專利名稱：用于具有可切換定子繞組的電機(jī)的開關(guān)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
示范性實(shí)施例涉及電機(jī)技術(shù)，更具體而言，涉及用于具有可切換定子繞組的電機(jī)的開關(guān)模塊。
背景技術(shù)：
廣泛的一系列設(shè)備依賴電機(jī)供電。電動(dòng)運(yùn)輸和混合動(dòng)力電機(jī)作為礦物燃料動(dòng)力交通工具的可行的替選方案當(dāng)前正變得更普遍。隨著電動(dòng)交通工具日益普及，存在對(duì)增進(jìn)電馬達(dá)輸出效率的需求。當(dāng)前，電馬達(dá)輸出落入定義的效率范圍中。當(dāng)電馬達(dá)在基本速度操作時(shí)取得較高效率。基本速度以外的操作不是最佳。即，在各種操作條件下，來(lái)自電馬達(dá)的輸出扭矩會(huì)在期望的操作包絡(luò)(envelope)之外。用以改進(jìn)電馬達(dá)性能的當(dāng)前探索的一個(gè)領(lǐng)域是逆變器技術(shù)。當(dāng)前使用可調(diào)速馬達(dá)控制逆變器對(duì)在某些電力和混合電力交通工具中采用的牽引馬達(dá)供電。改進(jìn)馬達(dá)控制逆變器技術(shù)是朝向增進(jìn)電馬達(dá)的操作效率的一個(gè)途徑。

發(fā)明內(nèi)容
公開了一種電機(jī)，包括殼體和殼體內(nèi)布置的定子。定子包括定義多個(gè)相的多個(gè)定子繞組。殼體處安裝開關(guān)模塊。開關(guān)模塊包括在工作中連接到多個(gè)定子繞組的多個(gè)開關(guān)構(gòu)件。多個(gè)開關(guān)構(gòu)件被配置和部署成選擇性地建立多個(gè)定子繞組的第二電連接配置和第一電連接配置中的一個(gè)。


不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為以下描述以任何方式限制。參照附圖，相同標(biāo)記表示相同元件。圖1示意性地描繪了根據(jù)示范性實(shí)施例的包括開關(guān)模塊的電機(jī)；以及圖2示意性地描繪了根據(jù)另一示范性實(shí)施例的包括開關(guān)模塊的電機(jī)。
具體實(shí)施例方式在本文中通過(guò)參照附圖的示范和非限制的方式呈現(xiàn)所公開裝置的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述。通常用2表示按照示范性實(shí)施例以電馬達(dá)的形式示出的電機(jī)。電機(jī)2包括殼體4， 殼體4具有外表面6和定義內(nèi)部部分10的內(nèi)表面8。電機(jī)2包括定子11，定子11包括第一多個(gè)繞組13。第一多個(gè)繞組13包括分別以15-17示出的三個(gè)繞組Ap B1以及Q。繞組 15包括第一引線或?qū)w20和第二引線或?qū)w21。類似地，繞組16包括第一引線23和第二引線對(duì)，繞組17包括第一引線沈和第二引線27。還示出了定子11包括第二多個(gè)繞組30。 第二多個(gè)繞組30包括分別以32-34示出的三個(gè)繞組A2、B2以及C2。通過(guò)組合，繞組15-17 和32-34定義多個(gè)相A、B、C(未分開標(biāo)注)。繞組32包括第一引線或?qū)w37和第二引線或?qū)w38。類似地，繞組33包括第一引線40和第二引線41，繞組34包括第一引線43和第二引線44。電機(jī)2還包括根據(jù)示出的實(shí)施例布置在殼體4內(nèi)的開關(guān)模塊60。開關(guān)模塊60包括通過(guò)分隔器65與內(nèi)部部分10熱隔離的內(nèi)部區(qū)段62。開關(guān)模塊60包括對(duì)應(yīng)于相的數(shù)量的多個(gè)供電端子67-69，所述相的數(shù)量在示出的示范性實(shí)施例中包括相A、B以及C。開關(guān)模塊60還包括多個(gè)開關(guān)構(gòu)件74。在示出的示范性實(shí)施例中，開關(guān)構(gòu)件74采取絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的形式，然而應(yīng)當(dāng)理解也可以采用其它形式的開關(guān)。開關(guān)構(gòu)件74通過(guò)如下面將會(huì)更充分討論的多個(gè)導(dǎo)體(未分開標(biāo)注)鏈接到第一和第二多個(gè)繞組13和30。根據(jù)示范性實(shí)施例的一個(gè)方面，開關(guān)構(gòu)件74包括比相的數(shù)量(N)的三(3)倍少一 (1)。g卩，開關(guān)的數(shù)量是3N-1。在示出的示范性實(shí)施例中，電機(jī)2包括三(3)相使得多個(gè)開關(guān)構(gòu)件74包括把供電端子67與繞組15的第一引線20鏈接的第一開關(guān)構(gòu)件78。