CN110337782A - 无刷电机 - Google Patents

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Abstract

一种电机包括定子芯和多个绕组，该多个绕组被细分为多个多相电动机单元，每个多相电动机单元具有与其相关联的M个绕组，并且相对于其他多相电动机单元具有相位偏移。电机可以包括串联耦合的N个逆变器单元；其中每个逆变器单元是多相逆变器；并且其中供应给对应的多相电动机单元的电压幅度是VDC/N。电机可以包括传感器系统，该传感器系统与多个逆变器单元连通，并且可操作以按顺序换向每个逆变器单元。

Description

无刷电机
技术领域
本申请总体涉及电机，并且更具体地但非排他地涉及无刷电机。
背景技术
诸如电动机和发电机之类的电机被广泛使用。一些现有系统相对于某些应用具有各种缺点。例如，某些尺寸范围内的电机生成不期望的转矩波动量。因而，仍然需要在这一技术领域做出进一步贡献。
发明内容
本发明的一个实施例是一种由DC电压VDC供电的新型无刷电机。该电机具有定子芯和多个绕组，该多个绕组被细分为多个多相电动机单元，每个多相电动机单元具有与其相关联的M个绕组，并且相对于其他多相电动机单元具有相位偏移。电机可以包括串联耦合的N个逆变器单元；其中每个逆变器单元是多相逆变器；并且其中供应给对应的多相电动机单元的电压幅度是VDC/N。电机可以包括传感器系统，该传感器系统与多个逆变器单元连通，并且可操作以按顺序换向每个逆变器单元。根据本文所提供的描述和附图，本申请的其他实施例、形式、特征、方面、益处和优点应变得显而易见。
附图说明
图1示意性地描绘了根据本发明的实施例的非限制性示例的电机的一些方面。
图2示意性地描绘了根据本发明的实施例的非限制性示例的针对电机的定子的一些方面。
图3示意性地描绘了根据本发明的实施例的非限制性示例的针对电机的逆变器系统的一些方面。
图4示意性地图示了根据本发明的实施例的非限制性示例的电动机单元的顺序的一些方面。
具体实施方式
为了促进对本发明原理的理解，现在将参考附图中所图示的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而，将理解的是，并非由此旨在限制本发明的范围。本发明所涉及领域的技术人员通常会想到所描述的实施例的任何改变和进一步修改、以及如本文中所描述的本发明的原理的任何进一步应用。
参考附图，特别是图1，示意性地描绘了根据本发明的实施例的电机10的非限制性示例的一些方面。在一种形式中，电机10是变速永磁电动机。在其他实施例中，电机10可以是电动机和/或发电机，并且可以是任何类型的电机，诸如开关磁阻电动机或感应电动机，或者任何其他类型的电动机、发电机或电动机/发电机。在各种实施例中，电机10可以是径向磁通机、轴向磁通机、或具有三维(3D)磁通路径的机器。电机10包括轴12、具有永磁体(极)16的转子14、具有定子绕组20的定子18、壳体22、以及轴承24。轴12和转子14围绕旋转轴线26旋转，该旋转轴线限定了轴向方向28。
轴12被构造为支撑转子14，并且对来自转子14的径向载荷以及轴向或推力载荷做出反应。在一种形式中，轴12可操作以从电机10传递机械动力作为电机10的输出。在其他实施例中，轴12可操作以向电机10传递机械动力和/或从电机10传递机械动力。轴12由轴承24轴向和径向地定位。轴12和轴承24限定旋转轴线26和对应的轴向方向28。
转子14和定子18彼此磁连通。转子14/极16和定子18中的每一个具有这样的结构，该结构可操作以将磁通量朝向彼此引导并且引导来自彼此的磁通量。在一些实施例中，转子14可以包括其他可操作磁通量源，例如，汇流条、绕组或两者，其与永磁体16结合或代替永磁体16。在一种形式中，永磁体16是表面贴装铁氧体磁体。在其他实施例中，可以采用其他配置和/或组合物，例如，包括嵌入配置和/或稀土磁体组合物。电机10没有采用机械换向。相反，电机10是无刷机，其采用电子换向。绕组20基于换向传感器系统30的输出而被电子切换或换向，该换向传感器系统30检测转子14的位置。在一种形式中，传感器系统30是多个霍尔效应传感器32。霍尔效应传感器形成成本相对较低的转子位置检测系统。在其他实施例中，可以采用其他电的或电子的换向传感器系统，例如，编码器(诸如轮编码器)或其他传感器系统。
