專利名稱：電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動機(jī)或發(fā)電機(jī)，還涉及牽引控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知的電動機(jī)系統(tǒng)典型地包括發(fā)動機(jī)和用于控制發(fā)動機(jī)功率的控制單元。已知電動機(jī)類型包括感應(yīng)發(fā)動機(jī)，無刷永磁體發(fā)動機(jī)，開關(guān)磁阻電動機(jī)和同步滑環(huán)式機(jī)器。三相電動機(jī)是最常用的電動機(jī)類型。圖1所示為一個典型的三相電動機(jī)的示意圖。該例中，電動機(jī)包括三個線圈組 (coil set)。每個線圈組產(chǎn)生一個與電動機(jī)的三個相位之一相關(guān)聯(lián)的磁場。在更概括性的例子中，N個線圈組可以用于生產(chǎn)N-相電動機(jī)。每個線圈組可以包括一個或多個線圈子組， 安置在電動機(jī)的外圍周圍。本例中，每個線圈組包括四個這樣的線圈子組(coil sub-set), 在圖1中，各個線圈組的線圈子組分別標(biāo)記為14，16和18。如圖1所示，線圈子組14，16和 18均勻地分布在電動機(jī)10的周圍以共同產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其中有一個中央轉(zhuǎn)子12，其典型地合并一個或多個永磁體，該轉(zhuǎn)子可以按圖中所示箭頭C的方向旋轉(zhuǎn)。每個線圈組的線圈子組由圖1中所示的連接線對，沈和觀串聯(lián)在一起。這樣允許各個線圈組的線圈中的電流平衡以產(chǎn)生基本共同的相位。各個線圈組的導(dǎo)線終止在如圖1中所示的34，36和38。 典型地，各個線圈組的導(dǎo)線的一端連接到一個公共參考終端，而另一端連接到一個切換系統(tǒng)以控制該線圈組的所有線圈中的電流。然后，典型地，各個線圈組的電流控制包括控制一個流過大量線圈的公共電流。如圖2中所示，各個線圈子組可以包括一個或多個線圈(coil)。特別地，圖2示例了一個線圈子組14中的線圈24A，24B。在本例中，每個線圈子組有兩個線圈。這兩個線圈以相反方向纏繞并連接在一起，以使得流進(jìn)各個線圈的電流基本相同。當(dāng)轉(zhuǎn)子12的磁極掃過線圈24A，24B，切換線圈24A，24B中的電流可以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拇艌鰜砦团懦廪D(zhuǎn)子以保持連續(xù)旋轉(zhuǎn)。由兩個反向纏繞的線圈24A，24B產(chǎn)生的磁場屬于該三相電動機(jī)的相同相位。 每個安置在電動機(jī)10外圍周圍的第三線圈子組產(chǎn)生一個具有共同相位的磁場。線圈和連接線可能典型地包括圍繞在電動機(jī)的外圍的單根導(dǎo)線(例如銅線)，該導(dǎo)線在適當(dāng)?shù)奈恢美p繞成線圈。對一個三相電動機(jī)，切換系統(tǒng)幾乎不變地是包括多個開關(guān)的三相橋式電路。包括金屬氧化物硅場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極晶體管的典型的功率電子開關(guān)具有兩種主要的損耗開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗。開關(guān)損耗隨著開關(guān)速度下降，更快的開關(guān)速度還導(dǎo)致電磁干擾(EMI)噪聲增加。 因為需要更大的開關(guān)，開關(guān)速度和EMI噪聲之間有問題的折衷在更高的功率級別(例如對于更大的發(fā)動機(jī))是復(fù)合的。同功率開關(guān)及其連接系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的電感隨著開關(guān)的物理尺寸而增加。該電感影響功率設(shè)備的開關(guān)速度，因而功率設(shè)備的開關(guān)速度典型地受到其物理尺寸的限制。因此，更高的功率級別必須使用更大的開關(guān)，但較大的開關(guān)涉及到較慢的開關(guān)速度從而帶來較大的開關(guān)損耗。而且，功率設(shè)備的成本大致隨著其尺寸的平方而增加。傳導(dǎo)損耗也隨著功率增加而增加。包括開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗，總損耗大約正比于功率的平方。這給電動機(jī)帶來嚴(yán)重的熱處理問題，因為，例如功率翻倍導(dǎo)致熱損耗增長四倍。在設(shè)備能處理多少功率下，吸取這一熱量而不使設(shè)備的溫度超過其安全操作級別，成為了限制因素。實際上，現(xiàn)在的大功率設(shè)備具有內(nèi)在的電流處理能力，例如，因為熱約束，500A被限定到200A?？紤]一個給定功率級別的傳統(tǒng)的三相電動機(jī)。如果希望一個更高的功率級別，可以通過產(chǎn)生一個更大直徑的電動機(jī)來實現(xiàn)。對一個更大的電動機(jī)直徑，轉(zhuǎn)子的外緣圓周速率在一個給定的角速度下會增加。對一個給定的電源電壓，這要求減少電動機(jī)線圈的匝數(shù)。 因為感應(yīng)電壓是轉(zhuǎn)子的外緣圓周速率和線圈匝數(shù)的函數(shù)。感應(yīng)電壓必定總是保持在或低于電源電壓。然而，減少線圈匝數(shù)導(dǎo)致電動機(jī)電感下降，因為電動機(jī)的電感正比于匝數(shù)的平方?，F(xiàn)今幾乎所有電動機(jī)的電子控制單元運行某種形式的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電壓控制。PWM控制通過用電動機(jī)電感平均出一個施加脈沖電壓以驅(qū)使所需電流流入電動機(jī)線圈來工作。使用PWM控制，在一個由功率設(shè)備開關(guān)特性限定的最小周期內(nèi)，施加電壓在電動機(jī)繞組(winding)內(nèi)進(jìn)行切換。在此導(dǎo)通周期內(nèi)，電動機(jī)繞組內(nèi)的電流以一個由其電感和施加電壓限定的速度增大。于是要求PWM控制在電流變得太大之前進(jìn)行切斷，從而實現(xiàn)電流的精確控制。如前述討論，大功率設(shè)備的使用導(dǎo)致了低開關(guān)速度，而大電動機(jī)也具有較低的電感。對更高功率的電動機(jī)，這兩個因素限制了 PWM作為控制系統(tǒng)的有效性，因為電動機(jī)線圈中的電流上升更快(由于線圈匝數(shù)減少帶來的電動機(jī)的低電感)而PWM控制更粗糙(由于使用大功率開關(guān)設(shè)備的開關(guān)速度低)。一個已知的解決該問題的方案是在電動機(jī)中引入附加電感，以與電動機(jī)繞組串聯(lián)的扼流圈(current limiting choke)的形式。該附加電感增加了電動機(jī)線圈中的電流的上升時間。然而，扼流圈典型地與電動機(jī)一樣大或者比電動機(jī)還大，當(dāng)它們承載滿載電流時會產(chǎn)生大量的附加熱損耗，并且體積巨大、重量很重、成本很高。已知電動機(jī)的其他問題涉及到其制造。如前述結(jié)合圖1所描述的，電動機(jī)構(gòu)造典型地包括使用一根單獨的導(dǎo)線來制造用于電動機(jī)的每個相位的繞組。導(dǎo)線置于電動機(jī)外圍周圍，線圈纏繞在適當(dāng)位置以產(chǎn)生電動機(jī)的磁場的一個相位。纏繞電動機(jī)線圈，還有終止分布在電動機(jī)外圍周圍的每個線圈子組之間的連接是一個勞動密集的工作。典型地用于電動機(jī)繞組的粗線(例如銅線)很難操作，在許多電動機(jī)設(shè)計中，進(jìn)入電動機(jī)內(nèi)部安裝線圈及其相互連接是受限制的。已知的線圈制造系統(tǒng)體積也很巨大，而且散熱能力有限。車輛牽引控制可以用于最小化車輛在移動時發(fā)生的剎車風(fēng)險。依賴車輪牽引提供合成機(jī)車動力的車輛遭受車輪剎車現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向剎車也可能發(fā)生。在轉(zhuǎn)向剎車中，車輛的運動與前輪不成直線(一般成為欠轉(zhuǎn)向(imder-steer))或者與后輪不成直線(過轉(zhuǎn)向 (over-steer))0通常，剎車的發(fā)作并非突發(fā)事件，而是開始于一定程度的車輪打滑，進(jìn)而演變成完全的車輪剎車。產(chǎn)生車輪打滑或剎車所需要的力可以通過車輪上的重量乘以輪胎和地面間的摩擦系數(shù)計算得出。當(dāng)超過這個力，車輪打滑或剎車就會發(fā)生。當(dāng)力恰好低于能產(chǎn)生車輪打滑或剎車的力時，車輪還在控制之中，能達(dá)到最大駕駛性能。牽引控制系統(tǒng)一般力求允許在這一區(qū)域操作，由此，最大動力可施加到車輪，允許發(fā)生車輪打滑或剎車。在已知系統(tǒng)中，扭矩從中央內(nèi)燃機(jī)通過驅(qū)動軸和差動輪施加到車輛的輪胎。牽引控制通常通過調(diào)節(jié)制動盤壓力(用于剎車)或通過調(diào)節(jié)各個車輪的滑動離合器機(jī)制(用于加速度)來施加。這些牽引控制系統(tǒng)需要昂貴的機(jī)械部件，而且并不能總是提供最佳性能。 例如，ABS剎車在操作于粗開/關(guān)情形會劇烈抖動?；瑒与x合器對來自發(fā)動機(jī)的左/右扭矩平衡有作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面由所附權(quán)利要求限定。為便于理解，本發(fā)明的各方面如下賦于小標(biāo)題，對應(yīng)于說明書各部分，為避免疑問，這些方面可以結(jié)合在一起用于本發(fā)明的單個具體實施例。線圈控制根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種電動機(jī)。該電動機(jī)包括一個或多個獨立的線圈組，用以產(chǎn)生電動機(jī)的磁場。每個線圈組包括多個線圈子組。每個線圈子組包括一個或多個線圈。每個線圈組中的線圈產(chǎn)生的磁場具有基本共同的相位。該電動機(jī)也包括多個控制設(shè)備，每個控制設(shè)備連接到一個各自的線圈子組以控制該線圈子組的線圈中的電流。每個控制設(shè)備不需要輸入同步信號。對電動機(jī)的線圈中電流的控制得到增強，因為每個線圈子組中的電流控制可以獨立于另一線圈子組中的電流控制。因為每個線圈組的所有線圈沒有串聯(lián)在一起，每個線圈子組的線圈具有很大的匝數(shù)。每個線圈增加的匝數(shù)增大了電動機(jī)的總電感。這意味著每個線圈子組的線圈可以使用更低的電流，從而帶來較少的熱損耗問題，并使得可以采用較小的開關(guān)設(shè)備。使用較小的開關(guān)設(shè)備又帶來較快的開關(guān)速度和較低的開關(guān)損耗?？刂圃O(shè)備可以包括一個或多個開關(guān)，以給一個線圈子組的一個或多個線圈施加脈沖電壓。