CN110771015A - 具有集成电力电子器件的电机 - Google Patents

具有集成电力电子器件的电机 Download PDF

Info

Publication number
CN110771015A
CN110771015A CN201880035778.2A CN201880035778A CN110771015A CN 110771015 A CN110771015 A CN 110771015A CN 201880035778 A CN201880035778 A CN 201880035778A CN 110771015 A CN110771015 A CN 110771015A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
coils
current
machine according
winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880035778.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110771015B (zh
Inventor
洛夫伦科·加斯帕林
斯托扬·马尔基奇
西门·乌辛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maller International Co Ltd
Mahle International GmbH
Original Assignee
Maller International Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maller International Co Ltd filed Critical Maller International Co Ltd
Publication of CN110771015A publication Critical patent/CN110771015A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110771015B publication Critical patent/CN110771015B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/225—Detecting coils
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/27—Devices for sensing current, or actuated thereby
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/12—Machines characterised by the modularity of some components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

一种具有集成电子器件的电机(1)，作为电动马达‑发电机在电动系统中操作，该电机具有马达部(11)，马达部具有多个线圈(10)，该多个线圈连接为形成具有多相配置的多个隔离的绕组部分(12)，多个隔离的绕组部分彼此之间基本相同。逆变器部(2)具有多个功率开关元件(5、6)，该功率开关元件形成具有多个半桥腿(18)的功率级。所述半桥腿(18)的输出连接器(7)电连接到各个线圈(10)的端子(13)。逆变器部(2)的ECU中的控制面板提供用于电源切换的控制算法和信号，使得属于马达(1)的同一相的线圈(10)具有同一端电压。用于测量马达相电流的电流传感器(8、9)布置为测量流过定子(17)中的多个线圈(10)中的仅两个线圈(10)的电流。通过多个隔离的绕组部分(12)减小电流传感器(8、9)的尺寸和测量范围以及故障期间马达绕组或功率开关中不期望的制动转矩。因此，马达‑发电机(1)变得更紧凑并且具有更高的功能安全性。

Description

具有集成电力电子器件的电机
技术领域
本发明涉及一种具有集成电子器件的电机，以作为电动马达和/或发电机在电动系统中操作。
背景技术
在现代电驱动系统和电源系统中，需要具有集成电子器件的高功率密度马达和发电机。在本文中，术语“马达”用于表示“电机”，所述电机能够是或能够用作马达或发电机或马达-发电机。
将三相逆变器和电动马达集成在同一壳体中是一个挑战，特别是在需要组件的高功率输出时。在这样的系统中，马达部中的绕组端子承受高电流，这常常导致相对大的尺寸。与此相关，安装在重型马达相连接器周围的电流传感器也需要相当大，并需要在可能几百安培的范围中工作并测量高电流。将马达绕组及其线圈连接到功率开关(像MOSFET晶体管)——特别是在其并联连接时——通常不会对称地解决，并且因此所有马达线圈和逆变器部中所有功率开关不会均匀地负载。因此，它们中的所有不会发挥它们全部的能力。因此，存在以下问题：如何有效地将马达绕组与电子器件连接，以便分别在所有马达线圈中和所有功率开关或晶体管中得到对称的电流。另外的技术挑战是：如何使电机(即马达和/或发电机)以及电子部件内的几个温度热点降低。马达和逆变器之间的连接器也需要设计为用于大电流并因此也具有很大的尺寸。否则，这些连接器会变热并成为热临界。