定子绕组20设置在定子18中的通道34内。在一种形式中，定子绕组20是铜导体。在其他实施例中，除铜之外或代替铜，可以使用铝和/或其他导体材料。绕组20被构造为用于与极16磁连通。在一种形式中，通道34是线性的，并且在轴向方向28上延伸穿过定子18的长度。在其他实施例中，通道34可以是倾斜的，可以是径向通道，或者可以是具有中心线的通道，该中心线在轴向方向、径向方向和周向方向中的任何两个或更多个方向上延伸穿过定子18的全部或部分。在一些实施例中，除了通道34之外，定子18还可以包括其他通道，例如，冷却通道或其他通道。在一些实施例中，通道34还可以被构造为允许冷却介质流经其中。
在一种形式中，轴承24安装在壳体22的端板36中并由端板36支撑。在其他实施例中，轴承24可以经由壳体22的一个或多个其他结构和/或整体特征而被安装并耦合到壳体22。轴承24被构造为使轴12和转子14对方向28上的轴向或推力载荷做出反应，并且使轴12和转子14对垂直于旋转轴线26的径向载荷做出反应。壳体22被构造为封闭定子18，并且对与定子18相关联的载荷(例如，由于定子18与转子14之间的磁相互作用而生成的载荷)做出反应。
在换向周期期间，当一个绕组接通而另一绕组断开时，生成瞬时电流和电压，该瞬时电流和电压是由于线圈电感引起的电流上升和衰减的函数，该电流随时间而不均匀地变化，从而产生转矩波动。具有较多相数的电机将具有较小的在机器中空间地偏移的线圈电感，从而产生具有较低幅度以及较高频率的转矩波动。例如，具有分数槽集中绕组(fractional slot concentrated windings)的高极数永磁电机可以被配置作为多相无刷DC(BLDC)电动机，其具有梯形反电动势、离散数目的多相电动机单元，每个电动机单元由多个绕组形成，该多个绕组中的至少一些绕组是定相的(例如，三相电动机单元)，并且在多相单元之间具有相位偏移。多相(串联或并联)逆变器或变流器可以被配置为多个分立BLDC逆变器。基于来自一个或多个传感器(诸如针对每个单元操作而独立放置的霍尔效应传感器)的反馈，可以利用方波操作来独立地操作电动机单元和逆变器单元中的每个单元。霍尔效应传感器的数目可以减少，例如，对于没有相位偏移或具有相反相位偏移的任何电动机单元。
参照图2，示意性地图示了根据本发明的实施例的定子18的非限制性示例的一些方面。定子18包括定子芯38，例如，叠片芯，其具有多个齿40和多个槽42。每个槽42设置在对应的一对相邻定子齿40之间。绕组20围绕齿40设置。在一种形式中，绕组20是分数槽集中绕组。在其他实施例中，绕组20可以采用其他形式，并且除了集中绕组之外或代替集中绕组，还可以例如是分布式绕组。在图2的非限制性示例中，采用了24个绕组20，并采用了20个永磁体或极16。在其他实施例中，绕组的数量和极的数量可以根据应用的需要而变化。绕组20与附图标记WA-WX相关联，并在图2中利用附图标记对WA-，WA；WB-，WB；WC-，WC；…WX-，WX来标识，其中“W”表示绕组，第二字母字符表示24个绕组A-X中的一个绕组，并且在第二字母字符之后的“-”字符或缺乏该字符属于所描绘的绕组的部分的电流流动(例如进入或离开图2的平面)的方向。
绕组20被细分为多组绕组，每个组形成多相电动机单元。每个多相电动机单元具有与其相关联的M个绕组。在非限制性示例中，24个绕组被分为各自具有M＝3个绕组的八(8)个电动机单元(MC)，如下：电动机单元MC1由绕组WA，WE和WI限定；电动机单元MC2由绕组WM，WQ和WU限定；电动机单元MC3由绕组WB，WF和WJ限定；电动机单元MC4由绕组WN，WR和WV限定；电动机单元MC5由绕组WC，WG和WK限定；电动机单元MC6由绕组WO，WS和WW限定；电动机单元MC7由绕组WD，WH和WL限定；以及电动机单元MC8由绕组WP，WT和WX限定。在其他实施例中，绕组可以被细分为适合于应用的任何数目的电动机单元，并且每个电动机单元中的定子18周围的绕组的数目和绕组的位置可以根据应用的需要而变化。
参照图3，示意性地图示了根据本发明的实施例的逆变器系统44的非限制性示例的一些方面。逆变器系统44包括串联布置的N个分立逆变器单元。数目N可能根据应用的需要而变化。在本非限制性示例中，电机10采用N＝8个分立逆变器单元IC1-IC8，每个电动机单元有一个分立逆变器单元。每个逆变器单元是多相逆变器。在其他实施例中，逆变器单元的数目可以根据应用的需要而变化。例如，在一些实施例中，两(2)个或更多个逆变器单元可以为每个电动机单元供电；而在其他实施例中，一(1)个逆变器单元可以为两(2)个或更多个电动机单元供电。
