CN115734888A - 电机单元 - Google Patents

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CN115734888A CN202080102351.7A CN202080102351A CN115734888A CN 115734888 A CN115734888 A CN 115734888A CN 202080102351 A CN202080102351 A CN 202080102351A CN 115734888 A CN115734888 A CN 115734888A
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stator
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motorized
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C·萨布兰尼安
T·巴拉克里希南
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TVS Motor Co Ltd
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Abstract

本主题提供了一种电机单元(152)和用于机动化设备(100)的对应方法。电机单元(152)包括转子组件和定子组件。定子组件包括多个定子构件，多个定子构件被配置为与转子组件的对应的多个转子构件协同工作。模式选择器(450)配置为使得能够依据机动化设备(100)的一个或多个参数来操作多个定子构件中的一个或多个定子构件以旋转转子轴。本主题提供了一种低成本系统，该系统被配置为最佳地使用来自电源的动力。

Description

电机单元
技术领域
本主题涉及一种用于机动化设备的电机单元，其中机动化设备包括但不限于机动车辆。
背景技术
一般而言，机动化设备，如机动车辆众所周知是由内燃(IC)发动机提供动力的。IC发动机充当机动车辆的动力单元来驱动机动车辆。IC发动机将燃烧过程期间产生的废气排放到大气中。在这一过程中，发生着很大比例的能量损耗。除了由于废气清除而导致的能量损耗外，能量在冷却等期间由于摩擦也会发生损耗。因此，尽管IC发动机普遍流行，但其能效却被认为是糟糕的。
近年来，机动车辆中的电机因其能效更高而正在流行起来。与IC发动机相比，电机更加环保。电机被用作机动车辆中的原动机或IC发动机的辅助系统。通常，电机由机动车辆的车载电源驱动。动力通过控制单元以受控方式递送到电机。车载电源可以从外部电源充电，也可以由能够作为发电机运行的电机充电。人们一直在努力提高机动车辆的效率并延长其里程。换言之，这意味着降低电源的充电频率。
附图说明
参考附图描述具体实施方式，其与作为本发明一个实施例的两轮机动车辆相关。然而，本发明不限于所描绘的实施例。在图中，始终使用相同或相似的附图标记来表示相似的特征和部件。
图1示出了根据本主题的实施例的示例性机动化设备的左侧视图。
图2(a)描绘了根据本主题的实施例的电机单元的示意图。
图2(b)示出了根据本主题的实施例的电机单元的示意图。
图3示出了根据本主题的实施例的电机单元的示意性电路图。
图4示出了根据如图3所示的实施例的电机单元的另一实施方式。
图5(a)示出了根据本主题的实施例的电机单元的操作方法。
图5(b)示出了根据本主题的实施例的电机单元的操作方法。
具体实施方式
除了与效率相关的关注之外；废气排放目标的降低、不可再生资源的逐渐耗尽和污染水平的不断升高正在加速在机动车辆中对电机的采用。即使是在紧凑型两轮和三轮机动车辆中，电机也在被改造。然而，在两轮和三轮机动车辆中引入电机存在着诸多挑战。例如，由于两轮或三轮机动车辆的紧凑布局，可用于封装更大容量电源的存储空间是有限的。因此，即使是小容量汽车和四轮车也面临着类似的电源存储空间问题。当大容量电源，如大电池组容纳在这些小容量机动车辆上时，便要牺牲掉机动车辆上的实用空间。例如，在两轮机动车辆中，牺牲了头盔存储空间或负载承载空间以封装电源。类似地，在三轮机动车辆、小容量汽车和四轮车的情况下，牺牲了行李存储空间以封装电源。行李存储空间在这类机动车辆上至关重要，但却被电源占用了。在混合动力车辆中，因为电机与IC发动机协同地来使用，这一问题变得突出。因此，必须在机动车辆上为原动机，即电机和IC发动机创造封装空间。此外，类似于用于电机的电源，与IC发动机相关联的系统也要封装在机动车辆上。这些系统可以是燃料存储单元、进气系统、点火相关电子装置等。因此，主要的挑战是封装大容量电池，这是因为在电动模式中机动车辆的里程取决于电源的容量。然而，由于上述挑战，在机动车辆上多次提供了较小容量的电池以保留实用空间。由于电池容量小，可以在较短里程内且只在低功率下操作机动车辆。
