CN108141064A - 电驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电驱动装置,其包括转子和使用齿绕技术的定子,其中,定子具有多个单独的齿模块(1),其中,相应的单独的齿模块(1)具有:定子绕组(2),该定子绕组(2)围绕相关联的齿(11)缠绕;控制装置(3),该控制装置(3)被设计成产生用于定子绕组(2)的激励信号;以及屏蔽装置(4,10),该屏蔽装置(4,10)环绕定子绕组(2)和控制装置(3)。
Description
技术领域
本发明涉及电驱动装置。
发明内容
本发明基于提供一种电驱动装置的目标,该电驱动装置在环境影响方面具有最高可能的操作可靠性。
本发明借助于根据权利要求1所述的电驱动装置实现该目标。
电驱动装置具有转子。
电驱动装置还具有齿绕线圈技术(Zahnspulentechnik)的定子。关于齿绕线圈技术,也参考了相关的技术文献。该定子具有多个单独的齿模块,例如,在3和36之间的数量。
相应的单独齿模块通常具有围绕相关联的齿缠绕的定子绕组。
单独的齿模块还具有控制装置,例如具有微控制器或FPGA(现场可编程门阵列),该控制装置或FPGA被设计成产生用于定子绕组的激励信号,特别是脉冲宽度调制激励信号,例如,形式为激励电流或激励电压。
单独的齿模块还具有围绕定子绕组和控制装置的屏蔽装置,并且特别地相对于环境气密地密封定子绕组和控制装置。
例如,相应的控制装置能够具有电熔丝元件,以便防止在单独的齿模块发生故障的情况下中间电路短路。
相应的控制装置能够具有例如形式为电容器的功率半导体模块和/或电能存储器。
例如,相应的控制装置能够具有用于检测转子位置的装置,其结果是能够在转子位置的基础上产生控制信号。
相应的控制装置能够具有能量供应连接,该能量供应连接能够用于将单独的齿模块连接到中央能量供应装置,例如,形式为DC(直流)中间电路。
电驱动装置能够具有上级控制器,该上级控制器具有与相应的单独的齿模块的控制装置的数据连接。
屏蔽装置能够具有壳体或者能够是壳体,特别地由钢片制成,其中,该壳体部分地或者完全地环绕定子绕组和控制装置。
屏蔽装置能够由包含软磁性颗粒的封装化合物形成,其中,该封装化合物部分地或者完全地环绕定子绕组和控制装置。
转子能够设置有用于在其圆周上编码转子位置的标记。
转子能够形式为永磁体转子或磁阻转子。
本发明提供了一种高度集成的驱动装置,该驱动装置由气密密封并且单独保护的各个齿模块构成。
驱动装置有利地被构造为包括n个单独的齿模块的多相驱动装置,以便在单独的齿模块失效时保持尽可能低的扭矩损失。
机电转换器的绕组有利地形式为单层绕组,以便在由于绕组短路等而产生热量的情况下排除对相邻绕组的损坏。
每个单独的齿模块能够设置有集成的熔丝元件(例如,安全熔丝或半导体熔丝),该熔丝元件防止在发生故障时(公共)中间电路短路。
形式为气密密封的屏蔽装置被有利地构造成使得即使功率半导体模块爆炸或者在绕组着火的情况下(例如,由于短路)也不会损坏该屏蔽装置。
电子模块(例如,微控制器或者FPGA和相关联的外围部件)有利地集成在功率半导体模块中或者直接设置在功率半导体模块上。
机电能量转换器的转子有利地形式为永磁体转子或磁阻转子。
单独的齿模块外部的所有连接可以以冗余形式存在。
上级控制器和调节装置的输入以及各个齿模块之间的数据连接有利地被电隔离。
气密密封能够被构造成使得其确保包围的电子器件的电磁屏蔽。这样一来,它在包围的组件和环境之间用作EMC(电磁兼容性)屏蔽。
各个齿模块可以有利地用阻燃且不导电的化合物(例如,铸塑树脂)封装。该封装可以不透过液体和气体。该封装可以额外地填充有软磁颗粒,例如,磁铁体。然而,它仍然是不导电的。
转子可以在其圆周上设置有标记(光学的或磁性的),用于检测转子位置的装置能够从中确定转子的旋转角度。
借助于控制装置能够完全地或部分地实现以下功能,例如:功率半导体(栅极驱动器)的激励,电流测量,PWM(脉冲宽度调制),温度测量,通信,保护功能(如果集成有过电流保护,则独立的熔丝元件能够被省略),检测转子位置(在至少一个单独的齿模块中),机器的调节(如果单独的齿模块形成主模块),机器的紧急调节(如果所有通讯失效,则每个单独的齿模块能够自主操作)。
附图说明
下面参考附图详细地描述本发明,其中:
图1示意性地示出了根据第一实施例的根据本发明的单独的齿模块;
图2示意性地示出了根据另外的实施例的根据本发明的单独的齿模块;
图3示意性地示出了根据第一实施例的各个齿模块与上级控制单元的逻辑连接的拓扑结构;
图4示意性地示出了根据另外的实施例的各个齿模块与上级控制单元的逻辑连接的拓扑结构;
图5示意性地示出了以并联方式连接到电压中间电路的多个单独的齿模块。
具体实施方式
图1通过示例的方式示出了作为电驱动装置(未详细示出)的一部分的多个单独的齿模块中的一个单独的齿模块1。 电驱动装置还具有转子(未示出)以及齿绕线圈技术的定子和转子(未进一步示出),其中,各个齿模块1是定子的一部分。
例如,转子可以形式为永磁体转子或者磁阻转子。
相应的单独的齿模块1具有定子绕组2,定子绕组2围绕由电钢片制成的相关联的齿11缠绕。在当前情况下,出于简化图示的原因仅示意性地示出定子绕组2的绕组头。
单独的齿模块1具有控制装置3,控制装置3被设计成产生用于定子绕组2的激励信号。为此目的,控制装置3具有电熔丝元件18、功率半导体模块5、电能量存储器6、用于检测转子位置的可选装置7、以及电子模块16。例如,电子模块16可以具有微控制器或者FPGA以及相关联的外围部件,诸如,电阻器、电容器、线圈、A/D转换器,等等。