逆变器系统44耦合到供应电压VDC的电源。在一种形式中，VDC是DC电压。在其他实施例中，VDC可以是整流后的AC电压，例如，实际上是具有AC波动分量的DC电压。在一种形式中，分立逆变器单元中的每个分立逆变器单元是方波逆变器，例如，BLDC逆变器。在其他实施例中，逆变器单元可以被配置为输出一个或多个其他波形，例如，梯形波。在一种形式中，分立逆变器单元的输出没有进行脉冲宽度调制。在一种形式中，每个逆变器单元采用低功率MOSFET。在其他实施例中，除了MOSFET之外或代替MOSFET，还可以采用其他功率开关器件，例如，IGBT、GaN宽带隙器件或其他合适的开关器件。在一种形式中，分立逆变器单元串联耦合，因此，每个逆变器单元两端的电压降是VDC/N。在其他实施例中，逆变器单元可以并联耦合、或以串联/并联组合关系的方式耦合。例如，在一些实施例中，各组逆变器单元，其中每个组内的逆变器单元彼此并联布置，并且其中每个组与其他组串联布置。在这种情况下，N属于彼此串联布置的组的数目。
在一种形式中，每个逆变器单元是多相的，例如，3相的。在一种形式中，逆变器的相的数目限定了电动机单元的相的数目。在一些实施例中，单个绕组可以关联于相应的电动机单元和/或逆变器单元的每个相，而在其他实施例中，多于一个的绕组可以关联于相应的电动机单元和/或逆变器单元的每个相。在其他实施例中，逆变器单元可以是单相的或可以具有任何数目的相。图3图示了电机10的八(8)个逆变器单元中的三(3)个逆变器单元IC1、IC2和IC8，其余的逆变器单元由竖直省略号46表示。
每个分立逆变器单元被电耦合到电动机单元，并且可操作以用VDC/N的电压幅度向该电动机单元的绕组供应电力，例如，电力信号。例如，逆变器单元IC1耦合到电动机单元MC1的绕组WA、WE和WI，并且可操作以用VDC/N的电压幅度向电动机单元MC1供应三相电力。类似地，逆变器单元IC2耦合到电动机单元MC2的绕组WM、WQ和WU，并且可操作以用VDC/N的电压幅度向电动机单元MC2供应三相电力。逆变器单元IC3-IC7类似地耦合到相应的电动机单元MC3-MC7的绕组，并且用VDC/N的电压幅度向相应的电动机单元MC3-MC7供应三相电力。逆变器单元IC8耦合到电动机单元MC8的绕组WP、WT和WX，并且可操作以用VDC/N的电压幅度向电动机单元MC8供应三相电力。在所图示的实施例中，每个逆变器单元耦合到单元旁路电路48，该单元旁路电路48在单元出现异常的情况下旁路该单元。其他实施例可能不采用单元旁路电路。
传感器系统30与逆变器单元IC1-IC8连通，并且可操作以按期望顺序换向或者启用和停用每个分立逆变器单元，以产生转子14例如在图2中所图示的方向RD上的旋转。在一种形式中，霍尔效应传感器32安装在定子18上。在其他实施例中，除了定子18之外或代替定子18，霍尔效应传感器32还可以安装在一个或多个其他结构上。霍尔效应传感器32彼此周向间隔开。依据实施例，各个霍尔效应传感器32之间的间隔可以相同或不同。霍尔效应传感器32被构造为感测转子14的位置，例如，旋转位置，并且提供用于切换对应的逆变器IC1-IC8的接通/断开信令。霍尔效应传感器的数目根据特定应用的需要而变化。例如，在一些实施例中，每个绕组20可以采用一个霍尔效应传感器。作为另一示例，在两个或更多个绕组或电动机单元同时接通或断开的应用中，霍尔效应传感器的数目可以相应地减少。比如，在本非限制性12相电机10的配置中，存在相的重复，例如，其中相对设置的绕组(例如，在定子18上彼此相对地设置的绕组)同时接通和断开。例如，MC1和MC2同时由逆变器单元IC1和IC2供电(例如，具有同时的波形)，如同分别由逆变器单元对IC3和IC4；IC5和IC6；和IC7和IC8供电的对MC3和MC4；MC5和MC6；以及MC7和MC8一样。因此，相同的霍尔效应传感器可以用于换向MC1和MC2或者向MC1和MC2提供接通/断开信号；相同的霍尔效应传感器可以用于向MC3和MC4提供接通/断开信号；并且MC5和MC6也是这样；并且MC7和MC8也是这样。
类似地，在两个绕组或电动机单元具有相反相(即，180°异相)的实施例中，可以采用相同的霍尔效应传感器来为向那些绕组或电动机单元供电的逆变器发送接通/断开信号。此外，在使用并联或串联/并联多相逆变器或变流器配置的实施例中，可以采用相同的霍尔效应传感器来向具有相同相或相反相的那些绕组或电动机单元发送接通/断开信号。在图2和图3的非限制性示例中，电机10是12相电机，因为存在八(8)个电动机单元，一次换向该八个电动机单元中的两(2)个电动机单元；并且该八个电动机单元是三相电动机单元。因此，图2和图3的电机10的相的数目是(每个电动机单元的相的数目)×(电动机单元的数目)/(同时换向的电动机单元的数目)＝(3×8)/2＝12。在其他实施例中，电机10可以具有适合于应用的任何数目的相，其中可以同时换向任何数目的电动机单元、或者没有电动机单元可以被同时换向，并且其中电动机单元的数目和每个电动机单元的相的数目可以根据应用的需要而变化。