電動機(jī)線圈中電流的PWM控制可以因為包含在線圈中的增加的匝數(shù)而得到增強。 因為可以采用較小的開關(guān)設(shè)備，所以可以帶來顯著的成本、重量和熱損耗的節(jié)約。一些控制設(shè)備可以包括監(jiān)控裝置用以監(jiān)控該線圈子組的線圈中的反電動勢?？刂圃O(shè)備可以根據(jù)監(jiān)控到的反電動勢調(diào)節(jié)脈沖電壓的脈沖(例如脈沖寬度)以實現(xiàn)告訴功率控制。控制設(shè)備可以彼此獨立的操作，因為每個控制設(shè)備包括足夠的邏輯以確定轉(zhuǎn)子的位置， 并施加適當(dāng)?shù)碾妷阂钥刂聘髯跃€圈子組中的電流?？刂圃O(shè)備可以接收來自例如剎車踏板傳感器的外部設(shè)備的指令信號，并基于線圈特性、轉(zhuǎn)子位置和指令信號施加適當(dāng)?shù)木€圈控制。因為可以使用較小的元器件(例如開關(guān)設(shè)備)，它們可以覆蓋在電動機(jī)外套之內(nèi)， 區(qū)別于已知系統(tǒng)使用大而笨重的開關(guān)設(shè)備。例如，控制設(shè)備可以安置于電動機(jī)中鄰近其各自的線圈子組，以簡化線圈繞組的終止。電動機(jī)外套可以包括一個或多個孔隙以使得每次可以接入一個控制設(shè)備，取決于轉(zhuǎn)子/外套和控制設(shè)備的方向?？梢蕴峁┮粋€共同控制設(shè)備以協(xié)調(diào)多個控制設(shè)備的操作。例如，該共同控制設(shè)備可以用于協(xié)調(diào)位于多個控制設(shè)備中的開關(guān)以確保每個線圈組中的電流的切換是同相地進(jìn)行的。用這種方式，控制設(shè)備可以模仿一個每個線圈組中的線圈串連連接的電動機(jī)?；蛘?， 每個控制設(shè)備可以通過檢測電動機(jī)轉(zhuǎn)子的位置來控制其相位關(guān)系，并這樣提供完全平行的操作，不依賴中央處理器。這將增強對電動機(jī)中任何單獨故障的免疫力。共同控制設(shè)備可以可操作地有選擇性地使一個或多個控制設(shè)備失效，以允許部分功率操作。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種操作上面所描述的這種電動機(jī)的方法。該方法包括使用多個控制設(shè)備為各個線圈子組的線圈供能，以產(chǎn)生電動機(jī)的磁場?？梢岳斫?，發(fā)電機(jī)采用與電動機(jī)類似的結(jié)構(gòu)，上文討論的某些因素也可以應(yīng)用于新型發(fā)電機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種發(fā)電機(jī)。該發(fā)電機(jī)包括一個或多個獨立的線圈組用于根據(jù)發(fā)電機(jī)內(nèi)的磁場來產(chǎn)生感應(yīng)電流。每個線圈組包括多個線圈子組。每個線圈子組包括一個或多個線圈。每個線圈組的線圈中所產(chǎn)生的電流具有共同的相位。該發(fā)電機(jī)還包括多個功率輸出端，每一個連接到一個獨立的線圈子組以輸出該獨立線圈子組的線圈中產(chǎn)生的電流。位置傳感本發(fā)明的又一方面是使用一個鐵制調(diào)焦環(huán)(iron focussing ring)來協(xié)助磁場的校準(zhǔn)，以檢測轉(zhuǎn)子相對于定子的位置。剎車裝置根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種可配置在剎車模式中操作的電動機(jī)。該電動機(jī)包括一個或多個線圈組用以產(chǎn)生磁場。每個線圈組包括多個線圈子組。每個線圈子組包括一個或多個線圈。該電動機(jī)還包括多個控制設(shè)備，每一個連接到一個獨立的線圈子組以控制該獨立線圈子組的一個或多個線圈中的電流。在剎車模式中，該些控制設(shè)備可以根據(jù)提取自(drawn from)線圈的電流來操作。因為控制設(shè)備可以根據(jù)提取自線圈的電流來操作，提供了一種故障自趨安全 (fail-safe)剎車設(shè)置，以使得即使在電源故障的情況下，控制設(shè)備可以繼續(xù)操作(進(jìn)而控制剎車)。優(yōu)選地，在剎車模式中，每個控制設(shè)備被配置成根據(jù)一個獨立線圈子組中的電流來操作。這保證了剎車裝置中的冗余，當(dāng)一個線圈出現(xiàn)故障，其他線圈和控制設(shè)備仍可工作以提供剎車動力。優(yōu)選地，電動機(jī)也包括一個連接到線圈和一個連接之間的電容以用作電源。該電容確保當(dāng)從能量消耗模式轉(zhuǎn)變到非能量消耗模式時電流繼續(xù)供給到控制設(shè)備。電動機(jī)還包括一個可選擇地連接到控制設(shè)備的電阻，因而在緊急剎車模式下來自線圈的能量被電阻所消耗。緊急剎車模式是這樣一種模式在該模式下電源無法從線圈獲得能量，例如，因為像電池這樣的電源故障、電池滿載或者連接故障。電阻優(yōu)選地被配置為非?？拷刂圃O(shè)備和線圈以降低連接故障的風(fēng)險。本發(fā)明的一個方面還提供一種與上述電動機(jī)一起使用的控制裝置，包括一個連接到多個剎車控制電路的機(jī)械剎車控制設(shè)備，每個剎車控制電路連接到一個獨立的電動機(jī)。 以一個車輛為例，機(jī)械剎車控制設(shè)備是剎車踏板，獨立的剎車控制電路連接到剎車踏板以提供冗余使得任何一個剎車控制電路故障時，其他電路可以控制由連接以驅(qū)動車輛的一個獨立車輪的多個電動機(jī)中的一個所提供的剎車動力。
線圈交換多個控制設(shè)備可以配置成在一個電動機(jī)的多相循環(huán)中提供電動機(jī)線圈中的電流的交錯切換。這使得可以通過經(jīng)一個給定時間周期擴(kuò)展切換事件來減輕EMI噪聲。這一方面通過引起PWM切換事件在不同線圈中在不同時間發(fā)生來進(jìn)行。本發(fā)明的具體實施例可以用于產(chǎn)生，例如，線性的或旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)。例如，線圈組可以被配置以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電動機(jī)可以包括一個安裝的磁體在旋轉(zhuǎn)場中旋轉(zhuǎn)。線圈固定根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于電動機(jī)的線圈固定系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個或多個線圈齒以可卷繞地接收一個線圈。該系統(tǒng)還包括一個背部以可附著地接收多個線圈齒。線圈齒提供了一種方式，使得一個線圈繞組可以離開電動機(jī)和其他線圈而獨立準(zhǔn)備。因此，每個線圈可以相對簡單地獨立準(zhǔn)備，簡單的接入到線圈齒而沒有電動機(jī)的其它部分妨礙。背部提供了一種方式，使得固定系統(tǒng)的線圈一旦纏繞好以后，可以以一種期望的設(shè)置附著以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拇艌?。線圈齒可以包括一個延長臂以可卷繞地接收線圈。這再一次簡化了生產(chǎn)線圈的任務(wù)。線圈齒可以包括一個成型的附著部分，背部可以包括一個相應(yīng)的成型接收部分。 這可以在齒和背部之間提供簡單而穩(wěn)固的附著。線圈齒的附著部分可以有兩個指狀物，呈V 型。指狀物的角度可以基本上沿著繞在齒上的一個線圈所產(chǎn)生的磁場線的方向，因而減少指狀物對場的干擾?？梢蕴峁┒鄠€相互連接的背部。這再一次為設(shè)計和構(gòu)造電動機(jī)提供了進(jìn)一步的靈活性。例如，多個背部，每個帶多個齒，可以獨立的裝配然后連接到一起形成更大的背部和齒裝置以用于電動機(jī)。背部可以堆成一個在另一個之上，每一層的背部可以以這樣一種方式相互連接使得相互連接是交錯的而不符合垂直。這增加了結(jié)構(gòu)的強度。背部之間可以通過齒來相互連接。背部可以定型、定尺寸以為附著其上的線圈齒產(chǎn)生期望的配置。例如，背部可以是弓形的。這使得圓形電動機(jī)可以包括固定系統(tǒng)的方式來構(gòu)造。背部和/或線圈齒具有疊層結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，可以提供一種包括上述線圈固定系統(tǒng)的電動機(jī)或發(fā)電機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，可以提供一種包括上述種類的電動機(jī)的車輛。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，可以提供一種制造上述電動機(jī)或發(fā)電機(jī)的方法。該方法包括在線圈齒上纏繞一個用于電動機(jī)或發(fā)電機(jī)的線圈。該方法還包括將帶線圈的線圈齒附著到背部。該方法還包括連接線圈到一個控制設(shè)備，控制設(shè)備配置成提供該線圈的單獨的電流控制。該方法有助于包括此類控制設(shè)備的發(fā)動機(jī)，因為不必使用一根單導(dǎo)線以產(chǎn)生每個齒的纏繞。取而代之，每個齒的線圈可以單獨纏繞并直接連接到一個控制設(shè)備。牽引控制根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，可以提供一種用于包括多個車輪的車輛的牽引控制系統(tǒng)，每個車輪獨立地由各自的發(fā)動機(jī)提供動力?？刂葡到y(tǒng)包括傳感器用于檢測每個車輪的旋轉(zhuǎn)的加速度?？刂葡到y(tǒng)還包括一個控制單元用于調(diào)整每個獨立發(fā)動機(jī)施加到每個車輪的扭矩，以適應(yīng)在在一個或多個車輪的旋轉(zhuǎn)中檢測預(yù)定的加速度。預(yù)定加速度可以指示剎車?？梢越o每個車輪提供獨立的控制單元。每個控制單元可以根據(jù)預(yù)定規(guī)則獨立于系統(tǒng)中的其他控制單元而執(zhí)行牽引控制。控制單元可以組網(wǎng)以交換車輪加速度數(shù)據(jù)。控制單元可操作地提供用于車輪的連續(xù)的扭矩調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，可以提供一種包括多個車輪的車輛，每個車輪由各自的發(fā)動機(jī)獨立地提供動力。該車輛包括上述的牽引控制系統(tǒng)。懸架(suspension)控制根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，可以提供一種用于包括多個車輪的車輛的懸架控制系統(tǒng)，每個車輪固定在車輛的一個懸架臂上并由各自的發(fā)動機(jī)獨立地提供動力。該系統(tǒng)包括一個控制單元以可選擇地調(diào)整施加到每個車輪的扭矩，以施加力到每個各自的懸架臂?？刂茊卧蛇x擇地調(diào)整施加到每個車輪的扭矩，以施加力到每個各自的懸架臂以改變車輛的高度。