專利名稱：包括具有開關(guān)模塊的交流電機(jī)的電機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
示例性實(shí)施例涉及電機(jī)領(lǐng)域，并且更具體地，涉及具有開關(guān)模塊的交流電機(jī)。
背景技術(shù)：
常規(guī)電機(jī)系統(tǒng)，例如在汽車、農(nóng)用機(jī)械和其中電機(jī)和混合動(dòng)力馬達(dá)被采用的其他重型應(yīng)用中使用的那些，包括通過(guò)高電壓電纜可操作聯(lián)接到逆變器上的電馬達(dá)。常見的逆變器包括控制器部分和多相電源開關(guān)部分。多相電源開關(guān)部分包括各種高電壓部件，例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)、整流器、電容器、電感器、高電壓配線等。逆變器電連接到發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊、高電壓電池、和電馬達(dá)上。在逆變器與電池之間的連接和在逆變器與電馬達(dá)之間的連接需要高電壓電纜。另外，由高電壓部件產(chǎn)生的熱量需要冷卻。由此，常規(guī)逆變器通常也連接到專用冷卻系統(tǒng)上。用于逆變器的冷卻系統(tǒng)包括流體冷卻劑例如油、水、空氣或能夠吸收和保持熱量的其他介質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
公開的是一種包括交流電機(jī)的電機(jī)系統(tǒng)。所述交流電機(jī)包括電電機(jī)殼體、定子、轉(zhuǎn)子和開關(guān)組件，所述電機(jī)殼體具有電機(jī)部分和開關(guān)部分。定子固定地安裝在所述電機(jī)殼體的所述電機(jī)部分中，而轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述定子可旋轉(zhuǎn)地安裝。開關(guān)組件布置在所述電機(jī)殼體的所述開關(guān)部分內(nèi)并且電連接到所述定子上。所述開關(guān)組件包括具有至少一個(gè)開關(guān)構(gòu)件的至少一個(gè)開關(guān)模塊。所述至少一個(gè)開關(guān)模塊配置為且設(shè)置為可拆卸地安裝在所述電機(jī)殼體的所述開關(guān)部分中。直流(DC)電源通過(guò)所述開關(guān)組件電連接到所述定子上?？刂破骺刹僮鞯剡B接到所述開關(guān)組件上。所述控制器配置為且設(shè)置為操作所述開關(guān)組件以將來(lái)自所述直流電源的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娏饕圆僮魉鼋涣麟姍C(jī)。還公開的是一種交流電機(jī)，所述交流電機(jī)包括電機(jī)殼體，所述電機(jī)殼體具有電機(jī)部分和開關(guān)部分。定子固定地安裝在所述電機(jī)殼體的所述電機(jī)部分中，而轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述定子可旋轉(zhuǎn)地安裝。開關(guān)組件布置在所述電機(jī)殼體的所述開關(guān)部分內(nèi)并且電連接到所述定子上。所述開關(guān)組件包括具有至少一個(gè)開關(guān)構(gòu)件的至少一個(gè)開關(guān)模塊。所述至少一個(gè)開關(guān)模塊配置為且設(shè)置為可拆卸地安裝在所述電機(jī)殼體的所述開關(guān)部分中。


以下描述不應(yīng)當(dāng)以任何方式視為限制。參照附圖，相似的元件相似地標(biāo)記:圖1繪出了根據(jù)示例性實(shí)施例的電機(jī)系統(tǒng)，所述電機(jī)系統(tǒng)包括具有開關(guān)組件的交流電機(jī)；圖2繪出了根據(jù)示例性實(shí)施例的一個(gè)方面的圖1的交流電機(jī)，所述交流電機(jī)具有包括多個(gè)開關(guān)模塊的開關(guān)組件；以及圖3繪出了根據(jù)示例性實(shí)施例的另一方面的圖1的交流電機(jī)，所述交流電機(jī)具有包括開關(guān)模塊的開關(guān)組件。