在图2的非限制性示例中，采用了12个霍尔效应传感器32，它们被标识为传感器HA、HB、HC、...HL。霍尔效应传感器HA、HE和HI耦合到逆变器IC1和IC2，并且用于发送接通/断开信号以同时换向或致动电动机单元MC1和相对设置(围绕定子18的180°)的电动机单元MC2。类似地，霍尔效应传感器HB、HF和HJ耦合到逆变器IC3和IC4，以用于发送接通/断开信号来致动电动机单元MC3和相对设置的电动机单元MC4。霍尔效应传感器HC、HG和HK对于逆变器IC5和IC6以及电动机单元MC5和相对设置的电动机单元MC6也是这样；并且霍尔效应传感器HD、HH和HL对于逆变器IC7和IC8以及电动机单元MC7和相对设置的电动机单元MC8也是这样。各对(MC1，MC2)、(MC3，MC4)、(MC5，MC6)和(MC7，MC8)内的电动机单元同时换向，而每对相对于其他对被相位偏移。在其他实施例中，电动机单元之间(以及形成每个单元的绕组之间)的相位偏移布置可以根据应用的需要而变化。在一种形式中，逆变器IC1-IC8向绕组20提供方波功率信号，并且因此用于变速机10的操作不需要计算硬件。相反，通过变化供电电压VDC来获得变速操作。
参照图4，图示了根据本发明的实施例的电动机单元MC1的六步换向的非限制性示例的一些方面。在其他实施例中可以采用其他换向顺序。在本非限制性示例中，类似于图4中所图示的顺序，换向每个电动机单元MC2-MC8。关于电动机单元MC1，相应的霍尔效应传感器HA、HE和HI供应换向信号50、52和54作为输入信号以供逆变器单元IC1使用。电力信号56、58和60表示基于相应的霍尔效应传感器HA、HE和HI的换向信号50、52和54例如并且在一些实施例中还基于使用查找表，来从逆变器单元IC1供应给电动机单元MC1的相应绕组WA、WE和WI的电力信号。电压VAEI是由逆变器单元IC1供应给电动机单元MC1的电压，并且具有VDC/N的幅度。因此，可以看出，供应给电动机单元的电压呈方波形式，该方波在VAEI、零电压和-VAEI之间阶跃，或在VDC/N、零电压和-VDC/N之间阶跃。
因此，每个电动机单元和分立逆变器单元基于来自霍尔效应传感器32的反馈、利用简单方波操作而独立操作，该霍尔效应传感器32独立放置以用于每个单元操作或各组单元的操作。在一些实施例中，当采用典型的定子齿、永磁体和绕组时，反电动势倾向于是伪梯形的。在一种形式中，定子齿40和/或绕组20被构造或修改为，例如使用计算机辅助设计分析软件和技术来使反电动势成为梯形或更像梯形。在其他实施例中，永磁体16和/或转子导体也可以或备选地被构造或修改为，例如使用计算机辅助设计分析软件和技术来使反电动成为梯形或更像梯形。在其他实施例中，定子齿40、绕组20和/或永磁体16和/或任何转子导体可以被构造为产生其他期望形状(例如，正弦)的反电动势波形。在一些实施例中，通过将电机10细分为多个多相电动机单元，可以减小转矩波动。在一些实施例中，通过串联布置用于电动机单元的逆变器，可以进一步减小转矩波动，例如因为由每个电动机单元生成的转矩减小。转矩波动的减小在下面的表1中说明，该表1比较了图1至图4中所图示的12相电机与3相BLDC机。
表1.12相电机与3相电机的比较
从表1可以看出，对于具有相等端子电流的两个电机，本文中所图示和描述的实施例的非限制性示例的12相电机具有略微更高的轴功率输出和显著更严格的输出转矩范围，其中转矩波动为2.6％，而三相电机的转矩波动呈现出显著更高的14.9％。因为逆变器单元串联布置，所以每个逆变器两端的电压更低，从而允许使用更低电压，并且因此低功率MOSFET的成本更低。因为每个逆变器单元是定相的(例如，3相)，并且逆变器单元相对于彼此定相，所以可以使用成本相对低的多相(例如，3相)方波BLDC逆变器来创建具有高的相的数目的电机，从而降低总成本，同时由于电机的相的数目而显著减小转矩波动。方波BLDC逆变器提供例如相对于脉冲宽度调制(PWM)正弦变流器的成本相对低的开关系统。PWM正弦变流器在不显着增加转矩波动的情况下无法用现有电机中的方波BLDC逆变器替代。
本发明的实施例包括一种由DC电压VDC供电的无刷电机，该无刷电机包括：具有多个齿的定子芯；多个绕组，每个绕组围绕至少一个定子齿设置，其中多个绕组被细分为多个多相电动机单元，每个多相电动机单元具有与其相关联的M个绕组；并且每个多相电动机单元相对于其他多相电动机单元具有相位偏移；多个分立方波逆变器单元，其中N个分立方波逆变器单元串联耦合；其中每个方波逆变器单元被电耦合到多相电动机单元；其中每个方波逆变器单元是多相逆变器；并且其中从每个方波逆变器单元供应给对应的多相电动机单元的电压幅度是VDC/N；以及传感器系统，与多个方波逆变器单元连通，并且可操作以按顺序换向每个方波逆变器单元。
