專利名稱：電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，還涉及牽引控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)典型地包括發(fā)動(dòng)機(jī)和用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)功率的 控制單元。已知電動(dòng)機(jī)類型包括感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)，無刷永磁體發(fā)動(dòng)機(jī)， 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和同步滑環(huán)式機(jī)器。三相電動(dòng)機(jī)是最常用的電動(dòng)機(jī) 類型。
圖1所示為一個(gè)典型的三相電動(dòng)機(jī)的示意圖。該例中，電動(dòng)機(jī)
包括三個(gè)線圏組(coilset)。每個(gè)線圏組產(chǎn)生一個(gè)與電動(dòng)機(jī)的三個(gè)相位 之一相關(guān)聯(lián)的磁場。在更概括性的例子中，N個(gè)線圏組可以用于生 產(chǎn)N-相電動(dòng)機(jī)。每個(gè)線圈組可以包括一個(gè)或多個(gè)線圈子組，安置在 電動(dòng)機(jī)的外圍周圍。本例中，每個(gè)線圈組包括四個(gè)這樣的線圏子組 (coil sub-set),在圖1中，各個(gè)線圏組的線圈子組分別標(biāo)記為14, 16 和18。如圖l所示，線圏子組14, 16和18均勻地分布在電動(dòng)才幾10 的周圍以共同產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，其中有一個(gè)中央轉(zhuǎn)子12，其典型 地合并一個(gè)或多個(gè)永磁體，該轉(zhuǎn)子可以按圖中所示箭頭C的方向旋 轉(zhuǎn)。每個(gè)線圈組的線圈子組由圖1中所示的連接線24， 26和28串 聯(lián)在 一 起。這樣允許各個(gè)線圏組的線圈中的電流平衡以產(chǎn)生基本共 同的相位。各個(gè)線圈組的導(dǎo)線終止在如圖1中所示的34, 36和38。 典型地，各個(gè)線圈組的導(dǎo)線的一端連接到一個(gè)公共參考終端，而另 一端連接到 一 個(gè)切換系統(tǒng)以控制該線圈組的所有線圈中的電流。然 后，典型地，各個(gè)線圏組的電流控制包括控制一個(gè)流過大量線圏的 公共電流。
如圖2中所示，各個(gè)線圈子組可以包括一個(gè)或多個(gè)線圈(coil)。
12特別地，圖2示例了一個(gè)線圏子組14中的線圏24A， 24B。在本例 中，每個(gè)線圈子組有兩個(gè)線圈。這兩個(gè)線圏以相反方向纏繞并連接 在一起，以使得流進(jìn)各個(gè)線圈的電流基本相同。當(dāng)轉(zhuǎn)子12的磁極掃 過線圈24A， 24B,切換線圈24A, 24B中的電流可以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拇?場來吸引和排斥轉(zhuǎn)子以保持連續(xù)旋轉(zhuǎn)。由兩個(gè)反向纏繞的線圈24A, 24B產(chǎn)生的/f茲場屬于該三相電動(dòng)^L的相同相位。每個(gè)安置在電動(dòng)才幾 10外圍周圍的第三線圏子組產(chǎn)生一個(gè)具有共同相位的磁場。線圏和 連接線可能典型地包括圍繞在電動(dòng)機(jī)的外圍的單根導(dǎo)線(例如銅 線)，該導(dǎo)線在適當(dāng)?shù)奈恢美p繞成線圏。
對(duì)一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)，切換系統(tǒng)幾乎不變地是包括多個(gè)開關(guān)的三 相橋式電路。
包括金屬氧化物硅場效應(yīng)晶體管(MOSFET )和絕緣柵雙極晶體 管的典型的功率電子開關(guān)具有兩種主要的損耗開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗。
開關(guān)損耗隨著開關(guān)速度下降，更快的開關(guān)速度還導(dǎo)致電磁干擾 (EMI)噪聲增加。因?yàn)樾枰蟮拈_關(guān)，開關(guān)速度和EMI噪聲之 間有問題的折衷在更高的功率級(jí)別(例如對(duì)于更大的發(fā)動(dòng)機(jī))是復(fù) 合的。同功率開關(guān)及其連接系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的電感隨著開關(guān)的物理尺寸 而增加。該電感影響功率設(shè)備的開關(guān)速度，因而功率設(shè)備的開關(guān)速 度典型地受到其物理尺寸的限制。因此，更高的功率級(jí)別必須使用 更大的開關(guān)，但較大的開關(guān)涉及到較慢的開關(guān)速度從而帶來較大的 開關(guān)損耗。而且，功率設(shè)備的成本大致隨著其尺寸的平方而增加。 傳導(dǎo)損耗也隨著功率增加而增加。
包括開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗，總損耗大約正比于功率的平方。這 給電動(dòng)機(jī)帶來嚴(yán)重的熱處理問題，因?yàn)?，例如功率翻倍?dǎo)致熱損耗 增長四倍。在設(shè)備能處理多少功率下，吸取這一熱量而不使設(shè)備的 溫度超過其安全操作級(jí)別，成為了限制因素。實(shí)際上，現(xiàn)在的大功 率設(shè)備具有內(nèi)在的電流處理能力，例如，因?yàn)闊峒s束，500A被限定 到200A。
13考慮一個(gè)給定功率級(jí)別的傳統(tǒng)的三相電動(dòng)機(jī)。如果希望一個(gè)更 高的功率級(jí)別，可以通過產(chǎn)生一個(gè)更大直徑的電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。對(duì)一 個(gè)更大的電動(dòng)機(jī)直徑，轉(zhuǎn)子的外緣圓周速率在一個(gè)給定的角速度下 會(huì)增加。對(duì)一個(gè)給定的電源電壓，這要求減少電動(dòng)機(jī)線圏的臣數(shù)。 因?yàn)楦袘?yīng)電壓是轉(zhuǎn)子的外緣圓周速率和線圏壓數(shù)的函數(shù)。感應(yīng)電壓 必定總是保持在或低于電源電壓。
然而，減少線圈匝數(shù)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)電感下降，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的電感 正比于匝數(shù)的平方。
現(xiàn)今幾乎所有電動(dòng)機(jī)的電子控制單元運(yùn)行某種形式的脈沖寬度
調(diào)制(PWM)電壓控制。PWM控制通過用電動(dòng)^li電感平均出一個(gè) 施加脈沖電壓以驅(qū)使所需電流流入電動(dòng)機(jī)線圈來工作。使用PWM控 制，在一個(gè)由功率設(shè)備開關(guān)特性限定的最小周期內(nèi)，施加電壓在電 動(dòng)機(jī)繞組(winding)內(nèi)進(jìn)行切換。在此導(dǎo)通周期內(nèi)，電動(dòng)機(jī)繞組內(nèi) 的電流以一個(gè)由其電感和施加電壓限定的速度增大。于是要求PWM 控制在電流變得太大之前進(jìn)行切斷，從而實(shí)現(xiàn)電流的精確控制。
如前述討論，大功率設(shè)備的使用導(dǎo)致了低開關(guān)速度，而大電動(dòng) 機(jī)也具有較低的電感。對(duì)更高功率的電動(dòng)機(jī)，這兩個(gè)因素限制了 PWM作為控制系統(tǒng)的有效性，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)線圈中的電流上升更快
(由于線圈匝數(shù)減少帶來的電動(dòng)機(jī)的低電感)而PWM控制更粗糙
(由于使用大功率開關(guān)設(shè)備的開關(guān)速度低)。
一個(gè)已知的解決該問題的方案是在電動(dòng)機(jī)中引入附加電感，以 與電動(dòng)機(jī)繞組串聯(lián)的扼流圈(current limiting choke)的形式。該附加電 感增加了電動(dòng)機(jī)線圏中的電流的上升時(shí)間。然而，扼流圏典型地與 電動(dòng)機(jī)一樣大或者比電動(dòng)機(jī)還大，當(dāng)它們承載滿載電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生大 量的附加熱損耗，并且體積巨大、重量很重、成本很高。
已知電動(dòng)機(jī)的其他問題涉及到其制造。如前述結(jié)合圖1所描述 的，電動(dòng)機(jī)構(gòu)造典型地包括使用一根單獨(dú)的導(dǎo)線來制造用于電動(dòng)機(jī) 的每個(gè)相位的繞組。導(dǎo)線置于電動(dòng)機(jī)外圍周圍，線圏纏繞在適當(dāng)位 置以產(chǎn)生電動(dòng)^L的》茲場的一個(gè)相位。纏繞電動(dòng)才幾線圏，還有終止分
14布在電動(dòng)機(jī)外圍周圍的每個(gè)線圏子組之間的連接是 一 個(gè)勞動(dòng)密集的 工作。典型地用于電動(dòng)機(jī)繞組的粗線(例如銅線)很難操作，在許 多電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中，進(jìn)入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部安裝線圈及其相互連接是受限制 的。已知的線圏制造系統(tǒng)體積也很巨大，而且散熱能力有限。
車輛牽引控制可以用于最小化車輛在移動(dòng)時(shí)發(fā)生的剎車風(fēng)險(xiǎn)。 依賴車輪牽引提供合成機(jī)車動(dòng)力的車輛遭受車輪剎車現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向剎 車也可能發(fā)生。在轉(zhuǎn)向剎車中，車輛的運(yùn)動(dòng)與前輪不成直線(一般
成為欠轉(zhuǎn)向(under-steer))或者與后輪不成直線(過轉(zhuǎn)向(over-steer))。 通常，剎車的發(fā)作并非突發(fā)事件，而是開始于一定程度的車輪 打滑，進(jìn)而演變成完全的車輪剎車。產(chǎn)生車輪打滑或剎車所需要的 力可以通過車輪上的重量乘以輪胎和地面間的摩擦系數(shù)計(jì)算得出。 當(dāng)超過這個(gè)力，車輪打滑或剎車就會(huì)發(fā)生。當(dāng)力恰好低于能產(chǎn)生車 輪打滑或剎車的力時(shí)，車輪還在控制之中，能達(dá)到最大駕駛性能。 牽引控制系統(tǒng)一般力求允許在這一區(qū)域操作，由此，最大動(dòng)力可施 加到車輪，允許發(fā)生車輪打滑或剎車。
在已知系統(tǒng)中，扭矩從中央內(nèi)燃機(jī)通過驅(qū)動(dòng)軸和差動(dòng)輪施加到 車輛的輪胎。牽引控制通常通過調(diào)節(jié)制動(dòng)盤壓力(用于剎車)或通 過調(diào)節(jié)各個(gè)車輪的滑動(dòng)離合器機(jī)制(用于加速度)來施加。這些牽
引控制系統(tǒng)需要昂貴的機(jī)械部件，而且并不能總是提供最佳性能。 例如，ABS剎車在操作于粗開/關(guān)情形會(huì)劇烈抖動(dòng)。滑動(dòng)離合器對(duì)來 自發(fā)動(dòng)機(jī)的左/右扭矩平衡有作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面由所附權(quán)利要求限定。為便于理解，本發(fā)明的各 方面如下賦于小標(biāo)題，對(duì)應(yīng)于說明書各部分，為避免疑問，這些方 面可以結(jié)合在一起用于本發(fā)明的單個(gè)具體實(shí)施例。
線圈控制
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的線圈組，用以產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)的磁場。每個(gè)線圏組包括 多個(gè)線圈子組。每個(gè)線圈子組包括一個(gè)或多個(gè)線圈。每個(gè)線圈組中 的線圈產(chǎn)生的磁場具有基本共同的相位。該電動(dòng)機(jī)也包括多個(gè)控制 設(shè)備，每個(gè)控制設(shè)備連接到一個(gè)各自的線圈子組以控制該線圈子組 的線圏中的電流。每個(gè)控制設(shè)備不需要輸入同步信號(hào)。
對(duì)電動(dòng)機(jī)的線圏中電流的控制得到增強(qiáng)，因?yàn)槊總€(gè)線圈子組中 的電流控制可以獨(dú)立于另 一 線圏子組中的電流控制。因?yàn)槊總€(gè)線圈 組的所有線圏沒有串聯(lián)在 一 起，每個(gè)線圏子組的線圏具有很大的匝 數(shù)。每個(gè)線圈增加的匝數(shù)增大了電動(dòng)機(jī)的總電感。這意味著每個(gè)線 圈子組的線圈可以使用更低的電流，從而帶來較少的熱損耗問題， 并使得可以采用較小的開關(guān)設(shè)備。使用較小的開關(guān)設(shè)備又帶來較快 的開關(guān)速度和較低的開關(guān)損耗。
控制設(shè)備可以包括一個(gè)或多個(gè)開關(guān)，以給一個(gè)線圏子組的一個(gè)
或多個(gè)線圈施加脈沖電壓。電動(dòng)線圏中電流的P WM控制可以因?yàn)?包含在線圈中的增加的匝數(shù)而得到增強(qiáng)。因?yàn)榭梢圆捎幂^小的開關(guān) 設(shè)備，所以可以帶來顯著的成本、重量和熱損耗的節(jié)約。
一些控制設(shè)備可以包括監(jiān)控裝置用以監(jiān)控該線圈子組的線圈中 的反電動(dòng)勢?？刂圃O(shè)備可以根據(jù)監(jiān)控到的反電動(dòng)勢調(diào)節(jié)脈沖電壓的 脈沖(例如脈沖寬度)以實(shí)現(xiàn)告訴功率控制。控制設(shè)備可以彼此獨(dú) 立的操作，因?yàn)槊總€(gè)控制設(shè)備包括足夠的邏輯以確定轉(zhuǎn)子的位置， 并施加適當(dāng)?shù)碾妷阂钥刂聘髯跃€圈子組中的電流?？刂圃O(shè)備可以接 收來自例如剎車踏板傳感器的外部設(shè)備的指令信號(hào)，并基于線圏特 性、轉(zhuǎn)子位置和指令信號(hào)施加適當(dāng)?shù)木€圈控制。
因?yàn)榭梢允褂幂^小的元器件(例如開關(guān)設(shè)備)，它們可以覆蓋 在電動(dòng)機(jī)外套之內(nèi)，區(qū)別于已知系統(tǒng)使用大而笨重的開關(guān)設(shè)備。例 如，控制設(shè)備可以安置于電動(dòng)機(jī)中鄰近其各自的線圈子組，以簡化 線圏繞組的終止。電動(dòng)機(jī)外套可以包括 一 個(gè)或多個(gè)孔隙以使得每次 可以接入一個(gè)控制設(shè)備，取決于轉(zhuǎn)子/外套和控制設(shè)備的方向。
可以提供 一 個(gè)共同控制設(shè)備以協(xié)調(diào)多個(gè)控制設(shè)備的操作。例如，
16該共同控制設(shè)備可以用于協(xié)調(diào)位于多個(gè)控制設(shè)備中的開關(guān)以確保每 個(gè)線圈組中的電流的切換是同相地進(jìn)行的。用這種方式，控制設(shè)備 可以模仿一個(gè)每個(gè)線圈組中的線圈串連連接的電動(dòng)機(jī)?；蛘撸總€(gè) 控制設(shè)備可以通過檢測電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置來控制其相位關(guān)系，并這 樣提供完全平行的操作，不依賴中央處理器。這將增強(qiáng)對(duì)電動(dòng)機(jī)中 任何單獨(dú)故障的免疫力。
共同控制設(shè)備可以可操作地有選擇性地使一個(gè)或多個(gè)控制設(shè)備 失效，以允許部分功率操作。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 方面，提供 一 種操作上面所描述的這種電動(dòng) 機(jī)的方法。該方法包括使用多個(gè)控制設(shè)備為各個(gè)線圈子組的線圈供 能，以產(chǎn)生電動(dòng)^l的》茲場。
可以理解，發(fā)電機(jī)采用與電動(dòng)機(jī)類似的結(jié)構(gòu)，上文討論的某些 因素也可以應(yīng)用于新型發(fā)電機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種發(fā)電機(jī)。該發(fā)電機(jī)包括一個(gè) 或多個(gè)獨(dú)立的線圈組用于根據(jù)發(fā)電機(jī)內(nèi)的磁場來產(chǎn)生感應(yīng)電流。每 個(gè)線圈組包括多個(gè)線圈子組。每個(gè)線圈子組包括一個(gè)或多個(gè)線圈。 每個(gè)線圏組的線圈中所產(chǎn)生的電流具有共同的相位。
該發(fā)電機(jī)還包括多個(gè)功率輸出端，每一個(gè)連接到一個(gè)獨(dú)立的線 圈子組以輸出該獨(dú)立線圈子組的線圏中產(chǎn)生的電流。
位置傳感
本發(fā)明的又一方面是使用 一個(gè)鐵制調(diào)焦環(huán)(iron focussing ring ) 來協(xié)助磁場的校準(zhǔn)，以檢測轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的位置。
剎車裝置
