CN108382215A - 多逆变器的混合动力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多逆变器的混合动力驱动系统。一种用于车辆的动力传动系统包括电机和多个逆变器。所述电机可包括定子，所述定子限定通过槽分隔的多个定子齿，所述槽被构造为容纳绕组。所述多个逆变器均可被配置为：专有地驱动所述槽内的绕组中的部分绕组而非全部绕组中的电流，使得定子的扇区内的所述多个定子齿中的一部分定子齿被配置为仅由所述多个逆变器中的一个逆变器激励。

Description

多逆变器的混合动力驱动系统
技术领域
本申请总体上涉及一种用于驱动电动车辆的电机的多逆变器系统。
背景技术
电气化车辆(包括混合动力电动车辆(HEV)和电池电动车辆(BEV))依靠牵引电池向用于推进的牵引马达提供电力，并且依靠牵引电池和牵引马达之间的电力逆变器将直流(DC)电力转换为交流(AC)电力。典型的AC牵引马达是3相马达，3相马达可由3个正弦信号提供电力，所述3个正弦信号中的每个以120度的相位分离驱动。牵引电池被配置为在特定电压范围内操作，并提供最大电流。牵引电池可选地被称作高电压电池，其中，典型的牵引电池的端电压超过100伏特DC。然而，电机的改善的性能可通过在不同的电压范围内进行操作来实现，所述电压范围通常高于牵引电池的端电压。同样，用于驱动车辆电机的电流需求通常被称作高电流，在运行中电流可超过600安培。
此外，很多电气化车辆包括DC-DC转换器(还被称作可变电压转换器(VVC))，以将牵引电池的电压转换为电机的操作电压电平。可包括牵引马达和发电机的电机可能需要高电压和高电流。由于电压需求和电流需求，电池模块和电力电子模块通常进行持续的通信。电池模块提供用于车辆控制算法的关键信息，包括电池电压、电池电流和电池荷电状态(SOC)。
发明内容
一种用于车辆的动力传动系统包括电机和多个逆变器。所述电机可包括定子，所述定子限定通过槽分隔的多个定子齿，所述槽被构造为容纳绕组。所述多个逆变器均可被配置为：专有地驱动所述槽内的绕组中的部分绕组而非全部绕组中的电流，使得定子的扇区内的所述多个定子齿中的一部分定子齿被配置为仅由所述多个逆变器中的一个逆变器激励。
一种用于车辆的动力传动系统包括电机和多个逆变器。所述电机可被构造为具有包括多个绕组的定子。所述多个逆变器均可被配置为：专有地驱动定子槽内的绕组中的部分绕组而非全部绕组中的电流，使得所述多个绕组中的任意一个绕组被配置为仅由所述多个逆变器中的一个逆变器驱动。
一种控制动力传动系统的方法包括：通过第一逆变器，至少在位于定子的第一扇区内的第一定子齿中感应出第一场；通过第二逆变器，至少在位于定子的第二扇区内的第二定子齿中感应出第二场，所述第二扇区与所述第一扇区不同。
附图说明
图1是通过双逆变器和牵引电池驱动的六引线电机的示图。
图2是示出包括可变电压转换器和电力电子模块的能量储存组件和典型的传动系的混合动力车辆的示图。
图3是电力电子模块的电力逆变器的示意图。
图4是包括经由电力逆变器连接到马达的牵引电池和DC-DC转换器的典型的混合动力车辆动力传动系统的示图。
图5是包括经由两个电力逆变器连接到六引线的马达的牵引电池的混合动力车辆动力传动系统的示图。
图6是连接到四个电力逆变器的混合动力车辆的牵引马达的示图。
图7是用于三引线的电力逆变器的典型的电动马达连接的接线示图。
图8是用于两个三引线的电力逆变器的电动马达连接的接线示图。
图9是用于四个三引线的电力逆变器的电动马达连接的接线示图。
图10是定子绕组的构造的横截面图。
图11是示出定子齿和转子的电机的分解示图。
图12是电机的定子芯的横截面图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采用各种和替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的是，参考任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
电动车辆的电池电压可能通常不同于逆变器的DC总线电压，因此，所述电池电压可能需要DC-DC转换器(也被称为可变电压转换器(VVC))。例如，考虑到电压为200V的电池组和需要120kW的功率来提供推进力的电机。逆变器的DC总线可被配置为在提供300A的电流时提供400V的电压或者在提供600A的电流时提供200V的电压，以产生所需要的120kW的牵引马达功率。通常，牵引马达可以非常容易地被配置为适应用于操作的不同的DC总线电压。然而，关于选择哪个DC总线电压的抉择可能受到逆变器的电力电子器件的限制。例如，如果200V的电池组直接连接到200V/600A的DC总线，则逆变器电力开关必须工作在200V/600A。这种电压/电流组合可能成本过高，因为低电压下的高电流需求可能由于满足这些规格的逆变器电力开关可能很贵而使得不够经济节约。相比之下，按照400V/300A操作的逆变器开关可能性价比较高。为了匹配200V的电池电压和期望的400V的DC总线电压，DC/DC转换器(例如，VVC)可用于使电压从200V提升至400V。VVC的使用将为HEV驱动系统添加额外的电力开关和电感器，从而增大尺寸和成本。此外，VVC通常在电力电路中作为级联连接件进行连接，因此，在电池充电和放电循环期间产生两次功率损耗。这样引起额外的功率损耗并且降低车辆燃料经济性。
