用于驱动公共轴的磁解耦式单独控制的多电机组件制造技术

一种磁解耦式单独控制的电机组件，该电机组件包括一个径向电机和一个或多个轴向电机，每个电机具有机械地联接到单一轴并且被布置成直接驱动该单一轴的转子。这些电机中的每个电机是由两个(或更多个)逆变器分别地独立但协作地控制的。这些轴向电机和径向电机包含在单一壳体中。单一壳体中。单一壳体中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于驱动公共轴的磁解耦式单独控制的多电机组件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年4月30日提交的美国临时申请号63/018,139”的优先权，该美国临时申请出于所有目的通过援引并入本文。
[0003]本申请涉及电机，并且更特别地涉及一种具有两个或更多个电机的磁解耦式、单独控制的、公共容纳的组件，这些电机各自具有机械地联接到单一轴并且被布置成直接驱动该单一轴的转子。

技术介绍

[0004]电动马达将电能转换成机械能。发电机在机械上与电动马达相同，但以反向功率流操作，发电机将机械能转换成电能。如本文所使用的术语“电机”是指可以操作为马达和发电机两者的设备。
[0005]通常，可操作为马达的电机可以表征在两大类别内；直流(DC)或交流(AC)。由如电池或整流器等DC电源供电的DC电机包括例如永久磁体DC电机、串励DC电机、并励DC电机和复励DC电机。由如电网或逆变器等交流(AC)电源供电的AC电机包括感应电机、同步电机(例如，磁阻电机或永久磁体同步电机)。AC电机可以是单相或多相的。与单相电机或其他多相电机相比，三相AC电机更受欢迎。
[0006]大多数电动马达通过转子的磁场与穿过转子的绕组或永久磁体的电流之间的相互作用而操作。相互作用生成力，这些力以转矩的形式使轴有效地旋转。磁场产生穿过马达的磁通量。取决于配置，给定马达的转子与定子之间生成的磁通通常是径向或者轴向的。对于径向磁通马达，磁通在径向方向上从转子伸入和伸出。因此，术语“径向”。相比之下，轴向磁通马达具有沿着轴的轴线与轴平行地延伸的磁通。因此，术语“轴向”。
[0007]使用产生轴向磁通和径向磁通两者的绕组的马达设计是已知的。参见例如美国专利10,256,680，该美国专利描述了马达绕组在轴向方向和径向方向两者上的布置。对于这种布置，这些绕组一起工作以在运动方向上产生最大的力。换句话说，轴向磁通和径向磁通一起工作来生成组合力。
[0008]一起协作地使用两个单独马达也是已知的。参见例如美国专利公开文本2013/0241445，该美国专利公开文本描述了使用两个单独并且不同的电动马达经由变速器/差速器组件来驱动电动车辆的车轴。然而，每个马达被单独容纳并且包括该马达自身的分别通过单独齿轮单独联接到变速器/差速器的轴。
[0009]因此需要包括两个(或更多个)电机的电机组件，这些电机是公共容纳的、高效的、紧凑的、相对便宜的、磁解耦式和独立地控制的以直接驱动单一轴。