传统上，机动车辆中的电机要么安装在轮毂上，要么安装在底盘上。电机充当牵引马达，其从电源接收电力。电力被转换成机械功来驱动机动车辆。例如，无刷直流(BLDC)马达在某些应用中广泛用于充当原动机。电机应当能够在起动或爬坡条件期间递送高扭矩，并且在巡航或类似操作条件期间提供高速度。
然而，为了降低成本、降低功耗以及由于上述封装挑战，在上述小容量机动车辆中使用了低容量(瓦数)电机。然而，这类电机由于其糟糕的扭矩和动力递送能力而无法满足某些操作条件，如攀爬坡道道路。高容量电机可以用于满足某些需要高功率的骑行条件，但在这类配置中功率消耗更高。即使满足了行驶要求，这类电机的功耗也更高。功耗较高将导致行驶里程非常有限。这会引起驾驶员的里程焦虑，而这是不期望的。此外，电源需要频繁充电，导致了能量更快耗尽和充放电循环频繁。
进一步地，当使用较大的电机时，该电机中出现的各种损耗也较高。各种损耗包括铜损耗、芯损耗、机械损耗和杂散损耗等。铜损耗与经过电机绕组的电流的平方成正比。由于较大的电机包括较大的绕组，因此铜损耗量较高。此外，能量损耗以发热的形式发生。过热会影响电机的运行特性，从而在使用较长时间时损害电机的性能。类似地，芯损耗是由芯中感应的涡流以及磁滞损耗引起的。由于电流在机动车辆的所有操作条件期间均流过绕组，因此大容量电机中的这类芯损耗也较高。因此，当使用较大的电机时，电机有着糟糕的效率。
在现有技术中很少尝试解决上述问题中的一些问题。例如，一种尝试公开了一种可堆叠的无刷直流(DC)马达。直流马达可以根据驾驶员要求并依据行驶条件而进行堆叠。这样的配置仍然存在与使用大堆时的损耗相关的问题。此外，这样的设计不能支持不断变化的功率需求。例如，在起动期间要求高功率机器的特性，而低功率机器的特性又足以在高速下巡航。单个堆叠马达无法满足这类要求。因此，这不能被视为可行的解决方案。
在现有技术中的其他尝试也很少是通过修改电机来进行的。然而，对电机进行修改需要在电机的外壳上进行多个螺柱连接。进一步地，螺柱连接将连接到多个控制器。通常，用于操作电机的控制器体积较大。这些控制器在高电流下运行以操作电机。控制器使用复杂的耐高温电力电子装置。进一步地，由于这些控制器在高电流下运行，因此会散发大量热量。控制器在机动车辆的几乎整个运行时间内都是可操作的。因此，在机动车辆的整个运行期间热量被消散。通常，为每个控制器设置大的散热器用于散热。因此，电机的已知配置具有体积更大的控制器，是昂贵的。使用多个控制器时，问题更加严重。此外，当考虑到紧凑型机动车辆，如两轮或三轮或紧凑型四轮机动车辆时，另外的挑战是将所有控制器都封装在机动车辆上。多个控制器要间隔开以实现有效散热，这在机动车辆上需要大量空间。
因此，需要一种解决现有技术中上述问题和其他问题的电机单元。电机单元应当能够在需要时产生高扭矩。同时，在某些骑行条件期间，电机单元应当消耗低功率。即使是低容量电源，也应当能够满足电机的功率要求，而不会造成任何里程焦虑。电机单元应当是低成本的，无需多个控制器部件。
本主题提供了一种包括转子组件的电机单元。转子组件包括多个转子构件。转子构件中的每个包括多个磁性构件。在一个实施例中，磁性构件的北极和南极以交替模式设置在每个旋转构件上。
在一个实施例中，电机单元包括转子轴。转子轴是支撑整个转子组件的通用构件。在一种实施方式中，多个转子构件在转子轴上轴向对准。转子组件与整个转子轴一起旋转。在一种实施方式中，转子轴由包括轴承等的一个或多个旋转支撑构件可旋转地支撑在电机单元中。
在一个实施例中，电机单元包括定子组件。定子组件包括多个定子构件。多个定子构件与多个转子构件对应。例如，如果转子组件由三个转子构件形成，那么定子组件由与三个转子构件对应的三个定子构件形成。每个定子构件包括多个齿和槽。电导体围绕齿缠绕。电导体是由控制单元以受控方式用电流和电压来感应的。
在一个实施例中，电机单元包括模式选择器。模式选择器被配置为依据机动化设备的一个或多个参数来使得能够操作多个定子构件中的一个或多个定子构件。机动化设备，如机动车辆的一个或多个参数包括驾驶员的油门输入、机动车辆的速度、电池充电状态(SoC)或机动化设备上的负载。
本主题的电机单元提供了一种模式选择器，其能够使得一个或多个定子构件能够运行，而无需使用多个控制单元来操作单独的定子构件。
单个控制单元可以用于感应脉冲形式的电压和从电源获取的所需电流。电机单元不再需要使用多个控制器，从而使根据本发明的系统变得重量轻、紧凑且便宜。本主题提供了一种可以由单个控制单元操作的系统/单元，使得其成为低成本设计。此外，避免了需要在机动化设备上为多个控制单元专门给出空间。单个控制单元可以最佳地封装在机动化设备上，从而实现紧凑的布局，甚至在紧凑的机动车辆上。进一步地，通过相同的控制单元，通过从电源供应电力来向一个或多个定子构件供应电力。
