專(zhuān)利名稱(chēng)：用于供電和充電的混合電氣設(shè)備的交流電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于供電和充電的混合電氣設(shè)備的交流電動(dòng)機(jī)，從而可以通過(guò)可充電電池組為電動(dòng)機(jī)或者發(fā)電機(jī)供電。該發(fā)明將有利地在電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車(chē)領(lǐng)域中找到應(yīng)用，在電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車(chē)中，電池組能夠通過(guò)逆變器為電動(dòng)機(jī)供電，并且當(dāng)汽車(chē)停止時(shí)，電池組能夠通過(guò)交流電網(wǎng)重新充電。然而，雖然根據(jù)本發(fā)明的電氣設(shè)備是為這樣的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，但是也可以應(yīng)用在其他領(lǐng)域中，特別是在風(fēng)能發(fā)電和水力類(lèi)型的發(fā)電設(shè)備中。
背景技術(shù)：
通常，電動(dòng)汽車(chē)或混合動(dòng)力汽車(chē)包括一個(gè)牽引系統(tǒng)，牽引系統(tǒng)由高壓可充電電池組形成，高壓可充電電池組提供直流電到一個(gè)逆變器，該逆變器將該直流電轉(zhuǎn)換為交流電， 從而可為旋轉(zhuǎn)電機(jī)型的電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)使汽車(chē)行駛。為了給這些高壓電池組再充電，眾所周知的方法是將汽車(chē)安裝到機(jī)載充電設(shè)備， 該充電設(shè)備實(shí)質(zhì)上包括一個(gè)交流-直流轉(zhuǎn)換器，從而使得民用電網(wǎng)的交流電力轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)電池組充電的直流電力。通常，充電設(shè)備也可以包括一個(gè)用于限制電網(wǎng)上的諧波抑制的功率因數(shù)校正器。一方面電力系統(tǒng)的電子元件，同時(shí)另一方面充電系統(tǒng)的電子元件都是昂貴的。另外，電動(dòng)機(jī)的供電和電池組的充電發(fā)生在不同的相上，因此在申請(qǐng)EP060 3 7 78和 W097/08009中，提出了再利用電動(dòng)機(jī)和用于為電動(dòng)機(jī)供電的元件的一部分以組成對(duì)電池組充電的設(shè)備。因此，用于對(duì)電池組充電的設(shè)備使用逆變器以形成交流_直流轉(zhuǎn)換器，并且使用電動(dòng)機(jī)的線(xiàn)圈以形成電感。從電動(dòng)機(jī)供電模式到電池充電模式的轉(zhuǎn)變通過(guò)具有電力接觸器的開(kāi)關(guān)元件切斷中性點(diǎn)的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，電力連接器的使用還在問(wèn)題，因?yàn)橐_保來(lái)自電機(jī)的電流通過(guò)，它們的尺寸必須很大。為了克服這一缺陷，一種解決方案在于制造具有結(jié)合了 H橋的開(kāi)關(guān)元件的結(jié)構(gòu)。然而，在上述的兩個(gè)情況中，為了對(duì)電網(wǎng)的電流進(jìn)行整流，作為電感的電動(dòng)機(jī)的相的使用會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的損壞。詳細(xì)地，該電感被電網(wǎng)的交流電磁化從而產(chǎn)生磁場(chǎng)。這些磁場(chǎng)作用在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子可能開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，例如通過(guò)振動(dòng)甚至根據(jù)該磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子的特性開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。