CN103493360B - 陆地交通工具的驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种陆地交通工具的驱动系统（DS），包括：用于驱动陆地交通工具的电机系统(Ml,M2)，电机系统包括作用于共同的驱动轴（S）上的用于驱动陆地交通工具的至少第一和第二电机(Ml,M2)，和控制装置(PE,PE1,PE2)，其适用于控制电机系统在具有不同驱动轴（S）转速的至少两个转速操作范围（OR1，OR2）内运行。第一电机(M1)在两个转速操作范围（OR1，OR2）内受控运行以提供第一驱动扭矩，第二电机(M2)仅在一个转速操作范围（OR1）内受控运行以提供除了第一驱动扭矩之外的第二驱动扭矩。

Description

陆地交通工具的驱动系统

技术领域

本发明涉及一种具有用于驱动陆地交通工具的电机系统的陆地交通工具的驱动系统以及用来控制电机系统的控制装置。

背景技术

这类驱动系统会被利用在，例如，电动操作的车辆或者混合动力车辆上，如汽车、公交车、火车等，这些车辆行驶在陆地上的，并且通常被称为陆地交通工具或陆地交通车辆。这类车辆一般具有一个或者多个驱动轮，驱动轮是由驱动系统驱动的，可以让车辆或交通工具朝着预期的移动方向移动。例如，驱动所必须的电能是由内燃机带动发电机、通过燃料电池，蓄电池提供的，或者是通过这类装置的组合一起作为电源来提供的。电源与车辆的电机系统相连用以驱动的目的。电源的电能一般是供给包括电力电子设备在内的供电回路，比如说以两侧都具有变频器电路的电动中间电路的形式，该供电回路与电源及电机相连。车辆的电机由供应回路供应电能，以驱动一根或者多根驱动轴，驱动轴驱动车辆的被动轮。在大部分的应用中，驱动系统还可以实现能够回收能量的电刹车，以便将电能返回给供电回路。其它与供电回路相连的装置可以利用这个能量。比如说，它可以被存储在蓄电池中或者飞轮蓄电池中。

电操作车辆的驱动一般要求必须由具有双曲线特性的高扩展电能产生的机械动力。这类双曲线特性一般的特征是具有电力驱动装置的最高转速值和在低转速下的高扭矩，每一个特征都定义了双曲线特征点，其通过具有相等功率的双曲线相连。在机械驱动车辆中，比如说通过内燃机直接驱动的，这个功能就由手动或者自动变速箱或齿轮箱来取代了。在行驶电动车辆时，这个功能必须由电力驱动系统来承担，尤其是通过与电源及电机相连的电力电子设备的组合来实现。供应中间电路的变频器电路一般不是问题，可以针对各种目的进行优化。对于内燃机来说，越来越多地使用永磁发电机，永磁发电机与高效率的发动机直接集成在一起，并与主动或者被动变频器电路相连接。但是，发动机单元在这类驱动系统各种可能的应用与实现场合中都达到了其极限性能，尤其是在目前的机器大小，效率高低，以及关于最大电流及电压值下对电力电子设备的电力要求情况下。

在最近的技术发展水平中，如上所列，有各种类型的电机可以应用在电力驱动系统中。比如说，可以采用由变频器电路供电的永磁（PM）电机。PM可以提供非常高的扭矩/重量比，能够直接驱动，但是另一方面，它对电力电子设备的要求又非常高。因为感应电压（所谓的“电动势（EMF）”电磁力或者“反电动势”）与旋转的转速成正比，在最高速下会产生最高的电压，另一方面，在低速下的高的驱动扭矩需要大的电流。电力电子设备必须能够承受高速下的高压，并且能够为高扭矩提供大电流，这使得电力电子设备的功率需量很高并且非常昂贵。所谓的电角功率（electricalcornerpower）（最大电压乘以最大电流）与机械的角功率(cornerpower)（最大旋转速度乘以最大扭矩）是一致的。

这么高的角功率使得电力电子设备的功率需量非常高，也非常昂贵，因为它们必须能够为电机提供高电压以及高电流。另一方面，因为电机对最大电压与最大电流的需求并不是同时的，因此，电力电子设备提供的是以角功率计量的过安装，而不是驱动单元的标称功率（双曲线功率）。对电力电子设备的低要求相当于与标称功率相等的角功率，对电力电子设备的高要求相当于与最大扭矩乘以最大转速相等的角功率。在典型的应用中，这些极端值之间可能会有所不同，其因子在4-10之间。