依据所操作的定子构件的数量，对应的转子构件与定子构件所产生的磁通量接合。所接合的转子构件的数量协助转子轴旋转。转子轴的旋转力被传递到机动化设备的一个或多个轮。在一个实施例中，转子组件和定子组件封装在外壳中。转子轴包括从外壳突出的至少一部分。
进一步地，小容量电源可以用于驱动电机单元和其他部件，因为电机的整个容量不需要始终运行。换言之，当所有定子构件中只有少数定子构件是由模式选择器操作时，与电机单元的全容量运行相比，消耗更少的功率。
即使在小容量机动化设备，如两轮或三轮车辆、四轮车、小容量四轮车辆等上，也可以对小容量电池进行最佳地封装。不再需要牺牲掉在机动化设备上的实用空间。此外，通过模式开关，电机单元可以在低容量配置下操作(例如，操作最小数量的定子组件和对应的转子组件)，由此可以实现最大里程。这减少了驾驶员的任何里程焦虑。
并且，在设备的整个运行期间，不需要操作所有定子构件，因此电机单元中的累积损耗变小。只有在需要高功率或高扭矩的特定条件下，高电流才会通过所有绕组传递。因此，当电流仅在选定条件下通过所有绕组传递时，铜损耗和芯损耗才会减少。此外，由于仅在运行的定子(绕组)中的电流流动实现了对电机单元的最佳操作，因此减少了由于损耗而产生的热量。当产生的热量减少时，可以最佳地操作电机单元，而不会对其性能产生任何热效应。
在一个实施例中，模式选择器是机电开关。模式选择器可以由机动化设备的用户操作。驾驶员可操作开关可以由驾驶员操作，其引起模式选择器的机械运动。在一个实施例中，模式选择器被配置为在定子组件的一个或多个绕组之间建立电连接，从而使一个或多个定子构件运行。单个控制单元感应通过模式选择器而进入运行的一个或多个绕组上的电流和电压。因此，可以用最少的电子/电部件最佳地操作电机单元，使其成为一种成本效益高的设计。
在一个实施例中，模式选择器是机电开关。模式选择器能够由操作构件操作，操作构件可由机动化设备的控制单元操作。在一个实施例中，依据包括用户输入的一个或多个机动化设备参数，控制单元致动操作构件。操作构件致使模式选择器能够操作一个或多个定子构件(绕组)。操作构件可以包括伺服马达、螺线管构件等。
在一个实施例中，模式选择器与机动化设备的控制单元一体形成。模式选择器可以是由半导体部件形成的电子开关。用户依据一个或多个机动化设备参数，包括用户输入(例如节气门输入)，向控制单元和控制单元提供输入，操作模式选择器以操作电机单元的一个或多个定子构件。这进一步减少了待容纳在机动化设备上的部件的数量。
在一个实施例中，模式选择器依据机动化设备的一个或多个参数来累积地操作多个定子构件中的两个或更多个定子构件。两个或更多个定子构件由模式选择器累积地连接，以依据机动化设备的功率和扭矩要求来操作对应的马达模块。
在一个实施例中，电机单元的模式选择器被配置为依据机动化设备的一个或多个参数来操作多个定子构件中的任何一个或多个定子构件。例如，模式选择器被配置为依据机动化设备的要求来选择一个定子构件，模式选择器被配置为依据机动化设备的不同要求来选择另一定子构件。
在一个实施例中，转子组件和定子组件安装在电机单元的外壳内。使用单个集成外壳减少了成本和组装时间。进一步地，外壳为转子组件和定子组件提供了全面保护。
在一个实施例中，转子轴支撑设置在转子轴的轴向端的进气风扇和排气风扇。进气风扇和排气风扇由外壳封闭。在一种实施方式中，多个定子构件轴向对准，并且进气风扇与设置在任一端的定子构件相邻设置。风扇使得能够搅动在外壳内的空气，从而使得能够在外壳内均匀地分配热量。因此，即使由模式选择器操作单个定子构件，风扇也致使空气在外壳内循环，从而减少电机中一个或多个袋状件(pocket)处的热量积聚。
在一个实施例中，外壳连接到用于供应来自过滤器单元的净化空气的单元入口。进气风扇被配置为以强制方式吸入空气并将空气朝向定子构件引导到外壳中，以进行有效冷却。空气在外壳内循环，排气风扇能够通过连接到外壳的单元出口将空气引导出。在一种实施方式中，单元入口和单元出口是允许仅在一个方向上的空气流动的单向阀。因此，电机单元设置有必要的冷却器，特别是当模式选择器操作一个以上定子构件时。
在一个实施例中，过滤器单元连接到冷却单元。空气在过滤器单元处过滤并被传递到冷却单元。冷却单元能够在将空气送到单元入口前降低空气的温度，以改善冷却效果。
在一个实施例中，冷却单元安装到机动化设备的框架组件。在一种实施方式中，冷却单元设置在机动化设备的至少一个前轮和至少一个后轮中的一者的附近。例如，在具有驾驶员和/或乘客舱的机动化设备中，电机单元大致上靠近至少一个后轮设置。在鞍骑式机动化设备的情况下，冷却单元优选地靠近至少一个前轮设置，以利用流动的前方空气进行有效冷却。然而，即使在鞍骑式机动化设备中，冷却单元也可以朝向横向侧并靠近至少一个后轮设置。