在電動(dòng)汽車(chē)中使用混合電氣設(shè)備的情況下，運(yùn)動(dòng)中的這一設(shè)置同時(shí)引起舒適性和安全性的問(wèn)題，即使后者可與用于在充電過(guò)程中對(duì)電機(jī)的齒輪組(train)進(jìn)行去耦的系統(tǒng)適配。為了克服這一缺陷，一種解決方案在于制造靜態(tài)補(bǔ)償，該靜態(tài)補(bǔ)償包括注入充電電流至定子的至少一個(gè)繞組，該定子通過(guò)使用一個(gè)附加的連接點(diǎn)與電網(wǎng)的一個(gè)相連接，附加的連接點(diǎn)叫作中間點(diǎn)。該定子的一個(gè)繞組通常包括多匝形成的多個(gè)線(xiàn)圈。
該中間點(diǎn)將定子的相繞組分為兩部分，從而通過(guò)該中間點(diǎn)注入的充電電流被分為通過(guò)每個(gè)半繞組朝著相反方向流動(dòng)的兩路電流，每個(gè)半繞組包括相同的匝數(shù)。通過(guò)向相繞組的中間點(diǎn)注入充電電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)慕鉀Q方案導(dǎo)致磁動(dòng)勢(shì)被抵消，并且兩個(gè)半繞組之間的電感也被抵消。至此明顯還存在的是與線(xiàn)圈的缺陷有關(guān)的很弱的漏電
感。
電動(dòng)機(jī)的電感太小，使得控制充電電流很難，特別是因?yàn)樾耦l率(quench frequency)下顯著的電流轉(zhuǎn)換。

發(fā)明內(nèi)容
在本文中，本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)備的交流電動(dòng)機(jī)，使得可以對(duì)電動(dòng)機(jī)供電， 并通過(guò)使用電力系統(tǒng)的元件，即電動(dòng)機(jī)和逆變器的元件對(duì)電池組再次充電，并使電動(dòng)機(jī)包括使得可以在中間點(diǎn)獲得明顯電感的定子繞組，該電感足夠強(qiáng)以克服上述的缺陷，同時(shí)不用在充電模式設(shè)置運(yùn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子。為了這個(gè)目的，本發(fā)明提供了一種用于供電和充電的電氣設(shè)備的交流電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)由與電網(wǎng)連接的定子組成，該電網(wǎng)的相的數(shù)量小于所述電動(dòng)機(jī)的相的數(shù)量，所述電網(wǎng)的所述充電電流通過(guò)一個(gè)連接點(diǎn)而注入，該連接點(diǎn)將連接至所述電網(wǎng)的相的所述定子的每個(gè)相分為兩個(gè)半繞組，所述電動(dòng)機(jī)的特征在于該定子的一個(gè)相的每個(gè)半繞組包括多個(gè)線(xiàn)圈，該多個(gè)線(xiàn)圈被繞制以使得減小所述連接點(diǎn)處的每個(gè)半繞組的磁鏈，從而在所述設(shè)備的充電模式中所述連接點(diǎn)處存在有明顯的非零電感。例如，相的線(xiàn)圈分布在該相的連接點(diǎn)的每一邊，從而減小該連接點(diǎn)處的半繞組的磁鏈。在具體的例子中，耦接的線(xiàn)圈，甚至是強(qiáng)耦接的線(xiàn)圈都一起位于相對(duì)于該連接點(diǎn)的同一側(cè)。換句話(huà)說(shuō)，耦接的線(xiàn)圈，甚至是強(qiáng)耦接的線(xiàn)圈都一起屬于同一個(gè)半繞組。另外， 未耦接的線(xiàn)圈，或者甚至弱耦接的線(xiàn)圈都一起位于相對(duì)于該連接點(diǎn)的不同側(cè)。換句話(huà)說(shuō)，未耦接的線(xiàn)圈，或者甚至弱耦接的線(xiàn)圈都一起屬于不同的半繞組。例如，每個(gè)線(xiàn)圈被分布在一些槽中。屬于不同的半繞組的一個(gè)相的兩個(gè)線(xiàn)圈分布在分別位于該連接點(diǎn)的每一側(cè)上的槽中。例如，每個(gè)半繞組包括至少兩個(gè)彼此反向繞線(xiàn)的線(xiàn)圈，從而減小一個(gè)相的兩個(gè)半繞組之間的磁鏈。