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種可配置在剎車模式中操作的 電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)線圈組用以產(chǎn)生磁場。每個(gè)線圏 組包括多個(gè)線圏子組。每個(gè)線圏子組包括一個(gè)或多個(gè)線圏。該電動(dòng) 機(jī)還包括多個(gè)控制設(shè)備，每 一 個(gè)連接到 一 個(gè)獨(dú)立的線圈子組以控制該獨(dú)立線圏子組的一個(gè)或多個(gè)線圏中的電流。在剎車模式中，該些
控制設(shè)備可以根據(jù)提取自(drawn from)線圈的電流來操作。
因?yàn)榭刂圃O(shè)備可以根據(jù)提取自線圈的電流來操作，提供了 一種故障自趨安全(fail-safe)剎車設(shè)置，以使得即使在電源故障的情況下，控制設(shè)備可以繼續(xù)操作(進(jìn)而控制剎車)。優(yōu)選地，在剎車模式中，每個(gè)控制設(shè)備被配置成根據(jù) 一 個(gè)獨(dú)立線圈子組中的電流來操作。這保證了剎車裝置中的冗余，當(dāng)一個(gè)線圈出現(xiàn)故障，其他線圈和控制設(shè)備仍可工作以提供剎車動(dòng)力。
優(yōu)選地，電動(dòng)機(jī)也包括一個(gè)連接到線圏和一個(gè)連接之間的電容以用作電源。該電容確保當(dāng)從能量消耗模式轉(zhuǎn)變到非能量消耗模式時(shí)電流繼續(xù)供給到控制設(shè)備。電動(dòng)機(jī)還包括一個(gè)可選擇地連接到控制設(shè)備的電阻，因而在緊急剎車模式下來自線圏的能量被電阻所消耗。緊急剎車模式是這樣一種模式在該模式下電源無法從線圈獲得能量，例如，因?yàn)橄耠姵剡@樣的電源故障、電池滿載或者連接故障。電阻優(yōu)選地被配置為非常靠近控制設(shè)備和線圈以降低連接故障的風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明的 一個(gè)方面還提供一種與上述電動(dòng)機(jī)一起使用的控制裝置，包括一個(gè)連接到多個(gè)剎車控制電路的機(jī)械剎車控制設(shè)備，每個(gè)剎車控制電路連接到一個(gè)獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)。以一個(gè)車輛為例，機(jī)械剎車控制設(shè)備是剎車踏板，獨(dú)立的剎車控制電路連接到剎車踏板以提供冗余使得任何 一 個(gè)剎車控制電路故障時(shí)，其他電路可以控制由連接以驅(qū)動(dòng)車輛的一個(gè)獨(dú)立車輪的多個(gè)電動(dòng)機(jī)中的一個(gè)所提供的剎車動(dòng)力。
線圈交換
多個(gè)控制設(shè)備可以配置成在一個(gè)電動(dòng)機(jī)的多相循環(huán)中提供電動(dòng)機(jī)線圏中的電流的交錯(cuò)切換。這使得可以通過經(jīng)一個(gè)給定時(shí)間周期擴(kuò)展切換事件來減輕EMI噪聲。這一方面通過引起PWM切換事件在不同線圈中在不同時(shí)間發(fā)生來進(jìn)行。本發(fā)明的具體實(shí)施例可以用于產(chǎn)生，例如，線性的或旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。例如，線圈組可以被配置以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電動(dòng)機(jī)可以包括一個(gè)安裝的磁體在旋轉(zhuǎn)場中旋轉(zhuǎn)。
線圈固定
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供一種用于電動(dòng)機(jī)的線圈固定系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)線圏齒以可巻繞地接收一個(gè)線圏。該系統(tǒng)還包括 一 個(gè)背部以可附著地接收多個(gè)線圈齒。
線圏齒提供了 一種方式，使得一個(gè)線圏繞組可以離開電動(dòng)機(jī)和其他線圏而獨(dú)立準(zhǔn)備。因此，每個(gè)線圏可以相對(duì)簡單地獨(dú)立準(zhǔn)備，簡單的接入到線圈齒而沒有電動(dòng)機(jī)的其它部分妨礙。背部提供了 一種方式，使得固定系統(tǒng)的線圈一旦纏繞好以后，可以以一種期望的設(shè)置附著以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拇艌觥?br> 線圈齒可以包括 一 個(gè)延長臂以可巻繞地接收線圈。這再 一 次簡化了生產(chǎn)線圏的任務(wù)。
線圏齒可以包括一個(gè)成型的附著部分，背部可以包括一個(gè)相應(yīng)的成型接收部分。這可以在齒和背部之間提供簡單而穩(wěn)固的附著。線圏齒的附著部分可以有兩個(gè)指狀物，呈V型。指狀物的角度可以基本上沿著繞在齒上的一個(gè)線圈所產(chǎn)生的磁場線的方向，因而減少指狀物對(duì)場的干擾。
可以提供多個(gè)相互連接的背部。這再 一 次為設(shè)計(jì)和構(gòu)造電動(dòng)機(jī)提供了進(jìn)一步的靈活性。例如，多個(gè)背部，每個(gè)帶多個(gè)齒，可以獨(dú)立的裝配然后連接到一起形成更大的背部和齒裝置以用于電動(dòng)機(jī)。背部可以堆成一個(gè)在另一個(gè)之上，每一層的背部可以以這樣一種方
式相互連接使得相互連接是交錯(cuò)的而不符合垂直。這增加了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。背部之間可以通過齒來相互連接。
背部可以定型、定尺寸以為附著其上的線圏齒產(chǎn)生期望的配置。例如，背部可以是弓形的。這使得圓形電動(dòng)機(jī)可以包括固定系統(tǒng)的方式來構(gòu)造。背部和/或線圈齒具有疊層結(jié)構(gòu)。
19根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，可以提供一種包括上述線圈固定系統(tǒng)的電動(dòng)才幾或發(fā)電才幾。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)方面，可以提供一種包括上述種類的電動(dòng)機(jī)的車輛。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，可以提供一種制造上述電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的方法。該方法包括在線圏齒上纏繞一個(gè)用于電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的線圏。該方法還包括將帶線圈的線圏齒附著到背部。
該方法還包括連接線圈到 一 個(gè)控制設(shè)備，控制設(shè)備配置成提供該線圈的單獨(dú)的電流控制。該方法有助于包括此類控制設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)椴槐厥褂靡桓鶈螌?dǎo)線以產(chǎn)生每個(gè)齒的纏繞。取而代之，每個(gè)齒的線圏可以單獨(dú)纏繞并直接連接到 一 個(gè)控制設(shè)備。
牽引控制
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，可以提供一種用于包括多個(gè)車輪的車輛的牽引控制系統(tǒng)，每個(gè)車輪獨(dú)立地由各自的發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。
控制系統(tǒng)包括傳感器用于檢測每個(gè)車輪的旋轉(zhuǎn)的加速度。控制系統(tǒng)還包括一個(gè)控制單元用于調(diào)整每個(gè)獨(dú)立發(fā)動(dòng)機(jī)施加到每個(gè)車輪的扭矩，以適應(yīng)在在一個(gè)或多個(gè)車輪的旋轉(zhuǎn)中檢測預(yù)定的加速度。預(yù)定加速度可以指示剎車。
可以給每個(gè)車輪提供獨(dú)立的控制單元。每個(gè)控制單元可以根據(jù)預(yù)定規(guī)則獨(dú)立于系統(tǒng)中的其他控制單元而執(zhí)行牽引控制?？刂茊卧梢越M網(wǎng)以交換車輪加速度數(shù)據(jù)?？刂茊卧刹僮鞯靥峁┯糜谲囕喌倪B續(xù)的扭矩調(diào)整。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，可以提供一種包括多個(gè)車輪的車輛，每個(gè)車輪由各自的發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立地提供動(dòng)力。該車輛包括上述的牽引控制系統(tǒng)。
懸架(suspension) 4空制
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，可以提供一種用于包括多個(gè)車輪的
20車輛的懸架控制系統(tǒng)，每個(gè)車輪固定在車輛的 一個(gè)懸架臂上并由各 自的發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立地提供動(dòng)力。該系統(tǒng)包括一個(gè)控制單元以可選擇地 調(diào)整施加到每個(gè)車輪的扭矩，以施加力到每個(gè)各自的懸架臂。
控制單元可選擇地調(diào)整施加到每個(gè)車輪的扭矩，以施加力到每 個(gè)各自的懸架臂以改變車輛的高度。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)方面，可以提供一種包括多個(gè)車輪的車輛， 每個(gè)車輪固定在一個(gè)懸架臂上并由各自的發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立地提供動(dòng)力。 該車輛包括上述懸架控制系統(tǒng)。
上述車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)可以是電動(dòng)機(jī)，比如上面所描述的電動(dòng)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，可以提供一種用于包括多個(gè)車輪的 車輛的牽引控制方法，每個(gè)車輪由獨(dú)立發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。該方法包 括檢測 一 個(gè)或多個(gè)車輪的旋轉(zhuǎn)的加速度。該方法還包括調(diào)節(jié)由每個(gè)
各自的發(fā)動(dòng)機(jī)施加到每個(gè)車輪的扭矩，以適應(yīng)^r測一個(gè)或多個(gè)車輪
的旋轉(zhuǎn)的加速度。預(yù)定加速度可以指示剎車。
預(yù)定加速度可以根據(jù)車輛加速度的一個(gè)確定上限來計(jì)算。 一個(gè)各自的控制單元可以用于調(diào)節(jié)施加到每個(gè)車輪的扭矩。每 個(gè)控制單元可以根據(jù)預(yù)定規(guī)則獨(dú)立于系統(tǒng)中的其他控制單元來執(zhí)行 牽引控制。車輪加速數(shù)據(jù)可以在控制單元之間被交換?？梢詾檐囕?提供連續(xù)的扭矩調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，可以提供一種用于包括多個(gè)車輪的 車輛的懸架控制方法，每個(gè)車輪固定在車輛的一個(gè)懸架臂上并由各 自的發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立地提供動(dòng)力。該方法包括可選擇地調(diào)節(jié)施加到每個(gè) 車輪的扭矩，以施加力到每個(gè)各自的懸架臂。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，可以提供一種計(jì)算機(jī)程序用以執(zhí)行 上述牽引控制方法和/或懸架控制方法。
一種用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序可以是承載媒質(zhì)上的計(jì)算機(jī) 程序的形式。承載媒質(zhì)可以是存儲(chǔ)介質(zhì)，比如固態(tài)的、磁性的、光 的、光磁的或其他存儲(chǔ)介質(zhì)。承載媒質(zhì)可以是傳輸介質(zhì)，比如廣播、 電話的、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、有線的、無線的、電的、電磁的、光的或真
21正地其他任何傳輸媒質(zhì)。 調(diào)節(jié)密封
本發(fā)明的另 一個(gè)方面是包括一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子的發(fā)動(dòng)機(jī)裝 置，定子有一個(gè)定子外殼，轉(zhuǎn)子有一個(gè)轉(zhuǎn)子外殼，轉(zhuǎn)子外殼基本上
環(huán)繞定子的部件(components),而轉(zhuǎn)子有一個(gè)密封裝置安置于轉(zhuǎn)子 外殼和定子外殼之間，配置密封裝置以使得該密封裝置一部分或多 個(gè)部分可以因?yàn)檗D(zhuǎn)子外殼旋轉(zhuǎn)的離心力從一個(gè)接觸定子外殼的位置 移動(dòng)到一個(gè)離開定子外殼的位置。該裝置提供的有益之處在于，當(dāng) 轉(zhuǎn)子固定或以低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，密封裝置在定子和轉(zhuǎn)子之間封閉起一個(gè) 間隙，而當(dāng)轉(zhuǎn)子以較高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，封條并不因?yàn)殡S轉(zhuǎn)子移動(dòng)的封條 和與定子外殼之間的摩擦而損壞。高速時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子的離心作用而 阻止了物質(zhì)進(jìn)入外殼。該過程的進(jìn)步之處在于，附著于轉(zhuǎn)子的封條 的可移動(dòng)部分和定子外殼之間的壓力在固定時(shí)最大，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 增大，壓力降低直到接觸停止。
轉(zhuǎn)子的離心作用還提供 一 個(gè)在轉(zhuǎn)子定子組件內(nèi)部的壓力梯度。 該壓力梯度呈放射狀，在中心壓力小而向外越來越大。通過結(jié)合位 于靠近定子中心的適當(dāng)保護(hù)的入口 ，允許空氣進(jìn)入并隨后在封條與 定子的接口排出。該機(jī)制提供了氣墊進(jìn)一步保護(hù)封條以免過度勞損， 還提供了附加密封收益，即排出的空氣防止了物質(zhì)進(jìn)入。該特性還 提供了排除任何進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的水，例如由于冷凝的結(jié)果。
適當(dāng)保護(hù)的入口可以是，例如具有一個(gè)附著到定子外部的管子 的入口 。該管子足夠長以使得其另一開口端位于一個(gè)確定永遠(yuǎn)不會(huì) 進(jìn)水的位置。該開口端進(jìn)一步有一個(gè)顆粒過濾器以防止大于安全尺 寸的物質(zhì)顆粒進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。
另 一 種保護(hù)入口的方法是使用半透膜。這樣的膜將可以透過空 氣而不能透過水或顆粒(例如Goretex,雙向拉伸聚四氟乙烯)。該 方法可以位于定子或如上述遠(yuǎn)遠(yuǎn)地通過一個(gè)管子。冷卻裝置
本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種包括冷卻裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī) 包括放置的環(huán)繞在四周的多個(gè)線圈而一個(gè)冷凝管道放置在直接地鄰 近多個(gè)線圈，冷凝劑通過該管道吸取或?qū)α鞫魍?。該方面使用?個(gè)多面冷卻盤，其在三面封閉繞組而提供面以附著電子功率設(shè)備
(electronic power device )、 傾瀉功率設(shè)備(dump power device )和 傾瀉電阻(dump resistor)。包括線圏、齒和背鐵(back iron,或稱 之為護(hù)鐵)的定子組件直接組裝在冷卻盤上。組件然后使用導(dǎo)熱材 料罐裝到冷卻盤，例如像充滿氧化鋁、氮化鋁或碳的環(huán)氧。該罐裝 過程很重要，因?yàn)榻o整個(gè)組件以機(jī)械完整性，所有部分如同一個(gè)整 體，更能抵抗震動(dòng)和撞擊。該罐裝還改善了絕緣系統(tǒng)的電強(qiáng)度，防 止了繞組內(nèi)部的氣穴(airpocket)。因?yàn)楦咔袚Q速度dv/dt很高，這 引起了繞組的絕緣介質(zhì)中的電應(yīng)力。氣穴引起電離風(fēng)險(xiǎn)從而導(dǎo)致早 期絕緣故障。在電控發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)中，由切換事件引起的重復(fù)電 應(yīng)力帶來的絕緣擊穿是一個(gè)主要的可靠性問題，罐裝在很大程度上 降低了這一風(fēng)險(xiǎn)。罐裝最好在真空下進(jìn)行，但低粘性罐裝材料可以 在大氣壓下使用。罐裝對(duì)于改進(jìn)發(fā)熱繞組和背鐵疊片結(jié)構(gòu)和散熱冷 卻盤及其中的冷凝劑之間的導(dǎo)熱性很重要。罐裝還有很大好處，其 允許繞組系統(tǒng)完全浸入水中而沒有漏電的風(fēng)險(xiǎn)。這很重要，因?yàn)樾?要使電子系統(tǒng)免受與冷凝或其他形式的進(jìn)水的影響。


為更好的理解本發(fā)明以及顯示如何實(shí)現(xiàn)同樣的發(fā)明，參照附圖 將結(jié)合以下附圖的示例進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1示意性地示出了一個(gè)三相發(fā)動(dòng)機(jī)的示例裝置；