具體實(shí)施例方式對(duì)公開裝置和方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述在本文參照附圖作為示例而非限制給出。參照?qǐng)D1和圖2，根據(jù)示例性實(shí)施例構(gòu)造的電機(jī)系統(tǒng)整體上以2表示。電機(jī)系統(tǒng)2包括以具有電機(jī)殼體6的電馬達(dá)4的形式不出的交流電機(jī)。電機(jī)殼體6包括電機(jī)部分9和開關(guān)部分12。在所示的示例性實(shí)施例中，電機(jī)部分9包括具有多個(gè)繞組20的定子組件17。繞組20限定用于交流電馬達(dá)4的多個(gè)相。更具體地，交流電馬達(dá)4構(gòu)成多相交流電馬達(dá)。電機(jī)部分9還示出為包括轉(zhuǎn)子組件30，轉(zhuǎn)子組件30具有可操作地聯(lián)接到輸出軸34上的轉(zhuǎn)子轂32。此刻，應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)示例性實(shí)施例的電機(jī)能夠采用以下形式:電馬達(dá)，即設(shè)有電流輸入以產(chǎn)生機(jī)械輸出的電機(jī)；或發(fā)電機(jī)，即設(shè)有被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯臋C(jī)械輸入的電機(jī)。根據(jù)示例性實(shí)施例，電機(jī)殼體6的開關(guān)部分12包括開關(guān)組件40。如將在下面更全面討論的，開關(guān)組件40操作為從將來(lái)自直流電源的直流電流(DC)轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娏?AC)以向交流電馬達(dá)4供電。根據(jù)示例性實(shí)施例，開關(guān)組件40包括多個(gè)開關(guān)模塊42、43、和44。每個(gè)開關(guān)模塊42-44可拆卸地安裝在電機(jī)殼體6的開關(guān)部分12內(nèi)。更具體地，在開關(guān)故障的情況下，每個(gè)開關(guān)模塊42-44可以被選擇性地單獨(dú)更換。以這種方式，單個(gè)開關(guān)的故障將不需要完全更換開關(guān)組件40。在所示的示例性實(shí)施例中，每個(gè)開關(guān)模塊42-44包括對(duì)應(yīng)的開關(guān)構(gòu)件47、48、和49。開關(guān)構(gòu)件47-49被選擇性地通電(斷開/接通)以建立用于交流電馬達(dá)4的多個(gè)相。更具體地，開關(guān)模塊42的開關(guān)構(gòu)件47建立用于交流電馬達(dá)4的第一相。開關(guān)模塊43的開關(guān)構(gòu)件48建立用于交流電馬達(dá)4的第二相，而開關(guān)模塊44的開關(guān)構(gòu)件49建立用于交流電馬達(dá)4的第三相。由此，開關(guān)模塊42通過(guò)第一高電壓導(dǎo)體52電連接到繞組20的第一相(未單獨(dú)標(biāo)示)上，開關(guān)模塊43通過(guò)第二高電壓導(dǎo)體53電連接到繞組20的第二相(未單獨(dú)標(biāo)示)上，而開關(guān)模塊44通過(guò)第三高電壓導(dǎo)體54電連接到繞組20的第三相(未單獨(dú)標(biāo)示)上。開關(guān)模塊42-44也通過(guò)高電壓電源導(dǎo)體65和66中相應(yīng)的一個(gè)連接到一對(duì)電源端子60和61上?！案唠妷骸睉?yīng)當(dāng)被理解為指的是在交流電馬達(dá)4與電源之間共享的任意電壓。根據(jù)一個(gè)示例性方面，“高電壓”為范圍在大約100伏與大約1000伏或1000伏以上之間的電壓。電壓應(yīng)當(dāng)被理解為包括當(dāng)以馬達(dá)模式操作時(shí)由開關(guān)組件40向電機(jī)供應(yīng)的電壓，或者當(dāng)電機(jī)以發(fā)電機(jī)模式操作時(shí)傳送給開關(guān)組件40的電壓。一般而言，電壓應(yīng)當(dāng)理解為包括在電機(jī)與開關(guān)組件40之間交換的能量，從而導(dǎo)致能量在機(jī)械狀態(tài)與電子狀態(tài)之間的變換。電源端子60和61也分別通過(guò)高電壓電纜77和78電連接到直流(DC)電源70 (以高電壓電池74的形式示出)上。由此，在所示的示例性實(shí)施例中，交流電馬達(dá)4由直流電源62提供電力。