关于功能安全性，逆变器的功率级中的功率开关可能故障(即短路)，这在并联线圈的情况下将引入全部电机绕组短路，并引起电动马达和/或发电机的很大的不期望的制动转矩。
在对安全敏感的应用中，期望电机具有高可靠性。例如，这样的电机能够是工厂或楼宇或车辆内的安全相关组件，使得电机的故障能够引起高度损害。车辆中的安全相关组件能够是车辆的电动转向、电动刹车系统、泵、风扇以及还有推进马达的一部分。
本发明处理的技术问题是相应地找到具有显示出提高的效率的集成电子器件的一种电机或马达和/或发电机。例如，当电机优选地不具有并联连接的绕组线圈和功率开关时，能够实现提高的效率。此外，理想地，电流传感器将不布置为测量全部的马达相电流，而是设计为仅测量相电流的一部分，并且因此尺寸变小。仍然要求，马达控制算法保持在已知算法之内，例如场定向控制算法或FOC算法。使马达线圈的并联的连接器最少化并减少并联功率开关元件的需要，应减小整个马达发电机的转矩脉动以及操作噪声。将典型的三相马达绕组连接与具有多连接的三相逆变器输出分开将进一步减小连接中的热点以及热点的机械尺寸。
存在已知的具有电子器件的电机的解决方案，其具有布置为两组的绕组以及在电力电子器件中具有两个相关联的开关电路。在专利出版物US6236583 B1中提出了示例。该申请描述了沿相反方向缠绕的两个绕组组，并且相应地将通过两个开关电路中的开关算法生成的电压供应给所述两个绕组组，所述两个开关电路从两个绕组组产生的磁场产生转矩。提出的解决方案要求驱动器在观察两个开关电路时，以相反的方式切换功率开关。因此，驱动电子器件需要提供两倍的三相配置，以180度电相移来切换两个开关电路。
US 9,059659 B2和CN 103516265A中提出了其它示例。提出的解决方案包括两个独立的绕组和两个三相控制器，所以当马达绕组的第一半部和相应的逆变器故障时，马达能够在第二半部上运行。因此，这些方案需要两个马达控制算法以独立运行，并且这涉及需要两个独立组的电流传感器。
以上示例中的两个需要具有十二个驱动器的驱动电路，以控制两个三相电源部分的功率开关。
发明内容
根据本发明，将马达绕组划分成多个电隔离的绕组部分。每个绕组部分具有线圈，这些线圈连接成使得它们形成多相绕组，优选地为三相绕组，同时所有绕组部分至少关于匝数和线长彼此基本相同，使得绕组部分具有同一电阻。绕组中的线圈优选地不并联连接，而是每个单个线圈单独地连接到功率开关。逆变器部中的功率开关布置为形成多个半桥腿，其中优选地只有一个功率开关元件在半桥腿的上侧并且一个功率开关元件在所述半桥腿的下侧。通过该方案，半桥腿的数量优选地等于马达中的线圈的数量。功率开关的尺寸设置为，其理想地不需要并联连接，因此每个晶体管在连通时，随着电流相应地分别流过分配给该开关或晶体管的单个线圈，将携带完全相同的电流。马达线圈基本相同，因此对于所有马达线圈，其电阻基本相同，并且因此当以同一电压供电时，流过马达线圈和流过每个晶体管的电流相应地基本相同并相等。在本文中，术语表述“基本相等”允许与“完全相等”的偏差小于5％，优选小于3％。
根据优选的实施例，所述电隔离的绕组部分的数量能够等于转子上极对的数量。在该优选的实施例中，转子的极对的数量能够是偶数或奇数。根据另一有利但较不优选的实施例，转子上的极对的数量是偶数，并且所述电隔离的绕组部分的数量能够是转子上的极对的数量的一半。
属于同一马达相的马达线圈减少了与马达极对数量直接相关的所需的马达电流。因此，例如，与常规单个三相马达绕组的一相中流动的电流相比，四极对马达将在线圈和线圈端子中具有四分之一的电流。因此，端子和到逆变器的连接器的尺寸能够设计为用于四分之一的电流。适当地，电流传感器的范围能够是四分之一，且因此尺寸相应较小，并且将使用较小空间。控制马达所需的电流传感器的数量与常规的解决方案保持相同。通过该发明，相电流测量值不会涉及整个马达相电流，但是需要通过全部定子绕组的所有线圈中的仅两个线圈的电流测量值。
特别地，本发明提出一种具有集成电力电子器件的转动电机，该电机包括马达部和逆变器部。所述马达部还包括圆柱定子芯、绕该定子芯圆周设置的多个线圈、具有Npp数量的极对的转子，所述定子线圈连接为其形成多个电隔离的绕组部分，所述多个绕组部分中的每个绕组部分具有以多相连接的线圈，优选地为三相星型配置，这些极对可转动地紧靠由在定子绕组中的电流产生的定子磁场。所述逆变器部还包括形成功率级的多个功率开关元件，所述功率开关元件连接为其形成数量Nhb的半桥腿，这些半桥腿在每个腿中还包括高侧功率开关元件和低侧功率开关元件。正极DC链路母线和负极DC链路母线将所有半桥连接到DC链路母线电容器组，多个半桥输出连接器电连接到绕组、电流传感器用于测量定子绕组中的电流。此外，定子具有等于转子上的极对的数量Npp的多个所述电隔离的绕组部分，其中所述绕组部分都是电气相同的，绕组部分的线圈连接到功率级，所述功率级具有数量Nhb的所述半桥腿，其中Nhb等于隔离的绕组部分的数量Npp乘以相的数量，优选为三，每个半桥腿的输出连接器连接到单个线圈端子，并且具有所述电流传感器，所述电流传感器布置为测量所述数量的隔离的绕组部分中的仅一个中的电流。