技术实现思路

[0010]本申请涉及一种包括两个(或更多个)电机的电机组件，该电机是磁解耦式和独立地控制的以直接驱动单一轴。
[0011]在一个非穷尽实施例中，电机组件包括单一轴、具有被布置成直接驱动该轴的转
子的一个或多个轴向磁通电机、具有被布置成直接驱动该轴的转子的一个或多个径向磁通电机。多个逆变器分别单个地但协作地控制(多个)轴向磁通电机和(多个)径向磁通电机。一个或多个间隙设置在一个或多个径向磁通电机和轴向磁通电机中的每一个之间。在每种情况下，(多个)间隙足够大以便将任何两个相邻的电机有效地磁解耦。
[0012]在非穷尽实施例中，不管类型和/或配置如何，两个或更多个电机都包含在单一壳体中。
附图说明
[0013]参照结合附图进行的以下描述可以最佳地理解本专利技术及其优点，在附图中：
[0014]图1A、图1B和图1C分别展示了代表性径向磁通电机、径向磁通和效率分布图。
[0015]图2A和图2B分别展示了代表性轴向磁通电机和效率分布图。
[0016]图3A展示了根据本专利技术的非穷尽实施例的驱动单一轴的代表性多电机组件。
[0017]图3B展示了根据本专利技术的另一实施例的驱动单一轴的代表性多电机组件。
[0018]图3C展示了根据本专利技术的非穷尽实施例的多电机组件的代表性效率分布图。
[0019]图3D展示了根据非穷尽实施例的可以与多电机组件一起使用的可选的磁屏蔽件。
[0020]图3E和图3F各自展示了根据本专利技术的非穷尽实施例的包括直接驱动单一轴的径向磁通电机和轴向磁通电机两者的附加配置。
[0021]图4展示了用于控制本专利技术的多电机组件的电机控制器。
[0022]图5展示了根据本专利技术的非穷尽实施例的用于单个地但协作地控制多电机组件的两个电机的一对逆变器。
[0023]图6是根据本专利技术的非穷尽实施例的用于控制多电机组件的冷却的系统的框图。
[0024]图7是展示了根据本专利技术的非穷尽实施例的具有公共壳体和单一冷却剂入口的示例性多电机组件的简图，该单一冷却剂入口具有用于轴向磁通电机和径向磁通电机的多个喷嘴。
[0025]在附图中，相同的附图标记有时用于指定相同的结构要素。还应理解，附图中的描绘是图解的而不是按比例的。
具体实施方式
[0026]电机的部件通常包括定子、转子、轴、轴承、气隙、绕组和壳体。定子是固定的并且通常由绕组构成。转子通常包括携载电流或永久磁体的导体，电流或永久磁体与由定子生成的磁场相互作用，从而使转子旋转。随着转子旋转，转子直接驱动轴以输送机械力或转矩。通常由壳体支撑的轴承允许转子围绕轴线旋转。轴延伸穿过轴承越过被施加负载的壳体。气隙是转子与定子之间的空间或距离。气隙优选地是尽可能小的，因为需要的磁化电流随着气隙的增大而增大。绕组是用通常被缠绕在定子上的磁芯上的导线制作的一组线圈。每个绕组连接到将AC电流供应到电机中的端部端子。AC电机通常具有连接到称为相端子的多个端部端子的多个绕组。当向马达绕组供应的AC电流在其相位上移位时，这些马达绕组形成磁极并且生成连接转子和定子的磁通量。
[0027]为了简单起见，下文的讨论主要在操作为马达的电机组件的上下文中描述。应理解，如本文所描述的组件绝对不应仅仅限制为马达操作。正相反，如本文所描述的电机组件
还可操作为发电机。
[0028]径向电机
[0029]参照图1A，以纵视图展示了代表性径向磁通电机10。径向磁通电机10包括被布置成直接驱动轴14的转子12以及围绕转子12的定子16。气隙18设置在转子12与定子16之间。为了简单起见，仅展示了定子16的截面。在实际实施例中，定子16被布置成完全环绕由气隙18分开的转子12的圆周。
[0030]在某些实施例中，一对或多对绕组20被布置成环绕定子16并且从该定子向外延伸。绕组20是基于极的数量以特定样式布置的。已很好地理解，给定的电机设计可以包括宽范围的极。具有一个、两个、三个、四个、六个和以上的极的电机很常见。如此，设置在给定电机10的转子16上的绕组20的数量可以宽泛地变化。