在一个改进中，对于电动机单元中的每个电动机单元，M＝3。
在另一改进中，绕组是分数槽绕组。
在又一改进中，绕组是分数槽集中绕组。
在再一改进中，电机具有至少六(6)个相。
在再一改进中，多个分立方波逆变器单元同时向各对多相电动机单元供电。
在再一改进中，极是永磁体极。
在再一改进中，每个分立方波逆变器单元可操作以向多于一个的绕组供电。
在再一改进中，电机还包括转子，其中传感器系统包括多个霍尔效应传感器，该多个霍尔效应传感器可操作以感测转子位置；并且其中每个霍尔效应传感器可操作以提供开关信号，来接通或断开分立方波逆变器单元中的对应的一个分立方波逆变器单元。
本发明的实施例包括一种由DC电压供电的无刷电机，该DC电压为VDC，该无刷电机包括：具有多个极的转子；具有多个绕组的定子，该多个绕组被构造为用于与极磁连通；其中多个绕组被细分为多个多相电动机单元，每个多相电动机单元由多个绕组形成；并且每个多相电动机单元相对于另一多相电动机单元而被相位偏移；电压变流器，由多个分立无刷DC逆变器单元形成，其中分立无刷DC逆变器单元中的至少N个分立无刷DC逆变器单元以串联布置彼此耦合，其中每个无刷DC逆变器单元可操作以向多相电动机单元供电，并且其中供应给每个多相电动机单元的电压幅度是VDC/N；以及传感器系统，与多个无刷DC逆变器单元连通，其中传感器系统可操作以感测转子的位置并且基于所感测的转子位置来换向对应的无刷DC逆变器单元。
在一个改进中，每个多相电动机单元是三相电动机单元。
在另一改进中，定子包括多个槽，每个槽设置在相邻绕组之间，其中绕组是分数槽绕组。
在又一改进中，绕组是分数槽集中绕组。
在再一改进中，电机具有至少六(6)个相。
在再一改进中，电压变流器被构造为同时向各对多相电动机单元供电。
在再一改进中，极是永磁体极。
在再一改进中，每个无刷DC逆变器单元可操作以向多相电动机单元供应方波功率信号。
在再一改进中，传感器系统包括多个霍尔效应传感器，该多个霍尔效应传感器可操作以确定转子旋转位置；并且其中每个霍尔效应传感器与分立无刷DC逆变器单元中的对应的一个分立无刷DC逆变器单元电连通。
本发明的实施例包括一种无刷电机，包括：具有多个极的转子；用于向转子提供转矩的装置；以及用于感测转子位置的装置。
在一个改进中，用于提供转矩的装置包括多个多相电动机单元，该多个多相电动机单元由多个串联耦合的分立方波逆变器单元供电。
虽然在附图和前面的描述中对本发明进行了详细说明和描述，但是所述内容在本质上被认为是说明性的而非限制性的，应当理解，仅对优选实施例进行了示出和描述，并且落入本发明的精神范围内的所有的改变和修改都要求受到保护。应当理解，虽然在上面的描述中所利用的诸如“优选的”、“优选地”、“优选”或“更优选”之类的词语的使用只表示如此描述的特征可能是更期望的，但不表示该特征是必须的，并且缺少这一特征的实施例也被认为是落入由所附权利要求限定的本发明的范围之内。在阅读权利要求时，除非在权利要求中明确地指出相反，否则当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一个部分”之类的词语时，并不旨在将权利要求限制为一个项目。除非明确地指出相反，否则当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该项目可以包括一部分和/或整个项目。

Claims (20)

1.一种由DC电压VDC供电的无刷电机，包括：
定子芯，具有多个齿；
多个绕组，每个绕组围绕至少一个定子齿设置，其中所述多个绕组被细分为多个多相电动机单元，每个多相电动机单元具有与其相关联的M个绕组；并且每个多相电动机单元相对于其他多相电动机单元具有相位偏移；
多个分立方波逆变器单元，其中所述分立方波逆变器单元中的N个分立方波逆变器单元串联耦合；其中每个方波逆变器单元电耦合到多相电动机单元；其中每个方波逆变器单元为多相逆变器；并且其中从每个方波逆变器单元供应给对应的多相电动机单元的电压幅度为VDC/N；以及
传感器系统，与所述多个方波逆变器单元连通，并且可操作以按顺序换向每个方波逆变器单元。
2.根据权利要求1所述的电机，对于所述电动机单元中的每个电动机单元，M＝3。
3.根据权利要求1所述的电机，其中所述绕组为分数槽绕组。
4.根据权利要求3所述的电机，其中所述绕组为分数槽集中绕组。
5.根据权利要求1所述的电机，其中所述电机具有至少六(6)个相。
6.根据权利要求1所述的电机，其中所述多个分立方波逆变器单元同时向成对的所述多相电动机单元供电。