圖2示意性地示出了圖1中所示一個(gè)線圏子組中的線圏裝置；
圖3為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)的部件分解圖4為圖3所示發(fā)動(dòng)機(jī)另外一個(gè)角度的部件分解圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的三相發(fā)動(dòng)機(jī)的示例線圏裝置；
圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的圖3中所 示的一個(gè)線圏子組中的示例線圈裝置；
圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的三相發(fā)動(dòng) 機(jī)的示例裝置；
圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的圖7中所
示的一個(gè)線圈子組中的線圈的示例設(shè)置；
圖9所示為具體實(shí)施例的線圏相對(duì)于磁體的(位置)關(guān)系；
圖IO示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的控制設(shè)備
的示例；
圖11為一個(gè)切換裝置的電路圖12示意性地示出了一個(gè)共同控制設(shè)備用于協(xié)調(diào)多個(gè)控制設(shè)備 的操作的裝置；
圖13示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的線圏齒的 前一見圖14示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的線圈齒的 側(cè)視圖15示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)具體實(shí)施例的具有多個(gè) 線圏齒可接收地附著其上的背部的示意圖16示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的一個(gè)背部 和一個(gè)線圏齒的局部視圖17示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的一個(gè)背部 和多個(gè)線圏齒的局部視圖18示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的一個(gè)背部 和線圈齒(tooth)的局部視圖19示意性地示出了多個(gè)相互連接的背部交錯(cuò)堆疊構(gòu)成一個(gè)更 大的背部的示例；
圖20示意性地示出了多個(gè)相互連接的背部交錯(cuò)堆疊構(gòu)成一個(gè)更 大的背部的示例；
24圖21所示為一個(gè)密封裝置；
圖22示意性地示出了具有四個(gè)車輪的車輛的示例，并指示附于 這些車輪的力；
圖23示意性地示出了固定于一個(gè)懸架臂的一個(gè)車輪的示例； 圖24示意性地示出了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的磁體固定裝
置；
圖25示意性地示出了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的用于定子線圈 的冷凝裝置。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例所描述的是 一 個(gè)用于車輛的車輪中的電動(dòng)機(jī)。 該種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)的形式是具有作為用于附著于車輛的定子的 一部 分的一組線圈，被帶著一組磁體、用于附著于車輪的轉(zhuǎn)子所輻射地 環(huán)繞。為避免產(chǎn)生疑惑，本發(fā)明的不同方面同樣可以用于具有相同 裝置的發(fā)電機(jī)。另外，本發(fā)明的某些方面可以應(yīng)用于具有固定于環(huán) 繞的線圈中心的轉(zhuǎn)子的裝置。
物理排列
結(jié)合圖3和圖4,具體組件的物理排列將很好理解。組件可以描 述成一個(gè)具有內(nèi)置電子器件和軸承的發(fā)動(dòng)機(jī)，或者當(dāng)其適應(yīng)一個(gè)獨(dú) 立車輪時(shí)也可以描述成一個(gè)輪轂發(fā)動(dòng)機(jī)(hub motor)或者4侖轂驅(qū)動(dòng) (hub drive )。
首先參考圖3，組件包括定子252，定子252包括形成了組件的 外殼的第一部分的后部230，還包括散熱片，還有包括多個(gè)線圏和既 驅(qū)動(dòng)線圈又驅(qū)動(dòng)散熱片的電子器件的驅(qū)動(dòng)裝置231。驅(qū)動(dòng)裝置231 安裝于后部230以形成定子252,然后定子252可能安裝于一個(gè)車輛 并在使用中不轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈形成在齒狀疊片結(jié)構(gòu)235上，其與驅(qū)動(dòng)裝 置231、后部230 —起構(gòu)成定子252。
轉(zhuǎn)子240包括一個(gè)前部220和一個(gè)形成一個(gè)蓋子的圓柱部分
25221，蓋子基本上環(huán)繞定子252。轉(zhuǎn)子包括放置于圓柱部分221內(nèi)部 的多個(gè)磁體242。磁體因而非常接近組件231上的線圏，這樣組件 231中的線圏所產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生一個(gè)力加于放置于轉(zhuǎn)子240的圓柱 部分221內(nèi)部的磁體242之上，因而使得轉(zhuǎn)子240旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)子240通過軸承座223附著于定子252。軸承座223可以是使 用于車輛中的標(biāo)準(zhǔn)軸承座，該發(fā)動(dòng)機(jī)組件將安裝于該車輛。軸承座 包括兩部分，第一部分固定于定子而第二部分固定于轉(zhuǎn)子。軸承座 固定于定子252的壁體230的中央部分233，也固定于轉(zhuǎn)子240的外 殼壁220的中央部分225。轉(zhuǎn)子240因而可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定于車輛，并通 過轉(zhuǎn)子240的中央部分225上的軸 K座223與車輛一起^皮-使用。這 帶來一個(gè)很大的好處，即使用普通車輪螺釘將輪緣固定于轉(zhuǎn)子的中 央部分可將輪緣和輪胎固定于轉(zhuǎn)子240的中央部分225,并因而穩(wěn)固 地固定于軸承座223的轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)。通過將車輪螺釘穿過軸承座，車輪 螺釘可以穿過轉(zhuǎn)子的中央部分225。該裝置的第一個(gè)好處是可以通過 移開車輪、軸承座和例如剎車裝置的任何其他部分來簡單地改進(jìn)現(xiàn)
有車輛?，F(xiàn)有軸承座可以裝于組件內(nèi)部，整個(gè)裝置在定子側(cè)固定于 車輛而普通輪緣和車輪固定于轉(zhuǎn)子側(cè)，以使得輪緣和車輪環(huán)繞整個(gè) 發(fā)動(dòng)機(jī)組件。相應(yīng)地，改進(jìn)現(xiàn)有車輛變得非常簡單。
第二個(gè)好處是在轉(zhuǎn)子240外面，特別是在承載磁體于內(nèi)周的圓 周壁體221上，沒有支撐車輛的力。這是因?yàn)橹诬囕v的力直接從 固定于軸承座一側(cè)的懸架上(通過定子壁體的中央部分)傳到車輪 的中央部分(通過轉(zhuǎn)子壁體的中央部分)，車輪環(huán)繞著固定于軸承 座另一側(cè)的轉(zhuǎn)子。這意味著轉(zhuǎn)子的圓周壁體221不承受任何導(dǎo)致壁 體變形從而使得磁體對(duì)不準(zhǔn)的力。不需要復(fù)雜的軸承裝置來維持圓 周轉(zhuǎn)子壁體的對(duì)準(zhǔn)。
轉(zhuǎn)子還包括一個(gè)調(diào)焦圈(focussing ring )和磁體227用于后面將 會(huì)提及的位置傳感。
圖4為圖3所示相同組件的部件分解圖，其從反方向(相對(duì)于 圖3 )展示了包括后部定子壁體230和線圈、電子器件組件231的定子252。轉(zhuǎn)子240包括外部轉(zhuǎn)子壁體220和圓周壁體221,磁體242 環(huán)繞地排列在圓周壁體221之內(nèi)。如前所述，定子252通過轉(zhuǎn)子和 定子中央部分的軸承座連接到轉(zhuǎn)子240。
圖3中還示出了電路板80，其承載了后面將要描述的控制電子 器件。因?yàn)槠滹L(fēng)箏形狀(kite shape ),這些電路板可稱作風(fēng)箏板(kite board)。圖3和圖4還示出了 V型封條(seal) 350,其處于轉(zhuǎn)子圓 周壁體221和定子外殼230的外邊緣(outer edge)之間，也將在后 面對(duì)其進(jìn)行描述。圖4中還示出了 一個(gè)包括一個(gè)交換調(diào)焦圈 (commutation focusing ring )和多個(gè)磁體的》茲性環(huán)227祐"提供給排列 在定子252的電路板80上的一系列的傳感器，用于指示轉(zhuǎn)子相對(duì)于 定子的位置。這也將在后面進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
線圏控制
圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的示意圖。在本 例中，發(fā)動(dòng)機(jī)一般是圓形的。然而，本發(fā)明的實(shí)施例也可以采用其 他的拓樸。例如可以采用線性排列的線圏以產(chǎn)生線性運(yùn)動(dòng)。
本例中的發(fā)動(dòng)機(jī)40是一個(gè)三相發(fā)動(dòng)機(jī)?？梢岳斫獾氖?，根據(jù)本 發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括任意數(shù)目的相位(N=l，2,3.")。作為一個(gè)三 相發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)40包括三個(gè)線圏組。在本例中，每個(gè)線圏組包括 兩個(gè)線圏子組。每個(gè)線圈組的線圈子組分別標(biāo)記為44、 46和48。線 圏子組44、 46和48排列在發(fā)動(dòng)機(jī)40外圍四周。在本例中，每個(gè)線 圏子組與其所屬線圖組中的另一個(gè)線圏子組相對(duì)安置，盡管這樣的 排列對(duì)本發(fā)明的工作并非嚴(yán)格地重要。每個(gè)線圏子組包括一個(gè)或多 個(gè)線圏，如以下涉及圖6所述。
發(fā)動(dòng)機(jī)40可以包括一個(gè)轉(zhuǎn)子(圖5中未示出)位于發(fā)動(dòng)機(jī)的各 個(gè)線圈的位置所定義的圓周的中心，因此而允許轉(zhuǎn)子在線圏所產(chǎn)生 的旋轉(zhuǎn)磁場中旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，盡管，轉(zhuǎn)子可以設(shè)置于環(huán)繞在線圈周 圍，如前面圖3和圖4中所示出的那樣。轉(zhuǎn)子可以典型地包括一個(gè) 或多個(gè)安置的永磁體用來旋轉(zhuǎn)，它們的磁才及掃過發(fā)動(dòng)才幾40的線圏的
27末端。適當(dāng)?shù)那袚Q線圏子組的線圏中的電流允許發(fā)動(dòng)機(jī)的永磁體的
磁極中的同步的引力和斥力來產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)4 0的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。需要理解 的是圖5是高度示意性的，實(shí)際上，線圏子組將排列在定子外圍而 轉(zhuǎn)子磁體環(huán)繞著線圈。
每個(gè)線圈組44、 46、 48包括一個(gè)或多個(gè)線圏。如圖6所示，本 例中，每個(gè)線圏子組有一個(gè)線圏。每個(gè)線圈子組多于一個(gè)線圏的示 例將在下文中結(jié)合圖7和圖8加以描述。當(dāng)給定的線圏子組中多于 一個(gè)線圏時(shí)，這些線圈 一般以相反的方向纏繞以使每個(gè)線圏產(chǎn)生的 -磁場相對(duì)于鄰近線圏的^f茲場是反平行的。如上所述，線圈中的電流 的適當(dāng)切換使轉(zhuǎn)子的永磁體轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖5中所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，每個(gè)線圈子組 的線圏可以連接到一個(gè)獨(dú)立的控制設(shè)備80。圖5中示意性地示出了 每個(gè)線圈子組連接到各自的控制設(shè)備80的接線端54、 56、 58。相應(yīng) 地，給定的線圈組的相應(yīng)線圏子組的線圏并非串聯(lián)。而是每個(gè)線圏 子組獨(dú)立地受控和供能。到控制設(shè)備的連接和每個(gè)線圈子組的線圈 可以用例如一根單導(dǎo)線(例如銅線)來形成，如圖6所示。為每個(gè) 線圏子組的線圏提供獨(dú)立的功率控制有很多好處。
因?yàn)椴恍枰B接線環(huán)繞發(fā)動(dòng)機(jī)外圍來提供每個(gè)線圏子組的線圏 的互相連接，將用較少的導(dǎo)線來制造發(fā)動(dòng)機(jī)。這降低了制造成本并 降低了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。導(dǎo)線的減少也降低了傳導(dǎo)損耗。
通過為每個(gè)線圈子組的線圏提供獨(dú)立功率控制，并相比于在一 個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中每個(gè)線圈子組的線圈串聯(lián)的情況所能達(dá)到的匝數(shù)給每個(gè) 線圏更多匝數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)的總電感會(huì)顯著提高。反過來，允許在每個(gè) 線圏子組中流過低得多的電流，因此可以將較低額定功率的切換設(shè) 備用于電流控制。相應(yīng)地，更便宜、更輕、體積更小的切換設(shè)備可 以用于操作發(fā)動(dòng)機(jī)。
使用較低電流還降低了熱損耗問題，并降低了切換損耗，因?yàn)?較小的切換設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)較快的切換速度。較小的切換設(shè)備可以操 作在較高頻率的事實(shí)允許更精細(xì)、更快響應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制。事實(shí)上，
28扭矩調(diào)節(jié)可以在高響應(yīng)速度的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，可以在一個(gè)單PWM周期 之內(nèi)完成調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)具體實(shí)施例的典型的PWM周期大 概是50jus。
使用較小的切換設(shè)備的另 一個(gè)好處是它們可以定位于非常接近 它們控制的線圈。在以前的電動(dòng)機(jī)中，使用相對(duì)大的切換設(shè)備來控 制串聯(lián)連接的線圈子組的操作，控制設(shè)備非常大因而不可能被包括 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)部件(例如定子、轉(zhuǎn)子等)而是單獨(dú)地提供。相 反，因?yàn)榭梢允褂眯〉那袚Q設(shè)備，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例， 切換設(shè)備和包含切換設(shè)備的控制設(shè)備可以定位于，例如和發(fā)動(dòng)機(jī)的 另一個(gè)部件在同一外殼/外套之內(nèi)。以下結(jié)合圖10和圖ll將提供關(guān) 于 一 個(gè)包含了切換設(shè)備的控制設(shè)備的例子的進(jìn) 一 步細(xì)節(jié)。
圖7和圖8所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)40的 另一種示例配置的例子。圖5所示發(fā)動(dòng)機(jī)40是一個(gè)三相發(fā)動(dòng)機(jī)。因 而發(fā)動(dòng)機(jī)具有三個(gè)線圈組。本例中，每個(gè)線圏組包括8個(gè)線圏子組。 每個(gè)線圈組的線圈子組在圖7中分別標(biāo)記為44、 46、 48。為了和涉 及圖5所描述的例子一致，每個(gè)線圏組包括相對(duì)地排列于發(fā)動(dòng)機(jī)40 的外圍四周的成對(duì)的線圈子組。再一次，需要注意的是，并非特別 需要每個(gè)線圈子組有一個(gè)相應(yīng)的線圈子組定位于發(fā)動(dòng)機(jī)40外圍的相 反側(cè)。
如前面關(guān)于圖7所描述的，每個(gè)線圏子組可以連接到一個(gè)各自 的控制設(shè)備80。每個(gè)線圏組的每個(gè)線圏子組的接線端在圖7中分別 標(biāo)記為54、 56、 58。圖7中所示的設(shè)置包括比例如圖3中所示的設(shè) 置更多的線圏子組，這并不會(huì)顯著增加用于操作發(fā)動(dòng)機(jī)的切換裝置 的尺寸和體積，而在增加的線圏子組串聯(lián)連接的情況下用于操作發(fā) 動(dòng)機(jī)的切換裝置的尺寸和體積會(huì)顯著增加。替代的，僅僅需要提供 附加的控制設(shè)備80，其包含了如上所述的用于每個(gè)附加的線圏子組 的非常小的切換裝置。如上所述，這些控制設(shè)備80足夠小以致于它 們可以定位于例如發(fā)動(dòng)機(jī)40的同一個(gè)外套之內(nèi)，鄰近它們對(duì)應(yīng)的線 圏子組。如上所述，每個(gè)線圏子組可以包括一個(gè)或多個(gè)線圏。本例中，