优选地，电机能够具有等于马达定子中的线圈数量的多个所述半桥腿。
优选地，电机能够具有场定向控制算法，以基于多个所述电隔离的绕组部分中的一个中的电流测量值来控制电机操作。
优选地，电机能够具有体现为基本相同并且在圆周方向上布置的所有半桥腿。
优选地，电机利用半桥腿，所述半桥腿通过利用第一绕组部分的相同的驱动器元件连接到不同绕组部分。
优选地，电机能够具有电流传感器，该电流传感器布置为测量通过定子绕组中的所述多个线圈中的仅两个的电流。
特别地，逆变器部能够设置有电流传感器，以用于测量分配给各个线圈的绕组部分中的电流。优选地，电流传感器的数量小于隔离的绕组部分的子部分的数量，以便减少制造成本，其中将相应绕组部分的所述子部分分配给多相配置的不同线圈和相。
优选地，所述电流传感器能够布置为测量隔离的绕组部分中的仅一个中的电流。
优选地，所述电流传感器能够布置为测量单个绕组部分中的仅两个线圈中的电流。换句话说，电流传感器能够布置为测量分配给多相配置的第一相的线圈中的以及分配给多相配置的第二相的线圈中的第一绕组部分中的电流。
根据另一实施例，当转子上的线圈对的数量大于二时，所述电流传感器能够布置为测量隔离的绕组部分的仅两个中的电流。这样的实施例具有增加的冗余。
优选地，所述电流传感器能够布置为测量相应隔离的绕组部分中的、所述隔离的绕组部分的仅两个线圈中的电流，其中所述两个线圈分配给多相配置的不同相。在这种情况下，两个电流传感器分配给两个线圈中的同一绕组部分。另外，该配置能够检测电流传感器的故障和绕组部分的故障。
特别地，能够设置有至少四个电流传感器，其中所述四个电流传感器能够布置为测量：a)第一隔离的绕组部分中、该第一隔离的绕组部分的两个线圈中的电流，其中所述两个线圈分配给多相配置的第一相和第二相，以及b)第二隔离的绕组部分的中的、该第二隔离的绕组部分的两个线圈中的电流，其中所述两个线圈分配给多相配置的第一相和第二相。
当转子上的线圈对的数量正好是四时，实施例是优选的，其中所述电流传感器能够布置为测量所有四个绕组部分中的电流。在这种情况下，也能够检测同一绕组部分的两个电流传感器的故障。
优选地，所述电流传感器能够布置为测量相应隔离的绕组部分中的、所述隔离的绕组部分的仅六个线圈中的电流。该配置增加了冗余。
更优选地，能够设置有至少六个电流传感器，其中所述电流传感器能够布置为测量：a)第一隔离的绕组部分中的、该第一隔离的绕组部分的两个线圈中的电流，其中所述两个线圈分配给多相配置的第一相和第二相，b)第二隔离的绕组部分中的、该第一隔离的绕组部分的两个线圈中的电流，其中所述两个线圈分配给多相配置中的第一相和第二相，c)第三隔离的绕组部分中的、分配给多相配置的第一相的线圈中的电流，以及d)第四隔离的绕组部分中的、分配给多相配置的第一相的线圈中的电流。通过该配置，通过相对小数量的传感器能够实现非常高的冗余。具有四极对和三相的电机优选地具有十二个绕组部分。绕组的所有十二个子部分的常规检测使用十二个电流传感器。提出的配置使用仅六个电流传感器。特别地，该配置包括：第一电流传感器，其分配给第一相的线圈中的、第一绕组部分的第一子部分；第二电流传感器，其分配给第一相的线圈的、第二绕组部分的第一子部分；第三传感器，其分配给分配给第二相的线圈中的、第一绕组部分的第二子部分；第四电流传感器，其分配给分配给第二相的线圈中的、第二绕组部分的第二子部分；第五电流传感器，其分配给分配给第一相的线圈中的、第三绕组部分的第一子部分；以及第六电流传感器，其分配给第一相的线圈中的、第四绕组部分的第一子部分。
优选地，所述电流传感器能够在相应端子的区域中，直接连接到相应隔离的绕组部分或子部分。特别地，相应电流传感器分别连接在相应端子和分配给所述隔离的绕组部分或子部分的开关元件之间。因此，能够独立于电机的操作模式并独立于开关元件的实际状态来检测相应绕组部分中的电流。
附图说明
图1是具有集成电子器件的电机的框图，其中马达部与逆变器部连接。
图2是用于驱动功率开关的驱动器电路的电路图，所述功率开关属于同一马达相；所示示例为相U。
图3是图1的马达部但是在另一实施例中的框图。
具体实施方式
根据图1，具有集成电力电子器件的电机1——也能够称为“马达”——包括马达部11和逆变器部2。马达部11包括定子17，该定子还包括多个电隔离的绕组部分12。隔离的绕组部分12的数量选择为等于转子14上的极对Npp的数量。例如，极对Npp的数量能够是四。基本与另一隔离的绕组部分12类似地，每个隔离的绕组部分12具有线圈10，所述线圈优选地以星型连接的方式连接并形成三相绕组部分12。转子14具有所述数量的极对Npp，所述数量的极对可转动地设置为紧靠由定子绕组12中的电流产生的定子磁场。在逆变器部2中的功率开关5和6布置为形成多个(即Nhb个数量的)半桥腿，其中优选地只有一个功率开关元件6在半桥腿18的上侧并且一个功率开关元件5在该半桥腿的下侧(图1)。半桥腿18的输出触点7分别地与绕组部分12的线圈端部13连接。所有高侧开关6以其正极端子连接到DC链路母线棒4，该DC链路母线棒实质上与整个单元的主电源端子B+相连。相应地，所有低侧开关5以其负极端子连接到DC链路母线棒3，该DC链路母线棒进一步与整个单元的主电源端子B-相连。相应地，所有半桥腿18经由正极和负极链路母线棒3和4连接到DC链路电容器组21，该DC链路电容器组包括至少一个电容器Cb，优选地，DC链路电容器组21包括并联连接的几个电容器Cb。功率开关5和6由驱动器电路16激励，该驱动器电路提供PWM(脉冲宽度调制)信号，使得属于马达1的同一相的线圈10在任何时刻在所有隔离的绕组部分12内基本具有同一电压。
