專利名稱：包括具有開關模塊的交流電機的電機系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
示例性實施例涉及電機領域，并且更具體地，涉及具有開關模塊的交流電機。
背景技術：
常規(guī)電機系統(tǒng)，例如在汽車、農(nóng)用機械和其中電機和混合動力馬達被采用的其他重型應用中使用的那些，包括通過高電壓電纜可操作聯(lián)接到逆變器上的電馬達。常見的逆變器包括控制器部分和多相電源開關部分。多相電源開關部分包括各種高電壓部件，例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導體場效應晶體管(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)動機控制模塊、高電壓電池、和電馬達上。在逆變器與電池之間的連接和在逆變器與電馬達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的電機系統(tǒng)。所述交流電機包括電電機殼體、定子、轉(zhuǎn)子和開關組件，所述電機殼體具有電機部分和開關部分。定子固定地安裝在所述電機殼體的所述電機部分中，而轉(zhuǎn)子相對于所述定子可旋轉(zhuǎn)地安裝。開關組件布置在所述電機殼體的所述開關部分內(nèi)并且電連接到所述定子上。所述開關組件包括具有至少一個開關構(gòu)件的至少一個開關模塊。所述至少一個開關模塊配置為且設置為可拆卸地安裝在所述電機殼體的所述開關部分中。直流(DC)電源通過所述開關組件電連接到所述定子上?？刂破骺刹僮鞯剡B接到所述開關組件上。所述控制器配置為且設置為操作所述開關組件以將來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。還公開的是一種交流電機，所述交流電機包括電機殼體，所述電機殼體具有電機部分和開關部分。定子固定地安裝在所述電機殼體的所述電機部分中，而轉(zhuǎn)子相對于所述定子可旋轉(zhuǎn)地安裝。開關組件布置在所述電機殼體的所述開關部分內(nèi)并且電連接到所述定子上。所述開關組件包括具有至少一個開關構(gòu)件的至少一個開關模塊。所述至少一個開關模塊配置為且設置為可拆卸地安裝在所述電機殼體的所述開關部分中。


以下描述不應當以任何方式視為限制。參照附圖，相似的元件相似地標記:圖1繪出了根據(jù)示例性實施例的電機系統(tǒng)，所述電機系統(tǒng)包括具有開關組件的交流電機；圖2繪出了根據(jù)示例性實施例的一個方面的圖1的交流電機，所述交流電機具有包括多個開關模塊的開關組件；以及圖3繪出了根據(jù)示例性實施例的另一方面的圖1的交流電機，所述交流電機具有包括開關模塊的開關組件。
具體實施例方式對公開裝置和方法的一個或多個實施例的詳細描述在本文參照附圖作為示例而非限制給出。參照圖1和圖2，根據(jù)示例性實施例構(gòu)造的電機系統(tǒng)整體上以2表示。電機系統(tǒng)2包括以具有電機殼體6的電馬達4的形式不出的交流電機。電機殼體6包括電機部分9和開關部分12。在所示的示例性實施例中，電機部分9包括具有多個繞組20的定子組件17。繞組20限定用于交流電馬達4的多個相。更具體地，交流電馬達4構(gòu)成多相交流電馬達。電機部分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，應當理解的是，根據(jù)示例性實施例的電機能夠采用以下形式:電馬達，即設有電流輸入以產(chǎn)生機械輸出的電機；或發(fā)電機，即設有被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯臋C械輸入的電機。根據(jù)示例性實施例，電機殼體6的開關部分12包括開關組件40。如將在下面更全面討論的，開關組件40操作為從將來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4供電。根據(jù)示例性實施例，開關組件40包括多個開關模塊42、43、和44。每個開關模塊42-44可拆卸地安裝在電機殼體6的開關部分12內(nèi)。更具體地，在開關故障的情況下，每個開關模塊42-44可以被選擇性地單獨更換。以這種方式，單個開關的故障將不需要完全更換開關組件40。在所示的示例性實施例中，每個開關模塊42-44包括對應的開關構(gòu)件47、48、和49。開關構(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4的多個相。更具體地，開關模塊42的開關構(gòu)件47建立用于交流電馬達4的第一相。開關模塊43的開關構(gòu)件48建立用于交流電馬達4的第二相，而開關模塊44的開關構(gòu)件49建立用于交流電馬達4的第三相。由此，開關模塊42通過第一高電壓導體52電連接到繞組20的第一相(未單獨標示)上，開關模塊43通過第二高電壓導體53電連接到繞組20的第二相(未單獨標示)上，而開關模塊44通過第三高電壓導體54電連接到繞組20的第三相(未單獨標示)上。