CN116171521A - 一种电机、充电装置、动力总成及车辆 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电机(601)、充电装置(600)、动力总成(1200)及车辆(1300)，用以通过一个系统实现动力电池(1301)的充电和放电，提高设备利用率，节省整车空间。充电装置(600)包括电机(601)和电机控制器(602)。电机(601)包括转子、定子、初级线圈和次级线圈，定子包括定子铁芯；初级线圈缠绕于定子铁芯的轭部，初级线圈与外部电源耦合；次级线圈缠绕于定子铁芯的轭部，次级线圈与初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的不同的槽结构中；初级线圈、次级线圈通过定子铁芯实现耦合变压，用于对外部电源的输出电压进行升压或降压；电机控制器(602)与次级线圈和动力电池(1301)耦合，用于将次级线圈的输出电进行交流‑直流变换，得到直流电，直流电用于为动力电池(1301)充电。

Description

一种电机、充电装置、动力总成及车辆 技术领域
本申请涉及新能源汽车(new energy vehicle)技术领域，尤其涉及一种电机、充电装置、动力总成及车辆。
背景技术
随着新能源领域的技术发展，新能源汽车的应用越来越普及，例如，电动车/电动汽车(electric vehicle)/混合动力汽车。
车载充电能够满足电动汽车为动力电池充电的需求。现有技术中，车辆静止时，通常使用车载充电机(on board charger，OBC)将外部电源输出的交流电转换为直流电，实现动力电池的充电；车辆运行时，再通过独立的电驱动系统将动力电池输出的电能转换为机械能，对车辆进行驱动。
当前电动汽车上的充电和电驱动架构可以如图1所示。图1所示的架构中包含有OBC和电驱动系统两个独立的系统，P和N分别代表动力电池的正极和负极。对动力电池充电时使用OBC，电驱动系统不工作；车辆运行时，电驱动系统工作，OBC不工作。
在进行电动汽车设计时，如何优化整车空间是设计重点之一。图1所示的架构中，OBC和电驱动系统分时工作，存在系统复杂、设备利用率不高的问题，造成整车空间的浪费。
发明内容
本申请实施例提供了一种电机、充电装置、动力总成及车辆，用以通过一个系统实现动力电池的充电和放电，提高设备利用率，节省整车空间。
第一方面，本申请实施例提供一种电机，该电机包括转子和定子，定子包括定子铁芯。此外，该电机还包括初级线圈和次级线圈。初级线圈缠绕于定子铁芯的轭部，初级线圈与外部电源耦合；次级线圈缠绕于定子铁芯的轭部，次级线圈与初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的不同的槽结构，次级线圈经由电机控制器与动力电池耦合。
采用第一方面提供的电机，通过在定子铁芯的轭部缠绕初级线圈和次级线圈形成变压器，用于将外部电源输出的交流电进行升压/降压，再通过MCU将变压器输出的交流电转换为直流电，从而为动力电池充电。在电机中集成变压器结构，具有集成化的优势。同时，该变压器结构可以与电机共用冷却散热系统，进一步节省整车空间。因此，采用第一方面提供的电机中集成变压器的方案，与通过独立的变压器为动力电池充电的方案相比，可以提高电流密度、降低变压器体积、节省整车空间。
此外，在驱动车辆时，通过与电机耦合的MCU的控制，定子磁场与转子磁场产生相互作用力，带动转子转动，实现电机转矩的输出，用于驱动车辆。
具体地，初级线圈、次级线圈可以通过定子铁芯实现耦合变压，用于对外部电源的输出电压进行升压或降压。
在一种可能的设计中，定子铁芯的外侧具有多个槽结构，定子铁芯外侧的多个槽结构沿着转子的轴向延伸，用于缠绕初级线圈和次级线圈；定子铁芯外侧的多个槽结构与定子铁芯内侧的槽结构一一对应。
采用上述方案，可以通过内侧槽和外侧槽固定变压器线圈(包括初级线圈和次级线圈)的位置。
在一种可能的设计中，电机控制器用于对初级线圈的输出电进行交流-直流变换，得到直流电，直流电用于为动力电池充电。