关于永磁电机，电力电子设备的高要求一般都会随着电机绕数的增加而降低，但是会导致电机感应电压的升高。比如说，在700V的直流系统中，电机通常的配置为1500V的感应电压。大约从一半的转速开始，这些电机就必须在正确的相移下永久运行，以使终端的电压低于临界值，以能够控制电机的运行。这个可以通过所谓的有功功率电子设备的磁场减弱操作实现，并且通过额外的安全回路方式实现，该安全回路可以确保当电力电子设备不能实现的时候，电机依然可以进行操作，以避免系统的高电压荷载。这又让驱动系统变得比较昂贵，要求也比较高。

永磁电机在紧凑性方面的优化，同时其在部分荷载时的效率仅可能在一定的范围内，因为为了获得电机的高的扭矩/重量比，相应地就会要求强磁性，在部分荷载的时候，也会产生一个恒定的高损失。

其它已知的驱动系统会采用异步电机，并结合变频器电路。这个组合与双曲线特征非常吻合，使得对电力电子设备的要求也非常低。但是，异步电机提供非常低的扭矩/重量比，因此它就无法作为直接驱动使用。出于这个原因，在很多情况下，异步电机都会与变速齿轮结合使用，这会导致额外的转动损失。

驱动系统还会采用磁阻电机与变频器电路相组合的方式，它们可以作为直接驱动使用。但是，在高转速下，功率的下降超过了预期的等功率的双曲线特征值。此外，紧凑性非常低（PM永磁电机的尺寸大概只有磁阻电机的一半），效率是处在中等水平，它们对电力电子设备的要求也比较低。

还有一种电机类型，即所谓的由变频器电路供应的IPM电机（内置式永磁电机）也会被利用在上面提到过的驱动系统里。IPM电机是永磁电机的衍生产物，它的磁体是嵌入在转子上，因此就可以提供一种有槽或者锯齿状的转子，在电机旋转的时候，就可以产生额外的张力。另一方面，IPM电机的转子结构相对来说是比较复杂的，因此与PM永磁电机相比，它就可以用比较少的极数得以实现。与PM永磁电机相比，对电力电子设备的要求可以降低大约20-30%，但是尽管如此，这个要求依然是非常高的。

发明内容

因此，本发明的目的是为了为陆地交通工具提供一个有效的驱动系统，其能够为驱动陆地交通工具提供所需的驱动特征，但是对电力电子设备的要求就比较有限。

就本发明的某个方面来说，提供了一种用于陆地交通工具的驱动系统，该系统包括用于驱动陆地交通工具的电机系统，电机系统包括至少一个第一和一个第二电机，这两台电机都作用在驱动陆地交通工具的共同的驱动轴上，和一个控制装置，该控制装置适用于控制电机系统在至少两个操作范围内运行，其中在第一个操作范围内时，第一和第二电机都运行为驱动轴提供各自的驱动扭矩，在第二个操作范围内时，只有一台电机运行为驱动轴提供驱动扭矩。在第二个操作范围内时，这台电机也可以运行，但是不是提供除了另一台电机的驱动扭矩以外的驱动扭矩。

用这种方法，有可能优化其中的一台电机，尤其是在两个操作范围内都运行的那台电机，可以使其达到更高的电机工作效率。例如，在两个操作范围内第一电机运行以提供第一驱动扭矩，例如，等于或者小于扭矩临界值（比如说，是第一电机的标称扭矩），当驱动轴所需要提供的扭矩高于扭矩临界值时（也就是说，在上面的例子中，是高于第一电机的标称扭矩时），那么第二电机只运行在一个操作范围内，以提供除了第一驱动扭矩之外的第二驱动扭矩。两台电机都可以运行的第一操作范围可以是驱动轴运行转速比较低的范围，而只有第一电机可以运行的第二操作范围可以是驱动轴运行转速比较高的范围。只要在两个操作范围内，车辆的扭矩需求比较低时，那么第一电机运行以提供所需的扭矩，而第二电机可以保持关闭，从而只产生非常低的损失，如果有损失的话。在扭矩需求比较高的操作范围内，第二电机运行以提供除了第一电机扭矩之外的扭矩，从而得到了在驱动轴上的比较高的扭矩。

驱动系统还可以采用两台以上的电机作用在共同的驱动轴上。本发明的概念是，当作用在共同的驱动轴上时，具有独立转子的多台电机可以被组合，其中的电机也可以根据它们提供驱动扭矩时的各自的运转转速进行单独地优化。

根据本发明的一个实施例，控制装置被配置成根据扭矩-转速特征线操作电机系统，扭矩-转速的特征线是在运行转速的至少一个操作范围内具有大体上恒定功率的双曲线。采用本发明的电机系统，驱动系统与双曲线特征线会非常吻合，而不会增加对电力电子设备的要求，下面会更详细地阐述。