開關模塊42-44也通過高電壓電源導體65和66中相應的一個連接到一對電源端子60和61上?！案唠妷骸睉敱焕斫鉃橹傅氖窃诮涣麟婑R達4與電源之間共享的任意電壓。根據(jù)一個示例性方面，“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。電壓應當被理解為包括當以馬達模式操作時由開關組件40向電機供應的電壓，或者當電機以發(fā)電機模式操作時傳送給開關組件40的電壓。一般而言，電壓應當理解為包括在電機與開關組件40之間交換的能量，從而導致能量在機械狀態(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，在所示的示例性實施例中，交流電馬達4由直流電源62提供電力。電機系統(tǒng)2示出為包括電連接到開關組件40上的控制器98。控制器98電激活(斷開/接通)開關模塊42-44以將來自直流電源70的DC電流轉(zhuǎn)變?yōu)橛脕硐蚪涣麟婑R達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遠離交流電馬達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4上。更具體地，控制器98通過低電壓電纜105聯(lián)接到開關組件40上，低電壓電纜105在控制終端103與設置在電機殼體6上的控制終端元件107之間延伸?！暗碗妷骸睉斃斫鉃橹傅氖窃诳刂破?8與開關組件40之間共享的電壓，開關組件40用來獲得開關組件47-49狀態(tài)的變化，例如斷開/接通。根據(jù)示例性實施例的一個方面，“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。電機系統(tǒng)2也包括電連接到控制器98上的馬達控制模塊109。馬達控制模塊109建立用于交流電馬達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4的開關部分12引導。冷卻劑128靠近開關組件40熱傳導地經(jīng)過以從每個開關模塊42-44吸收熱量。冷卻劑128隨后朝向電機殼體6的電機部分9流動。冷卻劑128靠近定子組件17、轉(zhuǎn)子轂32和轉(zhuǎn)子疊片(未單獨標示)熱傳導地流動。冷卻劑128在從電機殼體6穿過冷卻劑輸出端口 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4?？蛇x地，冷卻劑128可以經(jīng)過其他裝置?，F(xiàn)在將對圖3進行參照，其中在描述根據(jù)示例性實施例的另一方面的開關組件140時在相應的附圖中相同的附圖標記代表對應的部件。開關組件140包括開關模塊144。開關模塊144選擇性地可拆卸地安裝在交流電馬達4內(nèi)。根據(jù)示例性實施例的一個方面，開關模塊144包括多個開關構(gòu)件150-151，多個開關構(gòu)件150-151將直流電源74與定子組件17電連接。開關模塊144建立用于定子組件17的期望電連接構(gòu)型。更具體地，開關模塊144建立用于定子組件17的串聯(lián)電構(gòu)型。當然應當理解的是，交流電機4能夠設有開關模塊，該開關模塊建立用于交流電馬達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，應當理解的是，示例性實施例消除了在單個開關構(gòu)件故障的情況下對于更換整個開關組件的需求。設置單獨的開關模塊容許技術人員能夠僅僅更換被視為故障的那些開關構(gòu)件。示例性實施例也提供了用于改變電馬達的電構(gòu)型的簡單的、費用有效的系統(tǒng)。電馬達設有開關模塊，該開關模塊以具體的電構(gòu)型預接線或預配置。以該方式，電馬達的電構(gòu)型的改變只要簡單地替換開關模塊。盡管本發(fā)明已經(jīng)參照一個或多個示例性實施例進行描述，但是應當由本領域的技術人員理解的是，不同的變化可以進行并且等同可以替代其元件而不會偏離于本發(fā)明的范圍。另外，很多修改可以進行以使特定的情況或材料適于本發(fā)明的教導而不偏離于本發(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施例，但是本發(fā)明將包括落在權利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。
權利要求
1.一種電機系統(tǒng),包括: 交流電機，所述交流電機包括:電機殼體、定子、轉(zhuǎn)子和開關組件，所述電機殼體具有電機部分和開關部分，所述定子固定地安裝在所述電機殼體的所述電機部分中，所述轉(zhuǎn)子相對于所述定子可旋轉(zhuǎn)地安裝，所述開關組件布置在所述電機殼體的所述開關部分內(nèi)并且電連接到所述定子上，所述開關組件包括具有至少一個開關構(gòu)件的至少一個開關模塊，所述至少一個開關模塊配置為且設置為可拆卸地安裝在所述電機殼體的所述開關部分中； 直流電源，所述直流電源通過所述開關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組件上，所述控制器配置為且設置為操作所述開關組件以將來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。
