CN106664049B

CN106664049B - 六相旋转电机和在其中互连电子功率模块的方法

Info

Publication number: CN106664049B
Application number: CN201580039594.XA
Authority: CN
Inventors: L.科比兰斯基
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2014-07-21
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2020-05-15
Anticipated expiration: 2035-07-17
Also published as: US20170163198A1; EP3172830A2; FR3023997A1; CN106664049A; US10277156B2; WO2016012703A2; WO2016012703A3; FR3023997B1

Abstract

本发明涉及一种用于六相旋转电机(22)的架构，该类型的电机包括成以预确定偏移角成角度地偏移的第一和第二三相系统。三相系统的第一和第二相绕组分别承载第一相电流(U1、V1、W1)和第二相电流(U2、V2、W2)，其由电子功率模块(15、16、17)控制。电子功率模块包括第一和第二功率端子(12、13)，其每个可电连接至第一和第二相绕组的第一和第二例子。根据本发明，电子功率模块互连以平衡损失。

Description

六相旋转电机和在其中互连电子功率模块的方法

技术领域

本发明涉及一种用于双三相类型的六相旋转电机的互连电子功率模块的架构，即，该电机包括具有两个三相绕组的定子，它们相对于彼此成角度地偏移。

本发明还涉及一种双三相类型的六相旋转电机，其包括该架构，特别地用于应用在机动车辆中。

背景技术

已知多相旋转电机与三相电机相比在减小马达模式中的扭矩振荡方面或在发电机模式中的谐波消除容易度方面有优势。

多相电机的性能也增加。例如，六相电机的定子损失可比等同的三相电机的定子损失小接近7％。

但是，相的数量的增加导致必须用于控制电机的电流传感器的数量增加，因为传感器是优先必须的，以便测量每个独立的电流变量。因为所有强度的总和为零，所需的传感器的数量等于相数减一，即，在六相电机的情况下，为五个传感器。

双三相结构使得可以减少传感器的数量，且使得可以关于连接至电机定子的电子功率模块的架构方面进行机电类型的各种优化。

特别地，在由公司VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR在专利申请FR2967845中披露的架构中，每个电子功率模块包括与六相桥的两个分支对应的功率半导体，即，具有两相，其使得可以减小尺寸，且有助于模块在电机后支承件上的并入。

为了在高度竞争的机动车辆工业中应用，本发明的目的是获得一种具有尽可能好的性能的旋转电机，电子部件具有固定成本，因此，具有对于该成本预确定的特征。

当电机停止或以非常低的速度旋转时，发明主体发现容易导致雪崩现象以及毁灭半导体的电子功率模块的加热的点。

发明内容

本发明的目的由此是消除该缺陷，而没有因为限制相电流而降低性能，也没有选择具有改进特征而将影响成本的部件。

特别地，其主题是一种用于六相旋转电机的互连电子功率模块的架构，该类型的电机包括三个第一相绕组和三个第二相绕组，形成以预确定偏移角成角度地偏移的第一和第二三相系统。

在该类型的电机中，第一和第二相绕组分别具有通过它们的第一和第二相电流，电子功率模块可控制所述相电流。

这些电子功率模块的类型是，每个包括布置在外壳中的电子部件、和外连接元件，所述外连接元件包括第一和第二功率端子，其每个可电连接至第一和第二相绕组的第一和第二相。

根据本发明，为了消除上述缺点，这些电子功率模块互连，以便平衡电子功率模块的损失。

更特别地，电子功率模块互连使得，第一和第二相绕组的第一和第二相之间的每个相偏移组装最小化根据每个电子功率模块中的电角的总瞬时电功率的变化。

该最小化导致每个电子功率模块的总瞬时电功率，其根据该电角大体恒定。

按照根据本发明的用于六相旋转电机的互连电子功率模块的架构的特定实施例，偏移角为30°，相偏移为90°。

本发明还涉及一种双三相类型的六相旋转电机，其包括如上所述的互连电子功率模块的架构。

这些主要说明将使得，与现有技术相比，通过根据本发明的用于双三相类型的六相旋转电机的互连电子功率模块的架构以及通过双三相类型的相应旋转电机提供的优势对本领域的技术人员变得明显。