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，可以提供一種包括多個車輪的車輛，每個車輪固定在一個懸架臂上并由各自的發(fā)動機(jī)獨立地提供動力。該車輛包括上述懸架控制系統(tǒng)。上述車輛的發(fā)動機(jī)可以是電動機(jī)，比如上面所描述的電動機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，可以提供一種用于包括多個車輪的車輛的牽引控制方法，每個車輪由獨立發(fā)動機(jī)提供動力。該方法包括檢測一個或多個車輪的旋轉(zhuǎn)的加速度。該方法還包括調(diào)節(jié)由每個各自的發(fā)動機(jī)施加到每個車輪的扭矩，以適應(yīng)檢測一個或多個車輪的旋轉(zhuǎn)的加速度。預(yù)定加速度可以指示剎車。預(yù)定加速度可以根據(jù)車輛加速度的一個確定上限來計算?！獋€各自的控制單元可以用于調(diào)節(jié)施加到每個車輪的扭矩。每個控制單元可以根據(jù)預(yù)定規(guī)則獨立于系統(tǒng)中的其他控制單元來執(zhí)行牽引控制。車輪加速數(shù)據(jù)可以在控制單元之間被交換。可以為車輪提供連續(xù)的扭矩調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，可以提供一種用于包括多個車輪的車輛的懸架控制方法，每個車輪固定在車輛的一個懸架臂上并由各自的發(fā)動機(jī)獨立地提供動力。該方法包括可選擇地調(diào)節(jié)施加到每個車輪的扭矩，以施加力到每個各自的懸架臂。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，可以提供一種計算機(jī)程序用以執(zhí)行上述牽引控制方法和/或懸架控制方法。一種用于實現(xiàn)本發(fā)明的計算機(jī)程序可以是承載媒質(zhì)上的計算機(jī)程序的形式。承載媒質(zhì)可以是存儲介質(zhì)，比如固態(tài)的、磁性的、光的、光磁的或其他存儲介質(zhì)。承載媒質(zhì)可以是傳輸介質(zhì)，比如廣播、電話的、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、有線的、無線的、電的、電磁的、光的或真正地其他任何傳輸媒質(zhì)。調(diào)節(jié)密封本發(fā)明的另一個方面是包括一個定子和一個轉(zhuǎn)子的發(fā)動機(jī)裝置，定子有一個定子外殼，轉(zhuǎn)子有一個轉(zhuǎn)子外殼，轉(zhuǎn)子外殼基本上環(huán)繞定子的部件(components)，而轉(zhuǎn)子有一個密封裝置安置于轉(zhuǎn)子外殼和定子外殼之間，配置密封裝置以使得該密封裝置一部分或多個部分可以因為轉(zhuǎn)子外殼旋轉(zhuǎn)的離心力從一個接觸定子外殼的位置移動到一個離開定子外殼的位置。該裝置提供的有益之處在于，當(dāng)轉(zhuǎn)子固定或以低速旋轉(zhuǎn)時，密封裝置在定子和轉(zhuǎn)子之間封閉起一個間隙，而當(dāng)轉(zhuǎn)子以較高速旋轉(zhuǎn)時，封條并不因為隨轉(zhuǎn)子移動的封條和與定子外殼之間的摩擦而損壞。高速時，因為轉(zhuǎn)子的離心作用而阻止了物質(zhì)進(jìn)入外殼。該過程的進(jìn)步之處在于，附著于轉(zhuǎn)子的封條的可移動部分和定子外殼之間的壓力在固定時最大，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增大，壓力降低直到接觸停止。轉(zhuǎn)子的離心作用還提供一個在轉(zhuǎn)子定子組件內(nèi)部的壓力梯度。該壓力梯度呈放射狀，在中心壓力小而向外越來越大。通過結(jié)合位于靠近定子中心的適當(dāng)保護(hù)的入口，允許空氣進(jìn)入并隨后在封條與定子的接口排出。該機(jī)制提供了氣墊進(jìn)一步保護(hù)封條以免過度勞損，還提供了附加密封收益，即排出的空氣防止了物質(zhì)進(jìn)入。該特性還提供了排除任何進(jìn)入發(fā)動機(jī)的水，例如由于冷凝的結(jié)果。適當(dāng)保護(hù)的入口可以是，例如具有一個附著到定子外部的管子的入口。該管子足夠長以使得其另一開口端位于一個確定永遠(yuǎn)不會進(jìn)水的位置。該開口端進(jìn)一步有一個顆粒過濾器以防止大于安全尺寸的物質(zhì)顆粒進(jìn)入發(fā)動機(jī)。另一種保護(hù)入口的方法是使用半透膜。這樣的膜將可以透過空氣而不能透過水或顆粒(例如Goretex，雙向拉伸聚四氟乙烯)。該方法可以位于定子或如上述遠(yuǎn)遠(yuǎn)地通過一個管子。冷卻裝置本發(fā)明的另一個方面是一種包括冷卻裝置的發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)包括放置的環(huán)繞在四周的多個線圈而一個冷凝管道放置在直接地鄰近多個線圈，冷凝劑通過該管道吸取或?qū)α鞫魍?。該方面使用一個多面冷卻盤，其在三面封閉繞組而提供面以附著電子功率設(shè)備(electronic power device)、傾灣功率設(shè)備(dump power device)禾口傾 寫電阻(dump resistor) 0包括線圈、齒和背鐵(back iron，或稱之為護(hù)鐵)的定子組件直接組裝在冷卻盤上。組件然后使用導(dǎo)熱材料罐裝到冷卻盤，例如像充滿氧化鋁、氮化鋁或碳的環(huán)氧。該罐裝過程很重要，因為給整個組件以機(jī)械完整性，所有部分如同一個整體，更能抵抗震動和撞擊。該罐裝還改善了絕緣系統(tǒng)的電強度，防止了繞組內(nèi)部的氣穴(air pocket)。因為高切換速度dv/dt很高，這引起了繞組的絕緣介質(zhì)中的電應(yīng)力。氣穴引起電離風(fēng)險從而導(dǎo)致早期絕緣故障。在電控發(fā)動機(jī)或發(fā)電機(jī)中，由切換事件引起的重復(fù)電應(yīng)力帶來的絕緣擊穿是一個主要的可靠性問題，罐裝在很大程度上降低了這一風(fēng)險。罐裝最好在真空下進(jìn)行，但低粘性罐裝材料可以在大氣壓下使用。罐裝對于改進(jìn)發(fā)熱繞組和背鐵疊片結(jié)構(gòu)和散熱冷卻盤及其中的冷凝劑之間的導(dǎo)熱性很重要。罐裝還有很大好處，其允許繞組系統(tǒng)完全浸入水中而沒有漏電的風(fēng)險。這很重要，因為需要使電子系統(tǒng)免受與冷凝或其他形式的進(jìn)水的影響。


為更好的理解本發(fā)明以及顯示如何實現(xiàn)同樣的發(fā)明，參照附圖將結(jié)合以下附圖的示例進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1示意性地示出了一個三相發(fā)動機(jī)的示例裝置；圖2示意性地示出了圖1中所示一個線圈子組中的線圈裝置；圖3為本發(fā)明的一個具體實施例的發(fā)動機(jī)的部件分解圖；圖4為圖3所示發(fā)動機(jī)另外一個角度的部件分解圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的三相發(fā)動機(jī)的示例線圈裝置；圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的圖3中所示的一個線圈子組中的示例線圈裝置；圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的三相發(fā)動機(jī)的示例裝置；圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的圖7中所示的一個線圈子組中的線圈的示例設(shè)置；圖9所示為具體實施例的線圈相對于磁體的(位置)關(guān)系；圖10示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的控制設(shè)備的示例；圖11為一個切換裝置的電路圖；圖12示意性地示出了一個共同控制設(shè)備用于協(xié)調(diào)多個控制設(shè)備的操作的裝置；圖13示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的線圈齒的前視圖；圖14示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的線圈齒的側(cè)視圖；圖15示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的具有多個線圈齒可接收地附著其上的背部的示意圖；圖16示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的一個背部和一個線圈齒的局部視圖；圖17示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的一個背部和多個線圈齒的局部視圖；圖18示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的一個背部和線圈齒 (tooth)的局部視圖；圖19示意性地示出了多個相互連接的背部交錯堆疊構(gòu)成一個更大的背部的示例；圖20示意性地示出了多個相互連接的背部交錯堆疊構(gòu)成一個更大的背部的示例；圖21所示為一個密封裝置；圖22示意性地示出了具有四個車輪的車輛的示例，并指示附于這些車輪的力；圖23示意性地示出了固定于一個懸架臂的一個車輪的示例；圖M示意性地示出了本發(fā)明的一個具體實施例的磁體固定裝置；圖25示意性地示出了本發(fā)明的一個具體實施例的用于定子線圈的冷凝裝置。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例所描述的是一個用于車輛的車輪中的電動機(jī)。該種類型的發(fā)動機(jī)的形式是具有作為用于附著于車輛的定子的一部分的一組線圈，被帶著一組磁體、用于附著于車輪的轉(zhuǎn)子所輻射地環(huán)繞。為避免產(chǎn)生疑惑，本發(fā)明的不同方面同樣可以用于具有相同裝置的發(fā)電機(jī)。另外，本發(fā)明的某些方面可以應(yīng)用于具有固定于環(huán)繞的線圈中心的轉(zhuǎn)子的裝置。物理排列結(jié)合圖3和圖4，具體組件的物理排列將很好理解。組件可以描述成一個具有內(nèi)置電子器件和軸承的發(fā)動機(jī)，或者當(dāng)其適應(yīng)一個獨立車輪時也可以描述成一個輪轂發(fā)動機(jī) (hub motor)或者輪轂驅(qū)動(hub drive)。首先參考圖3，組件包括定子252，定子252包括形成了組件的外殼的第一部分的后部230，還包括散熱片，還有包括多個線圈和既驅(qū)動線圈又驅(qū)動散熱片的電子器件的驅(qū)動裝置231。驅(qū)動裝置231安裝于后部230以形成定子252，然后定子252可能安裝于一個車輛并在使用中不轉(zhuǎn)動。線圈形成在齒狀疊片結(jié)構(gòu)235上，其與驅(qū)動裝置231、后部230 —起構(gòu)成定子252。