对于图1中示出的示例，这意味着，施加到第一绕组部分12中的绕组端子U1的电压信号明显地与施加到第二绕组部分12中的绕组端子U2的电压相同，以此类推，在马达-发电机中的所有绕组部分12的绕组端子的电压均相同。
根据图2，驱动器电路16包括用于高侧功率开关6的驱动器20和用于低侧功率开关5的驱动器19，使得一个高侧驱动器输出通过电阻器Rp连接到属于马达1中同一相的半桥腿。通过该连接，需要激励所有功率开关5、6的驱动器19、20的数量最小化为：用于高侧的一个和用于低侧的一个，来激励属于马达1中同一相U、V、W的并且在激励马达1中的所有绕组部分12中的所有线圈10。因此对于三相马达逆变器组件，驱动器19、20的必要数量依然只是用于高侧的三个和用于低侧的三个。
根据图1，电流传感器8和9布置为仅测量马达1中的多个绕组部分12中的一个的电流。此外，建议用传感器8测量马达定子17中的多个线圈10的仅一个线圈10中的电流，并且用传感器9测量马达定子中的多个线圈的第二线圈10中的电流。在控制面板15中处理这两个传感器的输出值，并且将得到的PWM信号输出到驱动器电路16的输入。通过该方案，流过电流传感器8、9的电流是在定子中具有仅一个绕组的常规马达配置中流动的电流的Npp分之一。因此，像该方案中的电流传感器8、9的尺寸和测量范围减小了Npp倍。在马达控制算法中，例如，在FOC(场定向控制)算法中，从电流传感器8、9测量的值需乘以Npp，以便用马达常量缩放马达电流，并以此合理地控制所需的马达转矩输出。
本发明能够总结如下。电机1设置为具有集成电子器件并且作为电动马达-发电机在电动系统中操作。所述电机1具有马达部11，所述马达部具有多个线圈10，该多个线圈连接为形成具有多相配置的多个隔离的绕组部分12，所述多个隔离的绕组部分彼此之间基本相同。所述马达部11还具有转子14，所述转子具有等于隔离的绕组部分12的所述数量的多个极对。电机1的逆变器部2具有多个功率开关元件5、6，该多个功率开关元件形成具有多个半桥腿18的功率级。所述半桥腿18的输出连接器7电连接到各个线圈10的端子13。逆变器部2的ECU(电子控制单元)中的控制面板提供用于电源切换的控制算法和信号，使得属于电机1的同一相的线圈10具有同一端电压。用于测量马达相电流的电流传感器8、9布置为测量流过定子17中的多个线圈10中的仅两个线圈10的电流。通过多个隔离的绕组部分12减少电流传感器8、9的尺寸、测量范围以及故障期间马达绕组或功率开关中不期望的制动转矩。因此，马达-发电机1变得更紧凑并且具有更高的功能安全性。
图3示出了具有定子17和转子14的马达部11。在该优选实施例中，极对的数量大于两个并且还大于三个。在示出的示例中，设置有正好四个极对。对每个极对分配电隔离的绕组部分12，即第一绕组部分121、第二绕组部分122、第三绕组部分123和第四绕组部分124。电机1，相应地，马达部11具有三相配置。三相分别称为U、V和W，或分别称为第一相、第二相和第三相。通过简化，该三相能够称为第一相U、第二相V和第三相W。需要理解的是，一方面的相U、V和W与另一方面的第一相、第二相和第三相之间的这种相关性能够不同。每个线圈10包括用于每个相的绕组，所述绕组是电隔离的。线圈10的所述绕组通过绕组部分12的子部分形成。因此，按照如下定义十二个子部分，即：用于第一绕组部分121中的三相的子部分U1、V1、W1；用于第二绕组部分122中的三相的U2、V2、W2；用于第三绕组部分123中的三相的U3、V3、W3；以及用于第四绕组部分124中的三相的U4、V4、W4。
在图3中，图1中示出的电流传感器8、9具有附图标记S。
在第一实施例中，设置有正好四个电流传感器S，即第一电流传感器S1、第二电流传感器S2、第三电流传感器S3和第四电流传感器S4。所述电流传感器S1、S2、S3、S4布置为测量隔离的绕组部分12中的仅两个中(即第一绕组部分121和第二绕组部分122中)的电流。第一电流传感器S1分配给第一绕组部分121的第一子部分U1。第二电流传感器S2分配给第二绕组部分122的第一子部分U2。第三电流传感器S3分配给第一绕组部分121的第二子部分或第三子部分V1或W1。第四电流传感器S4分配给第二绕组部分122的第二子部分或第三子部分V2或W2。重要的是，第一电流传感器和第二电流传感器S1、S2分配给同一相的子部分，此处的第一相U，并且第三电流传感器和第四电流传感器S3、S4分配给另一相，或者两个都分配给第二相V或者两个都分配给第三相W，这里分配给了第三相W。