期望除去HEV驱动系统中的DC/DC转换器(例如，VVC)，而是期望一种实用且经济的方式提供电力需求而无需承担高电流组件(例如，用于120kW逆变器的200V/600A组件)的成本。
在此，并联的逆变器结构用于将电池电力分配给电机的多个扇区(section)。电力在缠绕着定子齿的绕组中流动，以在定子齿内感应出场。这种动力传动系统构造使得每个逆变器用于将场集中在定子齿，定子齿专有地(exclusively)位于电机的单个扇区中。例如，双逆变器系统将电力分配给第一逆变器和第二逆变器。第一逆变器仅将电力提供给在电机的第一扇区中的缠绕着定子齿的绕组，而第二逆变器仅将电力提供给在电机的第二扇区中的缠绕着定子齿的绕组。在此，电机的第一扇区可以是电机的一半，电机的第二扇区可以是电机的另一半。通过与电机的旋转轴重合的平面来限定电机的多个扇区。
图1描绘了示出内部电动动力传动系统组件的混合动力车辆，所述内部电动动力传动系统组件被配置为在电池电气控制模块(BECM)与其它车载模块(诸如，动力传动系统控制模块(PCM)、逆变器控制模块(ICM)、可变电压转换器(VVC)或其它模块)之间失去通信的情况下保持操作。在此，牵引电池2与BECM4连接并由BECM 4控制。BECM 4通常经由数据总线与VVC 6、电力逆变器8、动力传动系统控制模块(PCM)14以及其它车载模块进行通信。数据总线可以是汽车局域网(CAN)总线、Flexray总线、以太网总线或其它常用总线系统。此外，电池2与VVC 6、逆变器8和电机10连接，电池2被配置为向车辆提供推进力。通常，电气模块(诸如，VVC 6、逆变器8和PCM 14)经由通过通信总线发送和接收消息来与BECM 4保持通信。以规律的间隔发生消息的发送和接收。规律的间隔可以是周期性的、半周期性的或在特定时间段内。例如，模块可被配置为以2毫秒的控制环操作，BECM可被配置为发送电池特性，诸如，电池2的荷电状态(SOC)、电池2的温度、电池2的电压、从电池2流出的电流、电池2已经经历的循环数量、电池2的存在时间(age)以及其它特性。通常，响应于BECM4通过通信总线发送电池特性，其它模块通过发送相应模块的操作特性来对所述消息进行响应。例如，VVC6可发送输入电压、输出电压、输入电流、输出电流、操作频率以及其它特性。在失去通信的情况下，BECM4根据车辆状况可以断开主接触器或者可以不断开主接触器。断开电池的主接触器将使电池2与VVC 6、逆变器8和电机10断开连接，从而允许车辆以车辆通过发动机12推进的模式来工作，发动机12由PCM 14控制。此外，VVC 6可通过断开内部开关来关闭，所述内部开关包括高侧通路开关和低侧充电开关，从而使电池电压总线与用于驱动逆变器8的高电压DC总线断开连接。通常，通信消息可以在同步总线或异步总线上，通信丢失可包括通信总线上的数据全部丢失、通信总线上的数据部分丢失或者通信总线上的数据错误。例如，通过利用同步总线(例如，Flexray、以太网时效联网(Time-Sensitive Networking)“Ethernet TSN”)，消息可被指定特定的时隙，并且通信丢失可以是时隙期间的空帧。
图2描绘了可被称作插电式混合动力电动车辆(PHEV)的电气化车辆112。插电式混合动力电动车辆112可包括机械地连接至混合动力传动装置116的一个或更多个电机114。电机114能够作为马达或发电机运转。此外，混合动力传动装置116机械地连接至发动机118。混合动力传动装置116还机械地连接至驱动轴120，驱动轴120机械地连接至车轮122。电机114能在发动机118启动或关闭时提供推进和减速能力。电机114还可用作发电机，并且能够通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失掉的能量来提供燃料经济性效益。电机114还可通过允许发动机118以更高效的转速运转并允许混合动力电动车辆112在特定状况下以发动机118关闭的电动模式运转而减少车辆排放。电气化车辆112还可以是电池电动车辆(BEV)。在BEV配置中，发动机118可不存在。在其它配置中，电气化车辆112可以是没有插电能力的全混合动力电动车辆(FHEV)。
牵引电池或电池组124储存可被电机114使用的能量。车辆电池组124可提供高电压直流电(DC)输出。牵引电池124可电连接至一个或更多个电力电子模块126。一个或更多个接触器142可在断开时将牵引电池124与其它组件隔离，并且可在闭合时将牵引电池124连接到其它组件。电力电子模块126还电连接至电机114，并提供在牵引电池124与电机114之间双向传输能量的能力。例如，牵引电池124可提供DC电压而电机114可使用三相交流电(AC)来运转。电力电子模块126可将DC电压转换为三相AC电流来运转电机114。在再生模式下，电力电子模块126可将来自用作发电机的电机114的三相AC电流转换为与牵引电池124兼容的DC电压。