在具體的例子中，每個(gè)半繞組包括偶數(shù)個(gè)線(xiàn)圈，每個(gè)線(xiàn)圈具有相應(yīng)的反向繞線(xiàn)的線(xiàn)圈。因而，根據(jù)本發(fā)明的繞組的模式使得可以在充電模式中在該連接點(diǎn)處獲得明顯電感的高值而不需要在充電模式設(shè)置運(yùn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子。因此該定子的每個(gè)相的半繞組的去耦合使得可以改進(jìn)設(shè)備的電池組的充電和對(duì)于充電電流的控制。具體來(lái)說(shuō)，充電期間的明顯電感增大了，并且變得比線(xiàn)圈的漏電感更大。具體來(lái)說(shuō)，該明顯電感對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的有效電感。例如，充電模式下連接點(diǎn)處的明顯電感在 ImH(毫亨)和IOOmH之間。除了上文已經(jīng)提及的主要特性，單獨(dú)或以所有可能的技術(shù)組合考慮，根據(jù)本發(fā)明的交流電動(dòng)機(jī)可以具有一個(gè)或更多個(gè)以下的其他特性
-每個(gè)半繞組由串聯(lián)繞制的η個(gè)線(xiàn)圈形成；-每個(gè)半繞組由串聯(lián)繞制的η’/2組線(xiàn)圈形成，每組包括并聯(lián)繞制的η個(gè)線(xiàn)圈；-每個(gè)半繞組包括相同的匝數(shù)； -一個(gè)相的每個(gè)半繞組在所述定子的直徑方向上相對(duì)，從而減小一個(gè)相的兩個(gè)半繞組之間的磁鏈；-所述定子在它的外圍包括氣隙(airgap)，從而可減小一個(gè)相的兩個(gè)半繞組之間的磁鏈；-所述電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括開(kāi)口和/或氣隙，從而可增加所述定子的每個(gè)相的兩個(gè)半繞組之間的磁阻。本發(fā)明進(jìn)一步的主題是用于供電和充電的混合電氣設(shè)備，包括根據(jù)本發(fā)明的連接到電網(wǎng)的交流電動(dòng)機(jī)、逆變器和儲(chǔ)存電能的元件。優(yōu)選地，該電氣設(shè)備也包括一個(gè)直流_直流轉(zhuǎn)換器。


參考作為非限制性實(shí)例的附圖閱讀詳細(xì)的示范性實(shí)施例，本發(fā)明將得到更好的理解，其中-圖1示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的安裝于電動(dòng)汽車(chē)中的包括電動(dòng)機(jī)的用于充電和供電的混合電氣設(shè)備；-圖2示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的將電動(dòng)機(jī)的三相電動(dòng)機(jī)定子繞線(xiàn)的第一模式；-圖3示意性地表示在三相定子上的圖2所示的繞制模式的示范性實(shí)施例，其具有兩對(duì)磁極，繞組分布在兩個(gè)槽中；-圖4示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的將電動(dòng)機(jī)的三相電動(dòng)機(jī)定子繞線(xiàn)的第二模式；-圖5示意性地表示根據(jù)如圖4所示的繞組的第二模式的具有四個(gè)磁極的串_并聯(lián)繞組的定子的繞制的例子；-圖6示意性地表示根據(jù)圖5所示的繞制例子進(jìn)行繞制的定子；-圖7示意性地表示根據(jù)圖5所示的繞制例子進(jìn)行繞制的定子的第二實(shí)施例；-圖8示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的將電動(dòng)機(jī)的三相電動(dòng)機(jī)定子繞線(xiàn)的第三模式；-圖9示意性地表示具有根據(jù)圖8所示的第三繞制模式繞制的兩對(duì)磁極的定子，其中每個(gè)半繞組磁獨(dú)立于第二個(gè)半繞組；-圖10示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)，包括具有開(kāi)口的轉(zhuǎn)子和根據(jù)圖5所示的繞制例子進(jìn)行繞制的定子；-圖11示意性地表示沒(méi)有連接點(diǎn)的示范性分布式繞組；-圖12示意性地表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有連接點(diǎn)的分布式繞組。