根据本发明的一个实施例，第一和第二电机都是永磁（PM）电机。其中的一台永磁电机运行在两个操作范围内，并且可以被优化以在整个转速范围内获得比较低的标称扭矩。另外一台永磁电机只能运行在一个对扭矩需求比较高的操作范围内。第二永磁电机可以在这个部分荷载的操作范围内进行优化，并且可以在转速比较高的时候关闭，从而不会引起电机中由于电机旋转所引起的所谓的补偿损失（offsetloss）。两台电机的组合使用，得到了高效率的驱动系统。例如，第一和第二电机之间通过空程离合器（free-wheelclutch）连接，这样在不需要它的扭矩时其中的一台电机停止旋转。

根据另外一个实施例，第一电机和第二电机的类型是不一样的，也就是说，根据不同的电磁原理进行工作。通过这种方式，不同的磁和电电机工作原理可组合使用，以获得驱动系统的整体效率的提高，和/或降低对电力电子设备的要求。

例如，电机系统包括一台永磁电机和一台磁阻电机。尤其是，第一电机为永磁电机，而第二电机是磁阻电机。例如，这些电机都可以安装在一根驱动轴上。例如，只要两个操作范围内车辆对扭矩仅有比较低的要求时，那么永磁电机运行以提供所需的扭矩，而磁阻电机可以保持关闭，从而只产生非常低的损失（假如它与永磁电机一起旋转），或者当其脱离永磁电机时，甚至于都不会产生损失。

永磁电机在这个比较低的扭矩范围内可以对其效率进行优化，并且可以只提供相对低的标称扭矩。在驱动系统要求比较高的扭矩的操作范围内时，磁阻电机可以运行以提供除了永磁电机扭矩之外的扭矩，获得了在驱动轴处的比较高的合计扭矩。优选地，磁阻电机具有高感应系数，也就是说具有高的扭矩电流比（例如：永磁电机在800A时，扭矩为2000Nm，磁阻电机在200A时扭矩为2000Nm），以提供只有低电流下的高扭矩，从而导致了在比较高的转速下的比较低的功率。但是，在比较高转速下的操作范围内，永磁电机本身就可以提供足够的扭矩。

在组合使用永磁电机和磁阻电机时，可提供的驱动系统的双曲线特征线根据电机的尺寸比例可调整。如果永磁电机的比例比较高，那么特征线会偏离双曲线的轨迹，反之亦然。

根据另外一个实施例，电机系统包括一台永磁电机和一台异步电机，尤其是，其中的第一电机是永磁电机，而第二电机是异步电机。

就像是磁阻电机，异步电机不会像永磁电机一样，对定子引起感应电压（电动势EMF），因为在转子中并没有永磁体存在。

因此，在驱动系统中采用除了永磁电机以外的电机作为第二电机，当第二电机运行在转速比较低的操作范围内时，第二电机可被设计成在低电流下提供高扭矩，然而，其中的电机可以在比较高的转速下旋转，而不会在比较高转速操作范围内超出电压的极限值，因为在高转速下，由于转子的磁场在定子内感应的电压可以通过适当地控制转子的磁场来进行控制与减少。在转速高时，一般需要的扭矩也比较低，永磁电机可以有效地提供驱动所必需的扭矩，这样第二电机可以空闲状态与永磁电机一起转动，而不会给轴增加驱动扭矩，或者可以在这个操作范围内脱离永磁电机。

根据另一个实施例，电机系统包括一台磁阻电机和一台异步电机，尤其是其中的第一电机是磁阻电机，而第二电机是异步电机。

例如，第一电机和第二电机彼此固定连接。有利地是，它们连接的方式是它们的转子系统是以一定角度扭曲。通过这种方式，定子系统的相位可以根据特殊的应用进行优化，电机的交替扭矩可以减少。

根据一个实施例，第一电机和第二电机是通过一个变速齿轮彼此连接，这样第一和第二电机以不同的转速进行旋转。通过这种方式，永磁电机可以在比较低的转速下旋转（在定子中诱发比较低的电动势EMF），第二电机可以在比较高的转速下旋转，并可以在重量与尺寸方面进行优化，一般会随着更高的转速而有所减小。根据另一个实施例，两台电机可以分别通过各自的变速齿轮连接到驱动轴上。

例如，第一电机的第一转子和第二电机的第二转子相连，例如，安置于共同的轴上，其中提供的两台电机的公共定子系统是第一电机与第二电机共同的。通过这种方式，两台电机可以采用公共冷却系统，从而可以减少电机系统的整体尺寸。