车辆112可包括在牵引电池124和电力电子模块126之间电连接的可变电压转换器(VVC)152。VVC 152可以是被配置为增大或升高由牵引电池124提供的电压的DC/DC升压转换器。通过增大电压，电流需求可被降低，从而导致电力电子模块126和电机114的布线尺寸减小。此外，电机114可在较高的效率和较低的损耗下运转。
牵引电池124除了提供用于推进的能量之外，还可为其它车辆电力系统提供能量。车辆112可包括DC/DC转换模块128，DC/DC转换模块128将牵引电池124的高电压DC输出转换成与低电压车辆负载兼容的低电压DC供应。DC/DC转换模块128的输出可电连接至辅助电池130(例如，12V电池)以用于为辅助电池130充电。低电压系统可电连接至辅助电池130。一个或更多个电气负载146可连接至高电压总线。电气负载146可具有相关联的控制器，所述控制器适时地操作和控制电气负载146。电气负载146的示例可以是风扇、电加热元件和/或空调压缩机。
电气化车辆112可被配置为通过外部电源136对牵引电池124进行再充电。外部电源136可连接到电插座。外部电源136可电连接至充电器或电动车辆供电设备(EVSE)138。外部电源136可以是由公共电力公司提供的配电网或电网。EVSE 138可提供电路和控制，以调节和管理电源136与车辆112之间的能量传输。外部电源136可向EVSE 138提供DC电力或AC电力。EVSE 138可具有用于插入到车辆112的充电端口134中的充电连接器140。充电端口134可以是被配置为从EVSE 138向车辆112传输电力的任意类型的端口。充电端口134可电连接至充电器或车载电力转换模块132。电力转换模块132可对从EVSE 138供应的电力进行调节，以向牵引电池124提供合适的电压电平和电流电平。电力转换模块132可与EVSE 138进行接口连接，以协调对车辆112的电力传输。EVSE连接器140可具有与充电端口134的相应凹槽匹配的引脚。可选地，被描述为电耦合或电连接的各种组件可使用无线感应耦合来传输电力。
可提供一个或更多个车轮制动器144，以使车辆112减速并阻止车辆112移动。车轮制动器144可以是液压致动的、电致动的或者它们的某种组合。车轮制动器144可以是制动系统150的一部分。制动系统150可包括用于操作车轮制动器144的其它组件。为简单起见，附图描绘了制动系统150与车轮制动器144中的一个之间的单一连接。制动系统150和其它车轮制动器144之间的连接被隐含。制动系统150可包括控制器，以监测和协调制动系统150。制动系统150可监测制动组件并控制车轮制动器144以使车辆减速。制动系统150可对驾驶员命令做出响应并且还可自主运转以实现诸如稳定性控制的功能。当被另一控制器或子功能请求时，制动系统150的控制器可实现施加被请求的制动力的方法。
车辆112中的电子模块可经由一个或更多个车辆网络通信。车辆网络可包括用于通信的多个信道。车辆网络的一个信道可以是诸如控制器局域网(CAN)的串行总线。车辆网络的信道中的一个可包括由电气与电子工程师协会(IEEE)802标准族定义的以太网。车辆网络的其它信道可包括模块之间的离散连接，并且可包括来自辅助电池130的电力信号。不同的信号可通过车辆网络的不同信道进行传输。例如，视频信号可通过高速信道(例如，以太网)进行传输，而控制信号可通过CAN或离散信号进行传输。车辆网络可包括协助在模块之间传输信号和数据的任何硬件组件和软件组件。车辆网络没有在图1中示出，但是可隐含了车辆网络可连接到在车辆112中存在的任何电子模块。可存在车辆系统控制器(VSC)148来协调各个组件的操作。
通常，VVC 152被配置成升压转换器。VVC 152可包括可通过接触器142连接至牵引电池124的端子的输入端子。VVC 152可包括连接至电力电子模块126的端子的输出端子。VVC 152可被操作为使输出端子处的电压高于输入端子处的电压。车辆112可包括监测和控制VVC 152中的多个位置处的电参数(例如电压和电流)的VVC控制器。在一些配置中，VVC控制器可被包括为VVC 152的一部分。VVC控制器可确定输出电压基准VVC控制器可基于电参数和电压基准确定足够使VVC 152实现期望的输出电压的控制信号。在一些配置中，控制信号可被实现为脉冲宽度调制(PWM)信号，其中，PWM信号的占空比是变化的。控制信号可在预定开关频率下操作。VVC控制器可使用控制信号命令VVC 152提供期望的输出电压。操作VVC152的特定控制信号可与由VVC 152提供的电压升高量直接相关。
参照图2，VVC 152可升高或“提高(step up)”由牵引电池124提供的电力的电势。牵引电池124可提供高电压(HV)DC电力。在一些配置中，牵引电池124可提供150伏特和400伏特之间的电压。接触器142可串联电连接在牵引电池124和VVC 152之间。当接触器142闭合时，HV DC电力可从牵引电池124被传输到VVC 152。输入电容器202可与牵引电池124并联电连接。输入电容器202可稳定总线电压并减小任何电压纹波和电流纹波。VVC 152可接收HV DC电力，并根据占空比升高或“提高”输入电压的电势。通常，输出电容器电连接在VVC152的输出端子与电力电子模块126的输入之间，以使总线电压稳定并且减小VVC 152的输出处的电压和电流纹波。