每個(gè)線圏子組包括三個(gè)線圏，如圖8所示。圖8中，這三個(gè)線圈標(biāo) 記為74A、 74B、 74C。這三個(gè)線圈74A、 74B、 74C交替纏繞，以使 得在給定的電流方向下每個(gè)線圈所產(chǎn)生的磁場與其鄰近線圏產(chǎn)生的 磁場反平行。如上所述，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)40的轉(zhuǎn)子的永》茲體掃過線圈74A、 74B、 74C的末端時(shí)，線圏中的電流的適當(dāng)?shù)那袚Q可以用于產(chǎn)生期望 的力以提供對(duì)轉(zhuǎn)子的推動(dòng)力。如圖6所示， 一個(gè)線圏子組中的每個(gè) 線圈可以串聯(lián)纏繞。
每個(gè)線圏子組中的線圈74A、 74B、 74C反向纏繞以提供反平行 磁場的原因可以參考圖9來理解，圖9所示為轉(zhuǎn)子上環(huán)繞定子的線 圈44、 46、 48的》茲體242的排列。為簡單起見，排列顯示為^茲體和 線圈的線性排列，但應(yīng)該理解的是在本發(fā)明描述的實(shí)施例中，線圏 排列在定子的外圍四周，而磁體排列在轉(zhuǎn)子的圓周的內(nèi)周，如已經(jīng) 描述的。
磁體242排列成交替磁極指向線圈子組44、 46和48。每個(gè)三線 圈74A、 74B和74C的子組因而對(duì)磁體的交替的極面(pole face )呈 現(xiàn)交替的》茲場。這樣，當(dāng)一個(gè)子組的左側(cè)線圏對(duì)一個(gè)》茲體的一個(gè)N 極呈斥力，其鄰近的中央線圈將對(duì)磁體的一個(gè)S極呈斥力等等。
如圖9中所示意的，磁體對(duì)線圏的比率是8個(gè)磁體對(duì)9個(gè)線圏。 這樣排列的好處是磁體和線圏永遠(yuǎn)不會(huì)完美地排列。如果發(fā)生這樣 完美的排列，發(fā)動(dòng)機(jī)可能靜止在一個(gè)位置，在該位置線圏和磁體間 沒有力以給發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)明確的運(yùn)動(dòng)方向。通過配置不同數(shù)目的線圈 和磁體環(huán)繞發(fā)動(dòng)機(jī)，無論轉(zhuǎn)子和發(fā)動(dòng)機(jī)靜止在什么位置總存在一個(gè) 特定方向的合成力。
線圏子組由各自的控制設(shè)備獨(dú)立地控制的 一個(gè)特別的好處是可 以設(shè)置遠(yuǎn)大于正常數(shù)目的相位。例如勝于如圖7所描述的三相發(fā)動(dòng) 機(jī)，伴隨著不同的磁體和線圏，更多數(shù)目的相位例如二十四相或者 三十六相是可能的。線圈對(duì)磁體的比率，例如18個(gè)線圈對(duì)16個(gè)磁 體、36個(gè)線圈對(duì)32個(gè)磁體等等是很可能的。事實(shí)上，優(yōu)選的配置如圖3和圖4中所示是提供24個(gè)獨(dú)立的控制"風(fēng)箏"板80，每一個(gè)控 制一個(gè)子組的三個(gè)線圈。因而提供了一個(gè)二十四相的發(fā)動(dòng)機(jī)。使用 多相配置例如二十四相提供了許多優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)線圏子組中的單個(gè)線 圈可以比在較低數(shù)目相位的配置中具有更大的電感，因?yàn)槊總€(gè)控制 電路不需要控制大量線圈(其將需要控制大的總電感)。 一個(gè)大數(shù) 目的相位還提供了較低水平的紋波電流。這意味著需要用來操作發(fā) 動(dòng)機(jī)的電流的包絡(luò)的起伏要比例如三相發(fā)動(dòng)機(jī)的包絡(luò)低得多。相應(yīng) 的，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部還需要較低水平的電容。大數(shù)目相位還最小化了因 為需要通過供電線快速傳輸大電流所引起的高壓瞬變的可能。因?yàn)?紋波4交低，電源電纜電感(supply cabling inductance )也4交低并且電 壓瞬變級(jí)別也降低了。當(dāng)用于一個(gè)剎車裝置時(shí)(后面將會(huì)描述)， 這是一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)，如在急剎車條件下，需要在幾秒鐘傳送幾百千 瓦的功率，多相配置降低了這種情況下高壓瞬變的風(fēng)險(xiǎn)。
圖9中所示的磁體和線圈的有關(guān)的配置可以環(huán)繞轉(zhuǎn)子和定子裝 置的360機(jī)械角度重復(fù)兩次、三次、四次或者恰當(dāng)?shù)拇螖?shù)。單獨(dú)的 線圏子組的獨(dú)立相位的數(shù)目越多，高壓瞬變或明顯電壓紋波的可能 性就越低。
根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)具體實(shí)施例，多個(gè)具有獨(dú)立功率控制的線圏 子組可以在發(fā)動(dòng)機(jī)中相鄰的安置。在一個(gè)這樣的例子中，三個(gè)線圈 例如圖8中所示的那樣可以在一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中相互鄰近而不串聯(lián)連接 到同一個(gè)控制設(shè)備80。取而代之，每個(gè)線圈將具有其自己的控制設(shè) 備80。
當(dāng)給每個(gè)線圈子組提供獨(dú)立的功率控制，可以操作有關(guān)的控制 設(shè)備以 一個(gè)降低的額定功率運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)。這可以例如通過選擇對(duì)部 分線圏子組的線圏斷電來實(shí)現(xiàn)。
作為示例，圖7中部分線圏子組加*來突出顯示。如果這些線圏 子組斷電，發(fā)動(dòng)機(jī)仍然可以運(yùn)行，雖然性能降低了。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī) 的輸出功率可以根據(jù)指定應(yīng)用的要求來調(diào)節(jié)。在一個(gè)例子中，當(dāng)發(fā) 動(dòng)機(jī)用于車輛例如一輛轎車，給部分線圈子組斷電可以用于調(diào)節(jié)轎車的性能。圖7所示的例子中，如果每個(gè)帶*的線圏子組都斷電，剩
下的線圏子組將導(dǎo)致類似圖5中所示的配置，盡管當(dāng)然每個(gè)線圈子 組有三個(gè)線圈而不是圖5中所示的每個(gè)線圈子組一個(gè)線圏。
給一個(gè)或多個(gè)線圈子組斷電還有進(jìn)一步的好處在于當(dāng)一個(gè)線圏 子組故障的情況下，可以以某種方式給發(fā)動(dòng)機(jī)40中的其他線圈子組 斷電來繼續(xù)操作發(fā)動(dòng)機(jī)40，該方式保持了平衡的磁場包絡(luò)環(huán)繞在發(fā) 動(dòng)機(jī)外圍用于適當(dāng)?shù)亩嘞嗖僮?。相反，在以前的包括線圈子組的線 圏連續(xù)的相互連接的系統(tǒng)中，在涉及大電流時(shí)，線圈或者與任意指 定線圏組的相關(guān)的相互連接的故障很可能是災(zāi)難性的和高度危險(xiǎn) 的。而且，線圏或者線圏與指定線圈組之間的相互連接中任何地方 的故障都將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無論以什么方式都無法繼續(xù)工作。
總之，根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)具體實(shí)施例的線圈子組的獨(dú)立功率控
制允許為了響應(yīng)對(duì)線圈子組的不同動(dòng)力要求和/或故障或失靈而對(duì)選 定的線圈子組獨(dú)立地供電和/或斷電。
控制電路
圖10所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的控制設(shè)備80的例 子。如上所述，控制設(shè)備80包括多個(gè)開關(guān)，這些開關(guān)可以典型地包 括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備。圖10所示的控制設(shè)備80包括印刷電路 板82,其上安裝有多個(gè)元件。電路板82包括用于將控制設(shè)備80固 定于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的裝置，例如鄰近其控制的線圈子組-直接到冷卻盤。 在所示的例子中，這些裝置包括螺絲釘和諸如此類可以穿過其中的 穿孔84。本例中，印刷電路板基本上是楔形。這種形狀允許多個(gè)控 制設(shè)備80可以在發(fā)動(dòng)機(jī)中彼此鄰近定位，形成扇形排列。
控制設(shè)備80的印刷電路板82上可以安裝一個(gè)接線端86用于從 一個(gè)下面將要描述的9 2控制設(shè)備接收線以發(fā)送和接收信號(hào)。
圖10所示的例子中，控制設(shè)備80包括多個(gè)開關(guān)88。這些開關(guān) 包括例如MOSFET或者IGBT的半導(dǎo)體設(shè)備。本例中，開關(guān)包括 IGBT。任何已知的合適的開關(guān)電路都可以用于控制與控制設(shè)備80相關(guān)聯(lián)的線圏子組的線圈中的電流。這樣的開關(guān)電路的 一 個(gè)眾所周
知的例子是半橋(H-bridge )電路。這樣一個(gè)電路需要四個(gè)開關(guān)設(shè)備， 如圖IO所示。線圈子組的導(dǎo)線(例如銅線)可以適當(dāng)?shù)闹苯舆B接到 開關(guān)設(shè)備88，開關(guān)設(shè)備88之間的相互連接可以在印刷電路板82上 形成。如上所述，因?yàn)殚_關(guān)設(shè)備88可以定位于鄰近線圏子組，線圈 子組的導(dǎo)線的末端在開關(guān)設(shè)備88處更容易實(shí)現(xiàn)。
如圖ll所示，控制設(shè)備包括排列在半橋裝置中的半導(dǎo)體開關(guān)。 半橋當(dāng)然是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，其包括四個(gè)分立的半導(dǎo)體開 關(guān)88連接到電源(這里是300V)和地。每個(gè)線圈子組的線圈連接 到接線端81和83。這里圖示了一個(gè)子線圏44連接到接線端之間。 簡單地，為操作發(fā)動(dòng)機(jī)并在一個(gè)方向提供電壓，開關(guān)88A和88D閉 合而其他開關(guān)斷開，以形成一個(gè)電路，電流向一個(gè)方向流動(dòng)。為操: 作發(fā)動(dòng)機(jī)，電流方向隨著通過線圈的交替i茲極而改變。為改變發(fā)動(dòng) 才幾的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，流入線圈的電流的定時(shí)和才及性#皮改變以引起反方向 的合成力。當(dāng)開關(guān)88B和88C閉合而其他開關(guān)斷開時(shí)，線圏中的電 流反向。實(shí)際上，脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(PWM)用于脈沖寬度，調(diào)制 施加到半導(dǎo)體開關(guān)的閘極(gate)的信號(hào)以控制施加于線圏的電壓。 剎車設(shè)置操作于一種在先技術(shù)所未揭示的方式，并將在描述整個(gè)控 制設(shè)置之后加以描述。
如圖12所示，共同控制設(shè)備92可以用于協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)中提供的 多個(gè)控制設(shè)備80的操作。在以前的發(fā)動(dòng)機(jī)中，每個(gè)線圏子組的線圈 所產(chǎn)生的磁場的同步是自動(dòng)獲得的，因?yàn)樗鼈兪谴?lián)連接的。然而， 當(dāng)對(duì)每個(gè)線圏子組使用獨(dú)立的功率控制時(shí)，不會(huì)發(fā)生這種自動(dòng)同步。 相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，可以提供如圖12所示的共 同控制設(shè)備92以確保包括串聯(lián)連接線圏的多相系統(tǒng)的正確模仿。如 上文有關(guān)圖ll的描述，在多個(gè)控制設(shè)備80處提供終端86以允許在 多個(gè)控制設(shè)備80與共同控制設(shè)備92之間形成連線。
相互連接線90可以在共同控制設(shè)備92和控制設(shè)備80之間傳遞 例如定時(shí)/同步信號(hào)這樣的信號(hào)以適當(dāng)?shù)哪７露嘞啻?lián)連接系統(tǒng)。
33在一個(gè)可選的實(shí)施例中，每個(gè)控制單元可以獨(dú)立的操作，而不 需要中央控制設(shè)備。例如，每個(gè)控制單元可以具有獨(dú)立傳感器以檢 測發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置，這將不需要提供前面所描述的同步信號(hào)。 取而代之，每個(gè)控制單元將收到一個(gè)需求信號(hào)使其能夠獨(dú)立地控制 施加于其相關(guān)的線圈的電壓。
需要強(qiáng)調(diào)的是優(yōu)選實(shí)施例不要求任何形式的中央控制設(shè)備用于 每個(gè)結(jié)合了發(fā)動(dòng)機(jī)的車輪的操作。優(yōu)選地，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)是自足的
(self-contained),在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中，控制電路80是自足的，僅需 要一個(gè)扭矩需求信號(hào)用以操作。這意味著這些元件能夠持續(xù)運(yùn)作并 傳送所需要的扭矩水平，而不管整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的任何其他故障。 在一個(gè)具有多個(gè)車輪、每個(gè)車輪具有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)中，每個(gè)發(fā) 動(dòng)機(jī)整合了所有所需要用以管理其動(dòng)作的智能。每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)知道其 在車輛的位置并相應(yīng)地控制其動(dòng)作。優(yōu)選地，還為每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)提供 其他發(fā)動(dòng)機(jī)的信息，例如速度、扭矩和狀態(tài)，基于每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其 自身在車輛的位置和對(duì)其他發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)的認(rèn)知，其可以確定應(yīng)該 請(qǐng)求的指定要求的扭矩的最佳扭矩水平。但即使沒有這些其他信息， 發(fā)動(dòng)才幾可以繼續(xù)響應(yīng) 一個(gè)要求的^L矩。
其他控制信號(hào)也可以通過互連來發(fā)送/接收，例如通電/斷電控制 信號(hào)。這些信號(hào)也可以包括用于調(diào)節(jié)/限定電壓脈沖的信號(hào)，該電壓 脈沖由控制設(shè)備80施加于其相關(guān)聯(lián)的線圈子組的線圈以給發(fā)動(dòng)機(jī)提 供動(dòng)力。
例如，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，可以提供用于監(jiān)控線圈 子組的線圈中的反向電動(dòng)勢(backEMF)的裝置。由于與發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān) 聯(lián)的反向電動(dòng)勢，模仿前面所述的具有串聯(lián)連接的線圈子組的發(fā)動(dòng) 機(jī)的任務(wù)變復(fù)雜了。在一個(gè)串聯(lián)連接系統(tǒng)中，反向電動(dòng)勢也是連續(xù) 的，這引起平滑的正弦波反向電動(dòng)勢包絡(luò)。相應(yīng)地，在連續(xù)配置中， 正弦曲線反向電動(dòng)勢最小化了當(dāng)控制線圏中的電流時(shí)從驅(qū)動(dòng)電器接 口 ( drive electronics )所要求的帶寬。
相反，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，減少串聯(lián)連接的線圈子組的
34數(shù)目可以引起非正弦曲線反向電動(dòng)勢。相應(yīng)地需要更加靈活的控制 系統(tǒng)以保證線圏中的電流仍然是正弦的。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，可以提供近瞬時(shí)補(bǔ)償(near instantaneous compensation)用于反向電動(dòng)勢并進(jìn)一步調(diào)節(jié)系統(tǒng)直流 電源電壓的任何變化。用于測量反向電動(dòng)勢的裝置可以包括一個(gè)電 流傳感設(shè)備以提供流入每個(gè)線圏子組的線圏的實(shí)際電流的反饋。在 一個(gè)例子中，可以簡單地將適當(dāng)?shù)妥柚档拇?lián)電阻與轉(zhuǎn)換設(shè)備串聯(lián)。 例如，在一個(gè)實(shí)施例中可以在半橋功率級(jí)的末端發(fā)射器加入兩個(gè)電 阻。