電機(jī)系統(tǒng)2示出為包括電連接到開關(guān)組件40上的控制器98?？刂破?8電激活(斷開/接通)開關(guān)模塊42-44以將來(lái)自直流電源70的DC電流轉(zhuǎn)變?yōu)橛脕?lái)向交流電馬達(dá)4供電的多相AC電流。控制器98布置在控制器殼體100內(nèi)，控制器殼體100遠(yuǎn)離交流電馬達(dá)4?？刂破鳉んw100包括控制終端103，控制終端103將控制器98電連接到交流電馬達(dá)4上。更具體地，控制器98通過(guò)低電壓電纜105聯(lián)接到開關(guān)組件40上，低電壓電纜105在控制終端103與設(shè)置在電機(jī)殼體6上的控制終端元件107之間延伸。“低電壓”應(yīng)當(dāng)理解為指的是在控制器98與開關(guān)組件40之間共享的電壓，開關(guān)組件40用來(lái)獲得開關(guān)組件47-49狀態(tài)的變化，例如斷開/接通。根據(jù)示例性實(shí)施例的一個(gè)方面，“低電壓”構(gòu)成范圍在大于大約0伏與大約99伏之間的電壓。電機(jī)系統(tǒng)2也包括電連接到控制器98上的馬達(dá)控制模塊109。馬達(dá)控制模塊109建立用于交流電馬達(dá)4的期望操作速度/條件?？刂破?8還示出為聯(lián)接到另外的控制輸入部111上，其也能夠包括附件控制模塊，或者其他車輛操作參數(shù)例如扭矩、速度、功率等。電機(jī)系統(tǒng)2還示出為包括冷卻系統(tǒng)120。冷卻系統(tǒng)120包括流體連接到電機(jī)殼體6上的冷卻劑輸入端口 124和冷卻劑輸出端口 130。冷卻劑輸入端口 124將冷卻劑140 (例如空氣、油、水、二元醇的混合物等)朝向交流電馬達(dá)4的開關(guān)部分12引導(dǎo)。冷卻劑128靠近開關(guān)組件40熱傳導(dǎo)地經(jīng)過(guò)以從每個(gè)開關(guān)模塊42-44吸收熱量。冷卻劑128隨后朝向電機(jī)殼體6的電機(jī)部分9流動(dòng)。冷卻劑128靠近定子組件17、轉(zhuǎn)子轂32和轉(zhuǎn)子疊片(未單獨(dú)標(biāo)示)熱傳導(dǎo)地流動(dòng)。冷卻劑128在從電機(jī)殼體6穿過(guò)冷卻劑輸出端口 130之前從定子組件17和轉(zhuǎn)子組件30吸收另外的熱量。冷卻劑128隨后穿過(guò)熱交換器以移除被夾帶的熱量并且被重新引入到交流電馬達(dá)4。可選地，冷卻劑128可以經(jīng)過(guò)其他裝置。現(xiàn)在將對(duì)圖3進(jìn)行參照，其中在描述根據(jù)示例性實(shí)施例的另一方面的開關(guān)組件140時(shí)在相應(yīng)的附圖中相同的附圖標(biāo)記代表對(duì)應(yīng)的部件。開關(guān)組件140包括開關(guān)模塊144。開關(guān)模塊144選擇性地可拆卸地安裝在交流電馬達(dá)4內(nèi)。根據(jù)示例性實(shí)施例的一個(gè)方面，開關(guān)模塊144包括多個(gè)開關(guān)構(gòu)件150-151，多個(gè)開關(guān)構(gòu)件150-151將直流電源74與定子組件17電連接。開關(guān)模塊144建立用于定子組件17的期望電連接構(gòu)型。更具體地，開關(guān)模塊144建立用于定子組件17的串聯(lián)電構(gòu)型。當(dāng)然應(yīng)當(dāng)理解的是，交流電機(jī)4能夠設(shè)有開關(guān)模塊，該開關(guān)模塊建立用于交流電馬達(dá)4的并聯(lián)電構(gòu)型、星形電構(gòu)型、或三角形電構(gòu)型。此刻，應(yīng)當(dāng)理解的是，示例性實(shí)施例消除了在單個(gè)開關(guān)構(gòu)件故障的情況下對(duì)于更換整個(gè)開關(guān)組件的需求。設(shè)置單獨(dú)的開關(guān)模塊容許技術(shù)人員能夠僅僅更換被視為故障的那些開關(guān)構(gòu)件。示例性實(shí)施例也提供了用于改變電馬達(dá)的電構(gòu)型的簡(jiǎn)單的、費(fèi)用有效的系統(tǒng)。電馬達(dá)設(shè)有開關(guān)模塊，該開關(guān)模塊以具體的電構(gòu)型預(yù)接線或預(yù)配置。以該方式，電馬達(dá)的電構(gòu)型的改變只要簡(jiǎn)單地替換開關(guān)模塊。