根据另一个实施例，第一电机与第二电机是通过联轴器或者通过空程离合器相连。这样，当第二电机不需要运行时，通过将第二电机与第一电机脱离或者空转就可以减少旋转摩擦损失。

优选地，第一电机可包括第一定子金属片，第二电机可包括第二定子金属片，第二定子金属片的厚度比第一定子金属片厚。更厚的金属片在电机转速比较低时的效率方面是比较有优势的。

根据一个实施例，控制装置和两台电机共用的角度变送器（angulartransmitter）或者转子定位感应器相连。

例如，电机系统包括一台永磁电机，其包括表面磁体，或者具有磁通量集中的结构，或者具有以海尔贝克（Halbach）方式排列的磁体。海尔贝克方式排列在本领域中是已知的，它包括中间磁体，其具有的磁场与永磁电机两个磁极之间成直角，用以支持磁极的磁场。磁通量集中的结构在本领域中也是已知的，它包括中间磁体，其具有的磁场位于永磁电机用铁形成的两个磁极之间的直角上。

根据另外一个实施例，第一和第二电机被置于一个公共壳体内，或者置于独立的壳体内。它们可以与一个公共冷却系统相连。例如，冷却系统间接地水冷第一和第二电机的定子系统。

优选地，第一电机和第二电机至少是部分地由同样的电机零件加工出来的，例如，在加工电机时，两台电机包括同样的定子金属片，以降低成本，因为同样的零件可以使用在多种电机的加工中。

例如，第一电机和第二电机至少是部分地由同样的轴向部分零件加工的，例如同样的定子金属片，其中的第一电机包括第一数量的轴向部分零件，第二电机包括第二数量的轴向部分零件。因此，电机的结构可以是，电机包括不同数量的轴向部分零件，导致不同的电机就具有不同的长度。因此，部分零件根据具体的应用，以一种模块化的方式用以加工电机。通过这种方式，驱动系统可以根据整体的功率要求和具体的实施，以及所需的双曲线特征线形状进行调整。

根据一个实施例，齿轮装置部分地集成在一台电机内部自由空间之内的，或者两台电机的内部自由空间之内。齿轮可以是各台电机的组成部分。

例如，电机系统可以设计成，其中的一台电机，比如说第一电机，装入空心轴设计中，而另一台电机，比如说第二电机，可以设计成比该其中的一台电机的直径小，装入在该其中的一台电机之中。通过这种方式，可以提供一种紧凑型的电机系统。

优选地，其中的一台电机被设计成具有一个内转子，而另一台电机具有外转子。

例如，具有外转子的电机装入具有内转子的电机中，两台电机具有同一个转子架。

根据一个实施例，具有外转子的电机装入具有内转子的电机内，两台电机具有同一个转子护铁。例如，转子护铁是用复合层板制成的。

根据一个实施例，具有内转子的电机装入具有外转子的电机内，两台电机具有同一个定子架和/或具有同一个公共定子冷却系统。

例如，操作范围为具有不同的驱动轴转速的至少两个转速操作范围，其中的操作范围受限于表明转速的临界值。

在另外一个例子中，操作范围为具有不同的驱动轴扭矩的至少两个扭矩操作范围，其中的操作范围受限于表明扭矩的临界值。

在进一步的实施例中，控制装置根据扭矩-转速关系进行调整来控制电机系统，其中的第一操作范围覆盖了大于第一临界值的驱动轴转速，以及大于第二临界值的驱动轴扭矩。

在另外一个实施例中，控制装置根据扭矩-转速关系进行调整用以操作电机系统，其中的操作范围受限于临界值曲线，该临界值曲线位于在第一转速下的表明第一扭矩的第一临界值与在第二转速下的表明第二扭矩的第二临界值之间。例如，临界值曲线至少是部分椭圆形的，或者双曲线或者直线。

附图说明

本发明将参考示出了本发明示例性的实施例的附图进行解释，其中：

图1A-E示出了示例性的双曲线扭矩-转速特征，本发明的驱动系统可根据该特征运行，以及根据各种操作范围实施的控制电机系统的一些实施例，

图2示出了本发明的驱动系统的一个实施例，

图3示出了电机系统一个实施例，其中的两台电机的两个转子被封闭在公共定子中，

图4示出了电机系统中两台独立电机的一个实施例，

图5-8示出了在各种结构设计中，电机系统的电机的一些示例性实施例。

具体实施方式

首先见图1A，示出了一个示例性的双曲线扭矩-转速特征图，本发明的驱动系统一般可以根据该特征图运行。该特征图描述了在转速n（旋转次数）或者角速度co（co=2[圆周率pi]n）与作用在驱动轴上的扭矩Tq之间的关系。在这个例子中的扭矩-转速特征线HY是双曲线，在电机系统的大部分操作范围内具有大体恒定的功率。在转速比较低的范围内，扭矩被限制在电机系统的最大扭矩内。图1A还示出了角功率Pc，如前所述，其可用最大扭矩乘以最大角转速计算得到。图1A的特征将参考图2进行详细地解释。