参照图3，系统300被提供用于控制电力电子模块(PEM)126。图3的PEM 126被示出为包括多个开关302(例如，IGBT)，所述多个开关302被配置为共同操作为具有第一相桥(phase leg)316、第二相桥318和第三相桥320的逆变器。尽管逆变器被示出为三相转换器，但是逆变器可包括额外的相桥。例如，逆变器可以是四相转换器、五相转换器、六相转换器等。此外，PEM 126可包括多个转换器，PEM 126中的每个逆变器包括三个或更多个相桥。例如，系统300可控制PEM 126中的两个或更多个逆变器。PEM 126还可包括具有高功率开关(例如，IGBT)的DC至DC转换器，以经由升压、降压或它们的组合将电力电子模块输入电压转换为电力电子模块输出电压。
如图3所示，逆变器可以是DC至AC转换器。在操作中，DC至AC转换器通过DC总线304从DC电力链路(power link)306接收DC电力，并将DC电力转换为AC电力。AC电力经由相电流ia、ib和ic传输，以驱动AC电机，所述AC电机也被称作电机114(诸如图3中描绘的三相永磁同步马达(PMSM))。在这个示例中，DC电力链路306可包括DC蓄电池，以向DC总线304提供DC电力。在另一示例中，逆变器可操作为将来自AC电机114(例如，发电机)的AC电力转换为DC电力的AC至DC转换器，其中，DC总线304可将DC电力提供至DC电力链路306。此外，系统300可控制其它电力电子拓扑结构中的PEM 126。
继续参照图3，逆变器中的相桥316、318和320中的每个均包括电力开关302，电力开关302可由多种类型的可控开关来实现。在一个实施例中，每个电力开关302可包括二极管和晶体管(例如，IGBT)。图3中的二极管被标记为Da1、Da2、Db1、Db2、Dc1和Dc2，而图3的IGBT分别被标记为Sa1、Sa2、Sb1、Sb2、Sc1和Sc2。电力开关Sa1、Sa2、Da1和Da2是三相转换器的相桥A的一部分，相桥A在图3中被标记为第一相桥A 316。类似地，电力开关Sb1、Sb2、Db1和Db2是三相转换器的相桥B 318的一部分，电力开关Sc1、Sc2、Dc1和Dc2是三相转换器的相桥C 320的一部分。逆变器可根据逆变器的特定构造而包括任意数量的电力开关302或电路元件。二极管(Dxx)与IGBT(Sxx)并联连接，然而，由于为了适当的操作，极性是相反的，因此该构造通常被称作反向并联连接。这种反向并联构造中的二极管还被称作续流二极管。
如图3所示，设置电流传感器CSa、CSb和CSc以分别感测相桥316、318和320中的电流。图3示出了与PEM 126分离的电流传感器CSa、CSb和CSc。然而，根据PEM 126的构造，电流传感器CSa、CSb和CSc可被集成为PEM 126的一部分。图3中的电流传感器CSa、CSb和CSc被安装成分别与相桥A、B和C(即，图3中的相桥316、318和320)串联，并分别提供用于系统300的反馈信号ias、ibs和ics(也在图3中示出)。反馈信号ias、ibs和ics可以是由逻辑器件(LD)处理的原始电流信号，或者可被嵌入关于分别流过相桥316、318和320的电流的数据或信息，或者可利用所述数据或信息被编码。此外，电力开关302(例如，IGBT)可包括电流感测能力。电流感测能力可包括被配置有可提供表示ias、ibs和ics的数据或信号的电流镜像输出。所述数据或信号可指示分别流过相桥A、B和C的电流的方向、幅值或者方向和幅值两者。
再次参照图3，系统300包括逻辑器件(LD)或控制器310。控制器或LD 310可由多种类型的电子装置和/或基于微处理器的计算机或控制器或者它们的组合来实现。为了实现控制PEM126的方法，控制器310可执行被嵌入有所述方法或利用所述方法编码并且被存储在易失性存储器312和/或永久性存储器312中的计算机程序或算法。可选地，逻辑可被编码到离散逻辑、微处理器、微控制器或存储在一个或更多个集成电路芯片上的逻辑阵列或门阵列中。如图3中的实施例所示，控制器310接收并处理反馈信号ias、ibs和ics以控制相电流ia、ib和ic，使得相电流ia、ib和ic根据多种电流模式或电压模式流过相桥316、318和320并进入电机114的对应的绕组。例如，电流模式可包括流进和流出DC总线304或DC总线电容器308的相电流ia、ib和ic的模式。图3中的DC总线电容器308被示出为与PEM 126分离。然而，DC总线电容器308可被集成为PEM 126的一部分。