具體實(shí)施例方式圖1以常規(guī)的方式示出了用于供電和充電的混合電氣設(shè)備100，其由可充電電池組110、逆變器120和根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)130構(gòu)成，從而既可以在充電模式下從三相電網(wǎng) 200對(duì)可充電電池組110充電，又可以在供電模式下對(duì)三相電動(dòng)機(jī)供電以使其轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，該逆變器對(duì)于電動(dòng)機(jī)的每個(gè)相具有H橋結(jié)構(gòu)，從而當(dāng)電池組被充電時(shí)可保持電動(dòng)機(jī)每個(gè)相的中性連接；然而，該逆變器可以通過(guò)一種更加常規(guī)的方式，用三相橋和電力接觸器式的開(kāi)關(guān)元件制成，從而從為電池組110充電的模式轉(zhuǎn)換至為電動(dòng)機(jī)130供電的模式。設(shè)備100還可以在逆變器120和電池組110之間包括一個(gè)DC/DC (直流-直流) 轉(zhuǎn)換器140，從而使得將為電力電網(wǎng)200供電的電壓適配于電池組110的特性，從而優(yōu)化逆變器120的尺寸，而不降低設(shè)備100的性能。最終，該設(shè)備100也包括連接裝置150，以在電池組需要充電時(shí)將設(shè)備100連接到電網(wǎng)200。在本申請(qǐng)余下的部分中，重點(diǎn)將特別放在由一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子組成的交流型電動(dòng)機(jī)130上和交流電動(dòng)機(jī)130的定子的繞制方法上。該電動(dòng)機(jī)的定子可以不需要區(qū)分是永磁轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁線(xiàn)圈轉(zhuǎn)子或其他鼠籠式(squirrel cage)轉(zhuǎn)子。通常，當(dāng)設(shè)備100處在充電模式時(shí)，用于充電和供電的混合設(shè)備100的交流電動(dòng)機(jī) 130的定子包括至少兩個(gè)連接于電網(wǎng)的相的繞組。在單相充電網(wǎng)絡(luò)的情況下，該定子包括兩相繞組，而在三相充電網(wǎng)絡(luò)的情況下，該定子包括至少三相繞組。因?yàn)槿嚯妱?dòng)機(jī)是工業(yè)和如圖1所示的電動(dòng)汽車(chē)牽引系統(tǒng)中最廣泛應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)，所以將會(huì)重點(diǎn)描述三相電動(dòng)機(jī)的各種繞制模式。然而，本發(fā)明并不限定于三相電動(dòng)機(jī)， 而是也可以類(lèi)似地應(yīng)用于多相電動(dòng)機(jī)或單相電動(dòng)機(jī)。圖2是表示一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)定子的第一繞組原則的示意圖，定子的三相標(biāo)記為A、 B和C，結(jié)合連接點(diǎn)AO、BO和C0，以便注入充電電流，從而可避免充電模式下轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)第一實(shí)施例中，該定子被繞制為使得與網(wǎng)絡(luò)的一相連接的定子的每個(gè)相由串聯(lián)繞制的2η個(gè)線(xiàn)圈形成。每個(gè)相的每個(gè)線(xiàn)圈參與形成定子的各個(gè)磁極。設(shè)置該連接點(diǎn) AO、BO、CO以便它們將每個(gè)相繞組A、B、C分為分別包括兩個(gè)連接點(diǎn)a-a’、b_b’、c_c’的兩個(gè)半繞組或兩個(gè)半線(xiàn)圈，兩個(gè)連接點(diǎn)a-a’、b-b’、C-C’優(yōu)選連接于如圖1所示的逆變器120 的分支。優(yōu)選地，該連接點(diǎn)AO、BO、CO是每個(gè)相繞組的中間點(diǎn)，并且設(shè)置成使兩組線(xiàn)圈中的每組包括η個(gè)串聯(lián)的線(xiàn)圈和相同的匝數(shù)。使用第一繞制模式，在中間點(diǎn)AO、B0、CO局部地注入的充電電流在彼此相對(duì)的繞