图2示出了本发明的驱动系统的一个示例性的实施例。驱动系统DS是用来驱动陆地交通工具的，例如汽车，只有它的某些部分被示意性地示出在图1中，轮子W1和W2分别由轴A1与A2驱动。差动传动或者齿轮D用于传输来自具有电机M1和M2的驱动轴S的扭矩，正如所公知的，电机M1与M2是作为轴A1与A2的发动机。尤其是，驱动系统包括一个用于驱动陆地交通工具的电机系统，其中的电机系统包括第一电机M1和第二电机M2，两台电机作为发动机均作用在共同的驱动轴S上，用以驱动陆地交通工具。例如，电机M1和M2各自的转子都置于共同的轴S上，或者以适当地方式与该轴连接，以便两台电机的扭矩都能作用在驱动轴S上，使驱动轴旋转以驱动车辆。一般而言，驱动系统还包括控制装置，控制装置包括用于驱动电机M1的电力电子设备PE1和用于驱动电机M2的电力电子设备PE2。电力电子设备PE1和PE2与一个能源相连接，例如，一台永磁发电机PMG，它是由内燃机CE驱动的，用以产生电能，并把电能供给电力电子设备PE1和PE2。例如，电力电子设备PE1和PE2都分别包括中间直流回路，每个中间直流回路与两个变频器电路（未示出）相连，在本领域中是已知的，用来将来自PMG的功率分别提供给中间回路和电机M1与M2，反之亦然。可选择地，PMG也可以有自己的电力电子设备，将功率提供给一个单独的中间直流回路，该中间直流回路是与电力电子设备PE1和PE2都连接在一起，PE1和PE2包括各自的变频器电路用于供应电机M1和M2。

电机M1和M2可以通过轴S直接连接，因为两台电机的两个转子在轴上彼此相邻放置，或者它们通过变速箱G（以便电机M1与M2可以在不同的转速下旋转，但是具有固定的传动比），如上所述的联轴器C或者空程离合器FW连接在一起。

电力电子设备PE1和PE2的控制方式是电机系统在至少两个操作范围OR1和OR2下运行，在图1A的例子中，两个操作范围OR1和OR2具有具有不同的驱动轴S转速。操作范围OR1下，驱动轴S的运行转速低于操作范围OR2，在操作范围OR2下的驱动轴S的运行转速比较高。电机M1受电力电子设备PE1控制的，以在操作范围OR1与OR2下运行，也就是说，在驱动系统的整个操作范围内运行。电机M2只能受控运行在操作范围OR1下，也就是说，在图1A的例子中，只能在比较低的转速范围内。通过这种方式，就有可能对电机M1进行优化，电机M1在操作范围OR1和OR2下均运行，可以让驱动系统在较低的扭矩范围内达到较高的效率。

尤其是，电机M1运行在OR1和OR2两个范围内，以提供等于或者小于扭矩临界值TqM1的驱动扭矩，例如，扭矩临界值TqM1为电机M1的标称扭矩。第二电机只运行在操作范围OR1内，当需要提供在驱动轴S上的扭矩高于电机M1的标称扭矩TqM1时，以向轴S提供除了电机M1的驱动扭矩之外的驱动扭矩。如果车辆在两个操作范围OR1与OR2下仅需要低于TqM1的扭矩，那么电机M1提供所需的扭矩，而电机M2可以通过，比如说联轴器C关闭，从而不会产生损失。在分别小于转速cog或者ng的操作范围OR1内，一旦需要高于TqM1的扭矩时，电机M2提供除了电机M1的扭矩以外的扭矩，得到了在驱动轴上的高于TqM1的合计扭矩。在操作范围OR2内，电机M2原则上可以运行，因为其与电力电子设备PE2相连，并有电流供应，但是它的运行并不会在轴S上提供除了电机M1的驱动扭矩以外的驱动扭矩。