[0031]参照图1B，展示了简图22，该简图示出了径向磁通电机10的截面端视图。如在简图22中显而易见的，轴14设置在组件的中心并且延伸进入/离开页面，被机械地联接到转子12并且由该转子直接转动。定子16完全围绕由气隙18分开的转子12的圆周。由附图中的箭头表示的磁通相对于轴14径向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电机组件，包括：轴；轴向磁通电机，该轴向磁通电机具有被配置成直接驱动该轴的第一转子；径向磁通电机，该径向磁通电机具有被配置成直接驱动该轴的第二转子；第一间隙，该第一间隙被设置在该轴向磁通电机与该径向磁通电机之间，该第一间隙足够大以有效地将该轴向磁通电机与该径向磁通电机彼此磁解耦；壳体，该壳体用于容纳该轴向电机和该径向电机两者以及该轴的至少一部分；以及布置成单个地控制该轴向磁通电机的第一逆变器和被布置成单个地控制该径向磁通电机的第二逆变器。2.如权利要求1所述的电机组件，其中，该第一逆变器和该第二逆变器单个地但协作地控制该轴向磁通电机和该径向磁通电机以满足给定速度下的所请求需求。3.如权利要求1或2所述的电机组件，其中，该第一逆变器和该第二逆变器分别基于给定速度下的所请求需求，独立并且选择性地启动或停用该轴向磁通电机和该径向磁通电机。4.如权利要求1至3中任一项所述的电机组件，其中，该第一逆变器和该第二逆变器分别独立并且选择性地启动或停用该轴向磁通电机和该径向磁通电机，使得：(a)在第一操作条件期间，仅启动该轴向磁通电机和该径向磁通电机中的一者；(b)在第二操作条件期间，仅启动该轴向磁通电机和该径向磁通电机中的第二者；以及(c)在第三操作条件期间，启动该轴向磁通电机和该径向磁通电机两者。5.如权利要求1至4中任一项所述的电机组件，其中，该第一逆变器和该第二逆变器单个地但协作地操作该轴向磁通电机和该径向磁通电机，使得以下策略之一被使用：(a)当速度相对低并且转矩需求相对低时，单独操作该轴向电机；(b)当该速度相对高并且不管该转矩需求如何时，单独操作该径向电机；以及(c)当该转矩需求高并且速度低时，操作该轴向电机和该径向电机两者。6.如权利要求1至5中任一项所述的电机组件，进一步特征在于：在低速度范围内，该轴向磁通电机具有比该径向磁通电机更高的操作效率；以及在高速度范围内，该径向磁通电机具有比该轴向磁通电机更高的操作效率，其中，与单个地操作该轴向磁通电机或该径向磁通电机相比，使该轴向磁通电机和该径向磁通电机一起协作地操作使得在更宽的速度范围内具有更高的操作效率。7.如权利要求1至6中任一项所述的电机组件，其中：该径向磁通电机包括：(a)第一定子，该第一定子围绕该第一转子；(b)第二间隙，该第二间隙将围绕该第一转子的第一定子周向地分开，其中，径向磁通在该第二间隙内相对于该轴径向地伸入或伸出；并且该轴向磁通电机包括：(c)第二定子，该第二定子与该第二转子相对；以及(d)第三间隙，该第三间隙被设置在该第二转子与该第二定子之间，其中，轴向磁通与该轴平行地并且在该第二转子与该第二定子之间的第三间隙中轴向延伸。8.如权利要求7所述的电机组件，进一步包括：
多个绕组，该多个绕组被布置成周向地环绕该第一定子并且从该第一定子向外延伸：并且该轴向磁通电机的第二转子被定位成：(a)嵌套在被布置成周向地环绕该第一定子并且从该第一定子向外延伸的该多个绕组内；并且(b)与该径向磁通电机的第一定子相邻但分开。9.如权利要求1至8中任一项所述的电机组件，其中，该第一间隙被设置在该径向磁通电机的第一转子与该轴向磁通电机的第二转子之间，该第一间隙足够大使得由该径向磁通电机生成的径向磁通以及由轴向磁通电机生成的轴向磁通有效地彼此磁解耦。10.如权利要求9所述的电机组件，其中，该第一间隙为以下各项之一：(a)2毫米；(b)小于2毫米；或(c)大于2毫米。11.如权利要求1至10中任一项所述的电机组件，其中，该径向磁通电机具有第一数量的极并且该轴向磁通电机具有第二数量的极，并且该第一数量的极与该第二数量的极是相同或不同的。12.如权利要求1至11中任一项所述的电机组件，进一步包括第二轴向磁通电机，该第二轴向磁通电机被布置成直接驱动该轴，其中，该轴向磁通电机和该第二轴向磁通电机位于该径向磁通电机的相反两侧上。13.如权利要求1至12中任一项所述的电机组件，进一步包括第二轴向磁通电机，该第二轴向磁通电机被配置成直接驱动该轴，其中，该轴向磁通电机和该第二轴向磁通电机位于该径向磁通电机的相同侧。14.如权利要求1至13中任一项所述的电机组件，进一步包括第二径向磁通电机，该第二径向磁通...

【专利技术属性】
技术研发人员：扎基鲁尔，
申请(专利权)人：图拉E技术公司，
类型：发明
国别省市：