7.根据权利要求6所述的电机，其中所述极为永磁体极。
8.根据权利要求1所述的电机，其中每个分立方波逆变器单元可操作以向多于一个的绕组供电。
9.根据权利要求1所述的电机，还包括转子，其中所述传感器系统包括多个霍尔效应传感器，所述多个霍尔效应传感器可操作以感测转子位置；并且其中每个霍尔效应传感器可操作以提供开关信号，来接通或断开所述分立方波逆变器单元中的对应的一个分立方波逆变器单元。
10.一种由DC电压供电的无刷电机，所述DC电压为VDC，所述无刷电机包括：
转子，具有多个极；
定子，具有多个绕组，所述多个绕组被构造为用于与所述极磁连通；其中所述多个绕组被细分为多个多相电动机单元，每个多相电动机单元由多个绕组形成；并且每个多相电动机单元相对于另一多相电动机单元被相位偏移；
电压变流器，由多个分立无刷DC逆变器单元形成，其中所述分立无刷DC逆变器单元中的至少N个分立无刷DC逆变器单元以串联布置彼此耦合，其中每个无刷DC逆变器单元可操作以向多相电动机单元供电；并且其中供应给每个多相电动机单元的电压幅度为VDC/N；以及
传感器系统，与所述多个无刷DC逆变器单元连通，其中所述传感器系统可操作以感测所述转子的位置并且基于所感测的转子位置来换向对应的无刷DC逆变器单元。
11.根据权利要求10所述的电机，其中每个多相电动机单元为三相电动机单元。
12.根据权利要求10所述的电机，所述定子包括多个槽，每个槽设置在相邻绕组之间，其中所述绕组为分数槽绕组。
13.根据权利要求12所述的电机，其中所述绕组为分数槽集中绕组。
14.根据权利要求10所述的电机，其中所述电机具有至少六(6)个相。
15.根据权利要求10所述的电机，其中所述电压变流器被构造为同时向成对的所述多相电动机单元供电。
16.根据权利要求10所述的电机，其中所述极为永磁体极。
17.根据权利要求10所述的电机，其中每个无刷DC逆变器单元可操作以向所述多相电动机单元供应方波电力信号。
18.根据权利要求10所述的电机，其中所述传感器系统包括多个霍尔效应传感器，所述多个霍尔效应传感器可操作以确定转子旋转位置；并且其中每个霍尔效应传感器与所述分立无刷DC逆变器单元中的对应的一个分立无刷DC逆变器单元电连通。
19.一种无刷电机，包括：
转子，具有多个极；
用于向所述转子提供转矩的装置；以及
用于感测所述转子的位置的装置。
20.根据权利要求19所述的电机，其中用于提供转矩的所述装置包括多个多相电动机单元，所述多个多相电动机单元由多个串联耦合的分立方波逆变器单元供电。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3089715B1 (fr) * 2018-12-05 2020-12-25 Safran Electrical & Power Moteur électrique intelligent à multi-bobinages découplés
FR3093384B1 (fr) * 2019-02-28 2022-04-29 Nidec Psa Emotors Stator de machine électrique tournante
US11427086B2 (en) * 2020-05-19 2022-08-30 Kaney Aerospace, Inc. System and method for electrical power conversion suited for driving an electric motor
US11177761B1 (en) 2020-09-09 2021-11-16 Abb Schweiz Ag Fault tolerant modular motor drive system
GB2617637A (en) * 2022-08-11 2023-10-18 Libertine Fpe Ltd A sensor device and method for controlling a free piston mover

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3792286A (en) * 1971-10-12 1974-02-12 Reliance Electric Co Combining inverters for harmonic reduction
EP0025297A1 (en) * 1979-08-28 1981-03-18 National Research Development Corporation Improvements in electrical machines