例如，电机系统可遵循具有大体上恒定的功率P=常数的扭矩-转速特征线运行。在转速大于ng或者cog的操作范围OR2内，因为所需的扭矩小于或者等于电机M1的标称扭矩TqM1，所以扭矩可以只由电机M1来提供。在小于或者等于转速ng或者cog时，当电机M1在比较低的转速下运行时，电机M1达到其标称扭矩TqM1，因此，它无法单独提供所需的扭矩。因此，假如在驱动轴S上所提供的扭矩是高于扭矩TqM1时，那么电机M2会运行以向驱动轴提供额外的扭矩，以整体上向轴S提供所需的扭矩，使其传输到轮子W1和W2上。

有利的是，电机M2可设计成在低电流下提供高扭矩，当在操作范围OR1下运行时，其可增加到电机M1的扭矩TqM1，以便驱动系统可以提供整体的驱动扭矩Tq。假如电机M2也可以在转速大于ng或者cog的操作范围OR2内运行，那么电力电子设备PE2被受控使得M2定子中的感应电压降低，尤其是当电机M2不是PM永磁电机时的情况。因此，电力电子设备PE1和PE2的电压需求就可以有利地被降低，也不需要额外的安全回路来使电压低于电力电子设备的极限值。这可以有利地降低如上所述的驱动系统的角功率。

例如，电机M1和M2分别为永磁电机。在这种情况下，就不需要解决角功率的问题，但是如上所述，整体驱动系统可以获得比较高的效率。

根据另外一个例子，电机M1是永磁电机，第二电机M2是磁阻电机。在另外一个实施例中，电机M1可以是永磁电机，第二电机M2可以是异步电机。在进一步的变化中，电机M1是磁阻电机，电机M2是异步（交流感应）电机。

例如，齿轮装置，如变速齿轮G，是部分地区集成在电机M1或者M2之一的内部自由空间内。

如图3所示，电机M1包括一个转子R1，电机M2包括一个转子R2，它们均放置于共同的轴S上。在这个实施例中，电机M1与M2共用一个公共定子系统ST，也就是说，公共定子系统ST对转子R1和R2均起作用。例如，根据电机M1和M2的类型，转子可以具有不同的长度和不同的类型。假如电机M1是PM永磁电机，电机M2是磁阻电机，那么转子R1可以使用永磁体，转子R2可以设计成磁阻电机的转子。电机M1和M2被置于在共同的壳体H内。这么做的优势是公共定子ST可以由公共冷却系统CS冷却，优选地通过水WT进行间接水冷。另外的一个优势是只需要一个公共电力电子设备PE，来替代单独的电力电子设备PE1和PE2。

图4示出了电机系统的两台独立的电机的实施例，电机M1包括转子R1和定子ST1，电机M2包括转子R2和定子ST2。通过这种方式，两台电机M1和M2都可以分别在各自的操作范围内进行优化，可以获得最佳组合的驱动系统。例如，电机M1包括定子金属片MS1，电机M2包括定子金属片MS2，定子金属片MS2的厚度比定子金属片MS1的厚，这样有利于电机M2运行在比电机M1转速低的情况下。

例如，也如图4所示，电力电子设备PE1和PE2可以与一个角度变送器或者转子定位感应器AT相连，它是电机M1和M2共用的，也就是说，提供一个公共的角信号给PE1和PE2用于控制电机M1与M2的换相。在这个实施例中，电机M1和M2置于在单独的壳体H1和H2中，它们与一个共同的冷却系统CS相连，其中的冷却系统是间接地对定子系统ST1和ST2进行水冷。在一个实施例中，金属片MS1和MS2是等厚度的，电机M1和M2可以用相同的定子金属片加工。例如，电机M1的定子ST1和/或电机M2的定子ST2是间接水冷的。

图5到图8示出了以各种结构方式实现的，有利于创造一种紧凑型和高效的电机系统的，一些电机系统的电机的示例性实施例。

如图5所示，其中的一台电机，比如说带有转子R1与定子ST1的电机M1是装入在包括有空心轴HS的空心轴设计内，其中的转子R1和定子ST1是被安装在空心轴HS内。另一台电机，在这个例子中是带有转子R2和定子ST2的电机M2，其被设计成直径小于电机M1，被装入在电机M1中，以便定子ST2和转子R2都被安装在电机M1中。

例如，如图6所示，其中的一台电机（在这个例子中是电机M1）被设计成具有内转子（转子R1），另外一台电机（在这个例子中是电机M2）被设计成具有外转子（转子R2），这样外转子位于在电机的定子（定子ST2）的外部边缘上。

如图7所示，带有外转子的电机（例如如图6所示的电机M2）是被装入在带有内转子的电机（电机M1）内，两台电机使用同一个转子架，比如说如图7所示的公共转子R的转子架RG。例如，两台电机具有同一个用于磁体的转子护铁，在本例子中是由转子架RG形成的。例如，转子护铁是由复合层板制成的。

