CN103108767B - 用于电动车辆的电动机 - Google Patents

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Abstract

一种用于使车辆的车轮转动的电动机，所述电动机具有转子、定子和线圈绕组，第一传感器被配置为输出指示所述转子相对于所述定子的位置的第一信号，第二传感器被配置为输出指示所述转子相对于所述定子的位置的第二信号；其中，第一传感器与第二传感器是相对于彼此偏移的，以致根据所述转子相对于所述定子的旋转，所述第一输出信号与第二输出信号能确定所述转子的方向；其中，所述第一输出信号和第二输出信号是用于控制在线圈绕组内的电流，且所述第一输出信号和第二输出信号中的至少一种输出信号是被提供给车辆制动系统，以使得所述车辆制动系统能确定车轮锁死状况或车轮锁死状况的开始，其中，所述车轮锁死状况的开始是基于预定的标准来确定的。

Description

用于电动车辆的电动机
技术领域
本发明涉及一种电动机，尤其是涉及一种用于使车辆上的车轮旋转的电动机。
背景技术
防滑制动系统（ABS）是典型的电机械控制系统，它被设计为在制动操作过程中监控和影响车轮的动力学。典型的ABS系统包括3到4个车轮转速传感器；电子控制单元，包含用于处理车轮速度信息的算法；一系列电磁驱动阀；以及泵电动机子系统，该子系统可被触发以中断和释放来自制动部件的制动流体压力。
ABS系统是通过分析车轮速度信息来操作的。如果在制动操作期间，ABS系统确定：车轮速度是以比对于车辆所期待的速率更大的速率来变慢，该ABS系统假设：车轮是开始滑动的（也就是，开始发生车轮锁死），且ABS系统释放制动压力。
同样地，具有精确的车轮速度信息对于ABS系统也是重要的。类似地，电子稳定程序（ESP）系统也需要精确的车轮速度信息。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了根据所附的权利要求所述的电动机。
根据权利要求所要求的本发明提供了这样的优势：使得电动机的转子位置信息可被用作对于ABS系统的速度输入信号，因而不需要分离的ABS速度传感器，因而使能够降低ABS系统成本。
附图说明
现在，本发明将通过实施例并参考所附的附图的方式来进行说明，在这些附图中：
图1显示了根据本发明的一个具体实施方式所述的车辆；
图2显示了一种电动机的爆炸视图，该电动机被用于本发明的一个具体实施方式；
图3显示了在图2中所示的电动机从另一个角度看的爆炸视图；
图4显示了根据本发明的一个具体实施方式所述的控制装置；
图5显示了来自两个电动机位置传感器的输出。
具体实施方式
图1显示了一种车辆100，例如汽车或卡车，具有四个车轮101，其中两个车轮是定位在车辆向前位置，分别在靠近侧面和远离侧面的位置。类似地，两个附加的车轮是定位在车辆的尾部位置，分别在靠近侧面和远离侧面的位置，正如典型的传统汽车构造。然而，正如本领域技术人员所熟知，车辆也可具有任意数量的车轮。
整合在每个车轮101内的是轮内电动机，正如下面详细所述的。虽然本具体实施方式描述了一种具有与每个车轮101相关联的轮内电动机的车辆，正如本领域技术人员所熟知，仅有一个子组的车轮101可具有相关联的轮内电动机。例如，对于四轮车辆，仅前面两轮可具有相关联的轮内电动机，或者仅后面两轮可具有相关联的轮内电动机。
与每个轮内电动机相偶联的是主控制器102，或者称为车辆动力控制器，用于控制这些轮内电动机的操作。
此外，该车辆包括电池120，用于提供对于这些轮内电动机的能源。
整合进该车辆内的是制动系统，在该制动系统中，制动器（例如，盘状或鼓形制动器）是与至少一个车轮相关联的，以使得制动力可被应用到该车轮。为实现本具体实施方式的目的，制动组件是被安装在每个轮内电动机上，以使得制动力可被施加到这四个车轮的每个车轮。
在四个车轮的每个车轮上来自各自的制动组件的制动扭矩的应用是通过定位于所述车辆内的制动踏板来启动的。