在一种可能的设计中，初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的奇数槽中，次级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的偶数槽；或者，初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的偶数槽中，次级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的奇数槽。
采用上述方案，初级线圈和次级线圈均匀分布于定子铁芯360°圆周上，初级线圈和次级线圈通过定子铁芯的轭部耦合，耦合作用强。当电机驱动车辆运行时，定子铁芯轭部的磁场与铰链到变压器绕组上产生的磁通可互相抵消，从而避免电机运行时变压器绕组感应出电压。
在另一种可能的设计中，初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的第一部分槽结构，次级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的第二部分槽结构，初级线圈和次级线圈在空间上没有交叠。
采用上述方案，初级线圈和次级线圈同样通过定子铁芯的轭部耦合。此外，初级线圈和次级线圈在空间上没有交叠，降低了变压器绕组的绕线难度。
此外，电机中的定子还可以包括缠绕于定子铁芯的齿部的电枢绕组。
采用上述方案，通过在电枢绕组中通入交流电，可以产生定子磁场，定子磁场与转子磁场产生相互作用力，可以带动转子转动，实现电机转矩的输出。
在一种可能的设计中，转子包括转子铁芯和永磁体。
采用上述方案，永磁体产生的转子磁场与定子磁场产生相互作用力，可以带动转子转动，实现电机转矩的输出。
第二方面本申请实施例提供一种充电装置，该充电装置包括电机和电机控制器。
具体地，电机包括转子、定子、初级线圈和次级线圈，定子包括定子铁芯；初级线圈缠绕于定子铁芯的轭部，初级线圈与外部电源耦合；次级线圈缠绕于定子铁芯的轭部，次级线圈与初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的不同的槽结构中；初级线圈、次级线圈通过定子铁芯实现耦合变压，用于对外部电源的输出电压进行升压或降压；电机控制器与次级线圈和动力电池耦合，用于将次级线圈的输出电进行交流-直流变换，得到直流电，直流电用于为动力电池充电。
其中，电机可以为永磁电机、电励磁电机、异步电机和混合励磁电机中的一种。
采用上述方案，通过在定子铁芯的轭部缠绕初级线圈和次级线圈，可以使得初级线圈和次级线圈通过定子铁芯实现耦合变压，从而对外部电源的输出电压进行升压或降压。次级线圈输出的交流电通过电机控制器进行交流-直流变换，得到的直流电用于为动力电池充电。
此外，在驱动车辆时，通过电机控制器的控制，定子磁场与转子磁场产生相互作用力，带动转子转动，从而输出机械能，用于驱动车辆。
在一种可能的设计中，定子铁芯的外侧设有多个槽结构，定子铁芯外侧的多个槽结构沿着转子的轴向延伸，用于缠绕初级线圈和次级线圈；定子铁芯外侧的多个槽结构与定子铁芯内侧的槽结构一一对应。
采用上述方案，可以通过内侧槽和外侧槽固定变压器线圈(包括初级线圈和次级线圈) 的位置。
在一种可能的设计中，初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的奇数槽中，次级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的偶数槽；或者，初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的偶数槽中，次级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的奇数槽。
采用上述方案，初级线圈和次级线圈均匀分布于定子铁芯360°圆周上，初级线圈和次级线圈通过定子铁芯的轭部耦合，耦合作用强。当电机驱动车辆运行时，定子铁芯轭部的磁场与铰链到变压器绕组上产生的磁通可互相抵消，从而避免电机运行时变压器绕组感应出电压。
在另一种可能的设计中，初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的第一部分槽结构，次级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的第二部分槽结构，初级线圈和次级线圈在空间上没有交叠。