第二開關(guān)79把供電端子68與第二繞組16的第一引線23鏈接，第三開關(guān)80把供電端子69與繞組17的第一引線沈鏈接。第四開關(guān)81把繞組15的第二引線21與繞組32的第一引線37 鏈接。第五開關(guān)82把繞組16的第二引線M與繞組33的第一引線40鏈接。第六開關(guān)83 把繞組17的第二引線27與繞組34的第一引線43鏈接。第七開關(guān)84把繞組15的第二引線21與繞組16的第二引線M鏈接，第八開關(guān)85把繞組16的第二引線M與繞組17的第二引線27鏈接。進(jìn)一步根據(jù)示范性實(shí)施例，開關(guān)模塊60通過(guò)與相的數(shù)量相等的多個(gè)導(dǎo)體(未分開標(biāo)注)鏈接到逆變器90。在示出的示范性實(shí)施例中，逆變器90通過(guò)三C3)個(gè)導(dǎo)體鏈接到開關(guān)模塊60。逆變器90把來(lái)自DC電壓源92的DC電壓和電流變換為通過(guò)開關(guān)78-85傳遞給第一和第二多個(gè)繞組13和30的AC電壓和電流。還示出了電機(jī)2包括鏈接在逆變器90 與開關(guān)模塊60之間的控制器94?？刂破?4選擇性地啟動(dòng)開關(guān)78-85以建立多個(gè)繞組13 和30的第二電連接配置和第一電連接配置中的一個(gè)。根據(jù)示范性實(shí)施例的一個(gè)方面，第一電連接配置是多個(gè)繞組13和30的串聯(lián)連接，第二電連接配置是第一和第二多個(gè)繞組13和 30的并聯(lián)連接。當(dāng)期望串聯(lián)連接時(shí)，控制器94使開關(guān)構(gòu)件78-80以及84-85斷開，以及使開關(guān)構(gòu)件81-83閉合。當(dāng)期望并聯(lián)連接時(shí)，控制器94使開關(guān)構(gòu)件78-80和84-85閉合以及使開關(guān)構(gòu)件81-83斷開。另外，控制器94建立逆變器90與電機(jī)2之間的期望時(shí)序。S卩，控制器94可以在改變開關(guān)構(gòu)件78-85的位置時(shí)使逆變器90斷開連接。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，除了串聯(lián)和并聯(lián)連接之外，開關(guān)78-85可以被配置成建立包括Y型連接、△型連接及其任何組合的廣泛范圍的電連接配置。現(xiàn)在將在描述根據(jù)另一示范性實(shí)施例的電機(jī)110的過(guò)程中接著參照?qǐng)D2。電機(jī)110 包括殼體112，殼體112具有外表面114和定義內(nèi)部部分117的內(nèi)表面115。在示出的示范性實(shí)施例中，內(nèi)部部分117包括貯槽120。內(nèi)部部分117還容納定子123，定子123具有第一多個(gè)繞組128，第一多個(gè)繞組1 在示出的示范性實(shí)施例中包括分別以130-132示出的三個(gè)繞組ApB1以及Q。繞組130包括第一引線或?qū)w135和第二引線或?qū)w136。類似地， 繞組131包括第一引線138和第二引線139，繞組132包括第一引線141和第二引線142。 還示出了定子123包括第二多個(gè)繞組145。以與上述方式類似的方式，第二多個(gè)繞組145包括分別以147-149示出的三個(gè)繞組A2、B2以及C2。通過(guò)組合，繞組130-132和147-149定義多個(gè)相A、B、C(未分開標(biāo)注)。繞組147包括第一引線或?qū)w152和第二引線或?qū)w153。 類似地，繞組148包括第一引線155和第二引線156，繞組149包括第一引線158和第二引
4線 159。根據(jù)示出的示范性實(shí)施例，電機(jī)110包括安裝于殼體4處的開關(guān)模塊170。開關(guān)模塊170包括外表面區(qū)段172和定義內(nèi)部區(qū)段175的內(nèi)表面區(qū)段173。應(yīng)當(dāng)把術(shù)語(yǔ)“安裝于” 理解為意思是可以把開關(guān)模塊170安裝到殼體4，或者與殼體4直接相鄰以及通過(guò)短接線配線結(jié)合到電機(jī)2。通過(guò)此布置，殼體112的外表面114提供內(nèi)部部分117與內(nèi)部區(qū)段175 之間的熱障。以與上述方式類似的方式，開關(guān)模塊170包括在工作中連接到第一和第二多個(gè)繞組128和145的多個(gè)開關(guān)構(gòu)件176。多個(gè)開關(guān)構(gòu)件176包括如以上所討論的比相的數(shù)量(N)的三(3)倍少一(1)或3N-1的多個(gè)開關(guān)構(gòu)件并安裝到基板178。在示出的示范性實(shí)施例中，開關(guān)模塊170如上所述地包括連接到第一和第二多個(gè)繞組1 和145的八(8)個(gè)開關(guān)構(gòu)件181-188。