轉(zhuǎn)子240包括一個前部220和一個形成一個蓋子的圓柱部分221，蓋子基本上環(huán)繞定子252。轉(zhuǎn)子包括放置于圓柱部分221內(nèi)部的多個磁體對2。磁體因而非常接近組件231 上的線圈，這樣組件231中的線圈所產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生一個力加于放置于轉(zhuǎn)子MO的圓柱部分221內(nèi)部的磁體242之上，因而使得轉(zhuǎn)子240旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子240通過軸承座223附著于定子252。軸承座223可以是使用于車輛中的標(biāo)準(zhǔn)軸承座，該發(fā)動機(jī)組件將安裝于該車輛。軸承座包括兩部分，第一部分固定于定子而第二部分固定于轉(zhuǎn)子。軸承座固定于定子252的壁體230的中央部分233，也固定于轉(zhuǎn)子240的外殼壁220的中央部分225。轉(zhuǎn)子240因而可轉(zhuǎn)動地固定于車輛，并通過轉(zhuǎn)子240的中央部分225上的軸承座223與車輛一起被使用。這帶來一個很大的好處，即使用普通車輪螺釘將輪緣固定于轉(zhuǎn)子的中央部分可將輪緣和輪胎固定于轉(zhuǎn)子MO的中央部分225，并因而穩(wěn)固地固定于軸承座223的轉(zhuǎn)動側(cè)。通過將車輪螺釘穿過軸承座，車輪螺釘可以穿過轉(zhuǎn)子的中央部分225。該裝置的第一個好處是可以通過移開車輪、軸承座和例如剎車裝置的任何其他部分來簡單地改進(jìn)現(xiàn)有車輛?，F(xiàn)有軸承座可以裝于組件內(nèi)部，整個裝置在定子側(cè)固定于車輛而普通輪緣和車輪固定于轉(zhuǎn)子側(cè)，以使得輪緣和車輪環(huán)繞整個發(fā)動機(jī)組件。相應(yīng)地，改進(jìn)現(xiàn)有車輛變得非常簡單。第二個好處是在轉(zhuǎn)子240外面，特別是在承載磁體于內(nèi)周的圓周壁體221上，沒有支撐車輛的力。這是因為支撐車輛的力直接從固定于軸承座一側(cè)的懸架上(通過定子壁體的中央部分)傳到車輪的中央部分(通過轉(zhuǎn)子壁體的中央部分)，車輪環(huán)繞著固定于軸承座另一側(cè)的轉(zhuǎn)子。這意味著轉(zhuǎn)子的圓周壁體221不承受任何導(dǎo)致壁體變形從而使得磁體對不準(zhǔn)的力。不需要復(fù)雜的軸承裝置來維持圓周轉(zhuǎn)子壁體的對準(zhǔn)。轉(zhuǎn)子還包括一個調(diào)焦圈(focussing ring)和磁體227用于后面將會提及的位置傳感。圖4為圖3所示相同組件的部件分解圖，其從反方向(相對于圖3)展示了包括后部定子壁體230和線圈、電子器件組件231的定子252。轉(zhuǎn)子240包括外部轉(zhuǎn)子壁體220和圓周壁體221，磁體242環(huán)繞地排列在圓周壁體221之內(nèi)。如前所述，定子252通過轉(zhuǎn)子和定子中央部分的軸承座連接到轉(zhuǎn)子M0。圖3中還示出了電路板80，其承載了后面將要描述的控制電子器件。因為其風(fēng)箏形狀(kite shape)，這些電路板可稱作風(fēng)箏板(kiteboard)。圖3和圖4還示出了 V型封條(seal) 350，其處于轉(zhuǎn)子圓周壁體221和定子外殼230的外邊緣(outer edge)之間，也將在后面對其進(jìn)行描述。圖4中還示出了一個包括一個交換調(diào)焦圈(commutation focusing ring)和多個磁體的磁性環(huán)227被提供給排列在定子252的電路板80上的一系列的傳感器，用于指示轉(zhuǎn)子相對于定子的位置。這也將在后面進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
線圈控制圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的電動機(jī)的示意圖。在本例中，發(fā)動機(jī)一般是圓形的。然而，本發(fā)明的實施例也可以采用其他的拓?fù)洹＠缈梢圆捎镁€性排列的線圈以產(chǎn)生線性運動。本例中的發(fā)動機(jī)40是一個三相發(fā)動機(jī)?？梢岳斫獾氖?，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機(jī)可以包括任意數(shù)目的相位(N = 1，2，3...)。作為一個三相發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)40包括三個線圈組。 在本例中，每個線圈組包括兩個線圈子組。每個線圈組的線圈子組分別標(biāo)記為44、46和48。 線圈子組44、46和48排列在發(fā)動機(jī)40外圍四周。在本例中，每個線圈子組與其所屬線圈組中的另一個線圈子組相對安置，盡管這樣的排列對本發(fā)明的工作并非嚴(yán)格地重要。每個線圈子組包括一個或多個線圈，如以下涉及圖6所述。發(fā)動機(jī)40可以包括一個轉(zhuǎn)子(圖5中未示出)位于發(fā)動機(jī)的各個線圈的位置所定義的圓周的中心，因此而允許轉(zhuǎn)子在線圈所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場中旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，盡管，轉(zhuǎn)子可以設(shè)置于環(huán)繞在線圈周圍，如前面圖3和圖4中所示出的那樣。轉(zhuǎn)子可以典型地包括一個或多個安置的永磁體用來旋轉(zhuǎn)，它們的磁極掃過發(fā)動機(jī)40的線圈的末端。適當(dāng)?shù)那袚Q線圈子組的線圈中的電流允許發(fā)動機(jī)的永磁體的磁極中的同步的引力和斥力來產(chǎn)生發(fā)動機(jī)40 的旋轉(zhuǎn)動作。需要理解的是圖5是高度示意性的，實際上，線圈子組將排列在定子外圍而轉(zhuǎn)子磁體環(huán)繞著線圈。每個線圈組44、46、48包括一個或多個線圈。如圖6所示，本例中，每個線圈子組有一個線圈。每個線圈子組多于一個線圈的示例將在下文中結(jié)合圖7和圖8加以描述。當(dāng)給定的線圈子組中多于一個線圈時，這些線圈一般以相反的方向纏繞以使每個線圈產(chǎn)生的磁場相對于鄰近線圈的磁場是反平行的。如上所述，線圈中的電流的適當(dāng)切換使轉(zhuǎn)子的永磁體轉(zhuǎn)動。如圖5中所示，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，每個線圈子組的線圈可以連接到一個獨立的控制設(shè)備80。圖5中示意性地示出了每個線圈子組連接到各自的控制設(shè)備80 的接線端M、56、58。相應(yīng)地，給定的線圈組的相應(yīng)線圈子組的線圈并非串聯(lián)。而是每個線圈子組獨立地受控和供能。到控制設(shè)備的連接和每個線圈子組的線圈可以用例如一根單導(dǎo)線(例如銅線)來形成，如圖6所示。為每個線圈子組的線圈提供獨立的功率控制有很多好處。因為不需要連接線環(huán)繞發(fā)動機(jī)外圍來提供每個線圈子組的線圈的互相連接，將用較少的導(dǎo)線來制造發(fā)動機(jī)。這降低了制造成本并降低了發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。導(dǎo)線的減少也降低了傳導(dǎo)損耗。通過為每個線圈子組的線圈提供獨立功率控制，并相比于在一個發(fā)動機(jī)中每個線圈子組的線圈串聯(lián)的情況所能達(dá)到的匝數(shù)給每個線圈更多匝數(shù)，發(fā)動機(jī)的總電感會顯著提高。反過來，允許在每個線圈子組中流過低得多的電流，因此可以將較低額定功率的切換設(shè)備用于電流控制。相應(yīng)地，更便宜、更輕、體積更小的切換設(shè)備可以用于操作發(fā)動機(jī)。使用較低電流還降低了熱損耗問題，并降低了切換損耗，因為較小的切換設(shè)備可以實現(xiàn)較快的切換速度。較小的切換設(shè)備可以操作在較高頻率的事實允許更精細(xì)、更快響應(yīng)的發(fā)動機(jī)控制。事實上，扭矩調(diào)節(jié)可以在高響應(yīng)速度的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，可以在一個單PWM周期之內(nèi)完成調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的典型的PWM周期大概是50 μ s。
使用較小的切換設(shè)備的另一個好處是它們可以定位于非常接近它們控制的線圈。 在以前的電動機(jī)中，使用相對大的切換設(shè)備來控制串聯(lián)連接的線圈子組的操作，控制設(shè)備非常大因而不可能被包括進(jìn)電動機(jī)的另一個部件(例如定子、轉(zhuǎn)子等)而是單獨地提供。相反，因為可以使用小的切換設(shè)備，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，切換設(shè)備和包含切換設(shè)備的控制設(shè)備可以定位于，例如和發(fā)動機(jī)的另一個部件在同一外殼/外套之內(nèi)。以下結(jié)合圖 10和圖11將提供關(guān)于一個包含了切換設(shè)備的控制設(shè)備的例子的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。圖7和圖8所示為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的發(fā)動機(jī)40的另一種示例配置的例子。圖5所示發(fā)動機(jī)40是一個三相發(fā)動機(jī)。因而發(fā)動機(jī)具有三個線圈組。本例中，每個線圈組包括8個線圈子組。每個線圈組的線圈子組在圖7中分別標(biāo)記為44、46、48。為了和涉及圖5所描述的例子一致，每個線圈組包括相對地排列于發(fā)動機(jī)40的外圍四周的成對的線圈子組。再一次，需要注意的是，并非特別需要每個線圈子組有一個相應(yīng)的線圈子組定位于發(fā)動機(jī)40外圍的相反側(cè)。如前面關(guān)于圖7所描述的，每個線圈子組可以連接到一個各自的控制設(shè)備80。每個線圈組的每個線圈子組的接線端在圖7中分別標(biāo)記為M、56、58。圖7中所示的設(shè)置包括比例如圖3中所示的設(shè)置更多的線圈子組，這并不會顯著增加用于操作發(fā)動機(jī)的切換裝置的尺寸和體積，而在增加的線圈子組串聯(lián)連接的情況下用于操作發(fā)動機(jī)的切換裝置的尺寸和體積會顯著增加。替代的，僅僅需要提供附加的控制設(shè)備80，其包含了如上所述的用于每個附加的線圈子組的非常小的切換裝置。如上所述，這些控制設(shè)備80足夠小以致于它們可以定位于例如發(fā)動機(jī)40的同一個外套之內(nèi)，鄰近它們對應(yīng)的線圈子組。