如图3所示，诸如计算机可读存储器的存储介质312(以下称为“存储器”)可存储被嵌入有所述方法或利用所述方法编码的计算机程序或算法。此外，存储器312可存储关于PEM 126中的各种操作状况或组件的数据或信息。例如，存储器312可存储关于流过各个相桥316、318和320的电流的数据或信息。如图3所示，存储器312可以是控制器310的一部分。然而，存储器312可被布置在控制器310可访问的任何合适的位置。
如图3所示，控制器310向电力转换器系统126发送至少一个控制信号236。电力转换器系统126接收控制信号236以控制逆变器的开关配置，从而控制流过各个相桥316、318和320的电流。所述开关配置是逆变器中的电力开关302的开关状态的集合。一般而言，逆变器的开关配置确定逆变器如何转换DC电力链路306和电机114之间的电力。
为了控制逆变器的开关配置，逆变器基于控制信号236将逆变器中的每个电力开关302的开关状态改变为闭合状态或断开状态。在示出的实施例中，为了将电力开关302切换到闭合状态或断开状态，控制器或LD 310向每个电力开关302提供栅极电压(Vg)，从而驱动每个电力开关302的开关状态。栅极电压Vga1、Vga2、Vgb1、Vgb2、Vgc1和Vgc2(在图3中示出)控制各个的电力开关302的开关状态和特性。虽然逆变器在图3中被示出为电压驱动的器件，但是逆变器可以是电流驱动的器件，或者可由将电力开关302在闭合状态和断开状态之间进行切换的其它策略来控制。控制器310可基于电机114的转速、镜像电流或IGBT开关的温度来改变每个IGBT的栅极驱动。栅极驱动的变化可根据多个栅极驱动电流被选择，在所述多个栅极驱动电流中，栅极驱动电流的变化与IGBT开关速度的变化成比例。
仍如图3所示，相桥316、318和320中的每个包括两个开关302。然而，在相桥316、318和320中的每个中仅有一个开关可以处于闭合状态而不会使DC电力链路306短路。因此，在每个相桥中，下方开关的开关状态通常与对应的上方开关的开关状态相反。上方开关通常被称作高侧开关(即，开关302A、302B、302C)，下方开关通常被称作低侧开关(即，开关302D、302E、302F)。因此，相桥的高状态指的是相桥中的上方开关处于闭合状态并且下方开关处于断开状态。类似地，相桥的低状态指的是相桥的上方开关处于断开状态并且下方开关处于闭合状态。作为结果，具有电流镜像能力的IGBT可以是所有IGBT、IGBT的子集(例如，Sa1、Sb1、Sc1)或单个IGBT。
在图3中示出的三相转换器示例的激活状态期间会出现两种情况：(1)两个相桥处于高状态，而第三个相桥处于低状态，或者(2)一个相桥处于高状态，而另外两个相桥处于低状态。因此，三相转换器中的一个相桥(可被定义为逆变器的特定激活状态的“参考”相)处于与另外两个具有相同状态的相桥(或者“非参考”相)的状态相反的状态。因此，非参考相在逆变器的激活状态期间均处于高状态或者均处于低状态。
固态器件(SSD)(诸如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或双极结型晶体管(BJT))广泛用于各种车辆应用和工业应用(诸如，电动马达驱动、电力逆变器、DC-DC转换器和电力模块)。IGBT和MOSFET的操作是电压控制的，其中，所述IGBT和MOSFET的操作基于施加到IGBT或MOSFET的栅极的电压，而BJT的操作是电流控制的，其中，所述BJT的操作基于施加到BJT的基极的电流。在此，SSD或高功率继电器的使用可用于控制、改变或调节车辆的电池与电机之间的电流。
图4是包括经由马达逆变器406连接到马达408的牵引电池402和DC-DC转换器404的典型的混合动力车辆动力传动系统400的示图。牵引马达408仅由单个马达逆变器406驱动。牵引马达408连接到齿轮410和车轴，齿轮410和车轴被配置为提供推进力以驱动车轮412A和412B。连接到行星齿轮416和发电机418的内燃发动机414也产生推进力。发电机418可用于将旋转能转换为电能(通常为AC电力)。AC电力通过发电机逆变器420转换为DC电力，发电机逆变器420与马达逆变器406并联连接。在这个系统中，逆变器功率是400V/300A下的120kW。电力路径包括串联的两个损耗，DC-DC转换器(例如VVC)404作为第一损耗，马达逆变器406作为第二损耗。
图5是包括经由两个电力逆变器506A和506B连接到六引线的马达508的牵引电池502的混合动力车辆动力传动系统500的示图。在此，马达逆变器506A和506B用于独立驱动单个牵引马达508。牵引马达508连接到齿轮510和车轴，齿轮510和车轴被配置为提供推进力以驱动车轮512A和512B。连接到行星齿轮516和发电机518的内燃发动机514也产生推进力。发电机518可用于将旋转能转换为电能(通常为AC电力)。AC电力通过发电机逆变器520转换为DC电力，发电机逆变器520与马达逆变器506A和506B并联连接。这个系统的额定值可以是120kW或(200V/300A)+(200V/300A)，即，马达逆变器506A和506B的功率之和。然而，由于没有DC-DC转换器，因此没有DC-DC转换器功率损耗。此外，图4中的马达逆变器的功率损耗基本等于马达逆变器506A和506B的功率损耗，并且，在一些配置中，由于流过逆变器的电流较小，使得马达逆变器的功率损耗较小。