采用上述方案，初级线圈和次级线圈同样通过定子铁芯的轭部耦合。此外，初级线圈和次级线圈在空间上没有交叠，降低了变压器绕组的绕线难度。
此外，电机中的定子还可以包括缠绕于定子铁芯的齿部的电枢绕组。
采用上述方案，通过在电枢绕组中通入交流电，可以产生定子磁场，定子磁场与转子磁场产生相互作用力，可以带动转子转动，实现电机转矩的输出。
在一种可能的设计中，转子包括转子铁芯和永磁体。
采用上述方案，永磁体产生的转子磁场与定子磁场产生相互作用力，可以带动转子转动，实现电机转矩的输出。
在一种可能的设计中，电机控制器可以为六相电机控制器；六相电机控制器包含三相上桥臂和三相下桥臂。
进一步地，初级线圈的一端与三相上桥臂中的第一相桥臂中串联的两个开关管的连接点耦合，次级线圈的另一端与三相上桥臂中的第二相桥臂中串联的两个开关管的连接点耦合。
采用上述方案，通过复用六相电机控制器的两路桥臂，可以为次级线圈提供与动力电池连通的回路，进而实现升压/降压后的整流，整流后得到的直流电可用于为动力电池充电。
在一种可能的设计中，电机控制器可以为三相电机控制器；三相电机控制器包含三相桥臂和小功率桥臂。
进一步地，初级线圈的一端与三相桥臂中的第一相桥臂中串联的两个开关管的连接点耦合，次级线圈的另一端与小功率桥臂中串联的两个开关器件的连接点耦合。
采用上述方案，通过复用三相电机控制器的一路桥臂以及增设的小功率桥臂，可以为次级线圈提供与动力电池连通的回路，进而实现升压/降压后的整流，整流后得到的直流电可用于为动力电池充电。
具体地，小功率桥臂可以包括串联的第一开关管和第二开关管；或者，小功率桥臂可以包括串联的第一二极管和第二二极管；或者，小功率桥臂可以包括串联的第一电容和第二电容。
第三方面，本申请实施例提供一种动力总成，动力总成包括：减速器以及上述第二方面及其任一种可能的设计中所提供的充电装置。
第四方面，本申请实施例还提供一种车辆，包括动力电池以及上述第三方面提供的动力总成。
另外，应理解，第三方面～第四方面及其任一种可能设计方式所带来的技术效果可参见第一方面～第二方面中不同设计方式所带来的技术效果，此处不再赘述。
附图说明
图1为现有技术提供的一种电动汽车上的充电和电驱动架构的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种电机的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种变压器线圈和电枢绕组的缠绕方式的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种初级线圈和次级线圈的缠绕方式的示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种初级线圈和次级线圈的缠绕方式的示意图；
图6为本申请实施例提供的第一种充电装置的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的第二种充电装置的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的第三种充电装置的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的第四种充电装置的结构示意图；
图10为本申请实施例提供的第五种充电装置的结构示意图；
图11为本申请实施例提供的第六种充电装置的结构示意图；
图12为本申请实施例提供的一种动力总成的结构示意图；
图13为本申请实施例提供的一种车辆的结构示意图。
具体实施方式
下面，首先对本申请实施例的应用场景进行介绍。
本申请实施例可应用于图2所示的电机中。如图2所示，该电机包括转子和定子。
其中，转子位于定子的内侧，转子与定子同轴。转子包括转子铁芯和永磁体；定子包括定子铁芯和电枢绕组(图2中未示出)，电枢绕组也可以称为定子绕组。具体地，定子铁芯分为轭部和齿部(也可以称为定子齿)，定子铁芯内侧朝向转子方向的凸起称为齿部，齿部之间形成槽结构(本申请实施例中可以简称为内侧槽)，槽底与定子铁芯的外表面之间的部分称为轭部，即定子铁芯中除去齿部之外的部分可以称为轭部。定子铁芯的齿部用于缠绕电枢绕组。