JPS5858845A (ja) * 1981-09-30 1983-04-07 Shibaura Eng Works Co Ltd ブラシレスモ−タ
US20030205986A1 (en) * 1999-02-22 2003-11-06 Edelson Jonathan Sidney Rotating induction apparatus
US20040071003A1 (en) * 2002-09-04 2004-04-15 G & G Technology, Inc. Split phase polyphase inverter
CN1974261A (zh) * 2005-11-30 2007-06-06 株式会社日立制作所 电动机驱动装置以及使用了该电动机驱动装置的汽车
US20110057591A1 (en) * 2008-05-30 2011-03-10 Masaki Tagome Synchronous electric motor drive system
CN202574222U (zh) * 2012-05-23 2012-12-05 淮北祥泰科技有限责任公司 矿井电机车直流永磁同步直驱调速装置
US20150236634A1 (en) * 2014-02-14 2015-08-20 Wisconsin Alumni Research Foundation Series connected dc input inverters
WO2015128103A1 (de) * 2014-02-27 2015-09-03 Robert Bosch Gmbh Elektrisches antriebssystem
EP2980985A1 (en) * 2014-07-28 2016-02-03 ABB Technology Ltd Method of connecting a power converter to an electrical machine and a power system comprising a power converter and an electrical machine

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6759870B2 (en) 1991-09-03 2004-07-06 Altera Corporation Programmable logic array integrated circuits
CN1066296C (zh) 1994-07-01 2001-05-23 独特运动有限公司 使用相位定时提前的无刷直流电动机
US5705909A (en) 1995-12-14 1998-01-06 General Motors Corporation Control for AC motor having parallel sets of three-phase windings with only one current sensor per set
US6359401B1 (en) 2000-10-16 2002-03-19 Neil Garcia-Sinclair Multi-phase bipolar brushless D.C. motor
US6867525B2 (en) 2003-07-24 2005-03-15 A.O. Smith Corporation Brushless permanent magnet machine with axial modules of rotor magnetization skew and method of producing the same
US7332837B2 (en) 2003-08-11 2008-02-19 General Motors Corporation Cooling and handling of reaction torque for an axial flux motor
US7183734B2 (en) 2005-02-18 2007-02-27 Atmel Corporation Sensorless control of two-phase brushless DC motor
DE112006001089B4 (de) * 2005-04-28 2015-05-28 Denso Corporation Mehrphasiger bürstenloser Elektromotor