图6是具有牵引马达602的混合动力车辆系统600的示图，其中，牵引马达602连接到四个电力逆变器604A、604B、604C和604D。在此，可通过增加用于驱动牵引马达的逆变器的数量来增大用于驱动电机的可用功率。在这个系统中，总功率是120kW或(200V/150A)+(200V/150A)+(200V/150A)+(200V/150A)，即，马达逆变器604A、604B、604C和604D的功率之和，但是，如果使用的马达逆变器与马达逆变器506A和506B类似，则总功率将是240kW或4*(200V/300A)。
图7是用于三引线的电力逆变器的典型的电动马达连接700的示图。在此，示出的端绕组连接用于定子绕组，其中，定子有24个齿。但是，同样的原理可应用于其它定子构造，诸如，有6至48个齿的定子，诸如，定子有12、18、24、30或48个齿或者6的其它倍数个齿。这种绕组构造用于三相马达，所述三相马达具有由按照Y形构造连接的三根引线(引线A 702、引线C 704、引线B 706)构成的单组连接，该连接具有中性节点708。例如，在此，电流流过A1绕组，然后流向A2绕组，然后流向A3绕组，然后流向A4绕组，然后流向中性节点708。然后，电流可经由B绕组或C绕组返回。
图8是用于两个三引线的电力逆变器的电动马达连接800的示图。在此，示出的端绕组连接用于定子绕组，其中，定子有24个齿。但是，同样的原理可应用于其它定子构造，诸如，有6至48个齿的定子，诸如，定子有12、18、24、30或48个齿或者6的其它倍数个齿。这种绕组构造用于三相马达，所述三相马达具有均按照Y形构造连接的两组三根引线连接((引线A’802A、引线C’804A、引线B’806A)和(引线A”802B、引线C”804B、引线B”806B))，该连接具有中性节点808A和808B。例如，在此，电流流过A1绕组，然后流向A2绕组，然后流向中性节点808A，同时，另一独立的电流流过A3绕组，然后流向A4绕组，然后流向中性节点808B。然后，电流可相应地经由B’/B”绕组或C’/C”绕组返回。这种绕组构造的优点在于标准的定子构造可用于实现这种构造。
图9是用于四个三引线的电力逆变器的电动马达连接900的示图。在此，示出的端绕组连接用于定子绕组，其中，定子有24个齿。但是，同样的原理可应用于其它定子构造，诸如，有6至48个齿的定子，诸如，定子有12、18、24、30或48个齿或者6的其它倍数个齿。这种绕组构造用于三相马达，所述三相马达具有均按照Y形构造连接的四组三根引线连接((引线A’902A、引线C’904A、引线B’906A)、(引线A”902B、引线C”904B、引线B”906B)、(引线A”’902C、引线C”’904C、引线B”’906C)和(引线A””902D、引线C””904D、引线B””906D))，该连接具有中性节点908A、908B、908C和908D。例如，在此，电流流过A1绕组，然后流向中性节点908A，同时，第二独立电流流过A2绕组，然后流向中性节点908B。第三独立电流流过A3绕组，然后流向中性节点908C，同时，第四独立电流流过A4绕组，然后流向中性节点908D。然后，电流可相应地经由B绕组或C绕组返回。这种绕组构造也有标准的定子构造的优点。
图10是用于电机的定子的绕组连接1000的横截面示意图。在此，12个绕组被示出为与24个齿的定子相关联。在定子的每个扇区中有三相引线A1002、B 1004和C 1006。在一个实施例中，在该示图中，在定子有24个齿的情况下，每个引线与一个定子齿相关联，但是，如果是48个齿的定子，则每个引线将与两个定子齿相关联。然而，在其它实施例中，在该示图中的每个引线可与一个以上的定子齿(诸如，三个定子齿或六个定子齿)相关联。此外，在此被示出为具有两个引线(例如，A1+和A1-)的每个绕组可占用任意数量的槽。因此，每个绕组可占用2个槽、4个槽、6个槽、8个槽等。槽是两个定子齿之间的开口区域，其中，铜绕组可位于所述槽的内部。其中，槽的数量等于齿的数量。此外，可沿着与电机的旋转轴1010相交的第一平面1008(例如，参考平面)将定子划分为两半。可进一步通过也与旋转轴1010相交的第二平面1012将定子划分为四等份。
图11是具有定子1102的电机1100的分解立体图，定子1102沿着内径1106限定多个定子齿1104，内径1106限定腔1110，腔1110被构造为使得转子1112能够绕着旋转轴1114自由旋转。每个定子齿1104具有缠绕着它的绕组，以感应出通过被绕组缠绕的齿引导的场。在这个示例中，定子有48个定子齿。此外，定子1102包括在绕组中承载电流的端绕组1108，绕组在定子齿1104之间的槽中移动以在定子齿1104中感应出场。在这个应用中，假定在连接点和槽之间的端绕组1108中流动的电流不足以在定子齿中感应出场，而在位于槽中的绕组中流动的电流足以在定子齿中感应出场。