如上所述，每個線圈子組可以包括一個或多個線圈。本例中，每個線圈子組包括三個線圈，如圖8所示。圖8中，這三個線圈標(biāo)記為74A、74B、74C。這三個線圈74A、74B、74C 交替纏繞，以使得在給定的電流方向下每個線圈所產(chǎn)生的磁場與其鄰近線圈產(chǎn)生的磁場反平行。如上所述，當(dāng)發(fā)動機(jī)40的轉(zhuǎn)子的永磁體掃過線圈74A、74B、74C的末端時，線圈中的電流的適當(dāng)?shù)那袚Q可以用于產(chǎn)生期望的力以提供對轉(zhuǎn)子的推動力。如圖6所示，一個線圈子組中的每個線圈可以串聯(lián)纏繞。每個線圈子組中的線圈74A、74B、74C反向纏繞以提供反平行磁場的原因可以參考圖9來理解，圖9所示為轉(zhuǎn)子上環(huán)繞定子的線圈44、46、48的磁體242的排列。為簡單起見，排列顯示為磁體和線圈的線性排列，但應(yīng)該理解的是在本發(fā)明描述的實施例中，線圈排列在定子的外圍四周，而磁體排列在轉(zhuǎn)子的圓周的內(nèi)周，如已經(jīng)描述的。磁體242排列成交替磁極指向線圈子組44、46和48。每個三線圈74A、74B和74C 的子組因而對磁體的交替的極面(pole face)呈現(xiàn)交替的磁場。這樣，當(dāng)一個子組的左側(cè)線圈對一個磁體的一個N極呈斥力，其鄰近的中央線圈將對磁體的一個S極呈斥力等等。如圖9中所示意的，磁體對線圈的比率是8個磁體對9個線圈。這樣排列的好處是磁體和線圈永遠(yuǎn)不會完美地排列。如果發(fā)生這樣完美的排列，發(fā)動機(jī)可能靜止在一個位置， 在該位置線圈和磁體間沒有力以給發(fā)動機(jī)一個明確的運動方向。通過配置不同數(shù)目的線圈和磁體環(huán)繞發(fā)動機(jī)，無論轉(zhuǎn)子和發(fā)動機(jī)靜止在什么位置總存在一個特定方向的合成力。線圈子組由各自的控制設(shè)備獨立地控制的一個特別的好處是可以設(shè)置遠(yuǎn)大于正常數(shù)目的相位。例如勝于如圖7所描述的三相發(fā)動機(jī)，伴隨著不同的磁體和線圈，更多數(shù)目的相位例如二十四相或者三十六相是可能的。線圈對磁體的比率，例如18個線圈對16個磁體、36個線圈對32個磁體等等是很可能的。事實上，優(yōu)選的配置如圖3和圖4中所示是提供 M個獨立的控制“風(fēng)箏”板80，每一個控制一個子組的三個線圈。因而提供了一個二十四相的發(fā)動機(jī)。使用多相配置例如二十四相提供了許多優(yōu)點。每個線圈子組中的單個線圈可以比在較低數(shù)目相位的配置中具有更大的電感，因為每個控制電路不需要控制大量線圈(其將需要控制大的總電感)。一個大數(shù)目的相位還提供了較低水平的紋波電流。這意味著需要用來操作發(fā)動機(jī)的電流的包絡(luò)的起伏要比例如三相發(fā)動機(jī)的包絡(luò)低得多。相應(yīng)的，發(fā)動機(jī)內(nèi)部還需要較低水平的電容。大數(shù)目相位還最小化了因為需要通過供電線快速傳輸大電流所引起的高壓瞬變的可能。因為紋波較低，電源電纜電感(supply cabling inductance) 也較低并且電壓瞬變級別也降低了。當(dāng)用于一個剎車裝置時(后面將會描述)，這是一個主要優(yōu)點，如在急剎車條件下，需要在幾秒鐘傳送幾百千瓦的功率，多相配置降低了這種情況下高壓瞬變的風(fēng)險。圖9中所示的磁體和線圈的有關(guān)的配置可以環(huán)繞轉(zhuǎn)子和定子裝置的360機(jī)械角度重復(fù)兩次、三次、四次或者恰當(dāng)?shù)拇螖?shù)。單獨的線圈子組的獨立相位的數(shù)目越多，高壓瞬變或明顯電壓紋波的可能性就越低。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，多個具有獨立功率控制的線圈子組可以在發(fā)動機(jī)中相鄰的安置。在一個這樣的例子中，三個線圈例如圖8中所示的那樣可以在一個發(fā)動機(jī)中相互鄰近而不串聯(lián)連接到同一個控制設(shè)備80。取而代之，每個線圈將具有其自己的控制設(shè)備80。當(dāng)給每個線圈子組提供獨立的功率控制，可以操作有關(guān)的控制設(shè)備以一個降低的額定功率運行發(fā)動機(jī)。這可以例如通過選擇對部分線圈子組的線圈斷電來實現(xiàn)。作為示例，圖7中部分線圈子組加*來突出顯示。如果這些線圈子組斷電，發(fā)動機(jī)仍然可以運行，雖然性能降低了。這樣，發(fā)動機(jī)的輸出功率可以根據(jù)指定應(yīng)用的要求來調(diào)節(jié)。在一個例子中，當(dāng)發(fā)動機(jī)用于車輛例如一輛轎車，給部分線圈子組斷電可以用于調(diào)節(jié)轎車的性能。圖7所示的例子中，如果每個帶*的線圈子組都斷電，剩下的線圈子組將導(dǎo)致類似圖5中所示的配置，盡管當(dāng)然每個線圈子組有三個線圈而不是圖5中所示的每個線圈子組一個線圈。給一個或多個線圈子組斷電還有進(jìn)一步的好處在于當(dāng)一個線圈子組故障的情況下，可以以某種方式給發(fā)動機(jī)40中的其他線圈子組斷電來繼續(xù)操作發(fā)動機(jī)40，該方式保持了平衡的磁場包絡(luò)環(huán)繞在發(fā)動機(jī)外圍用于適當(dāng)?shù)亩嘞嗖僮鳌Ｏ喾?，在以前的包括線圈子組的線圈連續(xù)的相互連接的系統(tǒng)中，在涉及大電流時，線圈或者與任意指定線圈組的相關(guān)的相互連接的故障很可能是災(zāi)難性的和高度危險的。而且，線圈或者線圈與指定線圈組之間的相互連接中任何地方的故障都將導(dǎo)致發(fā)動機(jī)無論以什么方式都無法繼續(xù)工作?？傊?，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的線圈子組的獨立功率控制允許為了響應(yīng)對線圈子組的不同動力要求和/或故障或失靈而對選定的線圈子組獨立地供電和/或斷電?？刂齐娐穲D10所示為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的控制設(shè)備80的例子。如上所述，控制設(shè)備80包括多個開關(guān)，這些開關(guān)可以典型地包括一個或多個半導(dǎo)體設(shè)備。圖10所示的控制設(shè)備80包括印刷電路板82，其上安裝有多個元件。電路板82包括用于將控制設(shè)備80 固定于發(fā)動機(jī)內(nèi)部的裝置，例如鄰近其控制的線圈子組-直接到冷卻盤。在所示的例子中，這些裝置包括螺絲釘和諸如此類可以穿過其中的穿孔84。本例中，印刷電路板基本上是楔形。這種形狀允許多個控制設(shè)備80可以在發(fā)動機(jī)中彼此鄰近定位，形成扇形排列。控制設(shè)備80的印刷電路板82上可以安裝一個接線端86用于從一個下面將要描述的92控制設(shè)備接收線以發(fā)送和接收信號。圖10所示的例子中，控制設(shè)備80包括多個開關(guān)88。這些開關(guān)包括例如MOSFET或者見肌的半導(dǎo)體設(shè)備。本例中，開關(guān)包括IGBT。任何已知的合適的開關(guān)電路都可以用于控制與控制設(shè)備80相關(guān)聯(lián)的線圈子組的線圈中的電流。這樣的開關(guān)電路的一個眾所周知的例子是半橋(H-bridge)電路。這樣一個電路需要四個開關(guān)設(shè)備，如圖10所示。線圈子組的導(dǎo)線(例如銅線)可以適當(dāng)?shù)闹苯舆B接到開關(guān)設(shè)備88，開關(guān)設(shè)備88之間的相互連接可以在印刷電路板82上形成。如上所述，因為開關(guān)設(shè)備88可以定位于鄰近線圈子組，線圈子組的導(dǎo)線的末端在開關(guān)設(shè)備88處更容易實現(xiàn)。如圖11所示，控制設(shè)備包括排列在半橋裝置中的半導(dǎo)體開關(guān)。半橋當(dāng)然是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，其包括四個分立的半導(dǎo)體開關(guān)88連接到電源(這里是300V)和地。每個線圈子組的線圈連接到接線端81和83。這里圖示了一個子線圈44連接到接線端之間。 簡單地，為操作發(fā)動機(jī)并在一個方向提供電壓，開關(guān)88A和88D閉合而其他開關(guān)斷開，以形成一個電路，電流向一個方向流動。為操作發(fā)動機(jī)，電流方向隨著通過線圈的交替磁極而改變。為改變發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，流入線圈的電流的定時和極性被改變以引起反方向的合成力。當(dāng)開關(guān)88B和88C閉合而其他開關(guān)斷開時，線圈中的電流反向。實際上，脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(PWM)用于脈沖寬度，調(diào)制施加到半導(dǎo)體開關(guān)的閘極(gate)的信號以控制施加于線圈的電壓。剎車設(shè)置操作于一種在先技術(shù)所未揭示的方式，并將在描述整個控制設(shè)置之后加以描述。如圖12所示，共同控制設(shè)備92可以用于協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)中提供的多個控制設(shè)備80的操作。在以前的發(fā)動機(jī)中，每個線圈子組的線圈所產(chǎn)生的磁場的同步是自動獲得的，因為它們是串聯(lián)連接的。然而，當(dāng)對每個線圈子組使用獨立的功率控制時，不會發(fā)生這種自動同步。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，可以提供如圖12所示的共同控制設(shè)備92以確保包括串聯(lián)連接線圈的多相系統(tǒng)的正確模仿。如上文有關(guān)圖11的描述，在多個控制設(shè)備80 處提供終端86以允許在多個控制設(shè)備80與共同控制設(shè)備92之間形成連線。相互連接線90可以在共同控制設(shè)備92和控制設(shè)備80之間傳遞例如定時/同步信號這樣的信號以適當(dāng)?shù)哪７露嘞啻?lián)連接系統(tǒng)。在一個可選的實施例中，每個控制單元可以獨立的操作，而不需要中央控制設(shè)備。 例如，每個控制單元可以具有獨立傳感器以檢測發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置，這將不需要提供前面所描述的同步信號。取而代之，每個控制單元將收到一個需求信號使其能夠獨立地控制施加于其相關(guān)的線圈的電壓。需要強調(diào)的是優(yōu)選實施例不要求任何形式的中央控制設(shè)備用于每個結(jié)合了發(fā)動機(jī)的車輪的操作。優(yōu)選地，每個發(fā)動機(jī)是自足的(self-contained)，在每個發(fā)動機(jī)中，控制電路80是自足的，僅需要一個扭矩需求信號用以操作。