为达到最适合的制动效果，在多种不同驾驶条件和路面状况下，该制动系统包括防抱死制动系统。
正如本领域技术人员所熟知，如果该防抱死制动系统作出以下确定：车轮锁死状况或车轮锁死状况的开始已经发生，防抱死制动系统是被配置为减少施加到车轮的制动力。
在所述车辆内的防抱死制动系统包括：用于控制所述防抱死制动系统的操作的电控制模块，以及用于在车轮锁死状况或车轮锁死状况的开始的发生期间调节制动力的装置。为实现本具体实施方式的目的，当所述车轮包括液压制动系统时，所述用于调节制动力的装置是液压控制单元，该单元被配置为控制施加到液压制动系统的液压压力。
为作出以下确定：在制动操作过程中是否发生了车轮锁死状况或车轮锁死状况的发生，所述防抱死制动系统的电控制模块分析在预定的时间间隔内的车轮速度信息。如果该车轮速度信息指示：该车轮正以比预定速率更大的速度进行减速（例如，以比对于车辆通常获得的速度更大的速度进行减速），这会被认为是车轮锁死状况或者车轮锁死状况的开始的指示，而所述防抱死制动系统减少施加到车轮的制动力，例如，通过减少液压制动压力，因而使得该车轮再次加速回复到该车辆的实际速度。
所述车轮锁死状况的开始可以是基于许多预定标准来确定的，例如，基于车轮在极限值之上进行减速的确定。
为了便于说明，所述轮内电动机是具有一组线圈的电动机类型，这些线圈是定子的一部分，用于附着到所述车辆，由转子径向地环绕，该转子带有一组磁体，用于附着到车轮。然而，正如本领域技术人员所熟知，本发明可应用于其他类型的电动机。
正如图2所示，轮内电动机40包括：定子252，该定子包括：后部分230，形成所述制动组件的外壳的第一部分；以及散热片和驱动装置231，包括多个线圈和驱动这些线圈的电子元件。该线圈驱动装置231是固定到后部分230，以形成定子252，然后可被固定到车辆，在使用过程中不会旋转。这些线圈自身是在齿片上形成，这些齿片与驱动装置231和后部分230形成所述定子252。
转子240包括前部分220和形成盖的圆柱形部分221，该转子240基本上围绕所述定子252。该转子包括多个磁体242，被配置为围绕所述圆柱形部分221的内部。因此，这些磁体是处于靠近在驱动装置231上的线圈的位置，以致由该线圈所产生的磁场在驱动装置231内配合磁体242，该磁体242被配置为围绕转子240的圆柱形部分221的内部，以导致该转子240旋转。
所述转子240是通过轴承块223附着到所述定子252。所述轴承块223可以是标准轴承块，正如已被用于车辆中的轴承块，这个发动机组件是适配于该轴承块的。所述轴承块包括两部分，第一部分固定到所述定子，而第二部分固定到所述转子。所述轴承块是被固定到定子252的壁230的中心部分233，也被固定到转子240的外壳壁220的中心部分225。因此，该转子240是旋转地固定到所述车辆，通过在转子240的中心部分225的轴承块223来将转子用于车辆。这样具有以下优点：轮辋和轮胎能被固定到转子240的中心部分225，采用正常的轮螺栓来将轮辋固定到转子的中心部分，继而稳固在轴承块223的可旋转侧之上。这些轮螺栓可以通过转子的中心部分225来配合穿入轴承块自身。包括所述转子240和被安装到所述轴承块223的车轮，在所述转子与车轮的旋转角度之间具有一对一的对应关系。
图3是图2所示的相同组件从相对侧面来看的爆炸示意图，该图显示：定子252包括后定子壁230和线圈和电子组件231。转子240包括外转子壁220和圆周壁221，磁体242是圆周地配置在该圆周壁221内。正如之前所描述的，定子252是通过轴承块在转子壁和定子壁的中央部分连接到转子240的。
此外，在图2中还显示了载有控制电子元件的电路板80，又称为电动机驱动控制器或逆变器。
在转子的圆周壁221与定子外壳230的外边缘之间提供了一个V形密封件350。
所述转子还包括：磁环227，以及用于转子位置感应的磁体227，这些磁体连接安装在所述定子上的传感器，使得能确定所述转子相对于所述定子的精确位置，正如下面所详细描述的。