盡管本發(fā)明已經(jīng)參照一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)由本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的是，不同的變化可以進(jìn)行并且等同可以替代其元件而不會(huì)偏離于本發(fā)明的范圍。另外，很多修改可以進(jìn)行以使特定的情況或材料適于本發(fā)明的教導(dǎo)而不偏離于本發(fā)明的基本范圍。由此，其旨在使本發(fā)明不限于作為構(gòu)思用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式公開的具體實(shí)施例，但是本發(fā)明將包括落在權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)系統(tǒng),包括: 交流電機(jī)，所述交流電機(jī)包括:電機(jī)殼體、定子、轉(zhuǎn)子和開關(guān)組件，所述電機(jī)殼體具有電機(jī)部分和開關(guān)部分，所述定子固定地安裝在所述電機(jī)殼體的所述電機(jī)部分中，所述轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述定子可旋轉(zhuǎn)地安裝，所述開關(guān)組件布置在所述電機(jī)殼體的所述開關(guān)部分內(nèi)并且電連接到所述定子上，所述開關(guān)組件包括具有至少一個(gè)開關(guān)構(gòu)件的至少一個(gè)開關(guān)模塊，所述至少一個(gè)開關(guān)模塊配置為且設(shè)置為可拆卸地安裝在所述電機(jī)殼體的所述開關(guān)部分中； 直流電源，所述直流電源通過(guò)所述開關(guān)組件電連接到所述定子上；以及 控制器，所述控制器可操作地連接到所述開關(guān)組件上，所述控制器配置為且設(shè)置為操作所述開關(guān)組件以將來(lái)自所述直流電源的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娏饕圆僮魉鼋涣麟姍C(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)開關(guān)模塊包括使所述直流電源和所述定子電連接的多個(gè)開關(guān)模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)開關(guān)模塊包括建立第一電相的第一開關(guān)模塊、建立第二電相的第二開關(guān)模塊、和建立第三電相的第三開關(guān)模塊，所述交流電機(jī)在所述第一、第二和第三電相上操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)模塊包括將所述直流電源與所述定子電連接的多個(gè)開關(guān)構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)系統(tǒng),所述多個(gè)開關(guān)構(gòu)件包括建立第一電相的第一開關(guān)構(gòu)件、建立第二電相的第二開關(guān)構(gòu)件、和建立第三電相的第三開關(guān)構(gòu)件，所述交流電機(jī)在所述第一電相、第二電相和第三電相上操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)模塊建立所述直流電源與所述定子之間的特定電連接。`
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電機(jī)系統(tǒng)，其中，所述特定電連接包括串聯(lián)連接和并聯(lián)連接中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)系統(tǒng)，還包括:流體連接到所述電機(jī)殼體上的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)引導(dǎo)靠近所述至少一個(gè)開關(guān)模塊以及所述定子和所述轉(zhuǎn)子中的至少一個(gè)進(jìn)行熱傳導(dǎo)的冷卻劑。