這意味著這些元件能夠持續(xù)運作并傳送所需要的扭矩水平，而不管整個驅(qū)動系統(tǒng)中的任何其他故障。在一個具有多個車輪、每個車輪具有一個發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)中，每個發(fā)動機(jī)整合了所有所需要用以管理其動作的智能。 每個發(fā)動機(jī)知道其在車輛的位置并相應(yīng)地控制其動作。優(yōu)選地，還為每個發(fā)動機(jī)提供其他發(fā)動機(jī)的信息，例如速度、扭矩和狀態(tài)，基于每個發(fā)動機(jī)對其自身在車輛的位置和對其他發(fā)動機(jī)的狀態(tài)的認(rèn)知，其可以確定應(yīng)該請求的指定要求的扭矩的最佳扭矩水平。但即使沒有這些其他信息，發(fā)動機(jī)可以繼續(xù)響應(yīng)一個要求的扭矩。其他控制信號也可以通過互連來發(fā)送/接收，例如通電/斷電控制信號。這些信號也可以包括用于調(diào)節(jié)/限定電壓脈沖的信號，該電壓脈沖由控制設(shè)備80施加于其相關(guān)聯(lián)的線圈子組的線圈以給發(fā)動機(jī)提供動力。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，可以提供用于監(jiān)控線圈子組的線圈中的反向電動勢(back EMF)的裝置。由于與發(fā)動機(jī)關(guān)聯(lián)的反向電動勢，模仿前面所述的具有串聯(lián)連接的線圈子組的發(fā)動機(jī)的任務(wù)變復(fù)雜了。在一個串聯(lián)連接系統(tǒng)中，反向電動勢也是連續(xù)的，這引起平滑的正弦波反向電動勢包絡(luò)。相應(yīng)地，在連續(xù)配置中，正弦曲線反向電動勢最小化了當(dāng)控制線圈中的電流時從驅(qū)動電器接口(drive electronics)所要求的帶寬。相反，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，減少串聯(lián)連接的線圈子組的數(shù)目可以引起非正弦曲線反向電動勢。相應(yīng)地需要更加靈活的控制系統(tǒng)以保證線圈中的電流仍然是正弦的。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，可以提供近瞬時補償(nearinstantaneous compensation)用于反向電動勢并進(jìn)一步調(diào)節(jié)系統(tǒng)直流電源電壓的任何變化。用于測量反向電動勢的裝置可以包括一個電流傳感設(shè)備以提供流入每個線圈子組的線圈的實際電流的反饋。在一個例子中，可以簡單地將適當(dāng)?shù)妥柚档拇?lián)電阻與轉(zhuǎn)換設(shè)備串聯(lián)。例如，在一個實施例中可以在半橋功率級的末端發(fā)射器加入兩個電阻。因為反向電動勢隨著轉(zhuǎn)子角度和轉(zhuǎn)速而改變，這引起線圈中的電流的變化率的變化。這個電流變化率可以當(dāng)作一個電壓變化由電阻或其他電流傳感設(shè)備檢測到。該變化然后可以通過微分以產(chǎn)生一個正比于反向電動勢的電壓。類似地，電源電壓可以在每個PWM周期開始時施加到一個電容?？傠妷盒鄙?(resulting voltage ramp)可以加到反向電動勢信號并組合成前饋項以調(diào)整電流PWM周期，使其增大或減小。這樣，電源變化和反向電動勢變化基本上即時地調(diào)節(jié)PWM周期并因而調(diào)節(jié)施加到線圈的電壓，導(dǎo)致線圈電流的快速調(diào)節(jié)以跟隨需求的值。在另一個例子中，可以提供傳感線圈。傳感線圈可以環(huán)繞于例如后面將要描述的線圈齒子組。于是可以在適當(dāng)?shù)臅r間監(jiān)控傳感線圈以獲得反向電動勢。這反過來可以用于如前面所描述的類似的方式在中期(mid-cycle)前饋一個項來調(diào)節(jié)PWM周期，響應(yīng)于反向電動勢的大小。在每個驅(qū)動模塊產(chǎn)生其自己的PWM信號的實施例中，可能發(fā)生反向電動勢校正， 其與其他模塊是不同步的，導(dǎo)致分布式隨機(jī)擴(kuò)頻?？刂圃O(shè)備也可以由一個板外設(shè)備來同步它們的PWM發(fā)生器，例如共同控制設(shè)備92。控制設(shè)備也可以選擇性地包括用以監(jiān)控發(fā)動機(jī)內(nèi)溫度的裝置，例如在與控制設(shè)備 80相關(guān)聯(lián)的線圈子組之內(nèi)?？刂圃O(shè)備可以自動地配置來響應(yīng)溫度測量，例如降低到線圈子組的功率以避免過熱?；蛘撸梢詫囟葴y量從每個控制設(shè)備80傳到共同控制設(shè)備92，因而共同控制設(shè)備92可以監(jiān)控發(fā)動機(jī)內(nèi)的整體溫度并相應(yīng)地調(diào)節(jié)控制設(shè)備80的操作。K根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，可以通過交錯切換每個控制設(shè)備80的開關(guān)來降低EMI (電磁干擾)噪聲。通過在發(fā)動機(jī)的不同切換設(shè)備的切換之間引入微小的時延，可以避免在短時間內(nèi)出現(xiàn)大量切換事件的情況，該情況會導(dǎo)致EMI噪聲的峰值。這樣在發(fā)動機(jī)操作期間交錯地切換控制設(shè)備80的開關(guān)88可以將與切換事件相關(guān)聯(lián)的EMI噪聲擴(kuò)展到更寬的時間范圍，從而避免EMI噪聲峰值。這種切換事件的擴(kuò)展可以在獨立的控制設(shè)備80本地協(xié)調(diào)，或者由共同控制設(shè)備92使用經(jīng)相互連接線90傳遞的調(diào)整過的定時信號來協(xié)調(diào)。^M盡管本應(yīng)用中描述的控制設(shè)備80可以給發(fā)動機(jī)的每個線圈子組的線圈提供獨立的功率控制，盡管這可以使用不同種類的切換設(shè)備和裝置來實現(xiàn)，控制設(shè)備系統(tǒng)單元可以連接到公共電源，例如一個直流電源。直流電源的一個特別有用的設(shè)置是提供環(huán)形母線。因為控制設(shè)備80設(shè)置成環(huán)形，直流電源輸入也可以設(shè)置成環(huán)形。這增加了安全性，因為環(huán)的每條邊附近都有一個電流路徑(和內(nèi)環(huán)形主線同樣的方式)，因而直流輸入在任何一點的失效都不會妨礙能量到達(dá)控制電路。另外，因為電流可以從電源經(jīng)由通過環(huán)形母線經(jīng)兩條路徑流到每個控制電路，母線上需要的電流是減半的。制動裝置前面已經(jīng)描述的許多特征在一個車輛車輪內(nèi)的發(fā)動機(jī)中實現(xiàn)時提供了顯著的優(yōu)點，即提供了一種安全機(jī)制來施加一個制動力并因而不需要分立的機(jī)械制動裝置。發(fā)動機(jī)自身可以提供制動力并因而返還能量到電源，所以該裝置可以被稱為“再生”制動。當(dāng)操作于該模式，發(fā)動機(jī)擔(dān)當(dāng)發(fā)電機(jī)。制動裝置將發(fā)動機(jī)組件中的相當(dāng)可觀的冗余作為一個整體來利用。如圖7和圖8 中所示，每一個分立的線圈子組44由一個開關(guān)電路80獨立控制的事實意味著一個或多個開關(guān)電路的失效不會引起制動力的完全損失。當(dāng)提供驅(qū)動力時，通過有意地切換部分開關(guān)電路到不工作狀態(tài)，發(fā)動機(jī)可以以同樣的方式操作于降低的功率，如果一個或多個開關(guān)電路失效，發(fā)動機(jī)可以繼續(xù)運行而僅有輕微的制動力降低。在已經(jīng)描述的設(shè)計中，這樣的冗余是固有的，但使得這樣的發(fā)動機(jī)是用于車輛的非常有效率的裝置，因為它既可以替代驅(qū)動裝置也可以替代制動裝置。發(fā)動機(jī)組件可以提供有效的制動裝置的另一個原因與動力的處理有關(guān)。如已經(jīng)提到的，使用多個獨立受控的線圈意味著，當(dāng)操作于發(fā)電模式下，流過每個線圈的電流不需要像流過具有較少相位的同等裝置下那么高。因而將線圈產(chǎn)生的電流反饋回電源比較容易。為保證制動裝置的安全操作，即使在電源失效的情況下，用于每個獨立線圈子組的電路80由源自車輪自身的電力供應(yīng)自身供電。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動，因為磁體通過線圈而產(chǎn)生一個電流。如果電源失效，該電流用于為開關(guān)80供電。另一種冗余方法是提供連接到車輛的剎車踏板(或者其他機(jī)械剎車裝置)的分立的物理傳感器，每個車輪一個傳感器。例如，在一個典型的四輪轎車中，四個分立的制動傳感裝置將物理地連接到剎車踏板，其有四條分立電纜到四個分立的發(fā)動機(jī)。相應(yīng)的，一個或多個連接到機(jī)械剎車踏板的這樣的分立電子傳感器，或者事實上，分立的電纜可能失效而仍然有一個或多個車輪受控以操作制動力。由于控制單元之間相互通信的能力，軟件特性允許任何傳感器或其電纜的失效，對發(fā)動機(jī)操作沒有影響。這可以如下實現(xiàn)，即每個發(fā)動機(jī)能夠推斷傳感器信息并能利用來自其他發(fā)動機(jī)的傳感器數(shù)據(jù)，如果其傳感器的數(shù)據(jù)與其他三個傳感器完全不同。另一種冗余辦法是使用所謂傾瀉電阻。在電源失效的情況下，當(dāng)提供制動力時，由車輪產(chǎn)生的電能需要消耗掉。為此，可以提供一個電阻，通過該電阻以熱的形式消耗掉由車輪產(chǎn)生的電能。使用每個子線圈組帶分立電子開關(guān)的多相設(shè)計允許使用分布式電阻，以使得每個子線圈組可以消耗其能量，而傾瀉電阻作為一個整體因而可能分布于車輪的四周。 這保證了產(chǎn)生的熱量可以通過車輪體(massof the wheel)和冷卻裝置均勻的發(fā)散。再次參考圖11，在制動模式中用于每個線圈子組的開關(guān)80的操作模式如下。上面的開關(guān)88A和88B斷開，開關(guān)88C操作于開/關(guān)PWM模式以控制線圈產(chǎn)生的電壓。當(dāng)磁體通過線圈44，連接點83處的電壓上升。當(dāng)開關(guān)88C作為PWM處理的一部分而斷開時，點 83處的電壓上升以維持線圈電流因而這樣電能返還到電源(通過橫跨在開關(guān)88B上的二極管)。該裝置有效地利用了發(fā)動機(jī)自身的線圈作為升壓形式的直流/直流轉(zhuǎn)換器中的感應(yīng)器。半橋電路的切換控制控制了返還到電源的直流電壓。用于再生制動的切換策略的升壓型直流/直流轉(zhuǎn)換器還有一個獨特的優(yōu)點，即其降低了電池負(fù)荷。在已知系統(tǒng)中，再生模式通過切換頂部開關(guān)以提供與發(fā)動機(jī)線圈及其反向電動勢串聯(lián)的電池伏特來運作。這要求建立流過電池的電流。