这四个电流传感器S1、S2、S3、S4因此布置为：以两个线圈10分配给第一相U和第二相或第三相V、W的方式测量第一隔离的绕组部分121中的电流，以及以两个线圈10分配给第一相U和第二相或第三相V、W的方式测量第二隔离的绕组部分122中的电流。在这种配置中，不检测三相中的一相，在这里不检测第二相V。
在图3中示出的另一实施例中，设置有正好六个电流传感器，即前面提到的四个电流传感器S1、S2、S3、S4，还有第五电流传感器S5和第六电流传感器S6。第五电流传感器S5分配给第三绕组部分123的第一子部分U3，并且因此分配给第一相U。第六电流传感器S6分配给第四绕组部分124的第一子部分U4，并且也因此分配给第一相U。
这六个电流传感器S1、S2、S3、S4、S5、S6布置为：以两个线圈10分配给第一相和第二相U、V的方式测量第一隔离的绕组部分121中的电流，以两个线圈10也分配给第一相和第二相U、V的方式测量第二隔离的绕组部分122中的电流，以线圈10分配给第一相U的方式测量第三隔离的绕组部分123中的电流，以及以线圈10也分配给第一相U的方式测量第四隔离的绕组部分124中的电流。同样，在这种配置中，不检测三相中的一相，这里不检测第二相V。
如图1和图3中所示，所述电流传感器8、9或S1、S2、S3、S4、S5、S6分别在相应端子13的区域中，分别直接连接到相应隔离的绕组部分12或子部分U1、U2、U3、U4、V1、V2、V3、V4、W1、W2、W3、W4。换句话说，相应的连接布置在相应的子部分和相应的功率开关元件5、6之间。

Claims (19)

1.一种具有集成电力电子器件的转动电机，包括：
马达部(11)，包括：
-定子(17)，
-绕定子(17)圆周设置的多个线圈(10)，所述线圈(10)连接为其形成多个电隔离的绕组部分(12)，其中每个绕组部分(12)具有以多相配置连接的线圈(10)，并且线圈中的每个设置有线圈端子(13)，
-具有多个极对(Npp)的转子(14)，所述多个极对可转动地设置为紧靠由线圈(10)中的电流产生的定子磁场，
逆变器部(2)，包括：
-多个功率开关元件(5、6)，
其特征在于，
-所述功率开关元件(5、6)连接为其形成多个(Nhb个)半桥腿(18)，并且所述多个半桥腿在每个半桥腿(18)中还包括高侧功率开关元件(6)、低侧功率开关元件(5)，并且在每个半桥腿(18)处还包括输出连接器(7)，
-半桥腿(18)的所述数量(Nhb)等于隔离的绕组部分(12)的数量乘以所述多相配置的相的数量，以及
-每个半桥腿(18)的输出连接器(7)连接到单个线圈端子(13)。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述逆变器部(2)设置有电流传感器(8、9；S)以用于测量所述绕组部分(12)中的电流。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述电流传感器(8、9)布置为测量隔离的绕组部分(12)中的仅一个隔离的绕组部分中的电流。
4.根据权利要求2或3所述的电机，其特征在于，所述电流传感器(8、9)布置为测量单个绕组部分(12)的仅两个线圈(10)中的电流。
5.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，转子(14)上的极对(P)的数量(Npp)大于二，并且所述电流传感器(S)布置为测量隔离的绕组部分(12)中的仅两个隔离的绕组部分中的电流。
6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述电流传感器(S)布置为测量所述两个隔离的绕组部分(12)中的每个隔离的绕组部分中的、相应隔离的绕组部分(12)的仅两个线圈(10)中的电流。
7.根据权利要求5或6所述的电机，其特征在于，设置有至少四个电流传感器(S)，其中所述四个电流传感器(S)布置为测量：
-第一隔离的绕组部分(121)中的、所述第一隔离的绕组部分(121)的两个线圈(10)中的电流，所述两个线圈(10)分配给所述多相配置的第一相和第二相，
-第二隔离的绕组部分(122)中的、所述第二隔离的绕组部分(122)的两个线圈(10)中的电流，所述两个线圈(10)分配给所述多相配置的第一相和第二相。
8.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，在转子(14)上的极对的数量(Npp)是四的情况下，所述电流传感器(S)布置为测量所有四个隔离的绕组部分(12)中的电流。
9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述电流传感器(8、9)布置为测量相应隔离的绕组部分(12)中、所述隔离的绕组部分(12)的仅六个线圈(10)中的电流。
10.根据权利要求8或9所述的电机，其特征在于，设置有至少六个电流传感器(S)，其中所述电流传感器(S)布置为测量：
-第一隔离的绕组部分(121)中的、所述第一隔离的绕组部分(121)的两个线圈(10)中的电流，所述两个线圈(10)分配给所述多相配置的第一相和第二相，