DE102005026779A1 (de) 2005-06-10 2006-12-28 Bayerische Motoren Werke Ag Elektrische Antriebseinrichtung
FI119748B (fi) * 2006-12-21 2009-02-27 Kone Corp Sähkömoottori
US7741750B1 (en) 2008-12-29 2010-06-22 Tesla Motors, Inc. Induction motor with improved torque density
US8749192B2 (en) 2009-09-03 2014-06-10 Protean Electric Limited Electric motor and electric generator
GB2462948B (en) 2009-10-15 2011-08-31 Protean Holdings Corp Method and system for measuring a characteristic of an electric motor
US9071181B2 (en) 2013-03-13 2015-06-30 Microchip Technology Incorporated Three phase brushless DC motor sensor-less control using sinusoidal drive method and apparatus
US10411532B2 (en) 2013-10-27 2019-09-10 Moovee Innovations Inc. Software-defined electric motor

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3792286A (en) * 1971-10-12 1974-02-12 Reliance Electric Co Combining inverters for harmonic reduction
EP0025297A1 (en) * 1979-08-28 1981-03-18 National Research Development Corporation Improvements in electrical machines
JPS5858845A (ja) * 1981-09-30 1983-04-07 Shibaura Eng Works Co Ltd ブラシレスモ−タ
US20030205986A1 (en) * 1999-02-22 2003-11-06 Edelson Jonathan Sidney Rotating induction apparatus
US20040071003A1 (en) * 2002-09-04 2004-04-15 G & G Technology, Inc. Split phase polyphase inverter
CN1974261A (zh) * 2005-11-30 2007-06-06 株式会社日立制作所 电动机驱动装置以及使用了该电动机驱动装置的汽车
US20110057591A1 (en) * 2008-05-30 2011-03-10 Masaki Tagome Synchronous electric motor drive system
CN202574222U (zh) * 2012-05-23 2012-12-05 淮北祥泰科技有限责任公司 矿井电机车直流永磁同步直驱调速装置
US20150236634A1 (en) * 2014-02-14 2015-08-20 Wisconsin Alumni Research Foundation Series connected dc input inverters
WO2015128103A1 (de) * 2014-02-27 2015-09-03 Robert Bosch Gmbh Elektrisches antriebssystem
EP2980985A1 (en) * 2014-07-28 2016-02-03 ABB Technology Ltd Method of connecting a power converter to an electrical machine and a power system comprising a power converter and an electrical machine

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