因此即使線圈在發(fā)電，由于其電流必須以放電方向流過電池，其消耗了電池電荷。通過使用前面描述的直流/直流轉(zhuǎn)換器裝置，線圈通過底部開關(guān)所產(chǎn)生的橫跨在線圈兩端的有效短路在本地建立電流。當(dāng)發(fā)電電流建立時，于是其以充電方向反流到電源。因此當(dāng)?shù)撞块_關(guān)在正常PWM序列中關(guān)閉時，兩種機(jī)制同時收集瞬態(tài)能量，傳統(tǒng)的系統(tǒng)消耗電池電流同時建立發(fā)電電流，而這里所描述的裝置不消耗電池電流。當(dāng)線圈產(chǎn)生的電壓降到低于比方說4伏特，因為半橋電路中所用的開關(guān)或二極管的電壓降，電流將不再能流動。在實施例中，每英里每小時產(chǎn)生大概1. 75伏特電壓，因而在速度低于3英里每小時的時候這種情況會發(fā)生。在這個速度，切換策略變成直流反向制動 (DC plugging)形式。在直流反向制動中，所有電壓的相位設(shè)置成相同。該所有電壓的共同相位導(dǎo)致轉(zhuǎn)動力的消除和靜態(tài)力的應(yīng)用。靜態(tài)力試圖將轉(zhuǎn)子保持在一個位置。這樣使用正常的PWM控制但施加到每個線圈子組的電壓與其他線圈子組同相。該直流操作模式在低速時特別有益，因為它保證了車輛的安全停止。當(dāng)車輛完全靜止，其將保持靜止，因為轉(zhuǎn)子的任何運動都受到靜域的阻止。這樣就不存在發(fā)動機(jī)突然前移后后移的風(fēng)險。已經(jīng)描述的傾瀉電阻裝置也可以用于以下情況，S卩剎車時電池滿電而電能需要消耗。如果橫跨電池的電壓超過一個特定門限，則電能可能轉(zhuǎn)移到傾瀉電阻上。本發(fā)明的具體實施例可以提供非?？煽康陌l(fā)動機(jī)或發(fā)電機(jī)，至少部分是由于如前面所述的對線圈子組的分立的功率控制。因此，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機(jī)或發(fā)電機(jī)特別適合需要高可靠性的應(yīng)用。另外一個安全特性，尤其當(dāng)發(fā)動機(jī)整合到一個車輛中特別有益，即該發(fā)動機(jī)不僅可以給其內(nèi)部的開關(guān)提供能量而且可以給整個系統(tǒng)的遠(yuǎn)程部分提供能量，這些遠(yuǎn)程部分包括在圖12中示為共同控制設(shè)備92的主控制器處理器和其他傳感器，例如剎車踏板傳感器。 這樣，即使車輛中的電源完全失效，制動裝置仍然可以運作。舉例來說，例如風(fēng)力渦輪機(jī)這樣的應(yīng)用依賴于它們的成就并提高了成本和可靠性。典型的渦輪系統(tǒng)將運行25年而理想地要求最少的服務(wù)停機(jī)時間以用于維修/損壞等。 根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，這可以通過將驅(qū)動電子器件和緊湊繞組合并成緊湊形式來實現(xiàn)，總的系統(tǒng)成本得以最小化。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，線圈子組的獨立功率控制可以使得即使在系統(tǒng)部分失效時仍能持續(xù)運作。特別地，近來豎軸渦輪由于其有效操作而越來越普及，這些渦輪可以整合根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機(jī)而得益。這是因為可以實現(xiàn)高功率重量比，其允許較低的柱頭質(zhì)量并因而需要較低的成本以支持柱體/結(jié)構(gòu)。由于僅依靠傳統(tǒng)三相橋拓?fù)渲械膯卧O(shè)備可靠性，軍用的航海航天器和陸基驅(qū)動系統(tǒng)不如期望的那么可靠。使用根據(jù)本發(fā)明具體實施例的發(fā)動機(jī)，這樣的交通工具的可靠性可以提高。從前面的描述中可以明白，電動機(jī)一般包括一個復(fù)雜的相互連接和繞組的裝置。 如前面所述，制造包括這樣特性的電動機(jī)是一個費時費工的過程。采用例如銅線來繞線和相互連接時，構(gòu)造一個電動機(jī)所要求的時間和努力通常會加劇。這類導(dǎo)線經(jīng)常比較粗(為了能夠處理大電流)而且難以處理。還是因為這些導(dǎo)線難以處理，制造發(fā)動機(jī)時難以避免導(dǎo)線上絕緣層的損壞。進(jìn)入發(fā)動機(jī)的相關(guān)部分來安裝繞組和相互連接線經(jīng)常受到發(fā)動機(jī)其他部分的限制和約束。線圈固定圖13至圖18示意性地展示了一種用于電動機(jī)或事實上用于發(fā)電機(jī)的線圈安裝系統(tǒng)的一個例子，其允許更容易地構(gòu)造和組裝一個發(fā)動機(jī)。如圖15所示，線圈安裝系統(tǒng)包括一個背部150和多個線圈齒100，這些線圈齒散布在線圈安裝部分150的四周。線圈齒定位使得它們可以接收發(fā)動機(jī)線圈的繞組來產(chǎn)生期望的N相發(fā)動機(jī)。如圖11中所示的線圈齒配置，舉例來說，可以用于構(gòu)造前面所描述的類型的三相電動機(jī)。圖13和圖14更詳細(xì)地展示了線圈齒100。圖13展示了一個線圈齒的前視圖而圖14展示了一個線圈齒的側(cè)視圖。線圈齒100包括一個延長臂102用于可卷繞地接收一個電動機(jī)的線圈?？梢栽诰€圈齒100的延長臂102的一端提供凸緣104以防止在線圈卷繞于線圈齒之后無意地拆開。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，每個線圈齒可附著地被接收在背部150上。相應(yīng)的，每個線圈齒可以包括將線圈齒100附著于背部150的裝置。如圖9和圖10所示的例子中，這些裝置包括兩個延長指狀物106。這些指狀物一般呈V型構(gòu)造，從延長臂102相對于凸緣104的那一端延伸出去。如下面將要描述的背部150可以有相應(yīng)的成型部分以接收這些指狀物來將線圈齒102附著于背部150.圖16和圖17更詳細(xì)的展示了背部和被接收的線圈齒。在圖16和圖17所示的例子中，背部由多個較小的背部150結(jié)合而成。圖16所示為一個可附著地被接收于背部150的單線圈齒100。如圖16所示，背部 150可以包括多個開126用于接收響應(yīng)成型的線圈齒100，例如前面提及的V型指狀物106， 以允許線圈齒100附著于背部150。圖16所示為一個發(fā)動機(jī)線圈的導(dǎo)線如何可卷繞地被接收于線圈齒100的延長臂 102并終止于接線端142的例子。接線端可以包括諸如前面描述的那種控制設(shè)備的接線端。 因為線圈齒100可附著地被接收于背部150，線圈的繞組可以在線圈齒100附著到背部150 之前在制造階段被接收于線圈100。這允許繞線過程獨立于發(fā)動機(jī)的其他部件而執(zhí)行，因此其他部件不會約束繞線過程。相應(yīng)的，因為線圈齒100分立于背部150，可以實現(xiàn)輕易的接近延長臂102，而且可以以最小的絕緣風(fēng)險來卷繞線圈。這允許導(dǎo)線使用較少的電安裝材料，反過來允許每單位長度的線圈具有更好的散熱能力。這反過來允許包括線圈安裝系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)的額定功率達(dá)到最大。這里描述的線圈安裝系統(tǒng)可以用于與關(guān)于圖1的應(yīng)用串聯(lián)連接的線圈子組的電動機(jī)協(xié)同工作。在這樣的例子中，構(gòu)造電動機(jī)可能包括將一根單導(dǎo)線卷繞在分離于背部的多個線圈齒上，并在每個線圈齒之間留出一段長度的導(dǎo)線來提供適當(dāng)?shù)拇?lián)相互連接線。 完成了這些，線圈齒于是可以附著于背部的適當(dāng)位置。然而，這里描述的線圈安裝系統(tǒng)特別有助于線圈子組獨立受控的發(fā)動機(jī)。這是因為獨立控制要求每個線圈子組的線圈齒的分立的接線端，因此當(dāng)將導(dǎo)線卷繞在分離于背部的線圈齒上時，沒有必要判斷每個線圈子組之間多個串聯(lián)相互連接的適當(dāng)長度。取而代之， 多個線圈齒及其繞線可以在第一步生產(chǎn)，然后這些線圈齒可以如期望的簡單地安裝于背部 150。如前面描述的，每個線圈子組可以有多個線圈。圖17展示了本發(fā)明的線圈安裝系統(tǒng)也兼容于這樣的線圈子組。特別地，圖17展示了根據(jù)本發(fā)明的線圈安裝系統(tǒng)如何將三個線圈齒100卷繞并配置成一個線圈子組的例子。圖17所示的繞組的配置對應(yīng)于如前面所描述的圖8所示的線圈的配置?，F(xiàn)在將結(jié)合圖18描述背部150的更多細(xì)節(jié)。圖中所示的背部150基本上是弓形的。這允許多個背部相互連接以形成更大的環(huán)狀背部因而構(gòu)造環(huán)狀發(fā)動機(jī)。背部150是可相互連接的以形成更大的背部。在圖18所示的例子中，背部可以利用線圈齒100的特性來相互連接。特別的，圖18中可以看到，線圈齒100將兩個背部連接到一起，其兩個指狀物 106分別被兩個背部150的接收開口 1 所接收。在其他例子中，可以提供相互連接背部的替代裝置。需要注意的是，可以以完整的單體結(jié)構(gòu)來提供背部150。當(dāng)多個背部150通過一個線圈齒100相互連接以形成更大的背部，需要注意的是， 相鄰背部150之間的連接基本上平行于可卷繞地被接收于線圈齒100的線圈所產(chǎn)生的磁場，因此連接基本上不影響線圈產(chǎn)生的磁場。如圖18所示，在背部150的外部四周可以提供升高部分1 來符合線圈齒的形狀。還可以給背部150提供有助于散熱的特征。在本例中，提供了具有切除部分130 的背部150。這些切除部分用于給典型地由鋼鐵或其他金屬構(gòu)造的背部150提供一個較輕的構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，一個或多個栓銷134可以插入切除部分130以在背部150和諸如定子這樣的發(fā)動機(jī)的另一部件之間提供改進(jìn)的熱傳導(dǎo)，這些栓銷可以用例如鋁來制造。如圖18所示，背部150可以具有包括多層115的疊層結(jié)構(gòu)。背部可以使用一種沖壓處理(stamping process)來制造，其中背部的多層115根據(jù)期望的形狀和構(gòu)造來沖壓， 如圖18所示疊壓在一起，于是結(jié)合在一起形成背部150.這一包括多個相互連接的背部150的線圈安裝系統(tǒng)允許使用一種有效的沖壓處理來構(gòu)造線圈齒和/或使用疊層結(jié)構(gòu)的背部150。這是因為相比于包括單體疊層結(jié)構(gòu)而沒有相互連接1 被沖壓的情況，在沖壓處理中僅損失或浪費非常少的材料。如前面描述的，多個背部150可以相互連接以形成更大的背部。而且，多層這樣相互連接的背部可以疊壓在一起以形成一個更大的背部。圖19和圖20展示了這樣的例子。圖19和圖20展示了疊壓的背部及其相應(yīng)的接合點126的側(cè)視圖。如圖19和圖20所示， 接合點1 可以以多種不同的配置交錯使得鄰近層的相互連接的背部150之間沒有在垂直方向上相符的相互連接點126。