9.一種交流電機(jī),包括: 電機(jī)殼體，所述電機(jī)殼體具有電機(jī)部分和開關(guān)部分； 定子，所述定子固定地安裝在所述電機(jī)殼體的所述電機(jī)部分中； 轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述定子可旋轉(zhuǎn)地安裝；以及 開關(guān)組件，所述開關(guān)組件布置在所述電機(jī)殼體的所述開關(guān)部分內(nèi)并且電連接到所述定子上，所述開關(guān)組件包括具有至少一個(gè)開關(guān)構(gòu)件的至少一個(gè)開關(guān)模塊，所述至少一個(gè)開關(guān)模塊配置為且設(shè)置為可拆卸地安裝在所述電機(jī)殼體的所述開關(guān)部分中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的交流電機(jī)，其中，所述至少一個(gè)開關(guān)模塊包括多個(gè)開關(guān)模塊，所述多個(gè)開關(guān)模塊配置為且設(shè)置為使直流電源和所述定子電連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的交流電機(jī)，其中，所述多個(gè)開關(guān)模塊包括建立第一電相的第一開關(guān)模塊、建立第二電相的第二開關(guān)模塊、和建立第三電相的第三開關(guān)模塊，所述交流電機(jī)在所述第一、第二和第三電相上操作。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的交流電機(jī)，其中，所述開關(guān)模塊包括多個(gè)開關(guān)構(gòu)件，所述多個(gè)開關(guān)構(gòu)件配置為且設(shè)置為使直流電源與所述定子電連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的交流電機(jī)，其中，所述多個(gè)開關(guān)構(gòu)件包括建立第一電相的第一開關(guān)構(gòu)件、建立第二電相的第二開關(guān)構(gòu)件、和建立第三電相的第三開關(guān)構(gòu)件，所述交流電機(jī)在所述第一電相、第二電相和第三電相上操作。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的交流電機(jī)，其中，所述開關(guān)模塊配置為且設(shè)置為建立直流電源與所述定子之間的特定電連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的交流電機(jī)，其中，所述特定電連接包括串聯(lián)連接和并聯(lián)連接中的一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的交流電機(jī)，還包括:流體連接到所述電機(jī)殼體上的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)引導(dǎo)靠近所述至少一個(gè)開關(guān)模塊以及所述定子和所述轉(zhuǎn)子中的至少一個(gè)進(jìn)行熱傳導(dǎo)的冷 卻劑。
全文摘要
一種電機(jī)系統(tǒng)包括交流電機(jī)。所述交流電機(jī)包括電機(jī)殼體、定子、轉(zhuǎn)子和開關(guān)組件，所述電機(jī)殼體具有電機(jī)部分和開關(guān)部分。定子固定地安裝在所述電機(jī)殼體的所述電機(jī)部分中，而轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述定子可旋轉(zhuǎn)地安裝。開關(guān)組件布置在所述電機(jī)殼體的所述開關(guān)部分內(nèi)并且電連接到所述定子上。所述開關(guān)組件包括具有至少一個(gè)開關(guān)構(gòu)件的至少一個(gè)開關(guān)模塊。所述至少一個(gè)開關(guān)模塊配置為且設(shè)置為可拆卸地安裝在所述電機(jī)殼體的所述開關(guān)部分中。直流(DC)電源通過(guò)所述開關(guān)組件電連接到所述定子上。控制器可操作地連接到所述開關(guān)組件上。
文檔編號(hào)H02K11/00GK103201933SQ201180053032
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者B·D·錢柏林, A·克雷維斯頓 申請(qǐng)人:瑞美技術(shù)有限責(zé)任公司