电机配置可以在任何两轮或三轮机动化设备、小容量汽车或四轮车中实施。本主题的范围并不限于机动化设备，而是包括需要可变扭矩和功率要求的电气应用，目的在于最佳功耗。然而，为了说明而非加以限制，通过以下实施例描述了电机、对应的附加优点和特征。在任何情况下，图右上角的箭头均表示机动化设备的方向。箭头F表示向前方向，箭头R表示向后方向，箭头UW表示向上方向，箭头DW表示向下方向。
图1示出了根据本主题的实施例的示例性机动化设备100的左侧视图。本实施例的机动化设备是机动车辆。为了便于说明，机动车辆可以被认为是下文中的示例性机动化设备。机动化设备100包括充当机动化设备100的结构构件的框架组件105。框架组件105包括头管110和从头管110向后向下延伸的主管115。机动化设备100包含至少一个前轮120和至少一个后轮125。至少一个前轮120由前悬架130支撑。在一个实施例中，至少一个后轮125由摆臂135可摆动地支撑。摆臂135的一个端部枢转到框架组件105，而摆臂135另一端部支撑至少一个后轮125。进一步地，后悬架140设置为将摆臂135连接到框架组件105。机动化设备100包括由框架组件105可旋转地支撑的把手组件145。使用把手组件145，驾驶员可以操纵机动化设备100。
在一个实施例中，电机单元150安装到框架组件105。在一种实施方式中，电机单元150以悬挂方式刚性地固定到框架组件105。在另一实施方式(未示出)中，电机单元150固定到摆臂135并设置在至少一个后轮125的前方。电机单元150可以驱动至少一个前轮125。电机单元150的输出通过传动系统155传递到至少一个后轮125。在一个实施例中，电机单元150包括输出轴(未示出)，并且输出轴设置有驱动构件160。对应地，至少一个后轮125设置有从动构件165。驱动构件160和从动构件165可以是链轮或类似构件。传动系统155可以包括皮带、常规链条、静音链条、轴驱动器等以连接驱动构件160和从动构件165。在另一实施方式中，齿轮传动系统、无级变速器(CVT)系统、自动手动变速器(AMT)系统或任何其他已知的变速器可以与电机单元150一起使用以满足机动化设备100的各种扭矩和功率需求。
在一个实施例中，存储单元170安装到框架组件的主管115。存储单元170被配置为支持电源(未示出)，如电池组、燃料电池、流动电池等。依据机动化设备的布局，电源可以设置在机动化设备上的另一位置。进一步地，机动化设备100包括设置在其前部的冷却单元175。冷却单元175可以被配置为冷却机动化设备100的一个或多个系统。在一种实施方式中，冷却单元175可以被配置为对电机单元150进行冷却。本主题的电机单元150被配置为在对来自电源的动力进行最佳使用的情况下提供功率和扭矩。
图2(a)描绘了根据本主题的实施例的电机单元的示意图。电机单元150包括沿着其大致长度(长轴)方向延伸的转子轴205。电机单元150包括转子组件210和定子组件215(如图2(b)所示)。转子组件210包括多个转子构件(在该示意图中未示出)。类似地，定子组件215包括多个定子构件(在该示意图中未示出)，其被配置为与对应的多个转子构件协同工作。多个转子构件和多个定子构件以轴向对准的方式布置。一个转子构件和对应的定子构件充当一个马达模块。在所描绘的实施例中，提供了三个马达模块，即马达模块A、马达模块B和马达模块C，分别由附图标记201、202和203表示。电机单元150包括外壳220，并且马达模块201、202和203封装在外壳220内部。马达模块201、202或203中的每一者都能够作为单独的马达运行，其可以由模式选择器250控制。所有三个马达模块201，202和203均包括共同的转子轴295和共同的壳体220。在一个实施例中，模式选择器250是能够被机械操作以建立电接触的机电开关。所有定子构件均安装到转子轴205并与转子轴205一起旋转。在一个实施例中，转子构件中的每个转子构件均设置有多个磁性构件。定子构件中的每个定子构件均设置有芯和多个齿/槽。每个定子构件与对应的转子构件协同工作。换言之，来自转子构件的绕组的电磁通量与对应的定子构件接合。电导体绕组以任何已知的配置围绕多个齿缠绕。一些可能的示例性配置包括具有一个或多个相位的星形或三角形配置。