組中產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)。另外，相A、B、C的每個(gè)半繞組包括多個(gè)連接在一起的線(xiàn)圈以降低連接點(diǎn)A0、B0、C0 處的每個(gè)半繞組的磁鏈，以使在充電模式中在該中間點(diǎn)處存在非零的明顯電感。特別地，該明顯電感大于線(xiàn)圈的漏電感。例如，線(xiàn)圈如圖3所示繞制。每個(gè)半繞組的特定電感不會(huì)互相抵消，從而在中間點(diǎn)AO、B0、CO處獲益于充電模式下非零的明顯電感，該非零明顯電感比與線(xiàn)圈的缺陷有關(guān)的漏電感大得多。圖3示出在三相定子上的上面圖2中描 述的繞制模式，定子具有兩對(duì)磁極，磁極具有分布在槽中的繞組。在這個(gè)例子中，每個(gè)磁極由包括兩匝的每個(gè)相的線(xiàn)圈的結(jié)合構(gòu)成。圖 3也示出如何根據(jù)圖2所示的繞制模式連接中間點(diǎn)A0、B0、C0到每個(gè)相A、B、C上。從而，在充電模式下，分量為2iA、2iB、2iC的三相充電電流通過(guò)中間點(diǎn)A0、B0、C0在連接到三相電網(wǎng)的定子的每個(gè)相上注入，并且按圖3所示的箭頭的方向分配。
通過(guò)參考圖11和12，將更好地理解根據(jù)本發(fā)明的圖3的例子。圖11示出一個(gè)分布式繞組的例子。第一繞組通過(guò)其端子A10、All供電。第二繞組通過(guò)其端子A20、A21供電。該兩個(gè)繞組沒(méi)有共同的連接點(diǎn)。圖12示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有連接點(diǎn)0的分布式繞組。連接點(diǎn)0處的輸入電流被分為流過(guò)第一半繞組到達(dá)端子a的第一電流和流過(guò)第二繞組到達(dá)端子a’的第二電流。我們注意到屬于不同的半繞組的線(xiàn)圈位于相對(duì)于連接點(diǎn)0的同一側(cè)。這些線(xiàn)圈強(qiáng)耦接但屬于不同的半繞組。因此，圖12中示意性的繞組不能夠獲得大于線(xiàn)圈漏電感的明顯電感。
圖4是表示一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)的定子的第二繞制原則的圖，其中三相標(biāo)記為A’，B’ 和C’，結(jié)合中間點(diǎn)Α0’，Β0’和CO’用于充電電流注入，并可避免充電模式下轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)。在第二實(shí)施例中，定子的繞組包括串聯(lián)的η’組線(xiàn)圈，η’組線(xiàn)圈中的每一組由并聯(lián)繞制的η個(gè)線(xiàn)圈形成。這樣的繞組，即如圖所示的所謂串-并聯(lián)繞組的優(yōu)點(diǎn)，使得可以在開(kāi)始時(shí)制造具有小的橫截面的導(dǎo)體的繞組，因?yàn)槌潆婋娏饕云胶獾姆绞椒植荚谂c繞組并聯(lián)的各個(gè)分支中，這使得繞組的操作更容易。設(shè)置連接點(diǎn)AO’、B0’、C0’，使得它們把繞組分成兩個(gè)半繞組，每個(gè)包括幾組并聯(lián)的 η個(gè)線(xiàn)圈。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，連接點(diǎn)AO’、BO’、CO’是定子的相繞組的中間點(diǎn)。這種情況下，設(shè)置連接點(diǎn)AO’、B0’、C0’以把相繞組分為兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的半繞組，對(duì)稱(chēng)的半繞組在每一側(cè)上具有相同數(shù)目的線(xiàn)圈并在每一側(cè)上形成相同數(shù)目的磁極對(duì)，也就是說(shuō)(η’ .