根据图8的实施例，带有内转子（转子R1）的一台电机（在本例子中，是电机M1）被装入具有外转子（转子R2）的电机（电机M2）内，其中的两台电机具有同一个定子架，例如如图8所示，两台电机M1与M2具有共用的定子ST，定子ST被位于公共的架子上。在这个例子中，不论两台电机是否具有公共定子架，两台电机的架构方式都可以使它们具有公共定子冷却系统。

根据图1B-1E，描述了根据本发明的原理用来控制电机系统的进一步的实施例。尤其是，图1A-1E示出了驱动系统的控制装置所实施的操作范围的各种实施例，比如说，由如图2所示的电力电子设备所实施的。

如图1A,如上所述，操作范围OR1和OR2为具有不同的驱动轴转速的至少二个转速操作范围，其中的操作范围受限于特定的转速，即表明转速的临界值cog或ng。在操作范围ORl中，在第一个例子中，PM永磁电机和磁阻电机可运行以给驱动轴提供各自的驱动扭矩。在第二个例子中，第一PM永磁电机和第二PM永磁电机可运行以给驱动轴提供各自的驱动扭矩。在操作范围OR2中，只有PM永磁电机（第一个例子）和第一PM永磁电机（第二个例子）可独自地运行以给驱动轴提供驱动扭矩。

如图1B所示，操作范围Orl和OR2为具有不同的驱动轴扭矩的至少两个扭矩操作范围，其中的操作范围受限于扭矩临界值Tqg（即，受限于在扭矩-转速关系中的带有临界值Tqg的直临界值线）。在操作范围ORl中，在第一个例子中，PM永磁电机和磁阻电机可运行以给驱动轴提供各自的驱动扭矩。在第二个例子中，第一PM永磁电机和第二PM永磁电机可运行以给驱动轴提供各自的驱动扭矩。在操作范围中OR2，只有PM永磁电机（第一个例子）和第一PM永磁电机（第二个例子）可独自地运行以给驱动轴提供驱动扭矩。

如图1C，示出了操作电机系统的进一步的实施例。同样，控制装置根据扭矩-转速关系操作电机系统，如图1A和图1B，例如，根据前文所述的扭矩-转速特征线HY。在图1C的实施例中，操作范围Orl包含大于表明转速的临界值cog或者ng的驱动轴转速，和大于扭矩临界值Tqg并且驱动轴扭矩。在第二操作范围OR2中，电机系统在转速和扭矩低于cog或ng和Tqg下运行，其中只有一台电机提供驱动扭矩给驱动轴。例如，在操作范围ORl内，第一PM永磁电机和第二PM永磁电机可运行以提供各自的驱动扭矩给驱动轴。在操作范围OR2内，只有第一PM永磁电机运行以提供驱动扭矩给驱动轴。

在图1D和1E中，示出了操作电机系统的进一步的实施例。同样，控制装置根据扭矩-转速关系操作电机系统，正如图1A-C所示，例如，根据如前所述的扭矩-转速特征线HY。在图1D和1E中，操作范围ORl和OR2受限于临界值曲线TC，其位于在第一转速下的表明第一扭矩的第一临界值Tqg和在第二转速cog、ng下的表明第二扭矩的第二临界值之间。

在图1D的例子中，临界值Tqg设置在转速为零（即静止状态）时，并且第二临界值被设置成在转速cog、ng时零扭矩（即，空载运转）。如图1D所示，临界值曲线TC至少为部分椭圆。例如，在操作范围ORl中，第一PM永磁电机和第二PM永磁电机可运行以给驱动轴提供各自的驱动扭矩。在操作范围OR2中，只有第一PM永磁电机运行以给驱动轴提供驱动扭矩。

在图1E的例子中，临界值Tqg也设置在转速为零（即静止状态）时，而第二临界值被设置成在转速cog、ng时非零的扭矩，在这个例子中转速cog、ng为驱动轴的最大转速。图1E中的临界值曲线TC至少为部分椭圆。例如，在操作范围ORl中，第一磁阻电机和第二磁阻电机可运行以给驱动轴提供各自的驱动扭矩。在操作范围OR2中，只有第一磁阻电机运行以给驱动轴提供驱动扭矩。

Claims (33)

1.一种陆地交通工具的驱动系统，包括：

用于驱动陆地交通工具的电机系统，电机系统包括作用于共同的驱动轴上的用于驱动陆地交通工具的至少第一电机和第二电机，

控制装置，其适用于控制电机系统在至少两个操作范围内运行，其中，在第一操作范围中，第一电机和第二电机运行以给驱动轴提供各自的驱动扭矩，而在第二操作范围中，只有其中的一台电机运行以给驱动轴提供驱动扭矩；

