本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，尤其是涉及輪內(nèi)電動(dòng)機(jī)和輪內(nèi)發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

發(fā)電機(jī)系統(tǒng)通常包括電動(dòng)機(jī)和控制單元，該控制單元被配置為控制該電動(dòng)機(jī)的電力。已知的電動(dòng)機(jī)類型的例子包括：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、同步無刷永磁電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)換磁阻電動(dòng)機(jī)和線性電動(dòng)機(jī)。在商業(yè)舞臺上，三相電動(dòng)機(jī)是可用的最普通類型的電動(dòng)機(jī)。

三相電動(dòng)機(jī)通常包括三個(gè)線圈組，其中每個(gè)線圈組是被配置為產(chǎn)生一個(gè)與交流電壓的三個(gè)相位之一相關(guān)聯(lián)的磁場。

為增加在電動(dòng)機(jī)內(nèi)形成的磁極的數(shù)量，每個(gè)線圈組通常有一定數(shù)量的子線圈組，它們被分布在該電動(dòng)機(jī)的周邊，且被驅(qū)動(dòng)為產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場。

通過圖1可見，顯示了一個(gè)典型的三相電動(dòng)機(jī)10，它具有三個(gè)線圈組14、16、18。每個(gè)線圈組包括四個(gè)子線圈組，它們是串聯(lián)連接的。相應(yīng)地，對于給定的線圈組，由各自子線圈組產(chǎn)生的磁場具有共同的相。

一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)的三個(gè)線圈組通常被構(gòu)造為三角形或Y字形構(gòu)型，三角形構(gòu)型可參見圖2，而Y字形構(gòu)型可參見圖3。

對于具有直流電電源的三相電動(dòng)機(jī)的控制單元通常包括三相橋式逆變器，該逆變器產(chǎn)生三相電壓電源，用于驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)。每個(gè)電壓相是被分別應(yīng)用于該電動(dòng)機(jī)的各自的線圈組。

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

然而，功率電開關(guān)通常會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換損失和傳導(dǎo)損失。

包括轉(zhuǎn)換損失和傳導(dǎo)損失在內(nèi)，總的損失是與功率的平方成比例的。對于電動(dòng)機(jī)和換流器，這樣會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的熱管理問題，因?yàn)槔珉p倍的電力會(huì)導(dǎo)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(shí)際上，目前的較大的電力設(shè)備具有內(nèi)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(tǒng)的三相電動(dòng)機(jī)，如果想得到較大的額定功率，這可通過生產(chǎn)帶有較大直徑的電動(dòng)機(jī)來獲得。對于較大的電動(dòng)機(jī)直徑，轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)線圈具有減少的轉(zhuǎn)數(shù)。這是因?yàn)楦袘?yīng)電壓是轉(zhuǎn)子的圓周速度和在線圈內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)的函數(shù)。該感應(yīng)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(nèi)的減少的轉(zhuǎn)數(shù)導(dǎo)致對于該電動(dòng)機(jī)的減少的感應(yīng)系數(shù)，因?yàn)樵撾妱?dòng)機(jī)的感應(yīng)系數(shù)是與轉(zhuǎn)數(shù)的平方成比例。

對于給出尺寸和構(gòu)造的電動(dòng)機(jī)，由安培/轉(zhuǎn)數(shù)來控制感應(yīng)系數(shù)，這里感應(yīng)系數(shù)是受限于在導(dǎo)體內(nèi)的最大電流和最大轉(zhuǎn)數(shù)，該導(dǎo)體可被足夠冷卻，而轉(zhuǎn)數(shù)可被適當(dāng)安裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)。