图12是电机的定子芯1200的横截面图。在此示出了24个齿的定子。定子关于旋转轴1204对称，转子可被配置为在旋转轴1204上旋转。通过与沿着旋转轴1204相交的第一平面1206和第二平面1208将定子划分为多个扇区。在这个实施例中，定子齿被标记为与图7、图8和图9中的接线(例如，A1+、A1-)相匹配。然而，这个定子可用于说明多种构造。例如，在双逆变器系统中，定子齿可通过平面1206被划分，使得一个逆变器驱动一半定子齿(1-12)的绕组，另一逆变器驱动另一半定子齿(13-24)的绕组。此外，在双逆变器系统中，定子齿可通过两个平面1206和1208被划分，使得一个逆变器驱动定子齿的第一个四分之一(1-6)和第三个四分之一(13-18)的绕组，另一逆变器驱动定子齿的第二个四分之一(7-12)和第四个四分之一(19-24)的绕组。在另一实施例中，双逆变器系统可具有通过四个平面1206、1208、1210和1212被划分的定子齿，使得第一逆变器驱动定子齿的第一个八分之一(1-3)、第三个八分之一(7-9)、第五个八分之一(13-15)和第七个八分之一(19-21)的绕组，第二逆变器驱动定子齿的第二个八分之一(4-6)、第四个八分之一(10-12)、第六个八分之一(16-18)和第八个八分之一(22-24)的绕组。
在另一实施例中，每个绕组沿顺时针方向从槽中进入到达正标记，并且沿顺时针方向从槽中退出到达负标记，从而在正标记与负标记之间的三个定子齿中感应出场。例如，如图10所描述的由A1+和A1-构成的绕组将在编号为1、2和3的齿中感应出场。同时，由B1+和B1-构成的绕组将在编号为3、4和5的齿中感应出场，由C1+和C1-构成的绕组将在编号为2、3和4的齿中感应出场。此外，每根引线可以占用任意数量的槽，因此，每个绕组可占用2个槽、4个槽、6个槽、8个槽等等。
另一示例是四逆变器系统，在四逆变器系统中，定子齿可通过两个平面1206和1208被划分，使得一个逆变器驱动定子齿的第一个四分之一(1-6)的绕组，第二逆变器驱动定子齿的第二个四分之一(7-12)的绕组，第三逆变器驱动定子齿的第三个四分之一(13-18)的绕组，第四逆变器驱动定子齿的第四个四分之一(19-24)的绕组。在另一实施例中，四逆变器系统可具有通过四个平面1206、1208、1210和1212被划分的定子齿，使得第一逆变器驱动八组定子齿的绕组中的任意两组，第二逆变器驱动八组定子齿的绕组中的特别的两组绕组，第三逆变器驱动八组定子齿的绕组中的特别的另两组绕组，第四逆变器驱动八组定子齿的绕组中的剩余的特别的两组绕组。
由控制器执行的控制逻辑或功能可由在一个或更多个附图中的流程图或类似示图来表示。这些附图提供代表性的控制策略和/或逻辑，所述代表性的控制策略和/或逻辑可使用一个或更多个处理策略(诸如，事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)来实现。因此，示出的各个步骤或功能可按照示出的顺序被执行、并行地执行或者在一些情况下被省略。虽然未总是被明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到，示出的一个或更多个步骤或功能可根据使用的特定处理策略而被重复执行。类似地，处理的顺序不一定需要实现在此描述的功能和优点，而是被提供以便于示出和描述。控制逻辑可主要以由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系统控制器(诸如，控制器)执行的软件的形式被实现。当然，控制逻辑可根据特定应用以一个或更多个控制器中的软件、硬件或者软件和硬件的组合的形式被实现。当以软件形式被实现时，控制逻辑可在已经存储表示由控制器执行以控制车辆或其子系统的代码或指令的数据的一个或更多个计算机可读存储装置或介质中被实现。计算机可读存储装置或介质可包括多个已知物理装置中的一个或更多个，所述多个已知物理装置利用电存储器、磁存储器和/或光学存储器来保存可执行指令和关联的校准信息、操作变量等。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机，或者通过所述处理装置、控制器或计算机实现，其中，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以多种形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，其中，所述多种形式包括但不限于信息永久地存储在非可写存储介质(诸如，只读存储器(ROM)装置)中以及信息可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、致密盘(CD)、随机存取存储器(RAM)装置以及其它磁介质和光学介质)中。所述处理、方法或算法也可在软件可执行对象中实现。可选地，可使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或者其它硬件组件或装置)或者硬件组件、软件组件和固件组件的组合来整体或部分地实现所述处理、方法或算法。