在本实施例中，电动机40包括8个线圈组60，每个线圈组60具有三个子线圈组61、62、63，这些子线圈组是连接到各自的控制装置64，其中每个控制装置64和各自的子线圈组形成三相逻辑电动机或子电动机，该电动机可独立于其他子电动机而被控制。所述控制装置64以三相电源驱动它们各自的子电动机，因而使得各自的子线圈组能产生旋转的磁场。虽然本具体实施例描述每个线圈组60具有三个子线圈组61、62、63，但本发明并不限于此，需要明确的是，每个线圈组60可具有两个或更多子线圈组。同样，虽然本具体实施例描述一个具有八个线圈组60的电动机（也就是八个子电动机），但所述电动机可具有两个或多个与控制装置相关联的线圈组（也就是，两个或多个子电动机）。
每个控制装置包括一个三相桥式逆变器，正如本领域技术人员所熟知，包括六个开关。该三相桥式逆变器是偶联到线圈组60的三个子线圈组，以形成一个三相电动机构造。相应地，正如上所述，所述电动机包括八个三相子电动机，其中每个三相子电动机包括一个控制装置64，该控制装置偶联到线圈组的三个子线圈组。每个三相桥式逆变器是被配置为提供穿过各自子线圈组61、62、63的脉宽调制（PWM）电压控制，以提供对于各自的子电动机所需的扭矩。
对于给出的线圈组，控制装置64的三相桥式开关被配置为施加穿过每个子线圈组61、62、63的单独的电压相。
虽然在本具体实施方式中描述的轮内电动机包括多个逻辑子电动机，正如本领域技术人员所熟知，需要明确的是，所述电动机可以是传统设计的电动机，而不需采用逻辑子电动机。
在本实施例中，每个控制装置80是楔形的。这个形状使得多个控制装置80能被定位在电动机内彼此接近的位置，形成一个类似扇形的装置。
所述控制装置80的开关可包括诸如MOSFET或者IGBT的半导体装置。在本实施例中，这些开关包括IGBT。然而，任何合适的已知的开关电路都可被应用于控制电流。这样的开关电路的一个熟知的例子是H-桥式电路，该电路具有六个开关，被配置为驱动一个三相电动机。这六个开关是被配置为三组平行的双开关，其中，每一对开关是串联的，并形成所述H-桥式电路的一条引腿。图5显示了偶联到三个子线圈组的一个H-桥式电路400的例子。
图4显示了根据本发明的一个具体实施方式所述的控制装置80的例子。
该控制装置80包括第一电路板83和第二电路板82。优选地，该第二电路板82是被配置为覆盖第一电路板83。
所述第一电路板83包括多个开关，这些开关被配置为施加穿过各个子线圈组的交变电压。
如上所述，这些多个开关被配置为形成一个n相桥式电路。因此，正如本领域技术人员所熟知，开关的数量将会取决于被施加到各个子电动机的电压相的数量。在本具体实施例中，这些控制装置和子线圈组被配置为形成一个三相电动机，各个控制装置的第一电路板83包括六个开关。虽然本设计显示每个子电动机具有一个三相构造，但这些子电动机也能被构造为具有两个或多个相。
这些子线圈组的电线（例如，铜电线）可以直接连接到合适的开关装置。
为有助于散热，第一电路板83优选地是由具有相对高的热传导性的材料（例如金属）制成，这将有助于将热量从这些开关上散去。因为具有高的热传导性的材料通常也具有高的电传导性，对于具有相对高的电传导性的材料，优选是在第一电路板83的上部分加上绝缘层，以使发生短路的风险最小化。
所述第二电路板82包括多个电气部件，用于控制安装在第一电路板83上的开关的操作。安装在第二电路板82上的电气部件的例子包括：用于控制这些开关的操作的控制逻辑，用于提供PWM电压控制的控制逻辑，以及用于使得控制装置80能与在控制装置80外部的装置（例如，其他控制装置80或者主控制器）进行通信的接口部件，例如CAN接口芯片。通常，第二控制板82将通过该接口进行通信，以接收扭矩需求请求，并传输状态信息。