對于電動(dòng)機(jī)，幾乎所有電控制單元（例如，三相橋式逆變器）都采用脈寬調(diào)制（PWM）電壓的一些形式，用于控制電動(dòng)機(jī)的扭矩。通過使用電動(dòng)機(jī)感應(yīng)系數(shù)達(dá)到所施加的脈沖電壓的平均數(shù)以驅(qū)動(dòng)所需的電流進(jìn)入電動(dòng)機(jī)線圈，PWM控制起作用。采用PWM控制，施加的電壓穿過電動(dòng)機(jī)的線圈繞組而被轉(zhuǎn)換。在這個(gè)開啟PWM控制的期間，電流在電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)以一定速率升高，該速率由它的感應(yīng)系數(shù)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(guān)閉PWM控制，以致獲得對該電流的精確控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種的電動(dòng)機(jī)。

本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)，包括：定子，具有兩個(gè)線圈組，被配置為產(chǎn)生所述電動(dòng)機(jī)的磁場，每個(gè)線圈組包括多個(gè)子線圈組；以及兩個(gè)控制裝置，其中第一控制裝置是耦接于第一線圈組的多個(gè)子線圈組，而第二控制裝置是耦接于第二線圈組的多個(gè)子線圈組，每個(gè)控制裝置包括用于控制多個(gè)開關(guān)的操作的組件，這些開關(guān)用于控制在各自的多個(gè)子線圈組的電流以產(chǎn)生在每個(gè)子線圈組的磁場，以便在各自線圈組內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)子線圈組具有與其它一個(gè)或多個(gè)子線圈組基本不同的磁性相；其中，第一控制裝置和第二控制裝置均安裝在定子的后表面； 其中，所述第一控制裝置和所述第二控制裝置都位于所述電動(dòng)機(jī)內(nèi)鄰近于它們各自子線圈組的位置；其中，所述線圈組是以不同的角度圓周地安裝在圍繞所述定子的軸的位置，以各自的控制裝置圍繞所述定子的軸，所述控制裝置是以與各自線圈組的相同的角度被安裝在所述定子上。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，每個(gè)線圈組包括三個(gè)子線圈組。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，所述第一控制裝置和第二控制裝置都配置為驅(qū)動(dòng)帶有不同電壓脈沖的每個(gè)子線圈組。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，所述第一控制裝置和第二控制裝置都配置為采用脈寬調(diào)制來控制對于每個(gè)子線圈組的電壓。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，所述第一控制裝置和第二控制裝置都包括六個(gè)開關(guān)，被配置為三相橋，用于控制提供給各個(gè)子線圈組的電壓。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，所述第一控制裝置和第二控制裝置都具有：多個(gè)開關(guān)，安裝在第一電路板上；以及控制器，安裝在第二電路板上，被配置為控制在所述第一電路板上的多個(gè)開關(guān)的操作，以提供電壓到所述子線圈組。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)還包括：傳感器，被配置為檢測所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置，以生成位置信號；所述第一控制裝置和第二控制裝置都被配置為采用所述的位置信號來控制電壓到各自的子線圈組。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，所述轉(zhuǎn)子包括多個(gè)磁體；所述傳感器被配置為通過檢測所述磁體的位置而確定所述轉(zhuǎn)子的位置。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，每個(gè)控制裝置包括：傳感器，被配置為檢測所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置，以生成位置信號；每個(gè)控制裝置是被配置為采用各自的位置信號來控制電壓到各自的子線圈組。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，每個(gè)控制裝置包括：多個(gè)傳感器，被配置為檢測所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置，以生成位置信號和所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向的信號；每個(gè)控制裝置是被配置為采用各自的位置信號和方向信號來控制電壓到各自的子線圈組。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，所述第一控制裝置和第二控制裝置都被配置為接收扭矩需求的請求，并被配置為基于所述扭矩需求的請求來控制在子線圈組內(nèi)的電流。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，每個(gè)線圈組包括多個(gè)鄰近的線圈。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，所述第一控制裝置和第二控制裝置都被安裝在定子上。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，所述定子還包括散熱器，所述第一控制裝置和第二控制裝置都被安裝在所述散熱器上。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，所述第一控制裝置和第二控制裝置是通過通信接口耦接的，以允許所述第一控制裝置和第二控制裝置進(jìn)行通信。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，所述控制裝置被這樣配置，以致采用脈寬調(diào)制電壓控制方式來產(chǎn)生在每個(gè)線圈組內(nèi)的磁場。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，所述控制裝置被這樣配置，以致在所述第一線圈組的各自子線圈組內(nèi)所產(chǎn)生的磁場的磁性相角度是與在所述第二線圈組的各自子線圈組內(nèi)所產(chǎn)生的磁場的磁性相角度相同的。

