件包括第一可变频率电动机驱动控制器；并且

用于单独地生成第二可变频率交流控制信号的器件包括第二可变频率电动机驱动控制器。

22.如权利要求21所述的车辆，其中：

用于从存储的电能提供第一直流电力输入的器件包括将用于存储电能的器件连接至第一可变频率电动机驱动控制器的第一引线；

用于从存储的电能提供第二直流电力输入的器件包括将用于存储电能的器件连接至第二可变频率电动机驱动控制器的第二引线。

23.如权利要求22所述的车辆，其中：

用于生成第一旋转磁场的器件包括第一定子；

用于生成第二旋转磁场的器件包括第二定子；

用于感应出第一感应磁场的器件包括第一感应转子；并且

用于感应出第二感应磁场的器件包括第二感应转子。

24.如权利要求23所述的车辆，其中：

用于在第一旋转磁场与第一感应磁场之间向所述轴施加第一旋转作用力的器件包括牢固地接合至所述轴的第一感应转子；并且

用于在第二旋转磁场与第二感应磁场之间向所述轴施加第二旋转作用力的器件包括牢固地接合至所述轴的第二感应转子。

25.如权利要求24所述的车辆，其中：

第一定子进一步包括堆叠在一起的多个定子层叠体；第二定子进一步包括堆叠在一起的多个定子层叠体；第一感应转子进一步包括堆叠在一起的多个转子层叠体；

第二感应转子进一步包括堆叠在一起的多个转子层叠体；和

第一和第二定子以及第一和第二感应转子各自具有至少98％的占空系数。

26.如权利要求25所述的车辆，其中：

第一定子的多个定子层叠体相对于相邻的定子层叠体旋转大致180度；

第二定子的多个定子层叠体相对于相邻的定子层叠体旋转大致180度；

第一感应转子的多个转子层叠体相对于相邻的转子层叠体旋转大致180度；并且

第二感应转子的多个转子层叠体相对于相邻的转子层叠体旋转大致180度。

27.如权利要求26所述的车辆，其中，第一和第二感应转子各自包括鼠笼式转子。

28.如权利要求24所述的车辆，还包括：

安装在用于支承负载的器件上用于生成电能的器件；

用于以生成的电能增大第一直流电力输入的器件；

用于以生成的电能增大第二直流电力输入的器件。

29.如权利要求28所述的车辆，其中：

用于生成电能的器件包括发电机。

30.如权利要求29所述的车辆，其中：

用于以生成的电能增大第一直流电力输入的器件包括将所述发电机连接至第一可变频率电动机驱动控制器的第三电力引线；并且

用于以生成的电能增大第二直流电力输入的器件包括将所述发电机连接至第二可变频率电动机驱动控制器的第四电力引线。

31.如权利要求30所述的车辆，其中：

用于支承负载的器件进一步包括底盘；

用于推进用于支撑负载的器件的器件包括驱动轮；

用于对存储的电能再充电的器件进一步包括发电机；并且

用于存储电能的器件包括电池；

用于将第一和第二旋转作用力转换成用于推进的器件的器件包括变速器。

32.如权利要求24所述的车辆，其中，第一可变频率电动机驱动控制器和第二可变频率电动机驱动控制器响应于定位并配置成从操作者接收输入的扭矩控制器。

33.一种车辆，包括：

底盘；

支撑底盘的至少一部分的驱动轮；

安装在底盘上的第一电能存储器；

定位和配置成从第一电能存储器接收直流电力的第一可变频率电动机驱动控制器；

定位和配置成从第一电能存储器接收直流电力的与第一可变频率电动机驱动控制器同步的第二可变频率电动机驱动控制器；

定位和配置成从第一可变频率电动机驱动控制器接收第一可变频率交流控制信号的第一定子；

定位和配置成从第二可变频率电动机驱动控制器接收第二可变频率交流控制信号的第二定子；

响应于第一定子并且牢固地接合至所述车辆的轴的第一感应转子；

响应于第二定子并且牢固地接合至所述轴的第二感应转子；和

将轴耦合至所述驱动轮的变速器。

34.如权利要求33所述的车辆，其中：

第一定子进一步包括堆叠在一起的多个定子层叠体；

第二定子进一步包括堆叠在一起的多个定子层叠体；

第一感应转子进一步包括堆叠在一起的多个转子层叠体；

第二感应转子进一步包括堆叠在一起的多个转子层叠体；和

第一和第二定子以及第一和第二感应转子各自具有至少98％的占空系数。

35.如权利要求34所述的车辆，其中：

第一定子的多个定子层叠体相对于相邻的定子层叠体旋转大致180度；

第二定子的多个定子层叠体相对于相邻的定子层叠体旋转大致180度；

第一感应转子的多个转子层叠体相对于相邻的转子层叠体旋转大致180度；并且

第二感应转子的多个转子层叠体相对于相邻的转子层叠体旋转大致180度。

36.如权利要求35所述的车辆，其中，第一和第二感应转子各自包括鼠笼式转子。

37.如权利要求33所述的车辆，还包括：

安装在底盘上向第一和第二可变频率电动机驱动控制器提供直流电能的电能发电机。

38.如权利要求37所述的车辆，其中：

电能存储器包括电池；并且

电能发电机包括丙烷发电机。

39.如权利要求38所述的车辆，其中，第一电动机驱动控制器和第二电动机驱动控制器响应于定位并配置成从操作者接收输入的扭矩控制器。

40.如权利要求39所述的车辆，还包括：

安装在底盘上为辅助系统供能的辅助电动机。