控制装置3具有用于连接至能量供应装置或DC中间电路17的能量供应连接8。
还设置有数据传输连接12,借助于数据传输连接12,控制装置3具有与上级控制器9的数据连接。
图3通过示例的方式示出了各个齿模块1与上级控制器9的逻辑连接的可能的拓扑结构。各个齿模块1中的一个被定义为主模块并且调节电驱动装置并监测通信。如果主单独齿模块失效,则将之前的从属单独齿模块中的一个定义为新的主单独齿模块并调节驱动装置。如果上级控制器9或者与后者的连接失效,则主模块启动紧急程序,在紧急程序中,主模块将模块调节到预定的操作点。
如果各个齿模块1不具有用于检测转子位置的装置7,则可以替代地提供用于检测转子位置的中央装置13,如图4所示,该中央装置经由相应的数据传输连接12将转子位置传输至各个齿模块,装置13也能够集成在各个齿模块中的一个中。如果转子位置检测失效,则驱动装置也能够在没有传感器的情况下以调节的方式继续操作。如果应用允许,也可以完全省略用于检测转子位置的系统。
另外,控制器9在图4中被额外地扩展具有上级调节块14和控制块15,控制块15也可以设置在图3中的控制器9中。
在图1中的单独的齿模块具有形式为钢片壳体的屏蔽装置4,屏蔽装置4环绕定子绕组2和控制装置3并且将它们与环境屏蔽。
图2示出了没有用于检测转子位置的装置7的单独的齿模块1'的实施例,其中,屏蔽装置由包含软磁颗粒的封装化合物10形成,封装化合物10环绕定子绕组2和控制装置3。图1的实施例的壳体4同样地可以填充有封装化合物。
如果单独的齿模块1,1'失效,则扭矩降低。通过包括尽可能多的单独的齿模块1,1'的结构减少了扭矩的损失。与三相或六相系统相比,用于补偿单个故障的必要的过度尺寸大大减小。这样一来,该驱动装置能够具有较小的结构,并且这节省了材料、安装空间和重量。
如果绕组2由于绕组短路或外部机械作用(例如,通过壳体的异物穿透)而被破坏,则除了这一个绕组的破坏以及扭矩的成比例的损失以外没有任何其他影响。
一旦严重故障导致单独的齿模块1,1'的失效,则熔丝元件18防止DC中间电路的短路。这导致运行可靠性提高。
由于根据本发明的结构,安装工作量被较少并且需要更少的电连接,因此减少了可能的故障源的数量。
例如,电驱动装置可以是同步电机、同步磁阻电机或者BLDC(无刷直流)电机。
屏蔽装置防止电子期间的电磁影响以及单独的齿模块对环境的影响。
封装化合物不会着火,因此也防止了封装组件的燃烧。 因此能够避免由于机械效应(例如,强烈的振动)造成的缺陷。 即使液体进入壳体,驱动装置仍然有效。
图5以高度示意性的方式示出了多个单独的齿模块1,多个单独的齿模块1以并联的方式连接到电压中间电路或DC中间电路。各个齿模块1均匀地分布在定子的圆周上。不言而喻的是,除了示出的部件2、18、5和6之外,通常还可以存在另外的部件(未示出),例如,电流传感器、电压传感器、温度传感器、(负载)电阻器、线圈、电容器,等等。
Claims (10)
1.一种电驱动装置,包括:
- 转子,以及
- 齿绕线圈技术的定子,其中,所述定子具有多个单独的齿模块(1,1'),其中,相应的单独的齿模块(1,1')具有:
- 定子绕组(2),所述定子绕组(2)围绕相关联的齿(11)缠绕,
- 控制装置(3),所述控制装置(3)被设计成产生用于所述定子绕组(2)的激励信号,以及
- 屏蔽装置(4,10),所述屏蔽装置(4,10)环绕所述定子绕组(2)和所述控制装置(3)。
2.根据权利要求1所述的电驱动装置,其特征在于,相应的控制装置(3)具有电熔丝元件(18)。
3.根据权利要求1或2所述的电驱动装置,其特征在于,相应的控制装置(3)具有功率半导体模块(5)和/或电能存储器(6)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动装置,其特征在于,相应的控制装置(3)具有用于检测转子位置的装置(7)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动装置,其特征在于,相应的控制装置(3)具有能量供应连接(8)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动装置,其特征在于,所述电驱动装置具有上级控制器(9),所述上级控制器具有与相应的单独的齿模块(1,1')的所述控制装置(3)的数据连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动装置,其特征在于,所述屏蔽装置具有特别地由钢片制成的壳体(4),其中,所述壳体(4)部分地或者完全地环绕所述定子绕组(2)和所述控制装置(3)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动装置,其特征在于,所述屏蔽装置由包含软磁颗粒的封装化合物(10)形成,其中,所述封装化合物(10)部分地或者完全地环绕所述定子绕组(2)和所述控制装置(3)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动装置,其特征在于,所述转子设置有用于在其圆周上编码转子位置的标记。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动装置,其特征在于,所述转子形式为永磁体转子或磁阻转子。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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