因?yàn)榉聪螂妱?dòng)勢隨著轉(zhuǎn)子角度和轉(zhuǎn)速而改變，這引起線圏中的 電流的變化率的變化。這個(gè)電流變化率可以當(dāng)作一個(gè)電壓變化由電 阻或其他電流傳感設(shè)備檢測到。該變化然后可以通過微分以產(chǎn)生一 個(gè)正比于反向電動(dòng)勢的電壓。
類似^>,電源電壓可以在每個(gè)PWM周期開始時(shí)施加到一個(gè)電 容。總電壓斜升(resulting voltage ramp)可以加到反向電動(dòng)勢信號(hào) 并組合成前饋項(xiàng)以調(diào)整電流PWM周期，使其增大或減小。這樣，電 源變化和反向電動(dòng)勢變化基本上即時(shí)地調(diào)節(jié)PWM周期并因而調(diào)節(jié) 施加到線圈的電壓，導(dǎo)致線圈電流的快速調(diào)節(jié)以跟隨需求的值。
在另一個(gè)例子中，可以提供傳感線圏。傳感線圈可以環(huán)繞于例 如后面將要描述的線圈齒子組。于是可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間監(jiān)控傳感線 圏以獲得反向電動(dòng)勢。這反過來可以用于如前面所描述的類似的方 式在中期(mid-cycle)前饋一個(gè)項(xiàng)來調(diào)節(jié)PWM周期，響應(yīng)于反向電 動(dòng)勢的大小。
在每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生其自己的PWM信號(hào)的實(shí)施例中，可能發(fā)生 反向電動(dòng)勢校正，其與其他模塊是不同步的，導(dǎo)致分布式隨機(jī)擴(kuò)頻。 控制設(shè)備也可以由 一個(gè)板外設(shè)備來同步它們的PWM發(fā)生器，例如共 同控制設(shè)備92。
控制設(shè)備也可以選擇性地包括用以監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)溫度的裝置， 例如在與控制設(shè)備80相關(guān)聯(lián)的線圏子組之內(nèi)?？刂圃O(shè)備可以自動(dòng)地配置來響應(yīng)溫度測量，例如降低到線圏子組的功率以避免過熱。或
者，可以將溫度測量從每個(gè)控制設(shè)備80傳到共同控制設(shè)備92,因而 共同控制設(shè)備92可以監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的整體溫度并相應(yīng)地調(diào)節(jié)控制設(shè) 備80的操作。
降噪
根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)具體實(shí)施例，可以通過交錯(cuò)切換每個(gè)控制設(shè) 備80的開關(guān)來降低EMI (電磁干擾)噪聲。通過在發(fā)動(dòng)機(jī)的不同切 換設(shè)備的切換之間引入微小的時(shí)延，可以避免在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大量 切換事件的情況，該情況會(huì)導(dǎo)致EMI噪聲的峰值。這樣在發(fā)動(dòng)機(jī)操 作期間交錯(cuò)地切換控制設(shè)備80的開關(guān)88可以將與切換事件相關(guān)聯(lián) 的EMI噪聲擴(kuò)展到更寬的時(shí)間范圍，從而避免EMI噪聲峰值。這種 切換事件的擴(kuò)展可以在獨(dú)立的控制設(shè)備80本地協(xié)調(diào)，或者由共同控 制設(shè)備92使用經(jīng)相互連接線90傳遞的調(diào)整過的定時(shí)信號(hào)來協(xié)調(diào)。
電源
盡管本應(yīng)用中描述的控制設(shè)備8 0可以給發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)線圈子組 的線圈提供獨(dú)立的功率控制，盡管這可以使用不同種類的切換設(shè)備 和裝置來實(shí)現(xiàn)，控制設(shè)備系統(tǒng)單元可以連接到公共電源，例如一個(gè) 直流電源。直流電源的一個(gè)特別有用的設(shè)置是提供環(huán)形母線。因?yàn)?控制設(shè)備80設(shè)置成環(huán)形，直流電源輸入也可以設(shè)置成環(huán)形。這增加 了安全性，因?yàn)榄h(huán)的每條邊附近都有一個(gè)電流路徑(和內(nèi)環(huán)形主線 同樣的方式)，因而直流輸入在任何一點(diǎn)的失效都不會(huì)妨礙能量到 達(dá)控制電路。另外，因?yàn)殡娏骺梢詮碾娫唇?jīng)由通過環(huán)形母線經(jīng)兩條 路徑流到每個(gè)控制電路，母線上需要的電流是減半的。
制動(dòng)裝置
前面已經(jīng)描述的許多特征在一個(gè)車輛車輪內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)中實(shí)現(xiàn)時(shí) 提供了顯著的優(yōu)點(diǎn)，即提供了 一種安全機(jī)制來施加一個(gè)制動(dòng)力并因而不需要分立的機(jī)械制動(dòng)裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)自身可以提供制動(dòng)力并因而 返還能量到電源，所以該裝置可以被稱為"再生"制動(dòng)。當(dāng)操作于 該模式，發(fā)動(dòng)機(jī)擔(dān)當(dāng)發(fā)電機(jī)。
制動(dòng)裝置將發(fā)動(dòng)機(jī)組件中的相當(dāng)可觀的冗余作為 一個(gè)整體來利
用。如圖7和圖8中所示，每一個(gè)分立的線圈子組44由一個(gè)開關(guān)電 路80獨(dú)立控制的事實(shí)意味著一個(gè)或多個(gè)開關(guān)電路的失效不會(huì)引起制 動(dòng)力的完全損失。當(dāng)提供驅(qū)動(dòng)力時(shí)，通過有意地切換部分開關(guān)電路 到不工作狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以以同樣的方式操作于降低的功率，如果 一個(gè)或多個(gè)開關(guān)電路失效，發(fā)動(dòng)機(jī)可以繼續(xù)運(yùn)行而僅有輕微的制動(dòng) 力降低。在已經(jīng)描述的設(shè)計(jì)中，這樣的冗余是固有的，但使得這樣 的發(fā)動(dòng)機(jī)是用于車輛的非常有效率的裝置，因?yàn)樗瓤梢蕴娲?qū)動(dòng) 裝置也可以替代制動(dòng)裝置。
發(fā)動(dòng)機(jī)組件可以提供有效的制動(dòng)裝置的另 一個(gè)原因與動(dòng)力的處 理有關(guān)。如已經(jīng)提到的，使用多個(gè)獨(dú)立受控的線圏意味著，當(dāng)操作 于發(fā)電模式下，流過每個(gè)線圈的電流不需要像流過具有較少相位的 同等裝置下那么高。因而將線圈產(chǎn)生的電流反饋回電源比較容易。
為保證制動(dòng)裝置的安全操作，即使在電源失效的情況下，用于 每個(gè)獨(dú)立線圈子組的電路80由源自車輪自身的電力供應(yīng)自身供電。 當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)榇朋w通過線圏而產(chǎn)生一個(gè)電流。如果電源失效，
該電流用于為開關(guān)80供電。
另 一種冗余方法是提供連接到車輛的剎牟踏板(或者其他機(jī)械 剎車裝置)的分立的物理傳感器，每個(gè)車輪一個(gè)傳感器。例如，在 一個(gè)典型的四輪轎車中，四個(gè)分立的制動(dòng)傳感裝置將物理地連接到 剎車^"板，其有四條分立電纜到四個(gè)分立的發(fā)動(dòng)^L。相應(yīng)的， 一個(gè) 或多個(gè)連接到機(jī)械剎車踏板的這樣的分立電子傳感器，或者事實(shí)上， 分立的電纜可能失效而仍然有一個(gè)或多個(gè)車輪受控以操作制動(dòng)力。 由于控制單元之間相互通信的能力，軟件特性允許任何傳感器或其 電纜的失效，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)操作沒有影響。這可以如下實(shí)現(xiàn)，即每個(gè)發(fā) 動(dòng)機(jī)能夠推斷傳感器信息并能利用來自其他發(fā)動(dòng)機(jī)的傳感器數(shù)據(jù)，如果其傳感器的數(shù)據(jù)與其他三個(gè)傳感器完全不同。
另 一 種冗余辦法是使用所謂傾瀉電阻。在電源失效的情況下， 當(dāng)提供制動(dòng)力時(shí)，由車輪產(chǎn)生的電能需要消耗掉。為此，可以提供 一個(gè)電阻，通過該電阻以熱的形式消耗掉由車輪產(chǎn)生的電能。使用 每個(gè)子線圏組帶分立電子開關(guān)的多相設(shè)計(jì)允許使用分布式電阻，以 使得每個(gè)子線圈組可以消耗其能量，而傾瀉電阻作為 一個(gè)整體因而
可能分布于車輪的四周。這保證了產(chǎn)生的熱量可以通過車輪體(mass of the wheel)和冷卻裝置均勻的發(fā)散。
再次參考圖11,在制動(dòng)模式中用于每個(gè)線圈子組的開關(guān)80的操 作模式如下。上面的開關(guān)88A和88B斷開，開關(guān)88C操作于開/關(guān) PWM模式以控制線圈產(chǎn)生的電壓。當(dāng)磁體通過線圈44,連接點(diǎn)83 處的電壓上升。當(dāng)開關(guān)88C作為PWM處理的一部分而斷開時(shí)，點(diǎn) 83處的電壓上升以維持線圏電流因而這樣電能返還到電源(通過橫 跨在開關(guān)88B上的二極管)。該裝置有效地利用了發(fā)動(dòng)機(jī)自身的線 圏作為升壓形式的直流/直流轉(zhuǎn)換器中的感應(yīng)器。半橋電路的切換控
制控制了返還到電源的直流電壓。
用于再生制動(dòng)的切換策略的升壓型直流/直流轉(zhuǎn)換器還有一個(gè)獨(dú) 特的優(yōu)點(diǎn)，即其降低了電池負(fù)荷。在已知系統(tǒng)中，再生模式通過切 換頂部開關(guān)以提供與發(fā)動(dòng)機(jī)線圈及其反向電動(dòng)勢串聯(lián)的電池伏特來 運(yùn)作。這要求建立流過電池的電流。因此即使線圈在發(fā)電，由于其 電流必須以放電方向流過電池，其消籌毛了電池電荷。通過4吏用前面 描述的直流/直流轉(zhuǎn)換器裝置，線圈通過底部開關(guān)所產(chǎn)生的橫跨在線 圈兩端的有效短路在本地建立電流。當(dāng)發(fā)電電流建立時(shí)，于是其以 充電方向反流到電源。因此當(dāng)?shù)撞块_關(guān)在正常PWM序列中關(guān)閉時(shí)， 兩種機(jī)制同時(shí)收集瞬態(tài)能量，傳統(tǒng)的系統(tǒng)消耗電池電流同時(shí)建立發(fā) 電電流，而這里所描述的裝置不消耗電池電流。
當(dāng)線圏產(chǎn)生的電壓降到低于比方說4伏特，因?yàn)榘霕螂娐分兴?用的開關(guān)或二極管的電壓降，電流將不再能流動(dòng)。在實(shí)施例中，每 英里每小時(shí)產(chǎn)生大概1.75伏特電壓，因而在速度低于3英里每小時(shí)
38的時(shí)候這種情況會(huì)發(fā)生。在這個(gè)速度，切換策略變成直流反向制動(dòng)
(DC plugging )形式。在直流反向制動(dòng)中，所有電壓的相位設(shè)置成 相同。該所有電壓的共同相位導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)力的消除和靜態(tài)力的應(yīng)用。 靜態(tài)力試圖將轉(zhuǎn)子保持在一個(gè)位置。這樣使用正常的PWM控制但施 加到每個(gè)線圈子組的電壓與其他線圏子組同相。該直流操作模式在 低速時(shí)特別有益，因?yàn)樗ＷC了車輛的安全停止。當(dāng)車輛完全靜止， 其將保持靜止，因?yàn)檗D(zhuǎn)子的任何運(yùn)動(dòng)都受到靜域的阻止。這樣就不 存在發(fā)動(dòng)機(jī)突然前移后后移的風(fēng)險(xiǎn)。
已經(jīng)描述的傾渴電阻裝置也可以用于以下情況，即剎車時(shí)電池 滿電而電能需要消耗。如果橫跨電池的電壓超過一個(gè)特定門限，則 電能可能轉(zhuǎn)移到傾瀉電阻上。
本發(fā)明的具體實(shí)施例可以提供非?？煽康陌l(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，至 少部分是由于如前面所述的對(duì)線圏子組的分立的功率控制。因此， 根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)特別適合需要高可靠性的應(yīng)用。
另外一個(gè)安全特性，尤其當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)整合到一個(gè)車輛中特別有益， 即該發(fā)動(dòng)機(jī)不僅可以給其內(nèi)部的開關(guān)提供能量而且可以給整個(gè)系統(tǒng) 的遠(yuǎn)程部分提供能量，這些遠(yuǎn)程部分包括在圖12中示為共同控制設(shè) 備92的主控制器處理器和其他傳感器，例如剎車踏板傳感器。這樣， 即使車輛中的電源完全失效，制動(dòng)裝置仍然可以運(yùn)作。
舉例來說，例如風(fēng)力渦輪機(jī)這樣的應(yīng)用依賴于它們的成就并提 高了成本和可靠性。典型的渦輪系統(tǒng)將運(yùn)行2 5年而理想地要求最少 的服務(wù)停機(jī)時(shí)間以用于維修/損壞等。根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)具體實(shí)施例， 這可以通過將驅(qū)動(dòng)電子器件和緊湊繞組合并成緊湊形式來實(shí)現(xiàn)，總 的系統(tǒng)成本得以最小化。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，線圏子組 的獨(dú)立功率控制可以使得即使在系統(tǒng)部分失效時(shí)仍能持續(xù)運(yùn)作。
特別地，近來豎軸渦輪由于其有效操作而越來越普及，這些渦 輪可以整合根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)而得益。這是因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)高功率 重量比，其允許較低的柱頭質(zhì)量并因而需要較低的成本以支持柱體/ 結(jié)構(gòu)。由于僅依靠傳統(tǒng)三相橋拓樸中的單設(shè)備可靠性，軍用的航海航 天器和陸基驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不如期望的那么可靠。使用根據(jù)本發(fā)明具體實(shí) 施例的發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣的交通工具的可靠性可以提高。
從前面的描述中可以明白，電動(dòng)機(jī)一般包括一個(gè)復(fù)雜的相互連 接和繞組的裝置。如前面所述，制造包括這樣特性的電動(dòng)機(jī)是一個(gè) 費(fèi)時(shí)費(fèi)工的過程。采用例如銅線來繞線和相互連接時(shí)，構(gòu)造一個(gè)電
動(dòng)機(jī)所要求的時(shí)間和努力通常會(huì)加劇。這類導(dǎo)線經(jīng)常比較粗(為了 能夠處理大電流)而且難以處理。還是因?yàn)檫@些導(dǎo)線難以處理，制 造發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)難以避免導(dǎo)線上絕緣層的損壞。進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)部分 來安裝繞組和相互連接線經(jīng)常受到發(fā)動(dòng)機(jī)其他部分的限制和約束。
線圈固定
圖13至圖18示意性地展示了一種用于電動(dòng)機(jī)或事實(shí)上用于發(fā) 電機(jī)的線圈安裝系統(tǒng)的 一 個(gè)例子，其允許更容易地構(gòu)造和組裝一 個(gè)
發(fā)動(dòng)機(jī)。如圖15所示，線圈安裝系統(tǒng)包括一個(gè)背部150和多個(gè)線圈 齒100，這些線圏齒散布在線圈安裝部分150的四周。線圏齒定位使 得它們可以接收發(fā)動(dòng)機(jī)線圈的繞組來產(chǎn)生期望的N相發(fā)動(dòng)機(jī)。如圖 11中所示的線圏齒配置，舉例來說，可以用于構(gòu)造前面所描述的類 型的三相電動(dòng)才幾。
圖13和圖14更詳細(xì)地展示了線圏齒100。圖13展示了一個(gè)線 圏齒的前視圖而圖14展示了一個(gè)線圈齒的側(cè)視圖。線圈齒100包括 一個(gè)延長臂102用于可巻繞地接收一個(gè)電動(dòng)機(jī)的線圏?？梢栽诰€圏 齒100的延長臂102的一端提供凸緣104以防止在線圈巻繞于線圈 齒之后無意地拆開。
根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)具體實(shí)施例，每個(gè)線圈齒可附著地被接收在 背部150上。相應(yīng)的，每個(gè)線圈齒可以包括將線圏齒100附著于背 部150的裝置。如圖9和圖IO所示的例子中，這些裝置包括兩個(gè)延 長指狀物106。這些指狀物一般呈V型構(gòu)造，從延長臂102相對(duì)于 凸緣104的那一端延伸出去。如下面將要描述的背部150可以有相應(yīng)的成型部分以接收這些指狀物來將線圈齒102附著于背部150.