η)/2個(gè)磁極。 通過(guò)類(lèi)似于前一繞制模式的方式，相繞組a-a’、b-b’、c-c’的端子的連接點(diǎn)優(yōu)選連接到如圖 1所示的逆變器120的分支。另外，相A、B、C的每個(gè)半繞組包括連接在一起的多個(gè)線(xiàn)圈以減小連接點(diǎn)A0、B0、C0 處的每個(gè)半繞組的磁鏈，從而在充電模式下在中間點(diǎn)處存在非零的明顯電感。特別地，該明顯電感大于線(xiàn)圈的漏電感。例如，線(xiàn)圈如圖5、6、7、8或9繞制。如圖所示的串_并聯(lián)繞組因此可以使得中間點(diǎn)的每一側(cè)上的兩個(gè)半繞組磁力去耦。這樣，兩個(gè)繞組的互感會(huì)弱，這使得可以獲得充電模式所需要的中間點(diǎn)處的高的明顯電感。半繞組的去耦也可以通過(guò)在定子上物理上移動(dòng)兩個(gè)半繞組更遠(yuǎn)或更近來(lái)增強(qiáng)或減弱，從而定子鐵芯的磁阻參與到兩個(gè)半繞組的去耦中。為了這個(gè)目的，圖5示出定子的繞制的例子，定子具有串_并聯(lián)繞組，串_并聯(lián)繞組具有8個(gè)磁極(即4對(duì)磁極)，其中一個(gè)相繞組的每個(gè)半繞組在直徑方向上分開(kāi)。在圖5中，可看出接近于線(xiàn)圈的圓點(diǎn)規(guī)定了為了這個(gè)目的而提供在定子上的槽中繞組的繞組方向。圖6示意性地表示根據(jù)圖5的例子繞制的定子300，其中第一半繞組的線(xiàn)圈與第二半繞組的線(xiàn)圈在直徑方向上分開(kāi)。標(biāo)記Ll表示在順時(shí)針?lè)较蛏细糸_(kāi)四分之一周的兩線(xiàn)圈A1、A2之間的互通量，而標(biāo)記L2表示兩個(gè)在直徑方向上相對(duì)的線(xiàn)圈Al、A3之間的互通量。兩個(gè)在直徑方向上相對(duì)的線(xiàn)圈Al、A3之間的磁阻大于在順時(shí)針?lè)较蛏细糸_(kāi)四分之一周的兩個(gè)線(xiàn)圈Al、A2之間的磁阻。因此互通量Ll大于互通量L2。從而，在順時(shí)針?lè)较蛏细糸_(kāi)四分之一周的兩個(gè)線(xiàn)圈A1、A2強(qiáng)耦接，而兩個(gè)直徑方向上相對(duì)的線(xiàn)圈Al、A3弱耦接。這樣，在相A中，線(xiàn)圈Al、A2屬于相同的半繞組，而直徑方向上相對(duì)的線(xiàn)圈Al、A3 屬于不同的半繞組。類(lèi)似的線(xiàn)圈分布適用于其他相B、C?；诹硪粚?shí)施例，兩個(gè)半繞組的去耦能夠通過(guò)在定子400上增加氣隙而增強(qiáng)，如圖7所示。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)的一個(gè)例子，包括根據(jù)圖5所示的繞制例子進(jìn)行繞制的定子。氣隙由隔離物170規(guī)定，隔離物170優(yōu)選是非磁或非金屬材料。隔離物170的長(zhǎng)度決定了氣隙的寬度。

就相A而言，相對(duì)于圖6中例子，氣隙增大了線(xiàn)圈Al、A3之間的磁阻。從而，與圖 6中的例子相比，線(xiàn)圈Al和A3再次更加弱地耦合。因此相對(duì)于圖6的例子，在連接點(diǎn)處的每個(gè)半繞組的磁鏈減小。最終，轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)也可以額外參與到兩個(gè)半繞組的去耦中，特別地通過(guò)設(shè)置磁鐵所需的開(kāi)口、通過(guò)氣隙的存在或通過(guò)在轉(zhuǎn)子中有意附加的開(kāi)口，來(lái)增大定子的兩個(gè)半繞組之間的磁阻。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)的一個(gè)例子，其中轉(zhuǎn)子600的設(shè)計(jì)參與到一個(gè)相的兩個(gè)半繞組的去耦中。該轉(zhuǎn)子600包括位于半徑方向的開(kāi)口 610。在特定的例子中，開(kāi)口 610包括磁鐵。在圖10的例子中，線(xiàn)圈如圖5被繞制。就相A而言，相對(duì)于圖6中的例子，開(kāi)口 610增加了線(xiàn)圈Al和A3之間的磁阻。