本发明的详细说明在以下与附图相关联的描述中给出。应注意到，这些图的目的仅是示出说明的文字，它们并不以任何方式构成对本发明范围的限制。

附图说明

图1示意性地示出双三相旋转电机和用于控制相电流的六相桥。

图2示出在两个相绕组中的总瞬时电功率，用于在这些绕组之间的多个相偏移。

图3a和3b分别示意性地示出互连电子功率模块的非优化架构和根据本发明的优化架构。

图4是双三相类型的六相旋转电机的后支承件的视图，其包括如图3b所示的互连电子功率模块的架构。

具体实施方式

如图1中的示意图清晰显示，在本发明的优选实施例中，双三相旋转电机的定子1包括由三个第一相绕组2、3、4构成的星形形式的第一三相系统以及由三个第二相绕组5、6、7构成的星形形式的第二三相系统，这两个系统彼此以30°的偏移角

相对于彼此偏移。

第一相绕组2、3、4和第二相绕组5、6、7每个具有连接至六相桥8的端部和另一共用端部。

在第一相绕组2、3、4中流通的第一相电流U1、V1、W1和在第二相绕组5、6、7中流通的第二相电流U2、V2、W2通过六相桥8以一方式控制，该方式本身是已知的(第一和第二相电流按照逆时针方向分别相继指示为U1、V1、W1、U2、V2、W2；按照习惯，U1和U2具有等于偏移角

的相移)。

实际上，六相桥8制造为三个电子功率模块15、16、17的形式，每个电子功率模块包含与两个不同相U1、U2；V1、V2；W1、W2对应的桥8的两个分支，且布置在旋转电机的后支承件上。