-第二隔离的绕组部分(122)中的、所述第二隔离的绕组部分(122)的两个线圈(10)中的电流，所述两个线圈(10)分配给所述多相配置的第一相和第二相，
-第三隔离的绕组部分(123)中的、分配给所述多相配置的第一相的线圈(10)中的电流，
-第四隔离的绕组部分(124)中的、分配给所述多相配置的第一相的线圈(10)中的电流。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的电机，其特征在于，所述电流传感器(8、9；S)在相应端子(13)的区域中直接连接到相应隔离的绕组部分(12)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的电机，其特征在于，所述电隔离的绕组部分(12)的数量等于转子(14)上的极对的数量(Npp)。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的电机，其特征在于，在转子(14)上的极对的数量(Npp)是偶数的情况下，所述电隔离的绕组部分(12)的数量是转子(14)上的极对的数量(Npp)的一半。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的电机，其特征在于，所述绕组部分(12)都是电气相同的。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的电机，其特征在于，逆变器部(2)设置有将所有半桥腿(18)连接到DC链路电容器组(21)的正极DC链路母线连接器(4)和负极DC链路母线连接器(3)。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的电机，其特征在于，所述半桥腿(18)的数量等于定子(17)中的线圈(10)的数量。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的电机，其特征在于，设置有场定向控制算法以用于基于多个所述电隔离的绕组部分(12)中的一个电隔离的绕组部分中的电流测量值来控制电机操作。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的电机，其特征在于，所有半桥腿(18)体现为基本相同并且在圆周方向上均匀布置。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的电机，其特征在于，与不同绕组部分(12)中同一相的线圈(10)连接的所有半桥腿(18)与相同的驱动器元件(19、20)连接，以用于同时切换半桥腿(18)。
CN201880035778.2A 2017-06-01 2018-05-23 具有集成电力电子器件的电机 Active CN110771015B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17174016.0 2017-06-01
EP17174016 2017-06-01
PCT/EP2018/063554 WO2018219749A1 (en) 2017-06-01 2018-05-23 Electric machine with integrated power electronics

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110771015A true CN110771015A (zh) 2020-02-07
CN110771015B CN110771015B (zh) 2022-03-11

Family

ID=59021343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880035778.2A Active CN110771015B (zh) 2017-06-01 2018-05-23 具有集成电力电子器件的电机

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20200153316A1 (zh)
EP (2) EP3631952B1 (zh)
CN (1) CN110771015B (zh)
WO (1) WO2018219749A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019216762A1 (de) * 2019-10-30 2021-05-06 Mahle International Gmbh Elektrische Maschine
CN114301298B (zh) * 2021-05-31 2024-04-09 华为数字能源技术有限公司 能量转换系统、能量转换方法及动力系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