圖16和圖17更詳細(xì)的展示了背部和被接收的線圈齒。在圖16 和圖17所示的例子中，背部由多個(gè)較小的背部150結(jié)合而成。
圖16所示為一個(gè)可附著地被接收于背部150的單線圈齒100。 如圖16所示，背部150可以包括多個(gè)開口 126用于接收響應(yīng)成型的 線圈齒100,例如前面提及的V型指狀物106,以允許線圏齒100附 著于背部150。
圖16所示為一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)線圈的導(dǎo)線如何可巻繞地被接收于線圈 齒100的延長臂102并終止于接線端142的例子。接線端可以包括 諸如前面描述的那種控制設(shè)備的接線端。因?yàn)榫€圏齒100可附著地
被接收于背部150，線圏的繞組可以在線圈齒100附著到背部150 之前在制造階段被接收于線圈100。這允許繞線過程獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的 其他部件而執(zhí)行，因此其他部件不會(huì)約束繞線過程。相應(yīng)的，因?yàn)?線圏齒IOO分立于背部150,可以實(shí)現(xiàn)輕易的接近延長臂102，而且 可以以最小的絕緣風(fēng)險(xiǎn)來巻繞線圈。這允許導(dǎo)線使用較少的電安裝 材料，反過來允許每單位長度的線圏具有更好的散熱能力。這反過 來允許包括線圈安裝系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率達(dá)到最大。
這里描述的線圈安裝系統(tǒng)可以用于與關(guān)于圖1的應(yīng)用串聯(lián)連接 的線圏子組的電動(dòng)機(jī)協(xié)同工作。在這樣的例子中，構(gòu)造電動(dòng)機(jī)可能 包括將一根單導(dǎo)線巻繞在分離于背部的多個(gè)線圏齒上，并在每個(gè)線 圈齒之間留出 一段長度的導(dǎo)線來提供適當(dāng)?shù)拇?lián)相互連接線。完成 了這些，線圈齒于是可以附著于背部的適當(dāng)位置。
然而，這里描述的線圏安裝系統(tǒng)特別有助于線圈子組獨(dú)立受控 的發(fā)動(dòng)機(jī)。這是因?yàn)楠?dú)立控制要求每個(gè)線圈子組的線圈齒的分立的 接線端，因此當(dāng)將導(dǎo)線巻繞在分離于背部的線圏齒上時(shí)，沒有必要 判斷每個(gè)線圈子組之間多個(gè)串聯(lián)相互連接的適當(dāng)長度。取而代之， 多個(gè)線圏齒及其繞線可以在第一步生產(chǎn)，然后這些線圏齒可以如期 望的簡單地安裝于背部150。
如前面描述的，每個(gè)線圈子組可以有多個(gè)線圏。圖17展示了本
41發(fā)明的線圏安裝系統(tǒng)也兼容于這樣的線圈子組。特別地，圖17展示 了根據(jù)本發(fā)明的線圈安裝系統(tǒng)如何將三個(gè)線圏齒100巻繞并配置成
一個(gè)線圈子組的例子。圖17所示的繞組的配置對(duì)應(yīng)于如前面所描述 的圖8所示的線圏的配置。
現(xiàn)在將結(jié)合圖18描述背部150的更多細(xì)節(jié)。圖中所示的背部150 基本上是弓形的。這允許多個(gè)背部相互連接以形成更大的環(huán)狀背部 因而構(gòu)造環(huán)狀發(fā)動(dòng)機(jī)。背部150是可相互連接的以形成更大的背部。 在圖18所示的例子中，背部可以利用線圏齒10 0的特性來相互連接。 特別的，圖18中可以看到，線圈齒IOO將兩個(gè)背部連接到一起，其 兩個(gè)指狀物106分別被兩個(gè)背部150的接收開口 126所接收。在其 他例子中，可以提供相互連接背部的替代裝置。需要注意的是，可 以以完整的單體結(jié)構(gòu)來提供背部150。
當(dāng)多個(gè)背部150通過一個(gè)線圏齒100相互連接以形成更大的背 部，需要注意的是，相鄰背部150之間的連接基本上平行于可巻繞 地被接收于線圈齒100的線圏所產(chǎn)生的磁場，因此連接基本上不影 響線圈產(chǎn)生的^t場。
如圖18所示，在背部150的外部四周可以提供升高部分128來 符合線圈齒的形狀。
還可以給背部150提供有助于散熱的特征。在本例中，提供了 具有切除部分130的背部150。這些切除部分用于給典型地由鋼鐵或 其他金屬構(gòu)造的背部150提供一個(gè)較輕的構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè) 具體實(shí)施例， 一個(gè)或多個(gè)栓銷134可以插入切除部分130以在背部 150和諸如定子這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)的另 一部件之間提供改進(jìn)的熱傳導(dǎo)，這 些栓銷可以用例如鋁來制造。
如圖18所示，背部150可以具有包括多層115的疊層結(jié)構(gòu)。背 部可以^吏用一種沖壓處理(stamping process)來制造，其中背部的 多層115根據(jù)期望的形狀和構(gòu)造來沖壓，如圖18所示疊壓在一起， 于是結(jié)合在一起形成背部150.
這一包括多個(gè)相互連接的背部150的線圈安裝系統(tǒng)允許使用一種有效的沖壓處理來構(gòu)造線圈齒和/或使用疊層結(jié)構(gòu)的背部150。這
是因?yàn)橄啾扔诎▎误w疊層結(jié)構(gòu)而沒有相互連接126被沖壓的情況， 在沖壓處理中僅損失或浪費(fèi)非常少的材料。
如前面描述的，多個(gè)背部150可以相互連接以形成更大的背部。 而且，多層這樣相互連接的背部可以疊壓在一起以形成一個(gè)更大的 背部。圖19和圖20展示了這樣的例子。圖19和圖20展示了疊壓 的背部及其相應(yīng)的接合點(diǎn)126的側(cè)視圖。如圖19和圖20所示，接 合點(diǎn)126可以以多種不同的配置交錯(cuò)使得鄰近層的相互連接的背部 150之間沒有在垂直方向上相符的相互連接點(diǎn)126。這有助于增加包 括疊壓的、相互連接的背部150的更大的背部的強(qiáng)度。
與圖13至圖17所示的裝置一起，使用大量線圏的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是 涉及到特定應(yīng)用所需要的背鐵部分(back iron portion) 150的厚度。 典型地，背部150的厚度大概是磁體寬度的四分之一到一半以應(yīng)付 磁通量。較少的線圈要求較大的磁體并因此更多鐵塊導(dǎo)致更重的發(fā) 動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。通過使用大量分立的線圈，背鐵部分150的厚度可以降 低。支持轉(zhuǎn)子上的磁體的鐵的厚度也可以降低。發(fā)動(dòng)機(jī)的厚度作為 一個(gè)整體可以盡可能的薄非常重要，以使得盡可能的接近外邊緣在 線圏和磁體之間施加力，因此增加了提供的轉(zhuǎn)動(dòng)矩。
密封裝置
圖3和圖4展示了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例的各種視圖， 現(xiàn)在將描述密封圍欄的機(jī)制。圖3和圖4分別展示了發(fā)動(dòng)機(jī)210的 前視圖和后視圖。本例中的發(fā)動(dòng)機(jī)210包括一個(gè)外殼，其具有一個(gè) 前部220和一個(gè)后部230。在圖3中，后部230和一個(gè)深一層的封蓋 部分被移開以揭示外殼的內(nèi)容。
在本例中，發(fā)動(dòng)機(jī)210包括一個(gè)相對(duì)于定子252轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子240， 定子252在發(fā)動(dòng)機(jī)210工作期間保持靜止。本例中，轉(zhuǎn)子240包括 多個(gè)永磁體242安裝于基本上呈圓形的轉(zhuǎn)子內(nèi)部成環(huán)形。如前面描 述的，發(fā)動(dòng)機(jī)210中形成的轉(zhuǎn)動(dòng)磁場可以提供必要的引力和斥力以
43產(chǎn)生轉(zhuǎn)子240的轉(zhuǎn)動(dòng)。
定子252可以包括如前面所述的線圈組的安裝。特別地，本例 中，線圈被排列在線圈子組中，每個(gè)線圈子組獨(dú)立地受控于一個(gè)對(duì) 應(yīng)的控制設(shè)備280。在圖3中可以看到這些控制設(shè)備80。在前部220 下面可以提供多個(gè)盤體以保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)210的控制設(shè)備280的部件。 如前面關(guān)于圖7的描述，這些部件可以包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備， 例如MOSFET或IGBT。在本例中，如圖10所示，IGBT安裝于印 刷電路板82。在本例中，每個(gè)控制設(shè)備80有四個(gè)IGBT88。
如前面所描述的，每個(gè)控制設(shè)備8 0可以控制 一 個(gè)各自的線圈子 組的線圈。在本例中，定子252包括多個(gè)線圈齒200安裝于背部250。 線圏齒200和背部250可以是諸如圖13至圖20所描述的那種類型。
回到圖3,可以看到發(fā)動(dòng)機(jī)外殼的前部220提供有第一和第二開 口 222。這些開口 222允許因?yàn)榘惭b、維護(hù)和/或修理的目的而接近 控制設(shè)備80?？梢蕴峁┲T如螺絲釘224這樣的裝置以允許開口 222 的封蓋可移除地附著于前部220。通過相對(duì)于定子252和不同的控制 設(shè)備80轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)外殼的前部220,可以接近期望的控制設(shè)備280 的適當(dāng)?shù)谋P體。盤體然后可以被移除以允許接近控制設(shè)備80自身。 這樣，無需將前部220從發(fā)動(dòng)機(jī)完全移開就可以維護(hù)/修理控制設(shè)備 80等。
圖21展示了密封裝置的深一層的部分，其防止了物質(zhì)進(jìn)入發(fā)動(dòng) 機(jī)組件內(nèi)部。這展示了定子壁體230和轉(zhuǎn)子的環(huán)狀壁體221在它們 的接觸點(diǎn)的放大部分。 一個(gè)小的空氣間隙必要地存在于轉(zhuǎn)子壁體和 定子壁體之間以允許一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)的轉(zhuǎn)動(dòng)。該間隙由一個(gè)V型 封條350填充，如圖3和圖4中所示并在圖21中示出更多細(xì)節(jié)。封 條固定于一個(gè)轉(zhuǎn)子外殼的環(huán)狀壁體而且封條的一個(gè)自由端鄰接定子 外殼的壁體230。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增大，由于離心力，封條的自由端將朝 遠(yuǎn)離定子的壁體230的方向傾斜，因此最小化了封條350的磨損。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力阻止了灰塵或其他物質(zhì)進(jìn)入外殼。另外，這也得 益于允許氣流通過定子壁體中的小孔351。這允許氣流從小孔穿過定
44子壁體230的內(nèi)面并由傾斜的封條350產(chǎn)生的間隙流出，因此確保 了防止灰塵或其他物質(zhì)進(jìn)入。
根據(jù)前面所描述的，很明顯，本發(fā)明的實(shí)施例可以應(yīng)用于電動(dòng) 機(jī)也可以應(yīng)用于發(fā)電機(jī)，部分由于兩者結(jié)構(gòu)和概念上的類似性。例 如，發(fā)電機(jī)可以受益于前面所描述的線圈子組的線圈的分立的功率 終端。此外，前面所描述的線圏安裝系統(tǒng)相同地適用于發(fā)電^l和發(fā) 動(dòng)機(jī)的線圏的安裝的構(gòu)建。
牽引控制
如前面討論的，根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)具體實(shí)施例構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)可 以允許高度響應(yīng)的扭矩控制。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，車 輛的每個(gè)車輪可以具有其自身的發(fā)動(dòng)機(jī)。例如，可以為每一個(gè)車輪
本地提供一個(gè)前面描述的那種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)。
車輛的每個(gè)車輪使用分立的發(fā)動(dòng)機(jī)可以允許車輛的牽引控制具 有增加的靈活性。此外，由根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)所提 供的扭矩控制的短響應(yīng)時(shí)間可以增強(qiáng)這種靈活性。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，車輛的每個(gè)車輪可以受控于其 自身的發(fā)動(dòng)機(jī)及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件，因此允許每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)處理其自身 的牽引控制。這意味著每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)可以獨(dú)立于其他車輪來處理例如 剎車情況。此外，由本發(fā)明的具體實(shí)施例提供的快速響應(yīng)時(shí)間(例 如在一個(gè)單PWM周期之內(nèi)，例如該周期為50ms)可以允許施加于 每個(gè)車輪的復(fù)雜的扭矩的獨(dú)立的控制，以增加處理剎車的效力。
根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)具體實(shí)施例，通過高速連續(xù)范圍扭矩環(huán)來實(shí) 現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制。這可以允許響應(yīng)更加平滑并且達(dá)到的控制比機(jī)械調(diào) 制的剎車管理系統(tǒng)更好。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以通過一個(gè)控制器區(qū)域網(wǎng) 絡(luò)(CAN)來互聯(lián)到一起。這允許在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器之間交換信息以用 于所要采取的被協(xié)調(diào)的行動(dòng)，例如交換關(guān)于剎車事件的信息。在一 個(gè)例子中，這個(gè)信息包括指示每個(gè)車輪的角加速度的加速數(shù)據(jù)。急 劇增加的角加速度可以解釋成車輪剎車的車輪打滑。相應(yīng)地，剎車管理的一個(gè)重要部分是檢測剎車事件的開始。當(dāng) 一個(gè)車輛，例如一輛轎車，具有實(shí)在的質(zhì)量而車輪具有小得多的質(zhì) 量，可以給車輪的角速度的變化率設(shè)置一個(gè)上限，超過該上限必須 剎車。這一極限值可以根據(jù)包括車輛和車輪重量的因素來確定。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，可以在每個(gè)車輪的發(fā)動(dòng)機(jī)或車 輪自身中提供諸如內(nèi)部磁角度傳感器這樣的傳感器。這些傳感器檢 測每個(gè)車輪的角速度。通過求取傳感器所確定的角速度的一階導(dǎo)， 可以確定每個(gè)車輪的角加速度用于車輪剎車確認(rèn)。
在另 一 個(gè)實(shí)施例中，可以通過將每個(gè)車輪的速度和其他車輪的 速度進(jìn)行比較來檢測車輪剎車。
如前面描述的，可以通過檢測車輪角速度的變化來檢測車輪剎車。
車輪加速度的上限可以根據(jù)所有發(fā)動(dòng)機(jī)的總功率(和車
輛質(zhì)量()來確定
其中、融是車輛的速度而&是車輛受到的空氣阻力的測量值。 公式(1 )可以重新排列以形成車輛可以達(dá)到的加速度的上限的表達(dá) 式
— / . V ,
使用公式(2)，車輛的車輪的加速度"ww的一個(gè)可行的上限的 表達(dá)式確定如下
O />一 . v
) m 其中。w是車輪的半徑。該公式可以通過假定空氣阻力可以忽略
而簡化(也就是^-G):
尸
當(dāng)車輪加速度超過公式(3)或公式(4)所限定的值，可以推 斷該車輪發(fā)生了剎車。實(shí)際的車輪角加速度可以通過計(jì)算車輪的角位置關(guān)于時(shí)間的導(dǎo) 數(shù)來確定。
根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)具體實(shí)施例，這可以使用諸如牛頓有限元方 法的方法來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)具體實(shí)施例，這可以通過內(nèi)插車輪角度位 置的測量然后求內(nèi)插函數(shù)的導(dǎo)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)例子中，可以使用
Pronney內(nèi)插。使用這一內(nèi)插，函數(shù)/(力的一階導(dǎo)和二階導(dǎo)可以定義 為
以及
m Ax2 ( 6 )
關(guān)于公式(5)和公式(6), —個(gè)估計(jì)角速度的基本公式可以 定義為
從而得到
,、
/ (8) 其中k指示車輪的角度位置的第k個(gè)測量。相應(yīng)地，在一個(gè)例 子中，加速估計(jì)可以基于至少兩個(gè)時(shí)間間隔，這兩個(gè)時(shí)間間隔由三 個(gè)點(diǎn)定義(其中每個(gè)點(diǎn)構(gòu)成角度位置的一個(gè)第k測量)
^fc _ 1 d - 2
- - -^-^-
A (△《 (9 )
如前面描迷的，每個(gè)車輪的確定的實(shí)際加速度可以與諸如前面
的公式(3)和/或公式(4)給出的值所限定的極限值作比較，以確 定剎車的發(fā)生。
當(dāng)檢測到剎車，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軟件的目的是盡可能快的將車輪帶 出剎車狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，施加于正在剎車的的車輪的扭矩 可以減少。當(dāng)扭矩減少，車輪的角速度下降直到車輪停止剎車。相應(yīng)地，驅(qū)動(dòng)軟件的任務(wù)是以允許剎車以迅速減弱的方式來降低施加 于正在剎車的車輪的扭矩。
有多種方法可以降低施加到正在打滑的車輪的扭矩來恢復(fù)牽 引。例如，可以采用扭矩的計(jì)算的臺(tái)階狀減少然后線性減少的結(jié)合 直到檢測到恢復(fù)了牽引?；蛘?，可以將扭矩降到零或者一個(gè)很低的 值。然后可以確定車輪穩(wěn)定恢復(fù)到平均車輛速度所用的時(shí)間。當(dāng)事 先知道車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，這給出了足夠的信息來找到輪胎的抓緊
系數(shù)(grip coefficient)。反過來，這個(gè)測量能夠用于調(diào)制車輪發(fā)動(dòng) 機(jī)中產(chǎn)生的扭矩。