開關(guān)構(gòu)件181-188通過(guò)多個(gè)導(dǎo)體191-199連接到繞組130-132和繞組 147-149。以也與上述方式類似的方式，逆變器204把DC電壓源206耦合到開關(guān)模塊170。 逆變器204通過(guò)與相的數(shù)量相等的多個(gè)導(dǎo)體(未分開標(biāo)注)鏈接到開關(guān)模塊170。在示出的示范性實(shí)施例中，逆變器204通過(guò)三(3)個(gè)導(dǎo)體鏈接到開關(guān)模塊170?？刂破?08鏈接到逆變器204和開關(guān)模塊170?？刂破?08選擇性地啟動(dòng)(activate)開關(guān)構(gòu)件181-188以建立繞組147-149和繞組130-132的串聯(lián)或并聯(lián)連接。在電機(jī)2的操作期間，外表面114連同任何提供的絕緣一起可能不足以使通過(guò)繞組130-132和繞組147-149的電流生成的熱量最小化而不影響開關(guān)構(gòu)件181-188的性能。 因而，根據(jù)示出的示范性實(shí)施例，電機(jī)2包括冷卻系統(tǒng)220。冷卻系統(tǒng)220包括泵224，泵 2 促使諸如空氣、水或油的冷卻劑通過(guò)內(nèi)部部分117和內(nèi)部區(qū)段175。更具體地，冷卻系統(tǒng)204包括從貯槽120向泵2M延伸的第一導(dǎo)管228。第二導(dǎo)管從泵224向分支導(dǎo)管233 傳遞。分支導(dǎo)管233分別經(jīng)由第四和第五導(dǎo)管235和236以流體方式連接到內(nèi)部部分117 和內(nèi)部區(qū)段175。通過(guò)此布置，冷卻系統(tǒng)204增強(qiáng)離開導(dǎo)體191-198的熱量轉(zhuǎn)移以使任何熱量對(duì)開關(guān)構(gòu)件181-188的影響最小化。在這點(diǎn)上應(yīng)當(dāng)理解示范性實(shí)施例描述了用于在使得對(duì)相關(guān)聯(lián)的開關(guān)構(gòu)件的熱量暴露最小化的同時(shí)在串行與并行配置之間切換電機(jī)的繞組的系統(tǒng)。還應(yīng)當(dāng)理解采用的冷卻系統(tǒng)的特定類型可以變化。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解可以結(jié)合將開關(guān)模塊安裝在殼體內(nèi)而采用冷卻系統(tǒng)。還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解可以在沒(méi)有分開的冷卻系統(tǒng)的情況下構(gòu)建包括殼體外開關(guān)模塊的電機(jī)。在串行與并行配置之間切換電馬達(dá)擴(kuò)展了整體操作包絡(luò)從而增強(qiáng)操作。每種配置 (串行、并行)均提供各種好處。通過(guò)允許電機(jī)在配置之間切換，增加了效率和減少了能耗。雖然已參照示范性實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解在不脫離本發(fā)明范圍的情況下對(duì)于其元件可以替換等同物以及可以做出各種改變。另外，可以在不脫離其實(shí)質(zhì)范圍的情況下做出許多修改以使特定狀況或材料適用于本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，意圖是使本發(fā)明不限于作為對(duì)于執(zhí)行本發(fā)明構(gòu)思的最佳模式公開的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落入權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)，包括殼體；殼體內(nèi)布置的定子，定子包括定義多個(gè)相的多個(gè)定子繞組；以及殼體處裝配的開關(guān)模塊，所述開關(guān)模塊包括在工作中連接到所述多個(gè)定子繞組的多個(gè)開關(guān)構(gòu)件，所述多個(gè)開關(guān)構(gòu)件被配置和部署成選擇性地建立所述多個(gè)定子繞組的第二電連接配置和第一電連接配置中的一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，所述第一電連接配置是串聯(lián)連接，所述第二電連接配置是并聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，所述多個(gè)開關(guān)構(gòu)件與所述多個(gè)定子繞組熱隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，進(jìn)一步包括在工作中耦合到所述開關(guān)模塊的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)引導(dǎo)冷卻流與所述多個(gè)開關(guān)構(gòu)件相鄰。