DE102008042953A1 (de) * 2008-10-20 2010-04-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Dreh-oder Wanderfeldmaschine
CN102113204A (zh) * 2009-04-13 2011-06-29 松下电器产业株式会社 同步电动机驱动系统
CN102625977A (zh) * 2009-03-25 2012-08-01 日本穆格股份有限公司 电机系统
CN104052245A (zh) * 2013-03-11 2014-09-17 株式会社电装 功率转换器
JP2015198542A (ja) * 2014-04-02 2015-11-09 株式会社日本自動車部品総合研究所 電力変換装置
CN105322725A (zh) * 2014-07-31 2016-02-10 株式会社电装 驱动单元和包括驱动单元的电动助力转向装置
CN105811850A (zh) * 2015-01-20 2016-07-27 Zf腓德烈斯哈芬股份公司 旋转场电机的控制
CN106788104A (zh) * 2017-02-21 2017-05-31 上海理工大学 电动驱动容错装置、多相电机、功率变换器以及电动设备
CN106788002A (zh) * 2017-03-24 2017-05-31 上海理工大学 电动驱动装置以及电动设备

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1052769B1 (en) 1999-05-14 2016-01-06 Nissan Motor Co., Ltd. Inverter and motor
JP3559909B2 (ja) * 2002-11-07 2004-09-02 日産自動車株式会社 機電一体型駆動装置
GB2462948B (en) 2009-10-15 2011-08-31 Protean Holdings Corp Method and system for measuring a characteristic of an electric motor
DE112011100373B4 (de) * 2010-01-29 2022-03-31 Mitsubishi Electric Corporation Inverter-integriertes Antriebsmodul und Herstellungsverfahren hierfür
WO2012029706A1 (ja) * 2010-08-30 2012-03-08 三菱電機株式会社 インバータ一体型駆動モジュール
JP5274702B1 (ja) 2012-06-28 2013-08-28 株式会社一宮電機 モータ駆動システム
JP5725055B2 (ja) * 2013-02-12 2015-05-27 株式会社デンソー 電子制御ユニット
WO2014167645A1 (ja) * 2013-04-09 2014-10-16 三菱電機株式会社 永久磁石型モータ及び電動パワーステアリング装置
GB2509799B (en) * 2013-06-26 2015-10-07 Protean Electric Ltd An electric motor or generator
JP6123848B2 (ja) * 2014-07-31 2017-05-10 株式会社デンソー 駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
GB2530255B (en) * 2014-09-15 2017-02-22 Protean Electric Ltd A lead frame for an electric motor or generator
JP6056827B2 (ja) * 2014-09-30 2017-01-11 株式会社デンソー 回転電機制御装置
DE102015200226A1 (de) * 2015-01-09 2016-07-14 Robert Bosch Gmbh Motorvorrichtung

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
DE102008042953A1 (de) * 2008-10-20 2010-04-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Dreh-oder Wanderfeldmaschine
CN102625977A (zh) * 2009-03-25 2012-08-01 日本穆格股份有限公司 电机系统
CN102113204A (zh) * 2009-04-13 2011-06-29 松下电器产业株式会社 同步电动机驱动系统
CN104052245A (zh) * 2013-03-11 2014-09-17 株式会社电装 功率转换器
JP2015198542A (ja) * 2014-04-02 2015-11-09 株式会社日本自動車部品総合研究所 電力変換装置