如前面描述的，車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以通過諸如控制器區(qū)域 網(wǎng)絡(luò)(CAN)來網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)到一起。此類互聯(lián)可以允許發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器 通信給每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供關(guān)于車輛的整體狀態(tài)的改進(jìn)的認(rèn)知。 例如，在這樣一種配置中，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以給車輛的四個(gè)車輪的 左/右牽引平衡的維持做準(zhǔn)備，例如一輛轎車。這可以允許糾正可以 改變車輛運(yùn)行方向甚至使其打轉(zhuǎn)的顯著的左/右不平衡。
參考圖22,如果一個(gè)車輪檢測到剎車，成對(duì)的車輪(例如，車 輪312和314，或者車輪316和318)可以通過采取類似的動(dòng)作來對(duì) 其做出反應(yīng)。然而要避免一種情況，即車輛相對(duì)側(cè)的車輪采取動(dòng)作， 因?yàn)檫@可能由于產(chǎn)生扭矩而引起車輛翻轉(zhuǎn)。車輛的不同側(cè)(左側(cè)或 右側(cè))上的不對(duì)稱的力將產(chǎn)生這樣的扭矩。例如，如果一輛車正沿 著軟邊沿行駛，左邊車輪在草地上而右邊車輪在柏油路上，而司機(jī) 突然剎車，則車輛將轉(zhuǎn)向右邊，可能轉(zhuǎn)到迎面而來的車輛的路徑上。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，可以應(yīng)用前面描述的平衡成對(duì) 車輪的牽引的牽引平衡。例如，可以在一定級(jí)別的緩沖以內(nèi)來執(zhí)行 左/右平衡以匹配左側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)組和右側(cè)發(fā)動(dòng)才幾組的扭矩負(fù)載。此類平 衡在低速情況或者沒有顯著剎車發(fā)生的情況可能并非必要。在另一 個(gè)例子中，可以應(yīng)用前/后平衡——這可以允許車輛最大程度的利用 每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的能量。
舉例來說，在具有四個(gè)車輪的轎車這樣的車輛中，如果左前輪
48剎車而其他輪沒有剎車，可以降低到左前輪的扭矩而提高到后左輪 的扭矩以彌補(bǔ)差距。然而在某些情況下，后左輪可能不能完全彌補(bǔ) 前左輪減少的扭矩。如果是這種情況，則兩個(gè)右側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)可以均降 低它們的扭矩以使左/右扭矩平衡相等在某 一 緩沖總量之內(nèi)。每個(gè)驅(qū) 動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)可以采用預(yù)定規(guī)則來確定在特定情況下其該如何反應(yīng)。因 為規(guī)則是預(yù)定的，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)可以假定車輛的其他驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)將以 這些M^則所限定的方式來反應(yīng)。這樣，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)才幾可以如前面描述 的以同等的方式行動(dòng)。另外，預(yù)定條件可以根據(jù)諸如路面濕度和溫 度這樣的驅(qū)動(dòng)條件來改變。
懸架控制
車輛的每個(gè)車輪使用分立的發(fā)動(dòng)機(jī)還允許處理車輛懸架控制的 增加的靈活性。此外，由根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)提供的 對(duì)扭矩控制的短響應(yīng)時(shí)間可以進(jìn)一 步增強(qiáng)這種靈活性。
根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)具體實(shí)施例，可以給具有多個(gè)車輪的車輛提
供一種懸架控制系統(tǒng)。參考圖23,該例中每個(gè)車輪330可以安裝于 一個(gè)懸架臂340上。
在圖23中，車輛相對(duì)于平面350的正常前進(jìn)方向由圖23中所 示的箭頭標(biāo)記Z指明。相應(yīng)地，如圖23中所示，車輪330以箭頭標(biāo) 記X指示的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。如果附加扭矩以箭頭標(biāo)記X指示的方向施加 于車輪，這將趨向給懸架臂340 —個(gè)力，因而懸架臂340將趨向以 圖23中箭頭標(biāo)記Y所指示的方向升起。在本例中，車輪330是諸如 轎車的車輛的前輪。在圖23中，懸架臂340以箭頭標(biāo)記Y指示的方 向升起將因此引起轎車前部在車輪330的位置也升起。這樣，通過 調(diào)節(jié)施加到車輛的車輪的扭矩可以實(shí)現(xiàn)車輛的懸架控制系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)具體實(shí)施例，可以提供 一 種懸架控制系統(tǒng)， 其施加到車輛的每個(gè)車輪的扭矩可以選擇性地調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)懸架和/或 車輛的高度。該控制系統(tǒng)可以通過控制單元來實(shí)現(xiàn)，既可以給每個(gè) 分立的車輪提供一個(gè)控制單元，也可以使用一個(gè)控制單元作為中央
49控制單元可操作地控制多個(gè)車輪。每個(gè)車輪可以由例如前面描述的 類型的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在這樣的實(shí)施例中，由前面描述的發(fā)動(dòng)^L所提 供的精細(xì)控制和快速響應(yīng)時(shí)間可以增強(qiáng)懸架控制的響應(yīng)。用于控制 懸架的控制設(shè)備可以如前面描述地使用控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)來 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)到一起。
使用扭矩控制能夠獨(dú)立地控制多個(gè)車輪的懸架的情況的第 一個(gè) 例子是車輛拐過一個(gè)拐角。當(dāng)一個(gè)車輛拐過一個(gè)拐角，可能期望傾
這可以用于平衡車輛的外側(cè)朝著路面向下傾斜的趨勢。在本例中， 可以給車輛的外側(cè)車輪提供更多的扭矩(也就是車輛在拐角外側(cè)的 車輪)以提升車輛的該部分。相反地，可以給車輛在拐角內(nèi)側(cè)的車 輪提供較少的扭矩。這將如期望的降低車輛在拐角內(nèi)側(cè)的懸架。
上面的例子描述了車輛的成對(duì)的車輪一起受控來提升或降低車 輛的一部分的情形。在另一個(gè)例子中，車輛的前輪和后輪可以受控 相對(duì)于彼此動(dòng)作，具有提升車輛的整體水平的效果。特別地，可以 以較多的扭矩提供給車輛的前輪而較少的扭矩提供給車輛的后輪以 有效地推動(dòng)車輛的前輪和后輪的懸架臂靠向彼此，因此使得它們都 提高了。
根據(jù)本發(fā)明第 一個(gè)具體實(shí)施例，諸如牽引控制系統(tǒng)和/或懸架控 制系統(tǒng)這樣的控制系統(tǒng)的輸入可以通過轉(zhuǎn)向車輪傳感器和車輛姿勢 和偏航傳感器來完成。
在一個(gè)例子中，如果車輛處于剎車管理狀態(tài)(此時(shí)檢測到車輛 的一個(gè)或多個(gè)車輪剎車)而且司機(jī)選擇突然地移動(dòng)轉(zhuǎn)向車輪到一個(gè) 方向，該移動(dòng)幅度和變化率可以傳達(dá)到前面描述的控制設(shè)備以使得 控制設(shè)備可以在其牽引控制策略中采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償動(dòng)作。相應(yīng)地， 一個(gè)符合司機(jī)意圖的前向反饋函數(shù)可以加入到車輪驅(qū)動(dòng)軟件策略以
更好地處理剎車和響應(yīng)司機(jī)的指令。因?yàn)榍懊婷枋龅念愋偷碾妱?dòng)機(jī) 具有增加的響應(yīng)性，獨(dú)立車輪的響應(yīng)可以比現(xiàn)有系統(tǒng)快得多。此外， 每個(gè)車輪根據(jù)其局部狀態(tài)來響應(yīng)，因此存在相比于現(xiàn)有系統(tǒng)更加穩(wěn)
50定的可能性。
前面描述的牽引控制系統(tǒng)和懸架控制系統(tǒng)可以使用執(zhí)行在一個(gè) 微處理器上的軟件來實(shí)現(xiàn)?？梢栽谝粋€(gè)承載介質(zhì)上來提供該軟件。
磁體安裝
一種特別有效的磁體安裝方式示于圖24。如已經(jīng)描述的，磁體 環(huán)繞安裝于轉(zhuǎn)子252的內(nèi)部環(huán)狀壁體221 。磁體傳遞所有來自線圏的 磁場的力到轉(zhuǎn)子，因此我們已經(jīng)理解，磁體必須可靠地安裝于環(huán)狀 轉(zhuǎn)子壁體221。
環(huán)狀壁體的一部分，包括》茲體242，在圖24中示為》文大A。在 每個(gè)^茲體位置，實(shí)際上有三個(gè)分立的磁體401、 402和403，它們^皮 插入轉(zhuǎn)子背部鐵407的楔形空隙405。該裝置有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，通 過使用分立的磁體部分來產(chǎn)生在每個(gè)磁體位置的單磁體，磁體中的 渦電流可以降低。同時(shí)采用三個(gè)分立的磁體部分是優(yōu)選的，其他數(shù) 目的磁體也是完全可能的。其次，楔形安裝裝置保證了磁體在環(huán)狀 壁體221上的精確位置而且還保證了它們被可靠地安裝。其他空隙 形狀裝置是可能的，但楔形安裝裝置是優(yōu)選的。
冷卻裝置
一種用于冷卻線圈的特別有效的配置如圖25所示。該定子的視 圖是定子軸向平面的橫截面。簡要地參考圖3，圖3中的線圈齒235 同一個(gè)單線圏齒514—起示于圖25所示的橫截面中，線圈齒可以接 收安裝于繞組空間510和512的繞組。如關(guān)于圖16和圖17的描述， 線圏齒安裝于背部鐵150上。該背部鐵直接安裝于冷卻盤516上， 冷卻盤516和其他壁體一起定義了冷卻通道502和504,穿過這些冷 卻通道冷凝液可以通過對(duì)流或抽吸來循環(huán)。另外，在空間512中的 線圈一側(cè)的冷卻管道508在一側(cè)冷卻線圏齒，而在相對(duì)側(cè)的冷卻管 道506冷卻空間510中的線圏。相應(yīng)地，線圏由該多面冷卻盤冷卻， 該冷卻盤從三面圍繞線圈。另外，冷卻管道的表面用于附著諸如控
51制設(shè)備80、傾瀉電阻等的電子功率設(shè)備。這樣， 一個(gè)單三側(cè)冷卻裝
置為線圈和相關(guān)的產(chǎn)生熱量的部件提供冷卻。
整個(gè)線圏組件使用熱傳導(dǎo)但電絕緣材料罐裝于冷卻盤，例如填 充氧化鋁的環(huán)氧。這改進(jìn)了從線圏到背部鐵和到冷卻盤的熱傳導(dǎo)性能。
權(quán)利要求
1. 一種電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)或多個(gè)分離的線圈組，用于產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)的磁場，每個(gè)線圈組包括多個(gè)線圈子組，每個(gè)線圈子組包括一個(gè)或多個(gè)線圈，由每個(gè)線圈子組的線圈所產(chǎn)生的磁場具有一個(gè)基本共同的相位；以及多個(gè)控制設(shè)備，每一個(gè)控制設(shè)備連接到一個(gè)各自的線圈子組以獨(dú)立地控制該各自的線圈子組的線圈中的電流，每個(gè)控制設(shè)備可操作地控制各自的線圈子組中的電流而無需輸入的同步信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，還包括一個(gè)傳感器，用于檢測電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置以產(chǎn)生一位置信號(hào)，其中每個(gè)控制設(shè)備可操作地利用該位置信號(hào)來控制各自的線圏子組中的電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)控制設(shè)備具有一個(gè)關(guān)聯(lián)的傳感器用于檢測轉(zhuǎn)子的位置以為各自的控制設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)位置信號(hào)。
4. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)控制單元可操作地接收 一 個(gè)需求信號(hào)并用以基于該需求信號(hào)控制各自的線圏子組中的電 流o
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)控制單元包括一個(gè)
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述電路板安裝于電動(dòng)機(jī)的定子上，而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子包括多個(gè)磁體，其中傳感器檢測磁體的位置從而4全測轉(zhuǎn)子的位置。
7. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)線圏子組包括多個(gè)鄰近的線圏。
8. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述控制設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)開關(guān)用于將一個(gè)脈沖電壓施加到一個(gè)線圈子組的線圈。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動(dòng)機(jī)，其中至少一個(gè)控制設(shè)備包括用于監(jiān)控其控制的那個(gè)線圈子組的線圈中的反向電動(dòng)勢的裝置，而且其中控制設(shè)備可操作地調(diào)節(jié)脈沖電壓的脈沖以響應(yīng)監(jiān)控到的反向電動(dòng)勢。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電動(dòng)機(jī)，其中監(jiān)控反向電動(dòng)勢是用于確定轉(zhuǎn)子的位置，從而控制調(diào)節(jié)脈沖電壓的脈沖。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的電動(dòng)機(jī)，其中調(diào)節(jié)脈沖電壓的脈沖以響應(yīng)監(jiān)控到的反向電動(dòng)勢包括調(diào)節(jié)脈沖寬度。
12. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)電動(dòng)機(jī)外套，其中控制設(shè)備在外套內(nèi)部。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電動(dòng)機(jī)，其中控制設(shè)備位于電動(dòng)機(jī)中鄰近他們各自的線圈子組的位置。
14. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)控制設(shè)備通過調(diào)節(jié)其各自的線圏子組的線圏中的電流來可操作地控制該線圈子組的溫度。
15. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)共同控制設(shè)備，該共同控制設(shè)備被配置用于協(xié)調(diào)多個(gè)控制設(shè)備的操作。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述共同控制設(shè)備被配置用于協(xié)調(diào)多個(gè)控制設(shè)備的操作以控制每個(gè)各自的線圏子組的一個(gè)或多個(gè)線圈中的電流，以使得每個(gè)線圏組產(chǎn)生一個(gè)具有基本共同的相位的；茲場。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電動(dòng)機(jī)，包括多個(gè)分立的線圏組，其中共同控制設(shè)備被配置用于協(xié)調(diào)多個(gè)控制設(shè)備以在線圈中提供多相電流^f方真。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電動(dòng)機(jī)，其中多個(gè)控制設(shè)備被配置用于在電動(dòng)機(jī)的 一 個(gè)多相循環(huán)周期中提供電動(dòng)機(jī)的線圏中的電流的交錯(cuò)切換。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)，其中共同控制設(shè)備可操作地選擇性地使一個(gè)或多個(gè)控制設(shè)備失效以允許部分功率操作。
20. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)控制設(shè)備連接到 一 個(gè)公共直流電源。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電動(dòng)機(jī)，其中在故障情況下，每個(gè)控制設(shè)備與公共直流電源斷開的。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的電動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)控制設(shè)備包括一個(gè)保險(xiǎn)絲裝置，用以在故障時(shí)斷開該控制設(shè)備和公共直流電源。
23. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)控制設(shè)備被連接以接收由電動(dòng)機(jī)的線圈產(chǎn)生的能量，由此每個(gè)控制設(shè)備在公共直流電源故障的情況下繼續(xù)接收能量。
24. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)，其中電動(dòng)機(jī)的線圏可以連接到電動(dòng)機(jī)外部的控制設(shè)備，從而在直流電源故障的情況下將線圈產(chǎn)生的能量供應(yīng)到外部設(shè)備。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電動(dòng)機(jī)和包括至少制動(dòng)傳感器的外部設(shè)備，其中電動(dòng)機(jī)的線圈連接到制動(dòng)傳感器以向該制動(dòng)傳感器提供線圈產(chǎn)生的能量。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的電動(dòng)機(jī)和包括至少一個(gè)外部控制器的外部設(shè)備，其中電動(dòng)機(jī)的線圈連接到外部控制器以向外部控制器提供線圈產(chǎn)生的能量。
27. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)，其中線圏組用以產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)電磁場，而且其中電動(dòng)機(jī)還包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)磁體。