模式选择器250被配置为使得能够感应在定子组件215的一个或多个定子构件中的电流。模式选择器250可以由驾驶员可操作开关225所操作，其可以设置在把手组件145上(如图1所示)。模式选择器可以是分立的开关。在一种实施方式中，模式选择器可以类似于设置在把手上的换挡杆，驾驶员可以通过旋转来对其操作。在另一实施方式中，模式选择器可以是可以类似于传统前后换挡杆而操作的换挡杆。设置如电池组的电源235以向马达模块201、202或203提供必要的电压和电流。在一个实施例中，单组传感器240能够生成指示转子轴205的角位置的信号。尽管有多个马达模块，单组传感器240可以提供转子构件的角位置，以感应定子组件中的电导体绕组。电源开关245设置为用于打开和关闭包括电机单元150的系统。在机动化设备中，电源开关245可以与机动化设备100的点火钥匙集成。在另一个实施例中，可以将电源开关245设置为在把手组件145上的分立开关(如图1所示)。在一个实施例中，设置模式选择器250以选择定子组件的一个或多个马达模块201、22和203的操作。在一种实施方式中，驾驶员可以选择各种模式来激活电机单元150的一个或多个马达模块201、22和203。例如，在陡坡攀爬期间，驾驶员可以操作模式选择器以接合在电机单元150中的所有马达模块，以实现期望的扭矩和功率。
进一步地，设置控制单元230，以受控方式从电源235向马达模块201、22和203供应电能。由控制单元230检索来自传感器240的数据，以便选择性地跨定子组件215的一个或多个定子构件的各个绕组感应电流。设置节气门输入255以传达驾驶员的功率/扭矩要求。模式选择器250被配置为选择操作所需的马达模块。节气门输入255被配置为向控制单元230提供输入，由此控制单元230向由模式选择器250所启动的马达模块提供预定的脉冲信号和电压/电流。在一个实施例中，节气门输入225集成在把手组件145上(如图1所示)。节气门输入255可以是可旋转的类型，其可以由驾驶员旋转以要求功率/扭矩。在另一实施方式中，节气门输入255可以与踏板集成，其可以由驾驶员通过脚来操作。
图2(b)示出了根据本主题的实施例的电机单元的示意图。在所描绘的实施例中，电机单元151包括转子组件210和定子组件215。在示例性实施例中，如图所示，转子组件210包括三个转子构件201R、202R、203R，它们设置在转子轴205上并轴向对准。在一个实施例中，转子构件201R、202R、203R中的每一者均配置有多个磁性板。每个定子构件与对应的转子构件一起形成马达模块，其可以作为电动马达运行。每个马达模块均形成定子构件和对应的转子构件的组合，可以驱动转子轴205。
以下示例提供了对根据本发明的电机单元151的马达模块的操作的理解。该示例并不旨在限制本发明的范围。为了提供具有1000W容量的电机单元，可以使用马达模块容量的各种组合。在一个示例中，第一马达模块201S、210R可以是具有400W机械功率的马达。第二马达模块202S、202R可以是具有产生300W机械功率的能力的马达。第三马达模块203S、203R可以是能够产生300W机械功率的马达。在起步或爬坡期间，驾驶员可以通过模式选择器250(如图2(a)所示)启用两个或更多个马达模块。进一步地，当巡航时，驾驶员可以依据巡航速度来选择仅操作一个马达模块。这使得驾驶员能够选择性地操作马达模块，从而使得功率能够得到最佳使用。
在一个实施例中，模式选择器250被配置为操作电机单元151的一个或多个马达模块。控制单元230连接到电机单元151的所有马达模块。依据节气门输入255和电机单元151的状态(依据正在操作的马达模块的数量)，控制单元230以控制器的方式从电源235向电机单元151供应电流。
进一步地，转子组件210和定子组件215堆叠在外壳220内。在一种实施方式中，在壳体220内设置有一个或多个风扇，风扇安装到转子轴205。在电机单元151运行期间，风扇搅动其中的空气并使空气在壳体内循环，以将来自整个壳体220的热量散发和分散。
在一个实施例中，如图2(b)所示，电机单元151设置有强制空气冷却系统。强制空气冷却系统包括空气入口260。空气通过空气入口260吸入并经过过滤器单元262。过滤器单元262被配置为过滤灰尘、水分和任何其他外来颗粒。来自过滤器单元262的过滤空气被传递到冷却单元264。冷却单元264可以是冷却线圈或冷凝器，其被配置为降低空气的温度。来自冷却单元264的冷却空气被传递到单元入口266，其引导空气朝向进气风扇268。换言之，进气风扇268产生吸力以将环境空气从大气吸到电机单元151中。进气风扇268设置在一个轴向端上，其轴向地邻近马达模块。类似地，排气风扇270设置在另一轴向端处。在一种实施方式中，进气风扇268和排气风扇270与转子轴205一起旋转，从而使得空气能够循环和移动。进一步地，电机单元151设置有单元出口272，以从外壳200排出空气。进入外壳220的冷却空气使得能够冷却定子构件201S、202S、203S和转子构件201R、202R和203R。通过对流，吸收来自在高电流下运行的部件的热量，加热空气从电机单元151中排出。进气风扇268和排气风扇270以及过滤器单元262和冷却单元264一起实现对电机单元151的冷却。因此，电机单元151可以在高负载下被连续操作，例如通过在高功率下操作所有马达模块或一个或多个马达模块而未发生性能衰减或退化。在一种实施方式中，冷却单元175(如图1所示)作为冷却单元264运行。冷却单元175/264固定到框架组件105并设置在前轮120的后方(如图1所示)。