這樣，與圖6中的例子相比，線(xiàn)圈Al和A3更加弱地耦合。因此相對(duì)于圖6中的例子，在連接點(diǎn)處的每個(gè)半繞組的磁鏈減小。圖8是表示一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)定子的第三繞組原則的示意圖，其中三相標(biāo)記為A”、 B”和C”，結(jié)合中間連接點(diǎn)AO”、B0”和CO”用于充電電流注入，并使得在可充電模式下避免轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)。在每一個(gè)半繞組中，通過(guò)該半繞組中線(xiàn)圈的反向繞線(xiàn)，線(xiàn)圈具有彼此補(bǔ)償?shù)拇磐俊Ｒ虼?，在相的連接點(diǎn)處的每個(gè)半繞組的耦合減小，甚至為0。就相A而言，在半繞組中，線(xiàn)圈反向繞線(xiàn)。半繞組中的線(xiàn)圈流過(guò)完全相同的電流。 這樣，線(xiàn)圈Al的磁通量補(bǔ)償線(xiàn)圈Al’的磁通量，而線(xiàn)圈A2的磁通量補(bǔ)償線(xiàn)圈A2’的磁通量。 在連接點(diǎn)AO處的每個(gè)半繞組的磁鏈因此而減小，甚至為0。如圖所示的繞組使得可以獲得其中相是磁獨(dú)立的定子，這使得可以獲得相之間的零值的互感。這種繞組要求定子包括兩倍于傳統(tǒng)繞組的齒數(shù)，而定子的直徑卻保持不變，因?yàn)槊總€(gè)齒包括傳統(tǒng)繞組一半數(shù)目的匝數(shù)。定子500上示出的繞組具有兩對(duì)磁極，其中每個(gè)半繞組磁場(chǎng)獨(dú)立于第二個(gè)半繞組，參照?qǐng)D9所示。主要針對(duì)三相電動(dòng)機(jī)描述了本發(fā)明；然而，本發(fā)明也可以通過(guò)演變而應(yīng)用于多相電動(dòng)機(jī)。主要與三相型的民用電網(wǎng)一起描述了本發(fā)明；然而，本發(fā)明也可以通過(guò)演變應(yīng)用于單相電網(wǎng)。
主要描述了本發(fā)明在電動(dòng)汽車(chē)中的應(yīng)用；然而，本發(fā)明也可以應(yīng)用在其他領(lǐng)域，特別是風(fēng)能和水力的發(fā)電設(shè)備中。 本發(fā)明的其他的優(yōu)點(diǎn)特別如下-改進(jìn)充電模式下電流的濾波；-增強(qiáng)對(duì)于供電模式下單極分量的控制；-提高在電動(dòng)機(jī)的一個(gè)相失敗情況下電動(dòng)機(jī)的容限。
權(quán)利要求
1.用于供電和充電的混合電氣設(shè)備(100)的交流電動(dòng)機(jī)(130)，所述電動(dòng)機(jī)(130)由連接到電網(wǎng)(200)的定子(300，400，500)形成，所述電網(wǎng)(200)的相數(shù)小于所述電動(dòng)機(jī) (130)的相數(shù)，所述電網(wǎng)(200)的所述充電電流通過(guò)將與所述電網(wǎng)的一個(gè)相連接的所述定子的每個(gè)相分成兩個(gè)半繞組的連接點(diǎn)注入，所述電動(dòng)機(jī)(130)的特征在于一個(gè)相的每個(gè)半繞組包括多個(gè)繞制在一起的線(xiàn)圈以減小所述連接點(diǎn)處的每個(gè)半繞組的磁鏈，從而使得在所述設(shè)備(100)的充電模式下在所述連接點(diǎn)處存在明顯的非零電感。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電動(dòng)機(jī)(130)，其特征在于每個(gè)半繞組由串聯(lián)繞制的η 個(gè)線(xiàn)圈形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電動(dòng)機(jī)(130)，其特征在于每個(gè)半繞組由串聯(lián)繞制的η’/2 