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)，進(jìn)一步包括將所述多個(gè)開關(guān)構(gòu)件和所述多個(gè)定子繞組電連接的多個(gè)導(dǎo)體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機(jī)，其中，所述冷卻流是流體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電機(jī)，其中，所述流體在所述多個(gè)導(dǎo)體上傳遞。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電機(jī)，其中，所述流體是油、空氣以及水中的一個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)，其中，所述冷卻系統(tǒng)包括以流體方式連接所述殼體和所述開關(guān)模塊的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管通過(guò)所述殼體和所述開關(guān)模塊中的每個(gè)來(lái)傳遞冷卻流體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)，其中，所述冷卻系統(tǒng)包括在所述殼體和所述開關(guān)模塊中的一個(gè)中提供的貯槽，所述導(dǎo)管包括以流體方式連接到所述貯槽的第一導(dǎo)管、以流體方式連接到所述第一導(dǎo)管和所述殼體的第二導(dǎo)管以及以流體方式連接到所述第一導(dǎo)管、所述第二導(dǎo)管和所述開關(guān)模塊中的一個(gè)的第三導(dǎo)管。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電機(jī)，進(jìn)一步包括以流體方式連接到所述冷卻系統(tǒng)的泵， 所述泵引導(dǎo)所述冷卻流體從所述貯槽通過(guò)所述殼體和所述開關(guān)模塊中的每個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電機(jī)，其中，所述泵布置在所述殼體內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，所述多個(gè)開關(guān)構(gòu)件包括比所述相的數(shù)量的三倍少一。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，所述多個(gè)開關(guān)構(gòu)件包括絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，所述多個(gè)繞組定義三個(gè)相。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機(jī)，其中，所述多個(gè)開關(guān)構(gòu)件包括不多于八個(gè)開關(guān)構(gòu)件。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，進(jìn)一步包括在工作中連接到所述多個(gè)開關(guān)構(gòu)件的逆變器，所述逆變器通過(guò)與所述電機(jī)的相數(shù)量相等的多個(gè)導(dǎo)體耦合到所述開關(guān)模塊。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電機(jī)，進(jìn)一步包括電耦合到所述逆變器和所述開關(guān)模塊的控制器，所述控制器選擇性地啟動(dòng)所述開關(guān)構(gòu)件并同步所述開關(guān)模塊和所述逆變器的操作。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，把所述開關(guān)模塊安裝到所述殼體的外表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，把所述開關(guān)模塊安裝在所述殼體內(nèi)。
全文摘要
一種電機(jī)，包括殼體和殼體內(nèi)布置的定子。定子包括定義多個(gè)相的多個(gè)定子繞組。殼體處安裝開關(guān)模塊。開關(guān)模塊包括在工作中連接到多個(gè)定子繞組的多個(gè)開關(guān)構(gòu)件。多個(gè)開關(guān)構(gòu)件被配置和部署成選擇性地建立多個(gè)定子繞組的第二電連接配置和第一電連接配置中的一個(gè)。
文檔編號(hào)H02K3/04GK102447352SQ20111028985
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者大衛(wèi)·A·富爾頓 申請(qǐng)人:雷米技術(shù)有限公司