虽然以上描述了示例性实施例，但是并不意在这些实施例描述权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可将各个实施例的特征进行组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管针对一个或更多个期望特性，各个实施例可能已经被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应认识到，根据具体的应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配的容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式的实施例并非在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (20)

1.一种用于车辆的动力传动系统，包括：
电机，包括定子，所述定子限定通过槽分隔的多个定子齿，所述槽被构造为容纳绕组；
多个逆变器，每个逆变器被配置为：专有地驱动所述槽内的绕组中的部分绕组而非全部绕组中的电流，使得定子的扇区内的所述多个定子齿中的一部分定子齿被配置为仅由所述多个逆变器中的一个逆变器激励。
2.如权利要求1所述的动力传动系统，其中，所述定子的扇区是通过与中心轴重合的平面限定的所述定子的一半，所述多个逆变器是两个逆变器。
3.如权利要求1所述的动力传动系统，还包括发电机，所述定子的扇区是通过与中心轴重合的平面限定的所述定子的一半，所述多个逆变器是三个逆变器。
4.如权利要求1所述的动力传动系统，其中，所述定子的扇区是通过与中心轴重合的分开90度的两个平面限定的所述定子的四分之一，所述多个逆变器是四个逆变器。
5.如权利要求1所述的动力传动系统，还包括连接到所述多个逆变器的牵引电池，使得所述多个逆变器在牵引电池的端电压下操作。
6.如权利要求1所述的动力传动系统，其中，所述多个逆变器中的每个逆变器被配置为：专有地驱动所述绕组中的部分绕组而非全部绕组中的电流，使得通过在所述定子的扇区内的多个定子齿中的单个绕组感应出场。
7.如权利要求1所述的动力传动系统，其中，所述多个逆变器中的每个逆变器被配置为：专有地驱动所述绕组中的部分绕组而非全部绕组中的电流，使得通过在所述定子的扇区内的单个定子齿中的单个绕组感应出场。
8.一种用于车辆的动力传动系统，包括：
电机，具有包括多个绕组的定子；
多个逆变器，每个逆变器被配置为：专有地驱动定子槽内的绕组中的部分绕组而非全部绕组中的电流，使得所述多个绕组中的任意一个绕组被配置为仅由所述多个逆变器中的一个逆变器驱动。
9.如权利要求8所述的动力传动系统，还包括连接到所述多个逆变器的牵引电池，使得所述多个逆变器在牵引电池的端电压下操作。
10.如权利要求9所述的动力传动系统，还包括发电机和发电机逆变器，使得发电机在所述端电压下向所述牵引电池提供电力。
11.如权利要求8所述的动力传动系统，其中，定子是叠片芯定子。
12.如权利要求8所述的动力传动系统，其中，定子被划分为两个扇区，所述两个扇区中的每个扇区通过与中心轴重合的平面来被限定，所述多个逆变器是两个逆变器，每个逆变器被配置为驱动所述两个扇区中的一个扇区。
13.如权利要求8所述的动力传动系统，还包括发电机，所述定子的扇区是通过与中心轴重合的平面限定的所述定子的一半，所述多个逆变器是三个逆变器。
14.如权利要求8所述的动力传动系统，其中，所述扇区被划分为四个扇区，所述四个扇区中的每个扇区通过与中心轴重合的分开90度的两个平面来被限定，所述多个逆变器是四个逆变器，每个逆变器被配置为驱动所述四个扇区中的一个扇区。
15.一种控制动力传动系统的方法，包括：
通过第一逆变器，至少在位于定子的第一扇区内的第一定子齿中感应出第一场；
通过第二逆变器，至少在位于定子的第二扇区内的第二定子齿中感应出第二场，所述第二扇区与所述第一扇区不同。
16.如权利要求15所述的方法，其中，定子通过与中心轴重合的平面被划分为所述第一扇区和所述第二扇区。
17.如权利要求15所述的方法，其中，在包括所述第一定子齿的三个定子齿中感应出所述第一场，所述三个定子齿位于所述第一扇区内，并且在包括所述第二定子齿的另外三个定子齿中感应出所述第二场，所述另外三个定子齿位于所述第二扇区内。
18.如权利要求15所述的方法，其中，在位于所述第一扇区内的所述第一定子齿中感应出所述第一场，在位于所述第二扇区内的所述第二定子齿中感应出所述第二场。
19.如权利要求15所述的方法，还包括：
通过第三逆变器，至少在位于定子的第三扇区内的第三定子齿中感应出第三场，所述第三扇区与所述第一扇区和所述第二扇区不同；
通过第四逆变器，至少在位于定子的第四扇区内的第四定子齿中感应出第四场，所述第四扇区与所述第一扇区、所述第二扇区和所述第三扇区不同。
20.如权利要求19所述的方法，其中，定子通过分开90度且与中心轴重合的两个平面被划分为所述第一扇区、所述第二扇区、所述第三扇区和所述第四扇区。
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