如上所述，第二电路板82被配置为安装在第一电路板83的顶部，其中，第一电路板83和第二电路板82都包括用于将它们安装在电动机40内（例如，邻近于它们控制的子线圈组）的装置，直接面对冷却板。在所示的例子中，这些装置包括孔84，螺杆或类似物能穿过这些孔。在这个实施例中，第一电路板83和第二电路板82基本上是楔形的。这个形状使得多个控制装置80可被定位于在电动机内互相邻近的位置，形成类似扇形的装置。通过从这些开关中分离控制逻辑，这样具有从这些开关中热分离控制逻辑的优势，同时也使由这些开关所产生的电噪声的影响最小化。
为了控制在各个线圈内的电流，控制装置80的开关的时序是采用矢量控制系统来确定的，其中，矢量控制是被用于在AC电动机内再次产生DC电动机直交部件，以使得扭矩产生电流可独立于磁流产生电流而被确定。
正如本领域技术人员所熟知，将三相定子电流转换为两相直交矢量是采用Clarke转换来进行的。进一步的转换需要采用Park转换将固定的定子帧的相关组件转换为转子的旋转基准帧。
为执行Park转换，需要所述转子的精确的角位置，这是采用安装在每个电路板上的主动位置传感器来实行的。为实现本发明的目的，霍尔传感器被用作位置传感器，该霍尔传感器被配置为根据聚焦环与安装在转子240上的磁体227的相对位置而产生电信号。为确定所述转子转动的方向，控制装置80优选地具有两个传感器，它们是相互偏移预定的角度的，例如偏移90度，以致来自每个传感器的信号的改变都可被分析，以确定转子240的相对位置以及该转子的旋转方向。正如本领域技术人员所熟知，角度位置信息是基于在子电动机的线圈绕组内的电流的相位角。为使得每个控制装置（继而每个子电动机）都能互相独立地进行操作，每个控制装置80具有它们自身的位置传感器组。然而，每个轮内电动机也可采用单独的位置传感器组。通过将位置传感器组安装在多个控制装置上，这样在一组位置传感器发生故障时具有提供冗余的优势。
虽然本具体实施方式整合了主动传感器，但是其他形式的位置传感器也可被采用，例如，感应位置传感器，这类传感器包括磁体和线圈，安装在邻近齿状的环的位置。
因为所述转子相对于所述定子旋转，位置传感器输出AC电压信号，使得该转子的位置可被确定。该输出AC电压位置信号具有与所述转子的速度成比例的频率。为了清楚说明，图5显示从安装在控制装置80上的两个位置传感器的输出信号已经以约90度相分离。也就是说，两条正弦曲线信号都是输出信号，其中一个输出信号是相对于另一个输出信号偏移约90度。
如上所述，所述位置信号是由控制装置所采用，以控制逆变器开关，使得所需电流能再各自线圈内流动。
为产生用于输入ABS电控制模块的速度信号，来自安装在控制装置上的两个位置传感器的输出信号是被校正的，以产生各自的交变方波，它们是相对于彼此偏移约90度的。这两个方波形式是穿透异或门，以产生一系列脉冲，其中，该系列脉冲是与所述转子相对于所述定子的旋转速度成比例的，继而与车轮速度成比例。
该系列脉冲被输入ABS电控制模块。通常，由位置传感器产生的该系列脉冲（它形成ABS输入信号）是来源于通过检测至少一个位置传感器信号的零交叉点而获得的脉冲序列。该ABS电控制模块采用该系列脉冲来确定车轮速度，继而确定是否正在发生车轮锁死状况或者车轮锁死状况的开始。
如果在由位置传感器产生的脉冲序列的频率与由ABS电控制模块预期的频率之间有不匹配之处，该脉冲序列优选地是再次采样，以产生所需的脉冲序列频率。可选择地，所述ABS电控制模块能被重新校准。
虽然本具体实施方式描述了两个位置传感器的应用，以产生用于ABS系统的速度输入信号，但是用于ABS系统的速度输入信号也可从单个位置传感器的输出中产生。
采用来自在每个轮内电动机内的位置传感器的输出信号，是有可能提供带有每个车轮的速度信息的ABS系统。
虽然上述具体实施方式是根据用于ABS系统的车轮速度信息的确定，但本领域技术人员应当明确的是，该车轮速度信息的确定也可被用于ESP系统，其中，车轮信息可被用于确定车轮是否正在加速为比装有该车轮的车辆更快（也就是，车轮旋转状况正在发生）。在这样的情形下，制动系统可被安排为施加一个制动力到该旋转的车轮以停止车轮旋转状况。

Claims (19)