28. —種發(fā)電機(jī)，包括一個(gè)或多個(gè)分離的線圏組以根據(jù)發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的磁場來產(chǎn)生感應(yīng)電流，每個(gè)線圏組包括多個(gè)線圏子組，每個(gè)線圏子組包括一個(gè)或多個(gè)線圏，由每個(gè)線圏子組的線圏中產(chǎn)生的電流具有一個(gè)共同的相位；以及多個(gè)功率輸出端，每一個(gè)連接到 一個(gè)各自的線圏子組以輸出所述線圏子組的線圏中產(chǎn)生的電流。
29. —種用于電動(dòng)機(jī)的線圈安裝系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)線圏齒，用于可巻繞地接收一個(gè)用于電動(dòng)機(jī)的線圈；以及一個(gè)背部，用于可附著地接收多個(gè)所述線圈齒。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的線圏安裝系統(tǒng)，其中線圈齒包括一 個(gè)延長臂用于可巻繞地接收線圏。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的線圈安裝系統(tǒng)，其中線圈齒 包括一個(gè)成型的附著部分，而且其中背部包括一個(gè)對(duì)應(yīng)成型的接收部分。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的線圏安裝系統(tǒng)，其中線圏齒的附著 部分包括兩個(gè)呈V型設(shè)置的指狀物。
33. 權(quán)利要求29至32中任一項(xiàng)所述的線圏安裝系統(tǒng)，包括多 個(gè)相互連接的背部。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的線圈安裝系統(tǒng)，其中背部的相互連 接是交錯(cuò)的以提供增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
35. 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的線圏安裝系統(tǒng)，其中兩個(gè)背 部通過線圈齒相互連接。
36. 根據(jù)權(quán)利要求29至35中任一項(xiàng)所述的線圏安裝系統(tǒng)，其 中背部是弓形的。
37. 根據(jù)權(quán)利要求29至36中任一項(xiàng)所述的線圈安裝系統(tǒng)，其 中背部和/或線圏齒具有層積結(jié)構(gòu)。
38. —種電動(dòng)機(jī)，包括權(quán)利要求29至37中任一項(xiàng)所述的線圈 安裝系統(tǒng)。
39. 根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)，包括權(quán)利要 求29至37中任一項(xiàng)所述的線圏安裝系統(tǒng)。
40. —種用于發(fā)電機(jī)的線圈安裝系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 一個(gè)或多個(gè)線圈齒，用于可巻繞地接收一個(gè)用于發(fā)電機(jī)的線圏；以及一個(gè)背部，用于可附著地接收多個(gè)所述線圏齒。
41. 一種發(fā)電機(jī)，包括權(quán)利要求40所述的線圏安裝系統(tǒng)。
42. —種根據(jù)權(quán)利要求28所述的發(fā)電機(jī)，包括權(quán)利要求40所述的線圏安裝系統(tǒng)。
43. —種車輛，包括權(quán)利要求1至27、 38、 39中任一項(xiàng)所述的 電動(dòng)機(jī)。
44. 一種用于制造權(quán)利要求380或39所述的電動(dòng)機(jī)的方法，所 述方法包括提供一個(gè)用于電動(dòng)機(jī)的線圈于線圏齒上，并將帶線圈的線圈齒 附著于背部。
45. —種用于制造權(quán)利要求41或42所述的發(fā)電機(jī)的方法，所 述方法包括巻繞一個(gè)用于發(fā)電機(jī)的線圈于線圈齒上，并將帶線圈的線圈齒附著于背部。
46. 根據(jù)權(quán)利要求44或45所述的方法，還包括連接線圏到一 個(gè)控制設(shè)備，該控制設(shè)備被配置用于為該線圏提供單獨(dú)的電流控制。
47. —種用于包括多個(gè)車輪的車輛的牽引控制系統(tǒng)，每個(gè)車輪 由一個(gè)各自的發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)，該控制系統(tǒng)包括傳感器，用于檢測每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度；以及 一個(gè)控制單元，用于調(diào)節(jié)由每個(gè)各自的發(fā)動(dòng)機(jī)施加到每個(gè)車輪的扭矩以響應(yīng)檢測到一個(gè)或多個(gè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)中的預(yù)定的加速度，其中該預(yù)定的加速度用于指示剎車。
48. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的牽引控制系統(tǒng)，每個(gè)車輪有一個(gè)各 自的控制單元。
49. 根據(jù)權(quán)利要求47或48所述的牽引控制系統(tǒng)，其中每個(gè)控 制單元根據(jù)預(yù)定規(guī)則獨(dú)立于系統(tǒng)中其他控制單元可操作地執(zhí)行牽引控制。
50. 根據(jù)權(quán)利要求48或49所述的牽引控制系統(tǒng)，其中所述控 制單元是網(wǎng)絡(luò)互連地以交換車輪加速數(shù)據(jù)。
51. 根據(jù)權(quán)利要求47至50中任一項(xiàng)所述的牽引控制系統(tǒng)，其 中控制單元可操作地為車輪提供持續(xù)的扭矩調(diào)節(jié)。
52. —種車輛，包括多個(gè)車輪，每個(gè)車輪由一個(gè)各自的發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)；以及 根據(jù)權(quán)利要求46至51中任一項(xiàng)所述的牽引控制系統(tǒng)。
53. —種用于包括多個(gè)車輪的車輛的懸架控制系統(tǒng)，每個(gè)車輪 安裝于車輛的懸架臂并由一個(gè)各自的發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)，所述控制 系統(tǒng)包括一個(gè)控制單元用以選擇性地調(diào)節(jié)施加到每個(gè)車4侖的扭矩以施加 一個(gè)力到每個(gè)各自的懸架臂。
54. 根據(jù)權(quán)利要求53所述的懸架控制系統(tǒng)，其中控制單元可操 作地選擇性地調(diào)節(jié)施加到每個(gè)車輪的扭矩，以施加一個(gè)力到每個(gè)各自的懸架臂來改變車輛的高度。
55. —種車輛，包括多個(gè)車輪，每個(gè)車輪安裝于一個(gè)懸架臂并由一個(gè)各自的發(fā)動(dòng) 才幾獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)；以及根據(jù)權(quán)利要求53或54所述的懸架控制系統(tǒng)。
56. 根據(jù)權(quán)利要求52或55所述的車輛，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括 電動(dòng)機(jī)。
57. 根據(jù)權(quán)利要求56所述的車輛，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括根據(jù)權(quán) 利要求1至27、 38、 39中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)。
58. —種用于包括多個(gè)車輪的車輛的牽引控制方法，每個(gè)車輪 由一個(gè)各自的發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)，該控制方法包括檢測所述一個(gè)或多個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度；以及調(diào)節(jié)由每個(gè)各自的發(fā)動(dòng)機(jī)施加到每個(gè)車輪的扭矩以響應(yīng)檢測到 所述一個(gè)或多個(gè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)中的預(yù)定的加速度，其中該預(yù)定的加速度 用于指示剎車。
59. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的牽引控制方法，包括使用一個(gè)各自 的控制單元來調(diào)節(jié)施加到每個(gè)車輪的扭矩。
60. 根據(jù)權(quán)利要求58或59所述的牽引控制方法，包括根據(jù)預(yù) 定規(guī)則獨(dú)立于系統(tǒng)中其他控制單元執(zhí)行牽引控制的每個(gè)控制單元。
61. 根據(jù)權(quán)利要求59或60所述的牽引控制方法，包括在控制單元之間交換車輪加速數(shù)據(jù)。
62. 根據(jù)權(quán)利要求58至61中任一項(xiàng)所述的牽引控制方法，包 括提供用于車輪的持續(xù)的扭矩調(diào)節(jié)。
63. —種用于包括多個(gè)車輪的車輛的懸架控制方法，每個(gè)車輪 安裝于該車輛的一個(gè)懸架臂并由一個(gè)各自的發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)，所 述控制方法包括選擇性地調(diào)節(jié)應(yīng)用于每個(gè)車輪的扭矩以施加一個(gè)力到每個(gè)各自 的懸架臂。
64. 根據(jù)權(quán)利要求63所述的懸架控制方法，包括選擇性地調(diào)節(jié) 施加到每個(gè)車輪的扭矩以施加一個(gè)力到每個(gè)各自的懸架臂來改變所 述車輛的高度。
65. —種計(jì)算機(jī)程序，用于執(zhí)行權(quán)利要求58至64中任一項(xiàng)所 述的控制方法。
66. —種用于安裝于公路車輛的車輪中的電動(dòng)機(jī)，包括 一個(gè)定子，其具有多個(gè)線圏；一個(gè)轉(zhuǎn)子，其具有多個(gè)環(huán)繞在所述定子的線圈周圍的磁體；一個(gè)所述定子的放射狀的壁體，其具有一個(gè)中央?yún)^(qū)域用于安裝到車輛的 一側(cè)并連接到 一個(gè)軸承座；一個(gè)所述轉(zhuǎn)子的放射狀的壁體，其具有一個(gè)中央?yún)^(qū)域用于在外部安裝于一個(gè)車輪而內(nèi)部安裝于軸承座；以及其中一個(gè)車輪可以通過所述軸承座在所述轉(zhuǎn)子的壁體的中央部分安裝到所述發(fā)動(dòng)機(jī)以連接到車輛。
67. 根據(jù)權(quán)利要求66所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子具有一個(gè)環(huán) 狀壁體，該環(huán)狀壁體內(nèi)側(cè)安裝有多個(gè)磁體，外側(cè)沒有承重部分。
68. 根據(jù)權(quán)利要求66所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子的放射狀的 壁體沒有承重部分。
69. 根據(jù)權(quán)利要求66、 67或68所述的安裝于一個(gè)車輪的電動(dòng) 機(jī)，車輪安裝于所述轉(zhuǎn)子的放射狀壁體的中央?yún)^(qū)域。
70. 根據(jù)權(quán)利要求69所述的電動(dòng)機(jī)和車輪，其中在所述車輪和所述轉(zhuǎn)子的放射狀壁體的外部部分之間存在 一 個(gè)間隙。
71. 根據(jù)權(quán)利要求69所述的電動(dòng)機(jī)和車輪，其中在所述轉(zhuǎn)子的 環(huán)狀壁體和所述車輪之間存在 一 個(gè)間隙。
72. —種電動(dòng)機(jī)中的密封裝置，包括一個(gè)封條，其附著在轉(zhuǎn)子外殼的環(huán)狀壁體的一側(cè)，并具有至 少一個(gè)有彈性的偏斜部分；以及該彈性偏斜部分被配置成鄰接定子壁體因而提供密封，并由于所述轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)離所述定子壁體的轉(zhuǎn)動(dòng)引起的離心力而偏斜。
73. 根據(jù)權(quán)利要求73所述的密封裝置，具有兩個(gè)彈性偏斜部分。
74. 根據(jù)權(quán)利要求72或73所述的密封裝置，其中所述定子壁 體還包括一個(gè)空氣入口用于允許空氣流入發(fā)動(dòng)機(jī)并通過封條的偏斜 部分流出。
75. 根據(jù)權(quán)利要求64所述的密封裝置，其中空氣入口被配置成 朝向所述定子的放射狀壁體的放射中心。
76. —種可操作于再生制動(dòng)模式的電動(dòng)機(jī)，包括 一個(gè)或多個(gè)分離的線圏組，用于產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)的磁場，每個(gè)線圏組包括多個(gè)線圏子組，每個(gè)線圏子組包括一個(gè)或多個(gè)線圏；以及多個(gè)控制設(shè)備，該多個(gè)控制設(shè)備連接到一個(gè)直流電源，每個(gè)控 制設(shè)備連接到 一個(gè)各自的線圏子組以獨(dú)立地控制所述各自的線圏子 組的線圏中的電流；其中每個(gè)控制設(shè)備包括一個(gè)半橋開關(guān)裝置，該半橋開關(guān)裝置具 有連接到所述直流電源的第 一側(cè)的第 一和第二開關(guān)和連接到所述直 流電源的第二側(cè)的第三和第四開關(guān)，并可配置以使得，在再生制動(dòng) 模式中，在所述直流電源的第一側(cè)的第一和第二開關(guān)斷開，在所述 直流電源的第二側(cè)的第三開關(guān)閉合而在所述直流電源的第二側(cè)的第 四開關(guān)反復(fù)地?cái)嚅_和閉合。
77. 根據(jù)權(quán)利要求76所述的電動(dòng)機(jī)，其中通過脈沖寬度調(diào)制使 得所述第四開關(guān)重復(fù)地?cái)嚅_和閉合。
78. 根據(jù)權(quán)利要求76或77所述的電動(dòng)機(jī)，還包括一個(gè)二極管裝置以使得，當(dāng)所述第四開關(guān)重復(fù)地?cái)嚅_和閉合時(shí)， 一個(gè)電壓由線 圈子組經(jīng)該二極管施加到所述直流電源以再生所述直流電源。
79. 根據(jù)權(quán)利要求76、 77或78所述的電動(dòng)機(jī)，還可配置地以使 得，當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的速度下降到低于一個(gè)給定值，所述控制設(shè)備以 非再生才莫式可操作地以一個(gè)共同的相位施加電壓到所述線圏組。
80. 根據(jù)權(quán)利要求79所述的電動(dòng)機(jī)，其中控制設(shè)備以非再生模 式通過脈沖寬度調(diào)制可操作地提供所述共同的相位。
81. 根據(jù)權(quán)利要求76至80中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)，還包括一 個(gè)連接到所述控制設(shè)備的傾瀉電阻，該傾瀉電阻被配置成在能量不 能返還到所述直流電源的情況下從所述控制設(shè)備接收電流。
82. 根據(jù)權(quán)利要求81所述的電動(dòng)機(jī)，其中傾瀉電阻被配置成在 以下情況4妄收電流所述直流電源是一個(gè)電池并充滿電荷，i 夸過所 述電源的電壓超過一個(gè)給定門限或者所述直流電源失效。
83. —種可操作于再生制動(dòng)模式的電動(dòng)機(jī)，包括 一個(gè)或多個(gè)分離的線圈組，用于產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)的磁場，每個(gè)線圈組包括多個(gè)線圏子組，每個(gè)線圏子組包括一個(gè)或多個(gè)線圈；以及 連接到一個(gè)直流電源的多個(gè)控制設(shè)備，每個(gè)控制設(shè)備連接到一個(gè)各自的線圈子組以獨(dú)立地控制所述各自的線圏子組的線圏中的電流，每個(gè)線圏組的線圈所產(chǎn)生的磁場具有 一個(gè)基本共同的相位； 其中，在制動(dòng)模式中，所述控制設(shè)備可操作地以一個(gè)共同的相位施加電壓到所有的線圏組。
84. —種包括多個(gè)線圏子組的電動(dòng)機(jī)，每個(gè)線圈子組由一個(gè)各 自的控制設(shè)備控制，每個(gè)控制設(shè)備被連接以接收由發(fā)動(dòng)機(jī)的線圏再 生的能量，因而每個(gè)控制設(shè)備在公共直流電源故障的情況下持續(xù)地 接收能量。
85. —種類型的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)包括環(huán)繞地安裝于一個(gè)定子 的多個(gè)線圈和安裝于一個(gè)轉(zhuǎn)子的多個(gè)磁體，其中，該電動(dòng)機(jī)包括一 個(gè)冷卻盤，其管道被配置成從三面冷卻線圏。
86. —種根據(jù)權(quán)利要求85所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述冷卻盤被配置成使得相對(duì)線圈的一面能夠接收控制電路。
87. —種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的磁體安裝裝置，其中，磁體安裝在所述轉(zhuǎn)子的一個(gè)環(huán)狀壁體中，該磁體安裝裝置包括在所述轉(zhuǎn)子中 用于接收單個(gè)磁體的多個(gè)槽。
88. —種根據(jù)權(quán)利要求87所述的磁體安裝裝置，其中所述槽是楔形槽。
89. 根據(jù)權(quán)利要求85所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述冷卻盤被配置成 從所述定子傳送機(jī)械力。
90. 根據(jù)權(quán)利要求85所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述定子的線圏罐裝 于一種導(dǎo)熱材料。
全文摘要
一種電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)分立的線圈組被配置成產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)的磁場。該電動(dòng)機(jī)還包括連接到各自的線圈子組的多個(gè)控制設(shè)備以控制電流。本發(fā)明也提供了一種類似的設(shè)置用于發(fā)電機(jī)。一種用于電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的線圈安裝系統(tǒng)，包括一個(gè)或多個(gè)線圈齒用于可卷繞地接收用于發(fā)動(dòng)機(jī)的線圈和一個(gè)背部用于可附著地接收多個(gè)線圈齒。一種用于具有多個(gè)由各自的發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的車輪的車輛的牽引控制系統(tǒng)和方法。一種用于具有多個(gè)車輪的車輛的懸架控制系統(tǒng)和方法，每個(gè)車輪安裝于車輛的一個(gè)懸架臂并由一個(gè)各自的發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。
文檔編號(hào)H02K1/14GK101490926SQ200780026507
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日
發(fā)明者馬丁·鮑特伍德 申請(qǐng)人:Qed集團(tuán)有限公司