此外，本申请实施例中，与现有技术不同的是，定子铁芯的外侧还具有槽结构(本申请实施例中可以简称为外侧槽)。外侧槽沿着转子的轴向(即定子铁芯的轴向)延伸，用于缠绕变压器线圈，变压器线圈包括初级线圈和次级线圈。
示例性地，本申请实施例中，变压器线圈和电枢绕组的缠绕方式可以如图3所示。从图3可以看出，在定子铁芯的齿部缠绕有电枢绕组，此外，在定子铁芯的轭部缠绕有变压器线圈，变压器线圈绕过定子铁芯的内侧槽和外侧槽，通过内侧槽和外侧槽固定位置。
图2所示的电机与电机控制器(motor control unit，MCU)耦合。车辆静止时，通过变压器线圈对外部电源进行升压/降压，次级线圈输出的交流电通过MCU进行交流-直流变换，得到的直流电用于为动力电池充电。车辆运行时，MCU将动力电池输出的直流电转换为交流电，交流电通入电枢绕组中产生旋转的定子磁场，定子磁场与转子磁场产生相互作用力，带动转子转动，从而输出机械能。
需要说明的是，图2中仅以定子铁芯具有48个齿部为例进行示意，实际应用中，齿 部的数量可以为其他值，本申请实施例对此不做具体限定。
同样需要说明的是，图2中以永磁电机为例进行示意，实际应用中，电机也可以为其他类型，例如电励磁电机、异步电机或混合励磁电机，本申请实施例中对电机的类型和励磁方式不做具体限定，只要电机中定子铁芯的轭部能够用于缠绕初级线圈和次级线圈即可。
下面将结合附图对本申请实施例作进一步地详细描述。
需要说明的是，本申请实施例中，多个是指两个或两个以上。另外，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
本申请实施例提供一种电机，如图2所示，该电机包括转子和定子，定子包括定子铁芯。此外，该电机还包括初级线圈和次级线圈。
其中，初级线圈也可以称为原边线圈或原边绕组；次级线圈也可以称为副边线圈或副边绕组；初级线圈和次级线圈可以统称为变压器线圈或变压器绕组。初级线圈缠绕于定子铁芯的轭部，初级线圈与外部电源耦合；次级线圈缠绕于定子铁芯的轭部，次级线圈与初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的不同的槽结构，次级线圈经由电机控制器与动力电池耦合。
次级线圈与初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的不同的槽结构，可以这样理解：假设定子铁芯内侧的槽结构分别用1～12编号。那么，在一种可能的示例中，初级线圈在定子铁芯的轭部缠绕时绕过其中编号为1、3、5、7、9、11的槽结构，次级线圈在定子铁芯的轭部缠绕时绕过其中编号为2、4、6、8、10、12的槽结构。在另一种可能的示例中，初级线圈在定子铁芯的轭部缠绕时绕过其中编号为1、3、6、7、8、11的槽结构，次级线圈在定子铁芯的轭部缠绕时绕过其中编号为2、4、5、9、10、12的槽结构。也就是说，初级线圈在定子铁芯的轭部缠绕时绕过的槽结构的编号，与次级线圈在定子铁芯的轭部缠绕时绕过的槽结构的编号没有交集。
通过在定子铁芯的轭部缠绕初级线圈和次级线圈，可以使得初级线圈、次级线圈通过定子铁芯实现耦合变压，从而对外部电源的输出电压进行升压或降压。次级线圈输出的交流电可以通过与电机耦合的MCU进行交流-直流变换，得到的直流电可以用于为动力电池充电。
初级线圈和次级线圈形成的变压器，其变压比可以通过动力电池的电压范围确定，并通过调节初级线圈和次级线圈的匝数比实现。比如，如果动力电池的电压高于市电220V，即可设计变压器绕组为一定的升压比；如果动力电池的电压低于市电220V，即可设计变压器绕组为一定的降压比。
此外，如图2所示，定子铁芯的外侧具有多个槽结构，定子铁芯外侧的多个槽结构沿着转子的轴向延伸，用于缠绕初级线圈和次级线圈；定子铁芯外侧的多个槽结构与定子铁芯内侧的槽结构一一对应。
具体地，本申请实施例中，初级线圈和次级线圈的缠绕方式可以有多种，下面列举其中的两种方式。
方式一
初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的奇数槽中，次级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的偶数槽中；或者，初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的偶数槽中，次级线圈 的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的奇数槽中。
也就是说，在定子铁芯内侧的多个槽结构中，初级线圈和次级线圈交替绕过不同的槽结构。比如，假设定子铁芯内侧的槽结构用1、2、3、……、N编号，N为偶数。那么，在一种可能的示例中，初级线圈在定子铁芯的轭部缠绕时绕过其中编号为1、3、5、……、N-1的槽结构，次级线圈在定子铁芯的轭部缠绕时绕过其中编号为2、4、6、……、N的槽结构。在另一种可能的示例中，初级线圈在定子铁芯的轭部缠绕时绕过其中编号为2、4、6、……、N的槽结构，次级线圈在定子铁芯的轭部缠绕时绕过其中编号为1、3、5、……、N-1的槽结构。
方式一中，图2所示的电机中初级线圈和次级线圈的缠绕方式可以如图4所示。
从图4可以看出，采用方式一时，相邻的两个外侧槽(或内侧槽)中缠绕的线圈不同。即相邻的两个外侧槽(或内侧槽)中，一个用于缠绕初级线圈，另一个用于缠绕次级线圈。
采用方式一，初级线圈和次级线圈均匀分布于定子铁芯360°圆周上，初级线圈和次级线圈通过定子铁芯的轭部耦合，耦合作用强。当电机驱动车辆运行时，定子铁芯轭部的磁场与铰链到变压器绕组上产生的磁通可互相抵消，从而避免电机运行时变压器绕组感应出电压。
方式二
初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的第一部分槽结构，次级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的第二部分槽结构，初级线圈和次级线圈在空间上没有交叠。
也就是说，在定子铁芯内侧的多个槽结构中，初级线圈均匀分布在定子铁芯的半圆周上，次级线圈均匀分布在定子铁芯的另一半圆周上。比如，定子铁芯内侧的槽结构用1、2、3、……、N编号，N为偶数，初级线圈在定子铁芯的轭部缠绕时绕过其中编号为1、2、3、……、N/2的槽结构，次级线圈在定子铁芯的轭部缠绕时绕过其中编号为N/2+1、……、N的槽结构。以48槽定子铁芯的电机为例，初级线圈可以背绕于定子铁芯左侧1～24槽(或右侧25～48槽)，即背绕于第一部分槽结构；次级线圈可以背绕于定子铁芯右侧25～48槽(或左侧1～24槽)，即背绕于第二部分槽结构。
方式二中，图2所示的电机中初级线圈和次级线圈的缠绕方式可以如图5所示。
在方式二中，初级线圈和次级线圈同样通过定子铁芯的轭部耦合。此外，与方式一相比，初级线圈和次级线圈在空间上没有交叠，降低了变压器绕组的绕线难度。
采用图2所示的电机，通过在定子铁芯的轭部缠绕初级线圈和次级线圈形成变压器，用于将外部电源输出的交流电进行升压/降压，再通过MCU将变压器输出的交流电转换为直流电，从而为动力电池充电。在电机中集成变压器结构，具有集成化的优势。同时，该变压器结构可以与电机共用冷却散热系统，进一步节省整车空间。因此，采用本申请实施例提供的电机中集成变压器的方案，与通过独立的变压器为动力电池充电的方案相比，可以提高电流密度、降低变压器体积、节省整车空间。
此外，通过该电机还可以实现车辆的驱动：通过与电机耦合的MCU的控制，电枢绕组产生的定子磁场与转子磁场产生相互作用力，带动转子转动，实现电机转矩的输出，用于驱动车辆。
本申请实施例还提供一种充电装置。参见图6，该充电装置600包括电机601和电机控制器602。
具体地，电机包括转子、定子、初级线圈和次级线圈，定子包括定子铁芯；初级线圈缠绕于定子铁芯的轭部，初级线圈与外部电源耦合；次级线圈缠绕于定子铁芯的轭部，次级线圈与初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的不同的槽结构中；初级线圈、次级线圈通过定子铁芯实现耦合变压，用于对外部电源的输出电压进行升压或降压；电机控制器与次级线圈和动力电池耦合，用于将次级线圈的输出电进行交流-直流变换，得到直流电，该直流电用于为动力电池充电。
其中，电机601可以通过图2所示的电机实现。电机601可以为永磁电机、电励磁电机、异步电机或混合励磁电机等。与永磁电机相比，电励磁电机、异步电机和混合励磁电机的转子磁场可调节，变压器工作时转子磁场可以降低到零，定子铁芯轭部磁场不再是变压器绕组磁场叠加偏置的同步转子磁场，而是只有变压器绕组磁场，磁场的饱和程度较低，因而可以将变压器设计得更为集成，降低变压器的体积。
电机601中，定子铁芯的外侧设有多个槽结构，定子铁芯外侧的多个槽结构沿着转子的轴向延伸，用于缠绕初级线圈和次级线圈；定子铁芯外侧的多个槽结构与定子铁芯内侧的槽结构一一对应。
电机601中，初级线圈和次级线圈的缠绕方式也可以参照图2中的相关描述。
比如，一种缠绕方式可以是：初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的奇数槽(或偶数槽)中，次级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的偶数槽(或奇数槽)中。
再比如，另一种缠绕方式可以是：初级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的第一部分槽结构，次级线圈的缠绕位置绕过定子铁芯内侧的第二部分槽结构，初级线圈和次级线圈在空间上没有交叠。
电机601的具体结构和功能可以参见图2所示的电机中的相关描述，此处不再赘述。
电机601中，电枢绕组缠绕于定子铁芯的齿部，通过电机控制器602的控制，电枢绕组所产生的定子磁场与转子磁场产生相互作用力，带动转子转动，从而输出机械能，用于驱动车辆。通过在定子铁芯的轭部缠绕初级线圈和次级线圈，可以使得初级线圈和次级线圈通过定子铁芯实现耦合变压，从而对外部电源的输出电压进行升压或降压。次级线圈输出的交流电通过电机控制器602进行交流-直流变换，得到的直流电用于为动力电池充电。
下面，对充电装置600中的电机控制器602的具体结构进行介绍。
具体地，电机控制器602可以为三相电机控制器，也可以为六相电机控制器，下面分别对这两种情况进行介绍。
一、电机控制器为六相电机控制器
若电机控制器602为六相电机控制器，则电机控制器602包含三相上桥臂和三相下桥臂。那么，初级线圈的一端可以与三相上桥臂中的第一相桥臂中串联的两个开关管的连接点耦合，次级线圈的另一端可以与三相上桥臂中的第二相桥臂中串联的两个开关管的连接点耦合。
具体地，充电装置600的一种可能的结构示意图可以如图7所示。初级线圈通过导线外接外部电源(比如通过家用电充电插头接入市电)，次级线圈接六相电机控制器的上三桥臂的U1相和下三桥臂的U2相。
如图8中的a示例所示，当外部电源输入的交流电为上半周期时，初级线圈内电流方向向下，经过变压器的升压/降压，传递到次级线圈，电流方向向下。之后，电流经过U2相的上半桥臂的二极管流向动力电池正极。电流流出动力电池负极后，流经U1相的下半 桥臂的二极管，之后回流到次级线圈。
如图8中的b示例所示，当外部电源输入的交流电为下半周期时，初级线圈内电流方向向上，经过变压器的升压/降压，传递到次级线圈，电流方向向上。之后，电流经过U1相的上半桥臂的二极管流向动力电池正极。电流流出动力电池负极后，流经U2相的下半桥臂的二极管，之后回流到次级线圈。
需要说明的是，分别与初级线圈和初级线圈连接的第一相桥臂和第二相桥臂并不限于图8中所示，只要第一相桥臂和第二相桥臂能够为次级线圈提供与动力电池连通的回路即可。
此外，本申请实施例中，电机控制器602的桥臂中所配置的开关管包括但不限于金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)、氮化镓(gallium nitride，GaN)晶体管、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transist，IGBT)、双极结型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)。若电机控制器602的桥臂中配置的开关管为IGBT，具体可以为硅IGBT(Si IGBT)或者碳化硅(SiC)等宽禁带半导体IGBT。
采用上述方案，通过复用六相电机控制器的两路桥臂，可以为次级线圈提供与动力电池连通的回路，进而实现升压/降压后的整流，整流后得到的直流电可用于为动力电池充电。
二、电机控制器为三相电机控制器
若电机控制器为三相电机控制器；则三相电机控制器包含三相桥臂。此外，与现有技术不同的是，本申请实施例中，三相电机控制器中还包括小功率桥臂。具体地，初级线圈的一端与三相桥臂中的第一相桥臂中串联的两个开关管的连接点耦合，次级线圈的另一端与小功率桥臂中串联的两个开关器件的连接点耦合。
其中，小功率桥臂中的开关器件为可以导通或关断的器件，例如开关管、二极管或电容。由于三相电机控制器难以为次级线圈提供与动力电池连通的回路，因而需要增设小功率桥臂，以实现次级线圈与动力电池连通的回路。
在一种可能的示例中，小功率桥臂包括串联的第一开关管和第二开关管，充电装置600的一种可能的结构示意图可以如图9所示。
也就是说，在电机控制器602内直流高压正负极之间增加一路小功率IGBT桥臂，次级线圈的一端连接三相IGBT的其中一个桥臂，另一端连接增加的小功率IGBT桥臂。
在另一种可能的示例中，小功率桥臂包括串联的第一二极管和第二二极管，充电装置600的一种可能的结构示意图可以如图10所示。
也就是说，在电机控制器602内直流高压正负极之间增加两个二极管，次级线圈的一端连接三相IGBT的其中一个桥臂，另一端连接在两个二极管的中间。
在又一种可能的示例中，小功率桥臂包括串联的第一电容和第二电容，充电装置600的一种可能的结构示意图可以如图11所示。
也就是说，在电机控制器602内直流高压正负极之间增加两个电容，次级线圈的一端连接三相IGBT的其中一个桥臂，另一端连接在两个电容的中间。
对于图9、图10和图11的示例，为动力电池进行充电的过程与图8类似，此处不再赘述。
采用上述方案，通过复用三相电机控制器的一路桥臂以及增设的小功率桥臂，可以为次级线圈提供与动力电池连通的回路，进而实现升压/降压后的整流，整流后得到的直流电 可用于为动力电池充电。
采用图6所示的充电装置600，通过在定子铁芯的轭部缠绕初级线圈和次级线圈形成变压器，可以对外部电源的输出电压进行升压或降压，再通过电机控制器602将次级线圈输出的交流电转换为直流电，从而为动力电池充电。在电机601中集成变压器结构，具有集成化的优势，与通过独立的变压器为动力电池充电的方案相比，采用本申请实施例提供的方案可以降低变压器体积、节省整车空间。
此外，采用充电装置600还可以实现对车辆的驱动：在电机控制器602的控制下，定子磁场与转子磁场产生相互作用力，带动转子转动，从而输出机械能，用于驱动车辆。
前述充电装置600是以电机601的轭部集成初级线圈和次级线圈来实现变压器功能，并通过复用电机控制器602的整流功能实现为动力电池充电。在另一种设计中，可以在电机601内设置独立的环形变压器，实现变压器功能；通过复用电机控制器602的整流功能实现为动力电池充电。该环形变压器放置于电机601的机壳内，与电机601同轴轴向分布，同时共用电机601的冷却散热系统，也可以达到提高系统集成率、节省整车空间的效果。
此外，本申请实施例还提供一种动力总成，如图12所示，动力总成1200包括减速器1201以前述充电装置600。
进一步地，本申请实施例还提供一种车辆。如图13所示，车辆1300包括动力电池1301以及动力总成1200。
需要说明的是，车辆1300中，动力电池1301和动力总成1200的布置位置仅为示例，实际应用中，动力电池1301和动力总成1200的布置位置不限于图13所示的方式。此外，动力总成1200和车辆1300中未详尽描述的实现方式和技术效果可参见前面的描述，此处不再赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请实施例的范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (20)

  1. 一种电机，其特征在于，包括转子和定子，所述定子包括定子铁芯；所述电机还包括：
    初级线圈，所述初级线圈缠绕于所述定子铁芯的轭部，所述初级线圈与外部电源耦合；
    次级线圈，所述次级线圈缠绕于所述定子铁芯的轭部，所述次级线圈与所述初级线圈的缠绕位置绕过所述定子铁芯内侧的不同的槽结构，所述次级线圈经由电机控制器与动力电池耦合。
  2. 如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述初级线圈、所述次级线圈通过所述定子铁芯实现耦合变压，用于对所述外部电源的输出电压进行升压或降压。
  3. 如权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述定子铁芯的外侧具有多个槽结构，所述定子铁芯外侧的多个槽结构沿着所述转子的轴向延伸，用于缠绕所述初级线圈和所述次级线圈；所述定子铁芯外侧的多个槽结构与所述定子铁芯内侧的槽结构一一对应。