1.一种用于使车辆的车轮转动的电动机，所述电动机具有转子、定子和线圈绕组，第一传感器被配置为输出指示所述转子相对于所述定子的位置的第一信号，其中，所述第一输出信号是用于控制在线圈绕组内的电流，且所述第一输出信号被配置为提供给车辆制动系统，以使得所述车辆制动系统能确定车轮锁死状况或车轮锁死状况的开始，其中，所述车轮锁死状况的开始是基于预定的标准来确定的。
2.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，还包括：第二传感器，被配置为输出指示所述转子相对于所述定子的位置的第二信号；其中，第一传感器与第二传感器是相对于彼此偏移的，以致根据所述转子相对于所述定子的旋转，所述第一输出信号与第二输出信号能确定所述转子的方向。
3.根据权利要求2所述的电动机，其特征在于：所述第一输出信号与第二输出信号是被用于控制在所述线圈绕组内的电流。
4.根据权利要求2或3所述的电动机，其特征在于：所述第二输出信号是被配置为提供给所述车辆制动系统，以使得所述车辆制动系统能确定车轮锁死状况或车轮锁死状况的开始，其中，所述车轮锁死状况的开始是基于预定的标准来确定的。
5.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述预定的标准包括确定所述车轮的减速是在极限减速值之上。
6.一种用于使车辆的车轮转动的电动机，所述电动机具有转子、定子和线圈绕组，第一传感器被配置为输出指示所述转子相对于所述定子的位置的第一信号，其中，所述第一输出信号是用于控制在线圈绕组内的电流，且所述第一输出信号被配置为提供给车辆制动系统，以使得所述车辆制动系统能确定车轮的预定加速状况，其中，基于所述预定加速状况的确定，所述车辆制动系统是被配置为调节对于所述车轮的制动力。
7.根据权利要求6所述的电动机，其特征在于，还包括：第二传感器，被配置为输出指示所述转子相对于所述定子的位置的第二信号；其中，第一传感器与第二传感器是相对于彼此偏移的，以致根据所述转子相对于所述定子的旋转，所述第一输出信号与第二输出信号能确定所述转子的方向。
8.根据权利要求7所述的电动机，其特征在于：所述第一输出信号与第二输出信号是被用于控制在所述线圈绕组内的电流。
9.根据权利要求7或8所述的电动机，其特征在于：所述第二输出信号是被配置为提供给所述车辆制动系统，以使得所述车辆制动系统能确定车轮的预定加速状况，其中，基于所述预定加速状况的确定，所述车辆制动系统是被配置为调节对于所述车轮的制动力。
10.根据权利要求6至8之一所述的电动机，其特征在于：所述预定加速状况是车轮锁死状况或车轮锁死状况的开始的指示。
11.根据权利要求6至8之一所述的电动机，其特征在于：所述预定加速状况是车轮旋转状况的指示。
12.根据权利要求2、3、5、7、8之一所述的电动机，其特征在于：所述第一传感器和第二传感器是相对于在线圈绕组内的电流的相角偏移90度的。
13.根据权利要求2、3、5、7、8之一所述的电动机，其特征在于：所述第一传感器和第二传感器是位置传感器。
14.根据权利要求13所述的电动机，其特征在于：所述第一传感器和/或第二传感器是被动感应位置传感器或主动位置传感器。
15.根据权利要求14所述的电动机，其特征在于：还包括多个磁体，所述多个磁体是这样定位以致使所述主动位置传感器能确定所述转子相对于所述定子的位置。
16.根据权利要求13所述的电动机，其特征在于，还包括：用于当所述转子相对于所述定子移动时从来自所述位置传感器的位置数据的改变中生成转子速度的装置。
17.根据权利要求1-3、5-8和14-16之一所述的电动机，其特征在于：所述第一输出信号是通过检测所述第一输出信号的零交叉点来转变为ABS信号。
18.根据权利要求17所述的电动机，其特征在于：所述ABS信号是重新采样的。
19.一种具有多个根据前述任意权利要求之一所述的电动机的车辆，该车辆具有安装到各个电动机的车轮。
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