2.根據(jù)權利要求1所述的電機系統(tǒng)，其中，所述至少一個開關模塊包括使所述直流電源和所述定子電連接的多個開關模塊。
3.根據(jù)權利要求2所述的電機系統(tǒng)，其中，所述多個開關模塊包括建立第一電相的第一開關模塊、建立第二電相的第二開關模塊、和建立第三電相的第三開關模塊，所述交流電機在所述第一、第二和第三電相上操作。
4.根據(jù)權利要求1所述的電機系統(tǒng)，其中，所述開關模塊包括將所述直流電源與所述定子電連接的多個開關構(gòu)件。
5.根據(jù)權利要求4所述的電機系統(tǒng),所述多個開關構(gòu)件包括建立第一電相的第一開關構(gòu)件、建立第二電相的第二開關構(gòu)件、和建立第三電相的第三開關構(gòu)件，所述交流電機在所述第一電相、第二電相和第三電相上操作。
6.根據(jù)權利要求4所述的電機系統(tǒng)，其中，所述開關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)權利要求6所述的電機系統(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)權利要求1所述的電機系統(tǒng)，還包括:流體連接到所述電機殼體上的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)引導靠近所述至少一個開關模塊以及所述定子和所述轉(zhuǎn)子中的至少一個進行熱傳導的冷卻劑。
9.一種交流電機,包括: 電機殼體，所述電機殼體具有電機部分和開關部分； 定子，所述定子固定地安裝在所述電機殼體的所述電機部分中； 轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子相對于所述定子可旋轉(zhuǎn)地安裝；以及 開關組件，所述開關組件布置在所述電機殼體的所述開關部分內(nèi)并且電連接到所述定子上，所述開關組件包括具有至少一個開關構(gòu)件的至少一個開關模塊，所述至少一個開關模塊配置為且設置為可拆卸地安裝在所述電機殼體的所述開關部分中。
10.根據(jù)權利要求9所述的交流電機，其中，所述至少一個開關模塊包括多個開關模塊，所述多個開關模塊配置為且設置為使直流電源和所述定子電連接。
11.根據(jù)權利要求10所述的交流電機，其中，所述多個開關模塊包括建立第一電相的第一開關模塊、建立第二電相的第二開關模塊、和建立第三電相的第三開關模塊，所述交流電機在所述第一、第二和第三電相上操作。
12.根據(jù)權利要求9所述的交流電機，其中，所述開關模塊包括多個開關構(gòu)件，所述多個開關構(gòu)件配置為且設置為使直流電源與所述定子電連接。
13.根據(jù)權利要求12所述的交流電機，其中，所述多個開關構(gòu)件包括建立第一電相的第一開關構(gòu)件、建立第二電相的第二開關構(gòu)件、和建立第三電相的第三開關構(gòu)件，所述交流電機在所述第一電相、第二電相和第三電相上操作。
14.根據(jù)權利要求13所述的交流電機，其中，所述開關模塊配置為且設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)權利要求14所述的交流電機，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)權利要求9所述的交流電機，還包括:流體連接到所述電機殼體上的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)引導靠近所述至少一個開關模塊以及所述定子和所述轉(zhuǎn)子中的至少一個進行熱傳導的冷 卻劑。
全文摘要
一種電機系統(tǒng)包括交流電機。所述交流電機包括電機殼體、定子、轉(zhuǎn)子和開關組件，所述電機殼體具有電機部分和開關部分。定子固定地安裝在所述電機殼體的所述電機部分中，而轉(zhuǎn)子相對于所述定子可旋轉(zhuǎn)地安裝。開關組件布置在所述電機殼體的所述開關部分內(nèi)并且電連接到所述定子上。所述開關組件包括具有至少一個開關構(gòu)件的至少一個開關模塊。所述至少一個開關模塊配置為且設置為可拆卸地安裝在所述電機殼體的所述開關部分中。直流(DC)電源通過所述開關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組件上。
文檔編號H02K11/00GK103201933SQ201180053032
公開日2013年7月10日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權日2010年11月4日
發(fā)明者B·D·錢柏林, A·克雷維斯頓 申請人:瑞美技術有限責任公司