CN105322725A (zh) * 2014-07-31 2016-02-10 株式会社电装 驱动单元和包括驱动单元的电动助力转向装置
CN105811850A (zh) * 2015-01-20 2016-07-27 Zf腓德烈斯哈芬股份公司 旋转场电机的控制
CN106788104A (zh) * 2017-02-21 2017-05-31 上海理工大学 电动驱动容错装置、多相电机、功率变换器以及电动设备
CN106788002A (zh) * 2017-03-24 2017-05-31 上海理工大学 电动驱动装置以及电动设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN110771015B (zh) 2022-03-11
EP3631952B1 (en) 2021-12-01
US20200153316A1 (en) 2020-05-14
EP3944478A1 (en) 2022-01-26
WO2018219749A1 (en) 2018-12-06
EP3631952A1 (en) 2020-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108352802B (zh) 电力变换装置以及电动动力转向装置
WO2018173424A1 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
US11565741B2 (en) Electric power steering device
WO2018163591A1 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
CN108778895B (zh) 电动助力转向装置用的三相双重化电动机装置
JP2009303298A (ja) 交流モータ装置
US11469700B2 (en) Motor and electric power steering device
US11081941B2 (en) Motor and electric power steering device
US11159118B2 (en) Electric power steering device
US20140132197A1 (en) Electric Actuator For Automobile
CN111213312B (zh) 逆变器控制基板
US7023171B2 (en) Integrated inverter for driving multiple electric machines
US20200274461A1 (en) Electric power conversion device, motor driver, and electric power steering device
CN110771015B (zh) 具有集成电力电子器件的电机
CN110168683A (zh) 用于电动马达或发电机的电容器部件
US20200251966A1 (en) Motor module, and electric power steering device
US11095233B2 (en) Electric power conversion apparatus, motor drive unit and electric motion power steering apparatus
KR20180090430A (ko) 모터 및 모터 구동 장치
Chai et al. Performance comparison and winding fault detection of duplex 2-phase and 3-phase fault-tolerant permanent magnet brushless machines
US11108350B2 (en) Electric power steering apparatus
Patnana et al. A cost‐effective and fault‐tolerant brushless direct current drive with open‐stator windings for low power electric vehicles
CN110463024B (zh) 电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置
US20130293182A1 (en) Method and device for operating an electric machine having external or hybrid excitation
JP2008160920A (ja) 結線パターン切換装置
JP2005278296A (ja) コンデンサ装置およびそれを備えた電源システム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant