ES2902853T3

ES2902853T3 - Un módulo de control para un motor o generador eléctrico

Info

Publication number: ES2902853T3
Application number: ES14742583T
Authority: ES
Inventors: Geoffrey Owen
Original assignee: Protean Electric Ltd
Current assignee: Protean Electric Ltd
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2034-06-20
Also published as: GB201311393D0; US20160156253A1; EP3014746B1; US10938277B2; GB2506719B; WO2014207638A2; CN104253512B; GB2509799B; GB2509799A; KR20160023868A; JP6389879B2; PL3014746T3; KR101952158B1; KR20160019969A; EP3014747A2; WO2014207637A3; EP3014747B1; JP2016523509A; KR20180026579A; ES2868184T3

Abstract

Un motor eléctrico que tiene un estator (252) y un módulo de control (400), donde el estator incluye un disipador de calor (253) que se extiende en un plano perpendicular al eje de rotación del motor, en donde las laminaciones de los dientes del estator están montadas en un lado del disipador de calor, en donde el disipador de calor comprende una primera superficie localizada axialmente en el otro lado en donde el disipador de calor (253) incluye al menos un canal de enfriamiento para permitir que un refrigerante fluya dentro del disipador de calor (253) para proporcionar enfriamiento, permitiendo de esta manera que el disipador de calor (253) extraiga calor de los componentes conectados al disipador de calor (253), en donde el módulo de control (400) incluye un dispositivo de energía (500) que tiene una placa de circuito impreso de energía en la que está montado un conjunto de sustrato de energía que tiene elementos de conmutación para controlar el flujo de corriente en los embobinados de la bobina montados en el estator; un dispositivo de control (520) para controlar el funcionamiento de los elementos de conmutación; una carcasa (550) con un primer lado para montar en la primera superficie del disipador de calor, en donde el primer lado de la carcasa incluye una abertura (511) para permitir que el conjunto de sustrato de energía del dispositivo de energía esté en contacto con la primera superficie del disipador de calor cuando la carcasa está montada en la primera superficie para proporcionar enfriamiento a los elementos de conmutación del flujo del fluido refrigerante en el disipador de calor, en donde la placa de circuito impreso de energía del dispositivo de energía se extiende sobre una superficie del primer lado de la carcasa opuesta a la superficie montada en la primera superficie del disipador de calor, en donde el dispositivo de control está dispuesto para montarse en la carcasa en un lado opuesto del dispositivo de energía al primer lado de la carcasa y un elastómero está localizado sobre el dispositivo de energía y el dispositivo de control para proporcionar una barrera de aislamiento eléctrico sobre los conmutadores en el dispositivo de energía y los componentes eléctricos del dispositivo de control, en donde las aberturas (610) formadas en la carcasa del módulo de control (550) se disponen para que coincidan con las posiciones y diámetros de las porciones de extremo de los embobinados de la bobina que se extienden desde la primera superficie del disipador de calor del estator permitiendo de esta manera que las respectivas porciones de extremo de los embobinados de la bobina se extiendan a través de las aberturas (610) cuando la carcasa del módulo de control (550) se monta en la primera superficie del disipador de calor del estator (253), en donde para facilitar el guiado de los embobinados de la bobina a medida que pasan a través de la abertura (610), la carcasa del módulo de control (550) se dispone para tener una sección de conducto formada alrededor de cada abertura (610), y en donde las secciones de conducto formadas alrededor de cada una de las respectivas aberturas evitan además, que un elastómero colocado en la carcasa del módulo de control (550) escape a través de las aberturas durante el proceso de curado del elastómero.

Description

DESCRIPCIÓN

Un módulo de control para un motor o generador eléctrico

La presente invención se refiere a un motor eléctrico y su método de fabricación.

Los sistemas de motor eléctrico incluyen típicamente un motor eléctrico y una unidad de control que se dispone para controlar la energía del motor eléctrico. Ejemplos de tipos conocidos de motor eléctrico incluyen el motor de inducción, el motor sincrónico de imán permanente sin escobillas, el motor de reluctancia conmutada y el motor lineal. En el ámbito comercial, los motores eléctricos trifásicos son el tipo más común de motor eléctrico disponible.

Un motor eléctrico trifásico incluye típicamente tres conjuntos de bobinas, donde cada conjunto de bobinas se dispone para generar un campo magnético que se asocia con una de las tres fases de una tensión alterna.

Para aumentar el número de polos magnéticos que se forman dentro de un motor eléctrico, cada conjunto de bobinas tendrá típicamente un número de subconjuntos de bobinas que se distribuyen alrededor de la periferia del motor eléctrico, que se impulsan para producir un campo magnético giratorio.

A modo de ilustración, la Figura 1 muestra un motor eléctrico trifásico 10 típico que tiene tres conjuntos de bobinas 14, 16, 18. Cada conjunto de bobinas consta de cuatro subconjuntos de bobinas que se conectan en serie, donde para un conjunto de bobinas dado, el campo magnético que se genera mediante los respectivos subconjuntos de bobinas tendrá una fase común.

Los tres conjuntos de bobinas de un motor eléctrico trifásico se configuran típicamente ya sea en una configuración delta o estrella.

Una unidad de control para un motor eléctrico trifásico que tiene una fuente de alimentación de CC incluirá típicamente un inversor de puente trifásico que genera un suministro de tensión trifásica para accionar el motor eléctrico. Cada una de las respectivas fases de tensión se aplica a un respectivo conjunto de bobinas del motor eléctrico.

Un inversor de puente trifásico incluye un número de dispositivos de conmutación, por ejemplo, conmutadores electrónicos de energía tal como los conmutadores de Transistor Bipolar de Puerta Aislada (IGBT), que se usan para generar una tensión alterna a partir de un suministro de tensión de Cc .

Sin embargo, cuanto mayor sea la distancia entre la unidad de control y el motor eléctrico, mayor será el bucle de corriente asociado para el flujo de corriente dentro del sistema del motor eléctrico, donde un aumento en el tamaño del bucle de corriente tendrá el efecto de aumentar la inductancia del motor eléctrico.

A medida que aumenta la inductancia del sistema de motor eléctrico general, mayores serán los transitorios de tensión cuando se produzca una variación en el flujo de corriente, por ejemplo, al operar los conmutadores del inversor cuando se genera un suministro de tensión alterna. Cuanto más altos sean los transitorios de tensión dentro de un sistema de motor eléctrico, mayor debe ser la potencia nominal de los conmutadores del inversor dentro de un inversor de motor eléctrico, donde los conmutadores de mayor potencia tienen velocidades de conmutación más lentas y pérdidas de conmutación más grandes que los correspondientes dispositivos de conmutación más pequeños.

Sin embargo, las condiciones ambientales asociadas con el funcionamiento de un motor eléctrico montado dentro de una rueda de un vehículo, para proporcionar impulso, pueden imponer limitaciones operativas significativas si la unidad de control asociada está montada en o adyacente al motor eléctrico.

El documento JP 2008 253041 describe un dispositivo de accionamiento de motor y un motor montado entre una máquina y una tapa de la culata de la máquina, donde el agua de enfriamiento para enfriar la máquina también se usa para enfriar el motor.

El documento EP 2 357 361 describe un compresor eléctrico de inversor integrado y un inversor en el que se proporciona una capa de resina termoendurecible para cubrir una cara superior de una placa metálica del sistema de potencia con fines de aislamiento y antihumedad.

El material de apoyo adicional se proporciona por los documentosGB2494797, JP 2003 274606, JPH11224549, US 2004/197213 y JP 2003 153552.

De acuerdo con aspectos de la presente invención, se proporciona un módulo de control y un método de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 7, respectivamente, de las reivindicaciones adjuntas.

La presente invención proporciona la ventaja de permitir que se suministre enfriamiento al módulo de control mientras que proporciona protección ambiental a los componentes eléctricos montados dentro del módulo de control. Además, la presente invención proporciona soporte estructural para placas de circuito impreso y componentes montados en las placas de circuito impreso que se alojan con el módulo de control.

La presente invención se describirá ahora, a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 ilustra un motor eléctrico trifásico de la técnica anterior;

La Figura 2 ilustra una vista despiezada de un motor que incorpora la presente invención;

La Figura 3 ilustra una vista despiezada del motor eléctrico que se muestra en la Figura 1 desde un ángulo alternativo;

La Figura 4 ilustra un motor eléctrico de acuerdo con una modalidad de la presente invención;

La Figura 5 ilustra un motor eléctrico de acuerdo con una modalidad de la presente invención;

La Figura 6 ilustra una vista parcial de un motor eléctrico de acuerdo con una modalidad de la presente invención;

La Figura 7 ilustra un módulo de control para un motor eléctrico de acuerdo con una modalidad de la presente invención;

La Figura 8 ilustra una vista parcial de una carcasa del módulo de control de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La modalidad de la invención descrita es para un módulo de control para un motor eléctrico, donde el motor eléctrico se usa en una rueda de un vehículo. Sin embargo, el motor eléctrico puede localizarse en cualquier lugar dentro del vehículo. El motor es del tipo que tiene un conjunto de bobinas que son parte del estator para su unión a un vehículo, rodeado radialmente por un rotor que lleva un conjunto de imanes para su unión a una rueda. Para evitar dudas, varios aspectos de la invención son igualmente aplicables a un generador eléctrico que tenga la misma disposición. Como tal, la definición de motor eléctrico pretende incluir el generador eléctrico. Además, algunos de los aspectos de la invención se pueden aplicar a una disposición que tiene el rotor que se monta centralmente dentro de bobinas circundantes radialmente. Como apreciaría un experto en la técnica, la presente invención puede aplicarse para usar con otros tipos de motores eléctricos.

Para los propósitos de la presente modalidad, como se ilustra en la Figura 2 y la Figura 3, el motor eléctrico en la rueda incluye un estator 252 que comprende un disipador de calor 253, múltiples bobinas 254, dos módulos de control 400 montados en el disipador de calor 253 en una porción trasera del estator para accionar las bobinas, y un condensador anular montado en el estator dentro del radio interior de los dos módulos de control 400. Las bobinas 254 se forman sobre laminaciones de dientes del estator para formar embobinados de la bobina, donde las laminaciones de dientes del estator se montan sobre el disipador de calor 253. El disipador de calor 253 incluye al menos un canal de enfriamiento para permitir que un refrigerante fluya dentro del disipador de calor 253 para proporcionar enfriamiento, de esta manera se permite que el disipador de calor 253 extraiga calor de los componentes que se unen al disipador de calor 253, por ejemplo, los embobinados de la bobina y los módulos de control. Una recubrimiento de estator 256 se monta sobre la porción trasera del estator 252, que encierra los módulos de control 400 para formar el estator 252, que luego puede fijarse a un vehículo y no gira con relación al vehículo durante el uso.

Cada módulo de control 400 incluye dos inversores 410 y una lógica de control 420, que en la presente modalidad incluye un procesador, para controlar la operación de los inversores 410, que se representa esquemáticamente en la Figura 5.

El capacitor anular se acopla a través de los inversores 410 para distribuir el suministro de energía de CC a los inversores 410 y para reducir la ondulación de tensión en la línea de suministro de energía del motor eléctrico, conocida de cualquier otra manera como barra colectora de CC, durante la operación del motor eléctrico. Para reducir la inductancia, el condensador se monta adyacente a los módulos de control 400.

Un rotor 240 comprende una porción frontal 220 y una porción cilíndrica 221 que forman un recubrimiento, que rodea sustancialmente el estator 252. El rotor incluye una pluralidad de imanes permanentes 242 que se disponen alrededor del interior de la porción cilíndrica 221. Para los propósitos de la presente modalidad, 32 pares de imanes se montan en el interior de la porción cilíndrica 221. Sin embargo, puede usarse cualquier número de pares de imanes.

Los imanes están muy cerca de los embobinados de la bobina en el estator 252 de modo que los campos magnéticos que se generan mediante las bobinas interactúan con los imanes 242 que se disponen alrededor del interior de la porción cilíndrica 221 del rotor 240 para hacer que el rotor 240 gire. Como los imanes permanentes 242 se utilizan para generar un torque de accionamiento para accionar el motor eléctrico, los imanes permanentes se denominan típicamente imanes de accionamiento.

El rotor 240 se une al estator 252 mediante un bloque de cojinetes 223. El bloque de cojinetes 223 puede ser un bloque de cojinetes estándar como se usaría en un vehículo en el que se va a equipar este conjunto de motor. El bloque de cojinetes comprende dos partes, una primera parte que se fija al estator y una segunda parte que se fija al rotor. El bloque de cojinetes se fija a una porción central 253 de la pared del estator 252 y además, a una porción central 225 de la pared de la carcasa 220 del rotor 240. Así, el rotor 240 se fija en rotación al vehículo con el que se va a usar, a través del bloque de cojinetes 223 en la porción central 225 del rotor 240. Esto tiene una ventaja, en la que una llanta y un neumático pueden luego fijarse al rotor 240 en la porción central 225 mediante el uso los tornillos normales de la rueda para fijar la llanta a la porción central del rotor y, en consecuencia, firmemente en el lado giratorio del bloque de cojinetes 223. Los tornillos de la rueda pueden equiparse a través de la porción central 225 del rotor a través del propio bloque de cojinetes. Tanto con el rotor 240 como con la rueda que se monta en el bloque de cojinetes 223, existe una correspondencia uno a uno entre el ángulo de rotación del rotor y la rueda.

La Figura 3 muestra una vista despiezada del mismo conjunto de motor que se ilustra en la Figura 2 desde el lado opuesto. El rotor 240 comprende la pared exterior del rotor 220 y la pared circunferencial 221 dentro de las cuales se disponen circunferencialmente los imanes 242. Como se describió anteriormente, el estator 252 se conecta al rotor 240 a través del bloque de cojinetes en las porciones centrales del rotor y las paredes del estator.

Se proporciona un sello en forma de V entre la pared circunferencial 221 del rotor y el borde exterior del estator.

El rotor incluye además, un conjunto de imanes 227 para la detección de la posición, conocidos de cualquier otra manera como imanes de conmutación, que junto con los sensores que se montan sobre el estator permite estimar un ángulo de flujo del rotor. El ángulo de flujo del rotor define la relación posicional de los imanes de accionamiento con los embobinados de la bobina. Alternativamente, en lugar de un conjunto de imanes separados, el rotor puede incluir un anillo de material magnético que tiene múltiples polos que actúan como un conjunto de imanes separados.

Para permitir que los imanes de conmutación se usen para calcular un ángulo de flujo del rotor, preferentemente cada imán de accionamiento tiene un imán de conmutación asociado, donde el ángulo de flujo del rotor se deriva del ángulo de flujo que se asocia con el conjunto de imanes de conmutación mediante la calibración del ángulo de flujo magnético de conmutación que se mide. Para simplificar la correlación entre el ángulo de flujo magnético de conmutación y el ángulo de flujo del rotor, preferentemente el conjunto de imanes de conmutación tiene el mismo número de imanes o pares de polos magnéticos que el conjunto de pares de imanes de accionamiento, donde los imanes de conmutación y los imanes de accionamiento asociados se alinea aproximadamente de forma radial entre sí. En consecuencia, para los propósitos de la presente modalidad, el conjunto de imanes de conmutación tiene 32 pares de imanes, donde cada par de imanes se alinea aproximadamente de forma radial con un respectivo par de imanes de accionamiento.

Un sensor, que en esta modalidad es un sensor Hall, se monta sobre el estator. El sensor se posiciona de modo que, a medida que el rotor gira, cada uno de los imanes de conmutación que forman el anillo de imán de conmutación gire respectivamente más allá del sensor.

A medida que el rotor gira con relación al estator, los imanes de conmutación giran correspondientemente más allá del sensor con el sensor Hall emitiendo una señal de tensión de CA, donde el sensor genera un ciclo de tensión completo de 360 grados eléctricos para cada par de imanes que pasa por el sensor.

Para una detección de la posición mejorada, preferentemente el sensor incluye un segundo sensor asociado que se coloca 90 grados eléctricos desplazados del primer sensor.

Como se ilustra en la Figura 4, en la presente modalidad el motor eléctrico incluye cuatro conjuntos de bobinas 60, que tienen cada conjunto de bobinas 60 tres subconjuntos de bobinas 61,62, 63 que se acoplan en una configuración de estrella para formar un submotor trifásico, dando como resultado que el motor tenga cuatro submotores trifásicos. La operación de los respectivos submotores se controla a través de uno de los dos dispositivos de control 400, como se describió más abajo. Sin embargo, aunque la presente modalidad describe un motor eléctrico que tiene cuatro conjuntos de bobinas 60 (es decir, cuatro submotores), el motor puede tener igualmente uno o más conjuntos de bobinas con dispositivos de control asociados. En una modalidad preferida, el motor 40 incluye ocho conjuntos de bobinas 60 con cada conjunto de bobinas 60 con tres subconjuntos de bobinas 61, 62, 63 que se acoplan en una configuración de estrella para formar un submotor trifásico, dando como resultado que el motor tenga ocho submotores trifásicos. De manera similar, cada conjunto de bobinas puede tener cualquier número de subconjuntos de bobinas, de esta manera se permite que cada submotor tenga dos o más fases.

La Figura 5 ilustra las conexiones entre los respectivos conjuntos de bobinas 60 y los módulos de control 400, donde un respectivo conjunto de bobinas 60 se conecta a un respectivo inversor trifásico 410 que se incluye en un módulo de control 400. Como es bien conocido por un experto en la técnica, un inversor trifásico contiene seis conmutadores, donde puede generarse una tensión alterna trifásica mediante la operación controlada de los seis conmutadores. Sin embargo, el número de conmutadores dependerá del número de fases de tensión que se aplicarán a los respectivos submotores, donde los submotores pueden construirse para tener cualquier número de fases.

Las respectivas bobinas de los cuatro conjuntos de bobinas se enrollan en dientes de estator individuales, que forman parte del estator. Las porciones de extremo 501 de los embobinados de la bobina sobresalen a través de la porción trasera plana 502 del disipador de calor del estator, como se ilustra en la Figura 6. La Figura 6 ilustra una vista en perspectiva parcial del estator, donde las porciones de extremo 501 de los embobinados de la bobina para dos de los cuatro conjuntos de bobinas 60 se extienden lejos de la porción plana del disipador de calor del estator 253.

Los módulos de control 400 se colocan adyacentes a la porción plana del disipador de calor del estator 253, para montar en la porción plana del disipador de calor del estator 253, como se describe a continuación. Para propósitos ilustrativos, en la Figura 6 se muestra una vista de un solo módulo de control 400 separado del disipador de calor del estator 253.

Para los propósitos de la presente modalidad, la porción plana del disipador de calor 253 se localiza en el lado del estator que pretende montarse en un vehículo.

Preferentemente, para facilitar el montaje de los respectivos módulos de control 400 en el disipador de calor del estator 253, las secciones de extremo 501 de los embobinados de la bobina para los respectivos conjuntos de bobinas se disponen para extenderse lejos de la porción del disipador de calor del estator en una dirección sustancialmente perpendicular con relación a la superficie de la porción del disipador de calor del estator.

La Figura 7 ilustra una construcción modular del módulo de control 400 con una vista despiezada de una modalidad preferida de un módulo de control 400, donde cada módulo de control 400, conocido de cualquier otra manera como módulo de potencia, incluye una placa de circuito impreso de energía 500 en la que se montan dos conjuntos de sustrato de energía 510, una placa de circuito impreso de control 520, cuatro barras colectoras de fuente de energía (que no se muestran) para conectar a una batería, barras colectoras de embobinado de seis fases (que no se muestran) para conectarse a los respectivos embobinados de la bobina, dos módulos de inserción 560 y seis sensores de corriente. Cada sensor de corriente incluye un sensor de Hall y una sección de material ferromagnético suave 530 que se dispone para montarse adyacente al sensor de Hall, donde preferentemente cada sensor de Hall se dispone para montarse en una sección de corte de una pieza de material ferromagnético suave moldeada en forma toroidal.

Cada uno de los componentes del módulo de control se monta dentro de una carcasa del módulo de control 550 con las cuatro barras colectoras de la fuente de energía y las barras colectoras del embobinado de seis fases que se montan, a través de los respectivos módulos de inserción, en la placa de circuito impreso de energía 500 en lados opuestos de la carcasa del dispositivo de control 550.

Cada sustrato de energía 510 se dispone para montarse en una respectiva abertura que se forma en la placa de circuito impreso de energía 500, donde cada uno de los sustratos de energía 510 tiene una placa de base de cobre de 3 mm 600 sobre la que se forma un inversor trifásico 410. También se forma una abertura correspondiente 511 en la carcasa del módulo de control 550, de modo que la placa base de cobre para cada uno de los sustratos de energía 510 se coloca en contacto directo con el disipador de calor del estator 253 cuando la carcasa del dispositivo de control 550 está montada en el estator, lo que permite de esta manera que el enfriamiento se aplique directamente a la base de cada uno de los sustratos de energía 510.

Además, montados en la parte inferior de la placa de circuito impreso de energía 500, adyacentes a la placa base de cobre de los conjuntos de sustrato de energía 510, hay seis sensores Hall (no mostrados) para medir la corriente en los embobinados de bobina respectivos asociados con dos de los cuatro conjuntos de bobinas. Las lecturas del sensor Hall se proporcionan a la placa de circuito impreso de control 520.

La placa de circuito impreso de energía 500 incluye una variedad de otros componentes que incluyen controladores para los conmutadores inversores que se forman en los conjuntos de sustrato de energía 510, donde los controladores se usan para convertir las señales de control de la placa de circuito impreso de control 520 en una forma adecuada para operar conmutadores que se montan en la placa de circuito impreso de energía 500, sin embargo, estos componentes no se discutirán con más detalle.

Los módulos de inserción 560 se disponen para montarse sobre la placa de circuito impreso de energía 500 cuando la placa de circuito impreso de energía 500 se monta en la carcasa del módulo de control 550.

Cada módulo de inserción 560 se dispone para montarse sobre un respectivo conjunto de sustrato de energía 510 que se monta en la placa de circuito impreso de energía 500, en el que cada módulo de inserción 560 tiene una abertura que se dispone para extenderse alrededor de los conmutadores inversores que se forman en un respectivo conjunto de sustrato de energía 510.

Cada módulo de inserción 560 se dispone para llevar dos barras colectoras de fuente de energía y barras colectoras de embobinados trifásicos para acoplar el inversor que se forma en el conjunto de sustrato de energía 510, sobre el cual se monta el módulo de inserción 560, a la fuente de energía de CC y a los embobinados de fase de un conjunto de bobinas, respectivamente.

El módulo de inserción 560 actúa además, como un separador para separar la placa de circuito impreso de control 520 de la placa de circuito impreso de energía 500 cuando tanto la placa de circuito impreso de energía 500 como la placa de circuito impreso de control 520 se montan en la carcasa del módulo de control 550.

Un primer par de barras colectoras de la fuente de alimentación es para proporcionar una fuente de tensión a un inversor 410 formado en uno de los conjuntos de sustratos de energía 510. Un segundo par de barras colectoras de la fuente de alimentación es para proporcionar una fuente de tensión al inversor 410 formado en el otro conjunto de sustrato de energía 510.

Para cada par de barras colectoras de la fuente de energía, una de las barras colectoras de la fuente de energía se localizada en un primer plano que se forma por encima del plano de la placa de circuito de energía 500. La otra barra colectora de la fuente de energía se localizada en un segundo plano por encima del primer plano. Preferentemente, cada par de barras colectoras de fuente de energía se dispone para ser sustancialmente coplanar.

Ubicadas en la carcasa del módulo de control 550 en el lado opuesto de los respectivos conjuntos de sustrato de energía 510 a las barras colectoras de la fuente de energía están las barras colectoras de embobinado de seis fases. Una barra colectora de embobinado de fase se acopla a cada pata del inversor para acoplarla a un respectivo embobinado de la bobina, como es bien conocido por un experto en la técnica (es decir, una barra colectora de embobinado de fase se acopla a cada pata del inversor trifásico que se forma en uno de los conjuntos de sustrato de energía 510 y una barra colectora de embobinado de fase se acopla a cada pata del inversor trifásico que se forma en el otro conjunto de sustrato de energía 510).

La placa de circuito impreso de control 520 se dispone para montarse en la carcasa del módulo de control 550 por encima de la placa de circuito impreso de energía 500.

La placa de circuito impreso de control 520 incluye un procesador 420 para controlar la operación de los respectivos conmutadores inversores para permitir que cada uno de los conjuntos de bobinas de motor eléctrico 60 se suministre con un suministro de tensión trifásica mediante el uso del control de tensión PWM a través de los respectivos subconjuntos de bobinas 61,62, 63. Para un requisito de torque dado, la tensión trifásica que se aplica a través de los respectivos conjuntos de bobinas se determina mediante el uso del control orientado al campo FOC, que se realiza mediante el procesador en la placa de circuito impreso de control mediante el uso de los sensores de corriente que se montan dentro de la carcasa del módulo de control 550 para medir la corriente que se genera.

El suministro de tensión trifásico da como resultado la generación de flujo de corriente en los respectivos subconjuntos de bobinas y un correspondiente campo magnético giratorio para proporcionar un torque requerido por los respectivos submotores.

Adicionalmente, cada placa de circuito impreso de control 520 incluye una disposición de interfaz para permitir la comunicación entre los respectivos módulos de control 400 a través de un bus de comunicación con un módulo de control 400 que se dispone para comunicarse con un controlador de vehículo que se monta externamente al motor eléctrico, donde el controlador que se monta de forma externa típicamente proporcionará un valor de torque requerido al módulo de control 400. El procesador 420 en cada módulo de control 400 se dispone para manejar la comunicación a través de la disposición de interfaz.

Como se indicó anteriormente, aunque la presente modalidad describe que cada conjunto de bobinas 60 tiene tres subconjuntos de bobinas 61, 62, 63, la presente invención no se limita por esto y se apreciaría que cada conjunto de bobinas 60 puede tener uno o más subconjuntos de bobinas.

El control PWM trabaja mediante el uso de la inductancia del motor para promediar una tensión de pulso aplicado para accionar la corriente requerida en las bobinas del motor. Mediante el uso del control PWM, se conmuta una tensión aplicada a través de los embobinados del motor. Durante el período en el que se conmuta la tensión a través de las bobinas del motor, la corriente aumenta en las bobinas del motor a una velocidad dictada por su inductancia y la tensión aplicada. El control de tensión PWM se apaga antes de que la corriente haya aumentado más allá de un valor requerido, de esta manera se permite lograr un control preciso de la corriente.

Los conmutadores inversores pueden incluir dispositivos semiconductores tales como MOSFET o IGBT. En el presente ejemplo, los conmutadores comprenden IGBT. Sin embargo, puede emplearse cualquier circuito de conmutación conocido adecuado para controlar la corriente. Un ejemplo bien conocido de tal circuito de conmutación es el circuito de puente trifásico que tiene seis conmutadores que se configuran para accionar un motor eléctrico trifásico. Los seis conmutadores se configuran como tres conjuntos paralelos de dos conmutadores, donde cada par de conmutadores se coloca en serie y forman una pata del circuito de puente trifásico. Una fuente de energía de Cc se acopla a través de las patas del inversor, con los respectivos embobinados de la bobina de un motor eléctrico que se acopla entre un par respectivo de conmutadores, como es bien conocido por un experto en la técnica. Un inversor monofásico tendrá dos pares de conmutadores que se disponen en serie para formar dos patas de un inversor.

Para permitir que los respectivos embobinados de la bobina para dos de los cuatro conjuntos de bobinas 60 se acoplen a una respectiva barra colectora de embobinado de fase dentro de una carcasa de módulo de control 550, la carcasa de módulo de control 550 se dispone para tener seis aberturas 610.

Las seis aberturas 610 se forman en un borde exterior de la carcasa del módulo de control 550 en el lado de la carcasa 550 que se va a montar adyacente a la porción plana del disipador de calor del estator 253.

El tamaño y la posición de las seis aberturas 610 que se forman en la carcasa del módulo de control 550 se disponen para coincidir con las posiciones y los diámetros de las porciones de extremo de los embobinados de la bobina que se extienden desde la porción plana del disipador de calor del estator 253, de esta manera se permite que las respectivas porciones de extremo de los embobinados de la bobina se extiendan a través de las aberturas 610 cuando la carcasa del módulo de control 550 se monta en la parte plana del disipador de calor del estator 253.

En la Figura 8 se ilustra una vista en perspectiva parcial de la carcasa del módulo de control 550. Se forma una cavidad 710 alrededor de cada una de las seis aberturas 610 que se forman en la carcasa del módulo de control 550, donde cada cavidad 710 se dimensiona para permitir que un toroide parcial hecho de material ferromagnético suave 530, por ejemplo un elemento de ferrita se ubique en la cavidad 710. La parte superior del toroide parcial se dispone para estar sustancialmente a nivel con la sección de la parte inferior de la carcasa del módulo de control 550 cuando el toroide parcial 530 se monta en una cavidad 710. El toroide parcial de acero eléctrico 530 tiene una sección que falta en el toroide que corresponde sustancialmente al tamaño del sensor Hall que se monta en la placa de circuito impreso de energía 500. Para facilitar el guiado de los embobinados de la bobina a medida que pasan a través de la abertura 610, la carcasa del módulo de control 550 se dispone para tener una sección de conducto que se forma alrededor de cada abertura 610. Las secciones de conducto que se forman alrededor de cada una de las respectivas aberturas evitan además, que un elastómero que se coloca en la carcasa del módulo de control 550 escape a través de las aberturas durante el proceso de curado del elastómero.

Preferentemente, las cavidades 710 que se forman en la base de la carcasa del módulo de control 550 se codifican para garantizar que los toroides parciales de material ferromagnético suave 530 solo puedan orientarse dentro de una cavidad 710 en una posición en la que la sección faltante del toroide se alinea con la posición del sensor Hall que se monta en la placa de circuito impreso de energía 500 cuando la placa de circuito impreso de energía 500 se monta dentro de la carcasa del módulo de control 550.

Una vez que los toroides parciales de material ferromagnético suave 530 se han montado en las respectivas cavidades 710 que se forman en la base de la carcasa del módulo de control 550, la placa de circuito impreso de energía 500 se baja a su posición en la carcasa del módulo de control. Al bajar la placa de circuito impreso de energía 500 a su posición en la carcasa del módulo de control 550, como resultado de la alineación de los toroides parciales de material ferromagnético suave 530 y los sensores Hall que se montan en la placa de circuito impreso de energía 500, los sensores Hall se montan en la placa de circuito impreso de energía 500 se insertan en las secciones faltantes de los respectivos toroides parciales 530 que se montan en la carcasa del módulo de control 550.

Una vez que la placa de circuito impreso de energía 500 se ha bajado a su posición en la carcasa del módulo de control, los módulos de inserción se posicionan sobre un respectivo conjunto de sustrato de energía con el respectivo inversor que se forma en los sustratos de energía que se acoplan a las respectivas barras colectoras de fuente de energía y barras colectoras de embobinado de fase.

Cada una de las barras colectoras de embobinado de fase que se forman en los respectivos módulos de inserción se disponen para incluir una sección de acoplamiento para acoplar la barra colectora de embobinado de fase a un embobinado de fase de uno de los conjuntos de bobinas. La sección de acoplamiento para cada barra colectora de embobinado de fase se dispone para extenderse alrededor de una respectiva abertura 610 que se forma en la base de la carcasa del módulo de control 550.

Una vez que la placa de circuito impreso de energía 500 y los módulos de inserción 560 se han montado en la carcasa del módulo de control 550, se introduce un elastómero, por ejemplo una goma de silicona, en la carcasa del módulo de control 550 en un proceso de dos etapas. Un ejemplo de elastómero adecuado es Wacher SilGel ® 613, que es un silicio RTV-2 de curado por adición vertible (vulcanización a temperatura ambiente) que vulcaniza a temperatura ambiente a un gel de silicona muy suave.

En la primera etapa de introducir el elastómero en la carcasa del módulo de control 550, se combina un primer lote de una cantidad predeterminada de elastómero, en forma líquida, con un activador (es decir, un agente de curado).

La mezcla de elastómero y activador se inyecta en la carcasa del módulo de control 550, en forma líquida, de modo que la mezcla de elastómero y activador cubra la placa de circuito impreso de energía 500, los conjuntos de sustrato de energía 510 y los componentes montados en la placa de circuito impreso de energía 500 y los conjuntos de sustrato de energía 510. La cantidad de elastómero seleccionada permite que la mezcla de elastómero y activador cubra la placa de circuito impreso de energía 500, los conjuntos de sustrato de energía 510 y los componentes montados en la placa de circuito impreso de energía 500 y los conjuntos de sustrato de energía 510 en una cantidad predeterminada.

Preferentemente, para acelerar el proceso de curado, la carcasa del módulo de control 550 se coloca en un horno precalentado durante el proceso de curado.

Para ayudar a la eliminación de aire de la carcasa del módulo de control 550, es preferible que el proceso de curado se realice en un entorno de vacío o casi vacío.

Una vez que se ha curado el elastómero, la carcasa del módulo de control 550 se retira del horno y se deja enfriar.

Una vez que la carcasa del módulo de control 550 ha enfriado la placa de circuito impreso de control 520 se monta en la carcasa del módulo de control 550 sobre la placa de circuito impreso de energía 500 con la placa de circuito impreso de control 520 que se acopla eléctricamente a la placa de circuito impreso de energía 500 para permitir que la placa de circuito impreso de control 520 controle la operación de los conmutadores en los inversores que se forman en los conjuntos de sustrato de energía 510.

En la segunda etapa de introducir el elastómero en la carcasa del módulo de control 550, se combina un segundo lote de una cantidad predeterminada de elastómero, en forma líquida, con un activador (es decir, un agente de curado).

La mezcla de elastómero y activador se inyecta en la carcasa del módulo de control 550, en forma líquida, de modo que la mezcla de elastómero y activador llene cualquier espacio de aire entre la placa de circuito impreso de energía y la placa de circuito impreso de control 520. Además, el segundo lote de mezcla de elastómero y activador cubre la placa de circuito impreso de control 520 y los componentes montados en la placa de circuito impreso de control 520. La cantidad de elastómero seleccionada para la segunda etapa permite que la mezcla de elastómero y activador cubra la placa de circuito impreso de control 520 y los componentes montados en la placa de circuito impreso de control 520 en una cantidad predeterminada.

Para permitir que entre la mezcla de elastómero y activador entre la placa de circuito impreso de energía 500 y la placa de circuito impreso de control 520, preferentemente la placa de circuito impreso de control 520 tiene una o más aberturas formadas en ella para permitir que la mezcla de elastómero y activador entre a través de la placa de circuito impreso de control 520 y en el espacio formado entre la placa de circuito impreso de energía 500 y la placa de circuito impreso de control 520.

Preferentemente, para acelerar el proceso de curado, la carcasa del módulo de control 550 se coloca en un horno precalentado durante el proceso de curado del segundo lote de mezcla de elastómero y activador.

Para ayudar a eliminar el aire atrapado dentro de la carcasa del módulo de control 550, es preferible que el proceso de curado se realice en un entorno de vacío o casi vacío.

Una vez que la carcasa del módulo de control 550 se ha enfriado, el módulo de control 400 se monta en el estator.

El elastómero curado formado sobre los componentes de la placa de circuito impreso de energía 500 y la placa de circuito impreso de control 520 proporcionan una barrera medioambiental contra la suciedad y los líquidos, en los que puede ser necesario que funcione el motor eléctrico.

Como el elastómero curado encapsula los componentes de la placa de circuito impreso de energía 500 y la placa de circuito impreso de control 520, el elastómero curado también proporciona soporte estructural a estos componentes y sus respectivas conexiones eléctricas. El uso de un elastómero suave, tal como Wacher SilGil ® 613, permite que los cables de unión y otras formas de conexiones eléctricas a los componentes en la placa de circuito impreso de energía 500 y la placa de circuito impreso de control 520, se expandan y se muevan como resultado de la expansión térmica mientras también actúan como un cojín para los componentes, y sus respectivas conexiones, de los golpes y vibraciones que resultan de que el módulo de control esté conectado a un motor eléctrico en la rueda que puede operar sobre terreno accidentado.

El elastómero también actúa como un aislante eléctrico, lo que permite de esta manera que los componentes en la placa de circuito impreso de energía 500 y la placa de circuito impreso de control 520 se monten más cerca entre sí de lo que sería posible sin el uso del elastómero, permitiendo de esta manera reducir el tamaño total de la placa de circuito impreso de energía 500 y la placa de circuito impreso de control 520.

Además, la capa de elastómero formada entre la placa de circuito impreso de energía 500 y la placa de circuito impreso de control 520 proporciona soporte estructural a la placa de circuito impreso de control 520, permitiendo de esta manera reducir el número de localizaciones de montaje en la placa de circuito impreso de control 520. Esto permite reducir el área superficial disponible para componentes eléctricos en la placa de circuito impreso de control 520. El elastómero formado entre la placa de circuito impreso de energía 500 y la placa de circuito impreso de control 520 también actúa como un amortiguador de la placa de circuito impreso de control 520, proporcionando de esta manera una protección adicional a la placa de circuito impreso de control 520 y sus componentes de vibraciones y golpes generados en o por el motor eléctrico al que está conectado el módulo de control.

Para montar el módulo de control 400 en el estator, las respectivas secciones de extremo de los embobinados de la bobina forman dos conjuntos de bobinas 60 que se extienden desde la superficie plana del disipador de calor del estator 253 (es decir, seis secciones de extremo de los embobinados de la bobina) se alinean con las respectivas aberturas 610 formadas en la base de la carcasa del módulo de control 550. A continuación, el módulo de control 400 se empuja al ras con la superficie del estator de modo que las respectivas secciones de extremo de los embobinados de la bobina para dos conjuntos de bobinas 60 que se extienden desde la superficie plana del disipador de calor del estator 253 (es decir, seis secciones de extremo de los embobinados de la bobina) se extienden a través de las respectivas aberturas 610 que se forman en la base de la carcasa del módulo de control 550 con cada uno de los sensores de corriente que se montan en el módulo de control 400 que se montan adyacentes a una sección de extremo respectiva de un embobinado de bobina.

El módulo de control puede montarse en el estator por cualquier medio adecuado, por ejemplo, uno o más pernos que se extienden a través del módulo de control hasta la superficie del disipador de calor del estator.

Una vez que el módulo de control se ha montado en el estator, las respectivas secciones de acoplamiento de las barras colectoras del embobinado de fase montadas en la placa de circuito impreso de energía 500 se acoplan a una sección de extremo respectiva de un embobinado de bobina, donde puede usarse cualquier medio adecuado para acoplar la sección de acoplamiento de la barra colectora de embobinado de fase a una sección de extremo respectiva de un embobinado de bobina, por ejemplo, rizado o soldadura.

El inversor 410 que se forma en un conjunto de energía 510, que se acopla a través de las respectivas barras colectoras de embobinado de fase a un primer conjunto de bobinas 60, se dispone para controlar la corriente en el primer conjunto de bobinas. El otro inversor 410 que se forma en el otro conjunto de energía 510 en el módulo de control 400 se dispone para controlar la corriente en un segundo conjunto de bobinas 60, donde las mediciones de corriente hechas mediante los respectivos sensores de corriente se usan por el procesador en la placa de circuito impreso de control 520 para controlar la corriente en los respectivos conjuntos de bobinas 60.

De manera similar, el segundo módulo de control 400 se dispone para controlar la corriente en un tercer y cuarto conjunto de bobinas 60.

Resultará evidente para los expertos en la técnica que la materia descrita puede modificarse de numerosas formas y puede asumir modalidades distintas de las formas preferidas expuestas específicamente como se describió anteriormente, por ejemplo, en lugar de introducir el elastómero en la carcasa del módulo de control 550 en un proceso de dos etapas, el elastómero puede introducirse en un solo proceso después de que los componentes del módulo de control se hayan montado en la carcasa del módulo de control 550, o en un proceso de tres o más etapas.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Un motor eléctrico que tiene un estator (252) y un módulo de control (400), donde el estator incluye un disipador de calor (253) que se extiende en un plano perpendicular al eje de rotación del motor,

en donde las laminaciones de los dientes del estator están montadas en un lado del disipador de calor, en donde el disipador de calor comprende una primera superficie localizada axialmente en el otro lado en donde el disipador de calor (253) incluye al menos un canal de enfriamiento para permitir que un refrigerante fluya dentro del disipador de calor (253) para proporcionar enfriamiento, permitiendo de esta manera que el disipador de calor (253) extraiga calor de los componentes conectados al disipador de calor (253), en donde el módulo de control (400) incluye un dispositivo de energía (500) que tiene una placa de circuito impreso de energía en la que está montado un conjunto de sustrato de energía que tiene elementos de conmutación para controlar el flujo de corriente en los embobinados de la bobina montados en el estator; un dispositivo de control (520) para controlar el funcionamiento de los elementos de conmutación; una carcasa (550) con un primer lado para montar en la primera superficie del disipador de calor, en donde el primer lado de la carcasa incluye una abertura (511) para permitir que el conjunto de sustrato de energía del dispositivo de energía esté en contacto con la primera superficie del disipador de calor cuando la carcasa está montada en la primera superficie para proporcionar enfriamiento a los elementos de conmutación del flujo del fluido refrigerante en el disipador de calor, en donde la placa de circuito impreso de energía del dispositivo de energía se extiende sobre una superficie del primer lado de la carcasa opuesta a la superficie montada en la primera superficie del disipador de calor,

en donde el dispositivo de control está dispuesto para montarse en la carcasa en un lado opuesto del dispositivo de energía al primer lado de la carcasa y un elastómero está localizado sobre el dispositivo de energía y el dispositivo de control para proporcionar una barrera de aislamiento eléctrico sobre los conmutadores en el dispositivo de energía y los componentes eléctricos del dispositivo de control, en donde las aberturas (610) formadas en la carcasa del módulo de control (550) se disponen para que coincidan con las posiciones y diámetros de las porciones de extremo de los embobinados de la bobina que se extienden desde la primera superficie del disipador de calor del estator permitiendo de esta manera que las respectivas porciones de extremo de los embobinados de la bobina se extiendan a través de las aberturas (610) cuando la carcasa del módulo de control (550) se monta en la primera superficie del disipador de calor del estator (253),

en donde para facilitar el guiado de los embobinados de la bobina a medida que pasan a través de la abertura (610), la carcasa del módulo de control (550) se dispone para tener una sección de conducto formada alrededor de cada abertura (610), y

en donde las secciones de conducto formadas alrededor de cada una de las respectivas aberturas evitan además, que un elastómero colocado en la carcasa del módulo de control (550) escape a través de las aberturas durante el proceso de curado del elastómero.
2. Un motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el elastómero localizado sobre el dispositivo de energía (500) está dispuesto para proporcionar soporte estructural al dispositivo de control (520).
3. Un motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el elastómero es caucho de silicona.
4. Un motor eléctrico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo de energía (500) incluye un inversor para controlar el flujo de corriente en un primer conjunto de embobinados de bobina montados en el estator.
5. Un motor eléctrico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo de energía (500) incluye un primer inversor para controlar el flujo de corriente en un primer conjunto de embobinados de bobina montados en el estator y un segundo inversor para controlar el flujo de corriente en un segundo conjunto de embobinados de bobina montados en el estator.
6. Un método de fabricación de un motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el elastómero se inserta entre el dispositivo de energía (500) y el dispositivo de control (520) para proporcionar soporte estructural al dispositivo de control.