組線(xiàn)圈構(gòu)成，所述每組線(xiàn)圈包括并聯(lián)繞制的η個(gè)線(xiàn)圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一個(gè)所述的交流電動(dòng)機(jī)(130)，其特征在于每個(gè)半繞組包括相同的匝數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一個(gè)所述的交流電動(dòng)機(jī)(130)，其特征在于一個(gè)相的每個(gè)半繞組在直徑方向上相對(duì)布置在所述定子上以減小一個(gè)相的兩個(gè)半繞組之間的磁鏈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的一個(gè)所述的交流電動(dòng)機(jī)(130)，其特征在于所述定子(400) 包括位于它的外圍處的氣隙，從而能夠減小一個(gè)相的兩個(gè)半繞組之間的磁鏈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的一個(gè)所述的交流電動(dòng)機(jī)(130)，其特征在于所述電動(dòng)機(jī)包括轉(zhuǎn)子(600)，轉(zhuǎn)子(600)包括開(kāi)口(610)和/或氣隙，從而能夠增大所述定子的每個(gè)相的兩個(gè)半繞組之間的磁阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的一個(gè)所述的交流電動(dòng)機(jī)(130)，其特征在于一個(gè)相的線(xiàn)圈分布在該相的連接點(diǎn)的每一側(cè)上以減小該連接點(diǎn)處的半繞組的磁鏈。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的一個(gè)所述的交流電動(dòng)機(jī)(130)，其特征在于每個(gè)線(xiàn)圈分布于一些狹槽中，并且其特征在于屬于不同半繞組的一個(gè)相的兩個(gè)線(xiàn)圈分布于分別位于連接點(diǎn)的每一側(cè)上的狹槽中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的一個(gè)所述的交流電動(dòng)機(jī)(130)，其特征在于每個(gè)半繞組包括至少兩個(gè)互相反向繞線(xiàn)的線(xiàn)圈以減小一個(gè)相的兩個(gè)半繞組之間的磁鏈。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的交流電動(dòng)機(jī)(130)，其特征在于每個(gè)半繞組包括偶數(shù)個(gè)線(xiàn)圈，每個(gè)線(xiàn)圈具有相應(yīng)的反向繞線(xiàn)的線(xiàn)圈。
12.用于供電和充電的混合電氣設(shè)備(100)，包括-根據(jù)權(quán)利要求1至11中的一個(gè)所述的連接到電網(wǎng)(200)的交流電動(dòng)機(jī)(130)；-逆變器(120)；-儲(chǔ)存電能的裝置(110)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于供電和充電的混合電氣設(shè)備(100)，其特征在于其包括直流-直流轉(zhuǎn)換器(140)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于供電和充電的混合電氣設(shè)備的交流電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)由一個(gè)與電網(wǎng)連接的定子形成，該電網(wǎng)的相數(shù)小于所述電動(dòng)機(jī)的相數(shù)，所述電網(wǎng)的所述充電電流通過(guò)將與所述電網(wǎng)的一個(gè)相連接的所述定子的每個(gè)相分成兩個(gè)半繞組的連接點(diǎn)注入，所述電動(dòng)機(jī)的特征在于一個(gè)相的每個(gè)半繞組包括多個(gè)繞制在一起的線(xiàn)圈以減小所述連接點(diǎn)處的每個(gè)半繞組的磁鏈，從而使得在所述設(shè)備的充電模式下在所述連接點(diǎn)處存在明顯非零電感。
文檔編號(hào)H02K1/12GK102332766SQ20111026807
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者B·鮑徹茲, L·德索薩 申請(qǐng)人:法雷奧電機(jī)控制系統(tǒng)公司