[發明專利]電動機和發電機

無效

• 申請號: 201080003226.7
• 申請日: 2010-07-08
• 公開（公告）號: CN102132473A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 李毅;魯珀特·柯比;喬納森·邁耶
• 申請（專利權）人: 普羅蒂恩電子有限公司
• 主分類號: H02K11/00
• 分類號: H02K11/00
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 劉宇峰

技術領域

本發明涉及一種電動機和發電機，尤其是涉及輪內電動機和輪內發電機。

背景技術

發電機系統通常包括電動機和控制單元，該控制單元被配置為控制該電動機的電力。已知的電動機類型的例子包括：感應電動機、同步無刷永磁電動機、轉換磁阻電動機和線性電動機。在商業舞臺上，三相電動機是可用的最普通類型的電動機。

三相電動機通常包括三個線圈組，其中每個線圈組是被配置為產生一個與交流電壓的三個相位之一相關聯的磁場。

為增加在電動機內形成的磁極的數量，每個線圈組通常有一定數量的子線圈組，它們被分布在該電動機的周邊，且被驅動為產生一個旋轉的磁場。

通過圖1可見，顯示了一個典型的三相電動機10，它具有三個線圈組14、16、18。每個線圈組包括四個子線圈組，它們是串聯連接的。相應地，對于給定的線圈組，由各自子線圈組產生的磁場具有共同的相。

一個三相電動機的三個線圈組通常被構造為三角形或Y字形構型，三角形構型可參見圖2，而Y字形構型可參見圖3。

對于具有直流電電源的三相電動機的控制單元通常包括三相橋式逆變器，該逆變器產生三相電壓電源，用于驅動該電動機。每個電壓相是被分別應用于該電動機的各自的線圈組。

三相橋式逆變器包括一定數量的變換裝置，例如，諸如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)開關等的功率電開關。

然而，功率電開關通常會產生轉換損失和傳導損失。

包括轉換損失和傳導損失在內，總的損失是與功率的平方成比例的。對于電動機和換流器，這樣會導致嚴重的熱管理問題，因為例如雙倍的電力會導致增加四倍的熱損失。抽取該熱量而不提高裝置的溫度至它的安全操作水平之上，這成為該裝置能處理的電力的限制因素。實際上，目前的較大的電力設備具有內在的例如500A的電流處理能力，由于熱約束問題而被限制到200A。

對于帶有給定的額定功率的傳統的三相電動機，如果想得到較大的額定功率，這可通過生產帶有較大直徑的電動機來獲得。對于較大的電動機直徑，轉子的圓周速度隨著給出的角速度而增加。對于給出的電源電壓，這需要電動機線圈具有減少的轉數。這是因為感應電壓是轉子的圓周速度和在線圈內的轉數的函數。該感應電壓必須總是處于電源電壓或者低于電源電壓。

然而，在線圈內的減少的轉數導致對于該電動機的減少的感應系數，因為該電動機的感應系數是與轉數的平方成比例。

對于給出尺寸和構造的電動機，由安培/轉數來控制感應系數，這里感應系數是受限于在導體內的最大電流和最大轉數，該導體可被足夠冷卻，而轉數可被適當安裝在電動機內。

對于電動機，幾乎所有電控制單元（例如，三相橋式逆變器）都采用脈寬調制（PWM）電壓的一些形式，用于控制電動機的扭矩。通過使用電動機感應系數達到所施加的脈沖電壓的平均數以驅動所需的電流進入電動機線圈，PWM控制起作用。采用PWM控制，施加的電壓穿過電動機的線圈繞組而被轉換。在這個開啟PWM控制的期間，電流在電動機線圈內以一定速率升高，該速率由它的感應系數和所施加的電壓來支配。接著，在該電流已大量改變之前，需要關閉PWM控制，以致獲得對該電流的精確控制。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種根據所附的權利要求所述的電動機和發電機。

一種電動機，包括：多個線圈組，被配置為產生所述電動機的磁場，每個線圈組包括多個子線圈組；以及多個控制裝置，其中每個控制裝置是耦接于對應的線圈組的多個子線圈組，每個控制裝置是被配置為分別控制在各自的多個子線圈組的電流以產生在每個子線圈組的磁場，以便在各自線圈組內的一個或多個子線圈組具有與其它一個或多個子線圈組基本不同的磁性相。

本發明允許電動機具有一定數量的子電動機，它們可通過它們各自的控制裝置彼此獨立地操作。因此，在一個線圈組的子線圈組內的電流是獨立于在另一個線圈組的子線圈組內的電流的（也就是，這些子線圈組各自不是串聯連接的）。因而，每個子線圈組的線圈具有更大的轉數，相比于所有子線圈組都是串聯連接的同等的電動機而言。在每個線圈中增加的轉數會增加該電動機的總感應系數。這意味著：較低的電流可被用于每個子線圈組的線圈內，這樣導致較少發生散熱散失問題，而且這樣允許使用更小的開關裝置。使用更小的轉換裝置則會導致更快的轉換速度和更低的轉換損失。

進一步，當子線圈組的線圈被配置為形成一個多相電動機（也就是，形成一個邏輯的子電動機）時，子線圈組的線圈可被構造為三角形或Y字形構型，該構型最適合于特定電動機的需求。