图3示出了根据本主题的实施例的电机单元的示意性电路图。在一个实施例中，转子组件(未示出)的每个转子构件包括多个径向磁化的永磁体(未示出)，其以交替模式充当磁性构件。在所描绘的实施例中，电机单元152包括三个马达模块301、302、303(示意性地仅示出了绕组)。在一种实施方式中，马达模块301、302、303的定子构件的绕组以星形形态连接。绕组形态不限于星形形态，并且可以包括三角形或任何其他已知形态。控制单元330通过电源开关345连接到电源365。在一个实施例中，多条输出线Y、G、B将马达模块301、302、303连接到控制单元330。控制单元330能够通过从电源365获取电力来向马达模块通电。
在一个实施例中，马达模块301、302、302，尤其是定子构件的绕组，通过模式选择器350连接到控制单元330。模式选择器350包括壳体351。壳体351支撑可在外壳351内部滑动的连接器构件352。在一种实施方式中，至少一条输出线直接连接到绕组，而其他输出线通过模式选择器350连接到控制单元330。例如，考虑到与第一马达模块301对应的第一绕组，输出线Y、G直接连接到控制单元330。输出线B连接到模式选择器350上的端子353A(设置在相对侧上)。连接器构件352在端子353A(其通过形成传导触点的连接器构件352而连接)之间建立电接触，从而形成到输出线B和到控制单元330的连接。类似地，设置端子353B、353C，其与马达模块302、303对应。因此，即使控制单元330被配置为向所有马达模块301、302、303通电，模式选择器350也选择哪些马达模块(绕组)将被另外通电。在一个实施例中，当在默认位置处时，模式选择器选择一个马达模块，然后依据模式选择器的位置向另外的马达模块进行另外通电。在另一实施例中，模式选择器被配置为选择一个马达模块中的任何一个马达模块(因为马达模块可以具有不同配置)，或者选择两个或更多个马达模块的任何组合(因为两个或更多个马达模块的不同组合可以提供不同的输出)。
当驾驶员打开电源开关345时，电源365与控制单元330连接。定子组件由电流励磁的绕组的数量将基于模式选择器350。扭矩可变开关位置反过来又基于可以由驾驶员控制的扭矩选择开关位置。为了获得最大扭矩/功率，模式选择器350将移动到为所有绕组建立电连接的位置。这允许所有三个马达模块301、302、303被通电，并且在如将机动化设备从停止条件移动的条件下产生高扭矩。考虑到与上述配置类似的示例，电机单元152能够提供1000W的总功率，其由容量为400W、300W和300W的马达模块形成。当所有三个马达模块都在运行时，产生1000W的容量。根据一个实施例，一旦机动化设备100的速度超过第一预定限值，例如15公里/小时，随后，操作模式选择器350以减少通电的马达模块的数量(即根据前面的示例为700W)，这是通过两个通电的马达模块而实现的。在产生足够的机械功率以操作设备/车辆的同时，减少了所消耗的功率量。进一步地，当速度超过第二预定限值(例如，根据一个实施例为30公里/小时)时，操作模式选择器350以仅以400W或300W为一个马达模块通电，如同前面的示例。这进一步降低了电机单元152的功耗。
在一个实施例中，模式选择器350包括驾驶员可操作开关354。驾驶员可操作开关354使得驾驶员能够依据其骑行条件选择一个或多个机器。如果驾驶员遇到上坡，那么操作模式选择器350以向马达模块301、302和303通电，以便产生更高的扭矩用于上坡。驾驶员提供节气门输入355，其由控制单元330通过接收来自节气门位置传感器等的信号所感测。在一个实施例中，使用电位计式节气门位置传感器，并且使用基于非接触式霍尔效应传感器340的转子位置传感器来提供关于转子组件的角位置的信息。控制单元330相应地根据驾驶员的需求向电机单元152提供电流。在一个实施例中，模式选择器固定在机动化设备100的把手组件145上(如图1所示)。在一个实施例中，具有驾驶员可操作开关354的模式选择器350可以类似于设置在一些两轮或三轮车辆上的齿轮接合机构而被操作。驾驶员必须通过将把手组件的一部分成角度地旋转到两个或更多个位置来旋转设置在把手上的驾驶员可操作开关。
图4示出了根据如图3所示的实施例的电机单元的另一实施方式。控制单元330还被配置为自动操作模式选择器450，而无需驾驶员操作。模式选择器450在一个实施例中由如伺服马达、螺线管构件等的操作构件480所操作。在所描绘的实施例中，伺服马达充当操作构件480。操作构件480与蜗轮481连接。连接器构件452安装到蜗轮481。蜗轮481通过操作构件480的旋转引起连接器构件452的移动，从而在线圈之间形成电连接。作为操作构件480的伺服马达又由控制单元330基于机动化设备100的一个或多个参数所控制。在一种实施方式中，控制单元330从节气门位置传感器485接收数据。控制单元330基于节气门开度和一个或多个其他参数，如速度，来理解扭矩需求，并相应地操作模式选择器450。