這有助于增加包括疊壓的、相互連接的背部150的更大的背部的強度。與圖13至圖17所示的裝置一起，使用大量線圈的一個優(yōu)點是涉及到特定應(yīng)用所需要的背鐵部分(back iron portion) 150的厚度。典型地，背部150的厚度大概是磁體寬度的四分之一到一半以應(yīng)付磁通量。較少的線圈要求較大的磁體并因此更多鐵塊導(dǎo)致更重的發(fā)動機(jī)設(shè)計。通過使用大量分立的線圈，背鐵部分150的厚度可以降低。支持轉(zhuǎn)子上的磁體的鐵的厚度也可以降低。發(fā)動機(jī)的厚度作為一個整體可以盡可能的薄非常重要，以使得盡可能的接近外邊緣在線圈和磁體之間施加力，因此增加了提供的轉(zhuǎn)動矩。密封裝置圖3和圖4展示了一個根據(jù)本發(fā)明的具體實施例的各種視圖，現(xiàn)在將描述密封圍欄的機(jī)制。圖3和圖4分別展示了發(fā)動機(jī)210的前視圖和后視圖。本例中的發(fā)動機(jī)210包括一個外殼，其具有一個前部220和一個后部230。在圖3中，后部230和一個深一層的封蓋部分被移開以揭示外殼的內(nèi)容。在本例中，發(fā)動機(jī)210包括一個相對于定子252轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子M0，定子252在發(fā)動機(jī)210工作期間保持靜止。本例中，轉(zhuǎn)子240包括多個永磁體242安裝于基本上呈圓形的轉(zhuǎn)子內(nèi)部成環(huán)形。如前面描述的，發(fā)動機(jī)210中形成的轉(zhuǎn)動磁場可以提供必要的引力和斥力以產(chǎn)生轉(zhuǎn)子MO的轉(zhuǎn)動。定子252可以包括如前面所述的線圈組的安裝。特別地，本例中，線圈被排列在線圈子組中，每個線圈子組獨立地受控于一個對應(yīng)的控制設(shè)備觀0。在圖3中可以看到這些控制設(shè)備80。在前部220下面可以提供多個盤體以保護(hù)發(fā)動機(jī)210的控制設(shè)備觀0的部件。 如前面關(guān)于圖7的描述，這些部件可以包括一個或多個半導(dǎo)體設(shè)備，例如MOSFET或IGBT。 在本例中，如圖10所示，IGBT安裝于印刷電路板82。在本例中，每個控制設(shè)備80有四個 IGBT88。如前面所描述的，每個控制設(shè)備80可以控制一個各自的線圈子組的線圈。在本例中，定子252包括多個線圈齒200安裝于背部250。線圈齒200和背部250可以是諸如圖 13至圖20所描述的那種類型?；氐綀D3，可以看到發(fā)動機(jī)外殼的前部220提供有第一和第二開口 222。這些開口 222允許因為安裝、維護(hù)和/或修理的目的而接近控制設(shè)備80?？梢蕴峁┲T如螺絲釘2M這樣的裝置以允許開口 222的封蓋可移除地附著于前部220。通過相對于定子252和不同的控制設(shè)備80轉(zhuǎn)動發(fā)動機(jī)外殼的前部220，可以接近期望的控制設(shè)備觀0的適當(dāng)?shù)谋P體。盤體然后可以被移除以允許接近控制設(shè)備80自身。這樣，無需將前部220從發(fā)動機(jī)完全移開就可以維護(hù)/修理控制設(shè)備80等。圖21展示了密封裝置的深一層的部分，其防止了物質(zhì)進(jìn)入發(fā)動機(jī)組件內(nèi)部。這展示了定子壁體230和轉(zhuǎn)子的環(huán)狀壁體221在它們的接觸點的放大部分。一個小的空氣間隙必要地存在于轉(zhuǎn)子壁體和定子壁體之間以允許一個相對于另一個的轉(zhuǎn)動。該間隙由一個V 型封條350填充，如圖3和圖4中所示并在圖21中示出更多細(xì)節(jié)。封條固定于一個轉(zhuǎn)子外殼的環(huán)狀壁體而且封條的一個自由端鄰接定子外殼的壁體230。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增大，由于離心力，封條的自由端將朝遠(yuǎn)離定子的壁體230的方向傾斜，因此最小化了封條350的磨損。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的離心力阻止了灰塵或其他物質(zhì)進(jìn)入外殼。另外，這也得益于允許氣流通過定子壁體中的小孔351。這允許氣流從小孔穿過定子壁體230的內(nèi)面并由傾斜的封條350產(chǎn)生的間隙流出，因此確保了防止灰塵或其他物質(zhì)進(jìn)入。根據(jù)前面所描述的，很明顯，本發(fā)明的實施例可以應(yīng)用于電動機(jī)也可以應(yīng)用于發(fā)電機(jī)，部分由于兩者結(jié)構(gòu)和概念上的類似性。例如，發(fā)電機(jī)可以受益于前面所描述的線圈子組的線圈的分立的功率終端。此外，前面所描述的線圈安裝系統(tǒng)相同地適用于發(fā)電機(jī)和發(fā)動機(jī)的線圈的安裝的構(gòu)建。牽引控制如前面討論的，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例構(gòu)造的發(fā)動機(jī)可以允許高度響應(yīng)的扭矩控制。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，車輛的每個車輪可以具有其自身的發(fā)動機(jī)。例如，可以為每一個車輪本地提供一個前面描述的那種類型的發(fā)動機(jī)。車輛的每個車輪使用分立的發(fā)動機(jī)可以允許車輛的牽引控制具有增加的靈活性。 此外，由根據(jù)本發(fā)明的具體實施例的發(fā)動機(jī)所提供的扭矩控制的短響應(yīng)時間可以增強這種靈活性。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，車輛的每個車輪可以受控于其自身的發(fā)動機(jī)及相應(yīng)的驅(qū)動軟件，因此允許每個發(fā)動機(jī)處理其自身的牽引控制。這意味著每個發(fā)動機(jī)可以獨立于其他車輪來處理例如剎車情況。此外，由本發(fā)明的具體實施例提供的快速響應(yīng)時間 (例如在一個單PWM周期之內(nèi)，例如該周期為50 μ s)可以允許施加于每個車輪的復(fù)雜的扭矩的獨立的控制，以增加處理剎車的效力。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，通過高速連續(xù)范圍扭矩環(huán)來實現(xiàn)發(fā)動機(jī)控制。這可以允許響應(yīng)更加平滑并且達(dá)到的控制比機(jī)械調(diào)制的剎車管理系統(tǒng)更好。發(fā)動機(jī)驅(qū)動器可以通過一個控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)來互聯(lián)到一起。這允許在電動驅(qū)動器之間交換信息以用于所要采取的被協(xié)調(diào)的行動，例如交換關(guān)于剎車事件的信息。在一個例子中，這個信息包括指示每個車輪的角加速度的加速數(shù)據(jù)。急劇增加的角加速度可以解釋成車輪剎車的車輪打滑。相應(yīng)地，剎車管理的一個重要部分是檢測剎車事件的開始。當(dāng)一個車輛，例如一輛轎車，具有實在的質(zhì)量而車輪具有小得多的質(zhì)量，可以給車輪的角速度的變化率設(shè)置一個上限，超過該上限必須剎車。這一極限值可以根據(jù)包括車輛和車輪重量的因素來確定。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，可以在每個車輪的發(fā)動機(jī)或車輪自身中提供諸如內(nèi)部磁角度傳感器這樣的傳感器。這些傳感器檢測每個車輪的角速度。通過求取傳感器所確定的角速度的一階導(dǎo)，可以確定每個車輪的角加速度用于車輪剎車確認(rèn)。在另一個實施例中，可以通過將每個車輪的速度和其他車輪的速度進(jìn)行比較來檢測車輪剎車。如前面描述的，可以通過檢測車輪角速度的變化來檢測車輪剎車。車輪加速度的上限可以根據(jù)所有發(fā)動機(jī)的總功率(Pm。t。,s)和車輛質(zhì)量OnvehicJ來確定Pmotors ^air ^vehi cle^^vehicle ^vehicle ^"vehicle (丄)其中Vrehi&是車輛的速度而是車輛受到的空氣阻力的測量值。公式(1)可以重新排列以形成車輛可以達(dá)到的加速度的上限的表達(dá)式
權(quán)利要求
1.一種用于安裝于公路車輛的車輪中的電動機(jī)，包括一個定子，其具有多個線圈；一個轉(zhuǎn)子，其具有多個環(huán)繞在所述定子的線圈周圍的磁體；一個所述定子的放射狀的壁體，其具有一個中央?yún)^(qū)域用于安裝到車輛的一側(cè)并連接到一個軸承座；一個所述轉(zhuǎn)子的放射狀的壁體，其具有一個中央?yún)^(qū)域用于在外部安裝于一個車輪而內(nèi)部安裝于軸承座；以及其中一個車輪可以通過所述軸承座在所述轉(zhuǎn)子的壁體的中央部分安裝到所述發(fā)動機(jī)以連接到車輛。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子具有一個環(huán)狀壁體，該環(huán)狀壁體內(nèi)側(cè)安裝有多個磁體，外側(cè)沒有承重部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子的放射狀的壁體沒有承重部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的安裝于一個車輪的電動機(jī)，車輪安裝于所述轉(zhuǎn)子的放射狀壁體的中央?yún)^(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動機(jī)和車輪，其中在所述車輪和所述轉(zhuǎn)子的放射狀壁體的外部部分之間存在一個間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動機(jī)和車輪，其中在所述轉(zhuǎn)子的環(huán)狀壁體和所述車輪之間存在一個間隙。
全文摘要
本公開提供一種用于安裝于公路車輛的車輪中的電動機(jī)，包括一個定子，其具有多個線圈；一個轉(zhuǎn)子，其具有多個環(huán)繞在所述定子的線圈周圍的磁體；一個所述定子的放射狀的壁體，其具有一個中央?yún)^(qū)域用于安裝到車輛的一側(cè)并連接到一個軸承座；一個所述轉(zhuǎn)子的放射狀的壁體，其具有一個中央?yún)^(qū)域用于在外部安裝于一個車輪而內(nèi)部安裝于軸承座；以及其中一個車輪可以通過所述軸承座在所述轉(zhuǎn)子的壁體的中央部分安裝到所述發(fā)動機(jī)以連接到車輛。
文檔編號B60L7/16GK102324823SQ20111009634
公開日2012年1月18日 申請日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日
發(fā)明者馬丁·鮑特伍德 申請人:普羅蒂恩電氣有限公司