模块15、16、17可控制同一三相系统的两个电流(相移120°)，或两个不同系统的两个电流(相移30、90或150°)。

实际上，每个模块15、16、17的第一和第二功率端子12、13可根据多个不同构造连接至第一和第二相绕组。

图3a示意性地示出第一构造，其中：

-第一电子功率模块15的第一和第二功率端子12、13分别连接至第一相绕组2、3、4的第一相U1和这些第一相绕组2、3、4的第二相W1；

-第二电子功率模块16的第一和第二功率端子12、13分别连接至第一相绕组2、3、4的另一第一相V1和第二相绕组5、6、7的另一第二相W2；

-第三电子功率模块17的第一和第二功率端子12、13分别连接至第二相绕组5、6、7的又一第一相U2和这些第二相绕组5、6、7的又一第二相V2。

在该第一构造中，第一和第二相绕组2、3、4、5、6、7的第一和第二相之间的每个偏移角α的组装如下：

-对于包含控制第一相电流U1和W1的部件的第一电子功率模块15，α1＝120°；

-对于包含控制第一和第二相电流V1和W2的部件的第二电子功率模块16，α1＝150°；

-对于包含控制第二相电流U2和V2的部件的第三电子功率模块17，α3＝120°。

在每个电子功率模块15、16、17中，总瞬时电功率与该表达式成比例：

P(θ)＝sin²θ+sin²(θ–α)，其中θ＝ωt，

ω是相电流的脉冲，t是时间变量。

图2示出对于不同相偏移值α的该表达式：

-α＝30°(点线)18：

-α＝120°(虚线)19：

-α＝150°(点划线)20。

对于偏移120°的第一相电流U1和W1，总瞬时电功率关于其平均值变化+/-50％。

对于偏移150°的第一和第二相电流V1和W2，总瞬时电功率关于其平均值变化+/-86％。

当电机以高速旋转时，这些相电流快速变化，电子功率模块15、16、17的热惯性对耗散功率点进行滤波：温度则对应于平均耗散功率。

另一方面，当电机停止或以非常低速旋转时，电子功率模块15、16、17的热惯性不足以防止它们在这些功率点加热。

图2示出，对于等于90°的相偏移值α(实线21)，总瞬时电功率是恒定的。

在本发明的优选实施例中，其中，第一和第二三相系统之间的角偏移

是30°，每个模块15、16、17的第一和第二功率端子12、13可连接至第一和第二相绕组的第一和第二相，以便提供等于90°的该相偏移值α，如图3b清晰所示。

为了提供该第二优化构造：

-第一电子功率模块15的第一和第二功率端子12、13分别连接至第一相绕组2、3、4的第一相W1和这些第二相绕组5、6、7的第二相V2；

-第二电子功率模块16的第一和第二功率端子12、13分别连接至第一相绕组2、3、4的另一第一相V1和第二相绕组5、6、7的另一第二相U2；

-第三电子功率模块17的第一和第二功率端子12、13分别连接至第一相绕组2、3、4的又一第一相U1和这些第二相绕组5、6、7的又一第二相W2。

在该第二构造中，每个电子功率模块15、16、17中的损失(特别是热损失)独立于电角。

在电子功率模块15、16、17中的相对(pairs of phrases)U1、U2；V1、V2；W1、W2的其他关联将导致更坏得多的严峻情况的存在。

因此，如图3b所示的该第二构造使得可以在通过阻挡的转子(特别是：曲柄轴的预定位功能、位置维持功能，等)的延长运行中最大化可获得的发动机扭矩。

根据本发明的包括电子功率模块15、16、17的架构的双三相类型的六相旋转电机22的特定相如图4所示。

本领域的技术人员将容易识别出在所示后支承件上的三个电子功率模块15、16、17。

这些电子功率模块15、16、17具有带大体矩形平行六面体形式的外壳的形式。

每个外壳15、16、17包括外部连接元件，外部连接元件包括垂直于两个相对面延伸的第一和第二功率端子12、13。

在自电子功率模块15、16、17的输出端处，这些第一和第二功率端子12、13每个包括磁路23和用于相电流U1、U2；V1、V2；W1、W2的测量的霍尔效应传感器。

图4所示的后支承件是根据本发明优选实施例的双三相旋转电机的后支承件，即，第一和第二三相系统成角度地偏移30°。

第一和第二功率端子12、13由此连接至第一和第二相绕组2、3、4、5、6、7的连接凸耳，以便提供图3b所示的互连图。

由此，第一和第二相电流的对W1-V2、V1-U2和U1-W2的瞬时电功率是恒定的，损失在三个电子功率模块15、16、17之间规则分布。

电子功率模块15、16、17的散热器24的尺寸可由此小于如图3a所示的第一构造的非优化架构。

本领域的技术人员将还在图4所示的根据本发明的旋转电机的后支承件22上识别到电子功率模块15、16、17的其他外连接元件，诸如连接至电机22的正极B+的功率迹线25，和信号连接器26。

他们将注意到滤波电容器27以及没有详细描述的其他部件的存在，因为它们不直接贡献于本发明的目的的建立。

应意识到，本发明不简单地限于以上描述的优选实施例。

类似的描述将被提供用于具有不同于30°的偏移角

的双三相类型的旋转电机，特别是15°、45°或60°。

同样的分析将得出互连电子功率模块15、16、17的架构，其中，热损失将通过选择相对的关联而被平衡，如果不是完全地，但也是尽可能平衡，所述关联使得可以限制每个电子功率模块15、16、17的总瞬时电功率关于其平均值的变化。

例如，在偏移角为45°的情况下，如果选择第一和第二相电流的对U2-V1、V2-W1和W2-U1(其相偏移α为75°)的关联，总瞬时电功率关于其平均值的变化限于+/-26％。

本发明由此并入所有可行的变体实施例，只要这些变体保持在后附权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种用于在六相旋转电机(22)中互连电子功率模块(15、16、17)的方法，该类型的电机包括三个第一相绕组(2、3、4)和三个第二相绕组(5、6、7)，形成以预确定偏移角

成角度地偏移的第一和第二三相系统，所述第一相绕组(2、3、4)和第二相绕组(5、6、7)分别具有经过它们的第一相电流(U1、V1、W1)和第二相电流(U2、V2、W2)，所述电子功率模块(15、16、17)能够控制所述第一相电流(U1、V1、W1)和第二相电流(U2、V2、W2)，该类型的所述电子功率模块每个包括布置在外壳中的电子部件、以及外连接元件(12、13、25、26)，所述外连接元件包括第一和第二功率端子(12、13)，所述第一和第二功率端子每个能够电连接至所述第一和第二相绕组(2、3、4；5、6、7)的第一和第二相，其特征在于，所述电子功率模块(15、16、17)的所述第一和第二功率端子(12、13)电互连到所述第一和第二相绕组(2、3、4；5、6、7)的所述第一和第二相，使得所述第一和第二相绕组的所述第一和第二相之间的每个相偏移α的组合使基于每个所述电子功率模块(15、16、17)中的电角的总瞬时电功率的变化最小化，所述总瞬时电功率关于其平均值的变化随电角θ变化，所述总瞬时电功率由函数sin²θ+sin²(θ–α)表示，其中θ和α分别为电角和相偏移。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个所述电子功率模块(15、16、17)中的所述总瞬时电功率根据所述电角恒定。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述偏移角

为30°，所述相偏移α为90°。

4.一种双三相类型的六相旋转电机(22)，其特征在于，其通过根据前述权利要求1至3中的任一项所述的方法，将互连电子功率模块(15、16、17)与所述六相旋转电机相连接。