在一个实施例中，取消了伺服马达(操作构件480)和蜗轮481。设置诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等电子开关以建立用于绕组的电接触。电子开关可以与控制单元330集成。自动扭矩可变单元490可以分立设置或者可以与控制单元300集成，以执行对机动化设备100的一个或多个参数的感测并操作模式选择器450。
图5(a)示出了根据本主题的实施例的电机单元的操作方法。在步骤A，电机单元150、151、152执行检查电源开关245、345状态。然后在步骤B，电机单元150、151、152依据所检查的电源开关245、345状态来检查机动化设备100的一个或多个参数。然后在步骤C，电机单元150、151、152依据机动化设备的所检查的一个或多个参数来确定多个定子构件210S、202S、203S、301S、302S、303S中待通电的定子构件的数量。在步骤D，电机单元150、151、152通过模式选择器250、350、450来建立确定数量的定子构件与电源235、365的电连接。
图5(b)示出了根据本主题的实施例的电机单元的操作方法。用于机动化设备100的电机单元150、151、152的操作方法包括以下步骤。为了便于理解，按以下顺序来说明这些步骤。然而，步骤的顺序并不限于本文中描述的顺序，并且当以不同的排列方式重新安排时可以是可操作的。下文中用于说明该方法的附图标记可以与之前讨论的一个或多个实施例相关。
在步骤S501，由控制单元230、330检查电源开关245、345状态。在步骤S502，在新手驾驶员的情况下，由控制单元230、330检查机动化设备100的一个或多个参数。在一个实施例中，一个或多个参数包括负载、车速、节气门状态或电池SoC。通过与被测量/检查的参数相对应的传感器来检查一个或多个参数。在熟练驾驶员的情况下，驾驶员可以预估参数。在步骤S503a、S503b，依据车辆的被检查的参数，选择电机的多个定子构件中的一个或多个定子构件以驱动机动化设备。例如，控制单元230、330接收被检查/测量的一个或多个机动化设备参数以及在查找表中的对应值。相应地，在步骤S504、S505和S506，决定多个定子构件210S、202S、203S、301S、302S、303S中待通电的定子构件的数量。在步骤S507，通过模式选择器250、350、450来建立确定数量的定子构件与电源235、365的电连接。在一个实施例中，模式选择器350使得驾驶员能够手动执行切换或选择操作。在另一实施例中，控制单元230、330被配置为通过例如机电构件来执行建立电连接。
电机单元150、151、152可以用于任何两轮、三轮或小容量四轮车辆。电机单元可以用于实现纯电动车辆或混合电动车辆。在混合动力车辆中，电机单元可以与内燃发动机配合，或者可以作为独立驱动单元。
虽然本文已经图示和描述了所要求保护的主题的某些特征，但本领域技术人员现在将会想到诸多修改、替换、变动和等同物。因此，应当理解，所附权利要求旨在涵盖落入所要求保护主题的真正精神内的所有这类修改和变动。
附图标记列表：
100机动化设备 215定子组件
105框架组件 220/320外壳
110头管 225/354驾驶员可操作开关
115主管 230/330控制单元
120前轮 240/340传感器构件
125后轮 245/345电源
130前悬架 250/350/450模式选择器
135摆臂 255节气门输入
140后悬架 260空气入口
145把手组件 262过滤器单元
150/151/152电机单元 266单元入口
155传动系统 268进气风扇
160驱动构件 270排气风扇
165从动构件 272单元出口
170存储单元 351壳体
175/264冷却单元 352/452连接器构件
201/202/203/301/302/303马达模块 353A/353B/353C端子
201R/202R/203R转子 355节气门输入
201S/202S/203S/301S/302S/303S定 480操作狗件
子 481蜗轮
205转子轴 485节气门位置传感器
210转子组件 490自动扭矩可变单元。

Claims (12)

1.一种用于机动化设备(100)的电机单元(150、151、152)，所述电机单元(150、151、152)包括：
转子组件(210)，其中所述转子组件(210)包括：
多个转子构件(201R、202R、203R)；