  4. 如权利要求1～3任一项所述的电机，其特征在于，所述电机控制器用于对所述初级线圈的输出电进行交流-直流变换，得到直流电，所述直流电用于为所述动力电池充电。
  5. 如权利要求1～4任一项所述的电机，其特征在于，所述初级线圈的缠绕位置绕过所述定子铁芯内侧的奇数槽中，所述次级线圈的缠绕位置绕过所述定子铁芯内侧的偶数槽；或者，
    所述初级线圈的缠绕位置绕过所述定子铁芯内侧的偶数槽中，所述次级线圈的缠绕位置绕过所述定子铁芯内侧的奇数槽。
  6. 如权利要求1～4任一项所述的电机，其特征在于，所述初级线圈的缠绕位置绕过所述定子铁芯内侧的第一部分槽结构，所述次级线圈的缠绕位置绕过所述定子铁芯内侧的第二部分槽结构，所述初级线圈和所述次级线圈在空间上没有交叠。
  7. 如权利要求1～6任一项所述的电机，其特征在于，所述定子还包括：
    缠绕于所述定子铁芯的齿部的电枢绕组。
  8. 如权利要求1～7任一项所述的电机，其特征在于，所述转子包括转子铁芯和永磁体。
  9. 一种充电装置，其特征在于，包括：
    电机，所述电机包括转子、定子、初级线圈和次级线圈，所述定子包括定子铁芯；所述初级线圈缠绕于所述定子铁芯的轭部，所述初级线圈与外部电源耦合；所述次级线圈缠绕于所述定子铁芯的轭部，所述次级线圈与所述初级线圈的缠绕位置绕过所述定子铁芯内侧的不同的槽结构中；所述初级线圈、所述次级线圈通过所述定子铁芯实现耦合变压，用于对所述外部电源的输出电压进行升压或降压；
    电机控制器，与所述次级线圈和动力电池耦合，用于将所述次级线圈的输出电进行交流-直流变换，得到直流电，所述直流电用于为所述动力电池充电。
  10. 如权利要求9所述的充电装置，其特征在于，所述定子铁芯的外侧设有多个槽结构，所述定子铁芯外侧的多个槽结构沿着所述转子的轴向延伸，用于缠绕所述初级线圈和所述次级线圈；所述定子铁芯外侧的多个槽结构与所述定子铁芯内侧的槽结构一一对应。
  11. 如权利要求9或10所述的充电装置，其特征在于，所述初级线圈的缠绕位置绕过所述定子铁芯内侧的奇数槽中，所述次级线圈的缠绕位置绕过所述定子铁芯内侧的偶数槽中；或者，
    所述初级线圈的缠绕位置绕过所述定子铁芯内侧的偶数槽中，所述次级线圈的缠绕位置绕过所述定子铁芯内侧的奇数槽中。
  12. 如权利要求9或10所述的充电装置，其特征在于，所述初级线圈的缠绕位置绕过所述定子铁芯内侧的第一部分槽结构，所述次级线圈的缠绕位置绕过所述定子铁芯内侧的第二部分槽结构，所述初级线圈和所述次级线圈在空间上没有交叠。
  13. 如权利要求9～12任一项所述的充电装置，其特征在于，所述电机控制器为六相电机控制器；所述六相电机控制器包含三相上桥臂和三相下桥臂。
  14. 如权利要求13所述的充电装置，其特征在于，所述初级线圈的一端与所述三相上桥臂中的第一相桥臂中串联的两个开关管的连接点耦合，所述次级线圈的另一端与所述三相上桥臂中的第二相桥臂中串联的两个开关管的连接点耦合。
  15. 如权利要求9～12任一项所述的充电装置，其特征在于，所述电机控制器为三相电机控制器；所述三相电机控制器包含三相桥臂和小功率桥臂。
  16. 如权利要求15所述的充电装置，其特征在于，所述初级线圈的一端与所述三相桥臂中的第一相桥臂中串联的两个开关管的连接点耦合，所述次级线圈的另一端与所述小功率桥臂中串联的两个开关器件的连接点耦合。
  17. 如权利要求15或16所述的充电装置，其特征在于，所述小功率桥臂包括串联的第一开关管和第二开关管；或者，
    所述小功率桥臂包括串联的第一二极管和第二二极管；或者，
    所述小功率桥臂包括串联的第一电容和第二电容。
  18. 如权利要求9～17任一项所述的充电装置，其特征在于，所述电机为永磁电机、电励磁电机、异步电机和混合励磁电机中的一种。
  19. 一种动力总成，其特征在于，包括：减速器以及如权利要求9～18任一项所述的充 电装置。
  20. 一种车辆，其特征在于，包括动力电池以及如权利要求19所述的动力总成。
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