其中的控制装置适用于根据扭矩-转速关系操作电机系统，其中的操作范围受限于临界值曲线，该临界值曲线位于在所述驱动轴的第一转速为零下的表明第一扭矩的第一临界值与在所述驱动轴的第二转速下的表明第二扭矩的第二临界值之间。

2.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，控制装置适用于根据扭矩-转速特征线操作电机系统，该扭矩-转速特征线为在操作转速的至少一个操作范围内具有大体上恒定功率的双曲线。

3.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，第一电机和第二电机分别为永磁电机。

4.根据权利要求3所述的驱动系统，其特征在于，第一电机和第二电机通过空程离合器彼此连接。

5.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，电机系统包括一台永磁电机和一台磁阻电机。

6.根据权利要求5所述的驱动系统，其特征在于，第一电机为永磁电机且第二电机为磁阻电机。

7.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，电机系统包括一台永磁电机和一台异步电机。

8.根据权利要求7所述的驱动系统，其特征在于，第一电机为永磁电机，且第二电机为异步(交流感应)电机。

9.根据权利要求1-2之一的驱动系统，其特征在于，电机系统包括一台磁阻电机和一台异步电机。

10.根据权利要求9所述的驱动系统，其特征在于，第一电机为磁阻电机，且第二电机为异步电机。

11.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，第一电机和第二电机彼此固定连接，或其中的第一电机和第二电机通过变速齿轮彼此连接使得第一电机和第二电机以不同的转速旋转。

12.根据权利要求11所述的驱动系统，其特征在于，第一电机和第二电机以他们的转子系统以一定角度扭曲(twistedinangle)的方式彼此固定连接。

13.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，包括连接于共同的轴上的第一电机的第一转子和第二电机的第二转子，和对于第一电机和第二电机公用的公共定子系统。

14.根据权利要求1-2之一所述的的驱动系统，其特征在于，第一电机和第二电机通过联轴器或者通过空程离合器彼此连接。

15.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，第一电机包括第一定子金属片，第二电机包含第二定子金属片，该第二定子金属片的厚度大于第一定子金属片的厚度。

16.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，控制装置与两台电机公用的角度变送器或转子定位传感器相连。

17.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，电机系统包括一台永磁电机，该永磁电机包括表面磁体或具有磁通量集中的结构，或者具有海尔贝克(Halbach)排列的磁体。

18.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，第一电机和第二电机置于公共壳体内，或者其中的第一电机和第二电机置于独立的壳体内，独立的壳体与公共冷却系统相连。

19.根据权利要求18所述的驱动系统，其特征在于，冷却系统对第一电机和第二电机的定子系统间接水冷却。

20.根据权利要求1-2之一所述的的驱动系统，其特征在于，第一电机和第二电机至少部分地由相同的电机零件制造。

21.根据权利要求20所述的驱动系统，其特征在于，第一电机和第二电机包括相同的定子金属片。

22.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，第一电机和第二电机至少部分地由相同的轴向部分零件制造，其中的第一电机包括第一数量的轴向部分零件，第二电机包括第二数量的轴向部分零件。

23.根据权利要求22所述的驱动系统,其特征在于,第一电机和第二电机至少部分地由相同的定子金属片制造。

24.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，第一电机和/或第二电机的定子是间接地水冷却。

25.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，齿轮装置部分地集成于一台电机内部的自由空间内。

26.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，其中的一台电机装入空心轴设计内，而另一台电机被设计成具有比所述其中的一台电机更小的直径并且装入所述其中的一台电机内。

27.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，其中的一台电机被设计成具有内转子，而另一台电机具有外转子。

28.根据权利要求27所述的驱动系统，其特征在于，带内转子的电机装入带外转子的电机内，两台电机具有同一个定子支架和/或具有同一个定子冷却系统。

29.根据权利要求27所述的驱动系统，其特征在于，带外转子的电机装入带内转子的电机内，两台电机具有同一个转子支架。

30.根据权利要求27所述的驱动系统，其特征在于，带外转子的电机装入带内部转子的电机内，两台电机具有同一个转子护铁。

31.根据权利要求29所述的驱动系统，其特征在于，转子护铁由复合层板(laminatedsheet)制成。

32.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，其中的第一操作范围覆盖大于第一临界值的驱动轴转速，和大于第二临界值的驱动轴扭矩。

33.根据权利要求1-2之一所述的驱动系统，其特征在于，临界值曲线至少为部分的椭圆形或双曲线或直线。