转子轴(205)，其中所述转子轴(205)配置为支撑所述转子组件(210)，并且所述转子组件(210)能够与所述转子轴(205)一起旋转；
定子组件(215)，其中所述定子组件(215)包括：
多个定子构件(210S、202S、203S、301S、302S、303S)，其中所述多个定子构件(21OS、202S、203S、301S、302S、303S)中的每个定子构件均配置为用于与所述多个转子构件(201R、202R、203R)中的对应的转子构件协同工作；
模式选择器(250、350、450)，所述模式选择器(250、350、450)配置为使得能够操作所述多个定子构件(210S、202S、203S、301S、302S、303S)中的一个或多个定子构件以依据所述机动化设备(100)的一个或多个参数来旋转所述转子轴(205)。
2.如权利要求1所述的用于机动化设备(100)的电机单元(150、151、152)，其中所述多个定子构件(210S、202S、203S、301S、302S、303S)配置为通过控制单元(230、330)通过从所述机动化设备(100)的电源(265、365)获取电力而通电。
3.如权利要求1所述的用于机动化设备(100)的电机单元(150、151、152)，其中所述模式选择器(250、350)是能够由驾驶员可操作开关(225、354)操作的机电开关，并且所述模式选择器(250、350)配置为在所述定子组件(215)的一个或多个绕组之间建立电连接。
4.如权利要求1所述的用于机动化设备(100)的电机单元(150、151、152)，其中所述模式选择器(450)是机电开关，所述模式选择器(450)能够由致动构件(480)操作，所述致动构件能由所述机动化设备(100)的控制单元(330)操作。
5.如权利要求1所述的用于机动化设备(100)的电机单元(150、151、152)，其中所述模式选择器与所述机动化设备(100)的控制单元(230、330)一体形成。
6.如权利要求1所述的用于机动化设备(100)的电机单元(150、151、152)，其中所述转子组件(210)和所述定子组件(215)容纳在所述电机单元(151)的外壳(220)内，并且所述转子轴(205)支撑设置在所述转子轴(205)的轴向端处的进气风扇(268)和排气风扇(270)，并且所述进气风扇(268)和所述排气风扇(270)由所述外壳(220)包围。
7.如权利要求6所述的用于机动化设备(100)的电机单元(150、151、152)，其中所述外壳(220)连接到用于提供来自过滤器单元(262)的净化空气的单元入口(266)，所述进气风扇(268)配置为使空气在所述外壳(220)内循环，并且所述排气风扇(270)能够将空气通过连接到所述外壳(220)的单元出口(272)引导出。
8.如权利要求7所述的用于机动化设备(100)的电机单元(150、151、152)，其中所述过滤器单元(262)连接到冷却单元(175、264)，并且所述冷却单元(175、264)配置为在空气进入所述单元入口(266)前降低空气的温度。
9.如权利要求8所述的用于机动化设备(100)的电机单元(150、151、152)，其中所述冷却单元(175)安装到机动车辆(100)的框架组件(105)，所述机动车辆(100)形成所述机动化设备(100)，并且所述冷却单元(175)设置在所述机动车辆(100)的至少一个前轮(120)和至少一个后轮(125)中的一者的附近。
10.如权利要求1所述的用于机动化设备(100)的电机单元(150、151、152)，其中所述模式选择器(250、350、450)配置为依据所述机动化设备(100)的所述一个或多个参数来累积地操作所述多个定子构件(210S、202S、203S、301S、302S、303S)中的两个或更多个定子构件。
11.如权利要求1所述的用于机动化设备(100)的电机单元(150、151、152)，其中所述模式选择器(250、350、450)配置为依据所述机动化设备(100)的所述一个或多个参数来操作所述多个定子构件(210S、202S、203S、301S、302S、303S)中的任何一个或多个定子构件。
12.一种用于机动化设备(100)的电机单元(150、151、152)的操作方法，所述方法包括以下步骤：
检查电源开关(245、345)状态；
依据所检查的所述电源开关(245、345)状态来检查所述机动化设备(100)的一个或多个参数；
依据所检查的所述一个或多个参数来确定多个定子构件(210S、202S、203S、301S、302S、303S)中待通电的定子构件的数量；以及
通过模式选择器(250、350、450)建立所确定数量的定子构件与电源(235，365)的电连接。
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