根據(jù)本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步特征，所述控制裝置被這樣配置，以致用來產(chǎn)生在第一線圈組內(nèi)的磁場的脈寬調(diào)制電壓信號是相對于用來產(chǎn)生在第二線圈組內(nèi)的磁場的脈寬調(diào)制電壓信號而抵消的。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種的發(fā)電機(jī)。

本發(fā)明所述的發(fā)電機(jī)，包括：定子，具有兩個(gè)線圈組，被配置為產(chǎn)生對于所述發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電流，每個(gè)線圈組包括多個(gè)子線圈組；以及兩個(gè)控制裝置，其中第一控制裝置是耦接于第一線圈組的多個(gè)子線圈組，而第二控制裝置是耦接于第二線圈組的多個(gè)子線圈組，每個(gè)控制裝置包括用于控制多個(gè)開關(guān)的操作的組件，這些開關(guān)用于從所述感應(yīng)電流中產(chǎn)生變化的電壓；其中，從第一子線圈組產(chǎn)生的電壓的電壓相是被配置為具有與從所述感應(yīng)電流產(chǎn)生的電壓不同的電壓相；其中，第一控制裝置和第二控制裝置均安裝在定子的后表面；其中，所述第一控制裝置和所述第二控制裝置都位于所述電動(dòng)機(jī)內(nèi)鄰近于它們各自子線圈組的位置；其中，所述線圈組是以不同的角度圓周地安裝在圍繞所述定子的軸的位置，以各自的控制裝置圍繞所述定子的軸，所述控制裝置是以與各自線圈組的相同的角度被安裝在所述定子上。

本發(fā)明允許電動(dòng)機(jī)具有一定數(shù)量的子電動(dòng)機(jī)，它們可通過它們各自的控制裝置彼此獨(dú)立地操作。因此，在一個(gè)線圈組的子線圈組內(nèi)的電流是獨(dú)立于在另一個(gè)線圈組的子線圈組內(nèi)的電流的（也就是，這些子線圈組各自不是串聯(lián)連接的）。因而，每個(gè)子線圈組的線圈具有更大的轉(zhuǎn)數(shù)，相比于所有子線圈組都是串聯(lián)連接的同等的電動(dòng)機(jī)而言。在每個(gè)線圈中增加的轉(zhuǎn)數(shù)會(huì)增加該電動(dòng)機(jī)的總感應(yīng)系數(shù)。這意味著：較低的電流可被用于每個(gè)子線圈組的線圈內(nèi)，這樣導(dǎo)致較少發(fā)生散熱散失問題，而且這樣允許使用更小的開關(guān)裝置。使用更小的轉(zhuǎn)換裝置則會(huì)導(dǎo)致更快的轉(zhuǎn)換速度和更低的轉(zhuǎn)換損失。

進(jìn)一步，當(dāng)子線圈組的線圈被配置為形成一個(gè)多相電動(dòng)機(jī)（也就是，形成一個(gè)邏輯的子電動(dòng)機(jī)）時(shí)，子線圈組的線圈可被構(gòu)造為三角形或Y字形構(gòu)型，該構(gòu)型最適合于特定電動(dòng)機(jī)的需求。

除了已知的驅(qū)動(dòng)單元之外，各自的控制裝置包括具有多個(gè)開關(guān)的逆變器，用于應(yīng)用脈寬調(diào)制（PWM）電壓到多個(gè)各自的子線圈組，該逆變器是用于控制在該子線圈組的線圈內(nèi)的電流。在該電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)的電流的PWM控制可被增強(qiáng)，由于所增加的轉(zhuǎn)數(shù)可被包括在該線圈內(nèi)。當(dāng)更小的轉(zhuǎn)換裝置可被使用時(shí)，可以制造出在成本、重量和熱散失方面顯著節(jié)省或減少的電動(dòng)機(jī)。

當(dāng)更小的組件（例如，轉(zhuǎn)換裝置）可在控制裝置匯總被采用時(shí)，它們可被裝入電動(dòng)機(jī)的外殼內(nèi)。例如，控制裝置可被定位于鄰近在電動(dòng)機(jī)內(nèi)各個(gè)線圈組的子線圈組的位置，因而簡化線圈繞組的終端。該電動(dòng)機(jī)的外殼可包括一個(gè)或多個(gè)孔，其直徑使得所述控制裝置能每次通過一個(gè)孔，取決于控制裝置和轉(zhuǎn)子/外殼的方向。

共同的控制裝置可被提供來并列操作多個(gè)控制裝置，因而允許電動(dòng)機(jī)的獨(dú)立的子電動(dòng)機(jī)可被中心地控制。因此，共同的控制裝置可被操作為選擇性地停止一個(gè)或多個(gè)控制裝置以允許分?jǐn)?shù)功率操作或者調(diào)節(jié)一個(gè)子電動(dòng)機(jī)的功率以便補(bǔ)償在另一個(gè)子電動(dòng)機(jī)的故障。

具有并聯(lián)的子電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)可減少每個(gè)線圈組的電流，相比于具有串聯(lián)的線圈組的電動(dòng)機(jī)。

進(jìn)一步，對于每個(gè)子電動(dòng)機(jī)，通過將控制裝置定位在電動(dòng)機(jī)組件之內(nèi)，相關(guān)聯(lián)的電容也定位在該電動(dòng)機(jī)組件之內(nèi)，可減少對于該電動(dòng)機(jī)的電容需求。

附圖說明

本發(fā)明將通過實(shí)施例的方式結(jié)合所附的附圖來進(jìn)行描述，在這些附圖中：

圖1圖解地顯示了一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)裝置的例子；

圖2顯示了一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)的三角形線圈繞線裝置；

圖3顯示了一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)的Y形線圈繞線裝置；

圖4顯示了本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)具體結(jié)構(gòu)的爆炸分解示意圖；

圖5是圖3所示的電動(dòng)機(jī)從另一角度的爆炸分解示意圖；

圖6圖解地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的電動(dòng)機(jī)的線圈組的一個(gè)示例性裝置；

圖7圖解地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的電動(dòng)機(jī)的子線圈組，它們被構(gòu)造為Y形構(gòu)型；

圖8圖解地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的電動(dòng)機(jī)的子線圈組，它們被構(gòu)造為三角形構(gòu)型；

圖9圖解地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的在一個(gè)子線圈組內(nèi)的線圈的示例性裝置；

圖10圖解地顯示了相對于磁體的線圈的具體實(shí)施方式；

圖11圖解地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的一種控制裝置的例子；

圖12是轉(zhuǎn)換裝置的電路圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述的具體實(shí)施方式是用于車輛的輪內(nèi)的電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)是具有一組線圈的類型，這組線圈是定子的一部分，用于附著于車輛，它徑向地由轉(zhuǎn)子環(huán)繞，該轉(zhuǎn)子帶有一組磁體，用于附著與車輪。為避免產(chǎn)生疑惑，本發(fā)明的多個(gè)方面也可等同地應(yīng)用具有相同裝置的電動(dòng)機(jī)。此外，本發(fā)明的一些方面是可應(yīng)用具有在徑向環(huán)繞線圈內(nèi)中心安裝的轉(zhuǎn)子的裝置。

具體實(shí)施的組件的物理裝置可參考圖4和圖5來得到清楚的理解。該組件可被描述為一種內(nèi)置電子元件和軸承的電動(dòng)機(jī)，或者可被描述為一種輪轂電機(jī)或者輪轂驅(qū)動(dòng)，當(dāng)它被構(gòu)建為容納分離的輪時(shí)。

首先參考圖4，該組件包括定子252，該定子包括：后部230，形成該組件的機(jī)殼的第一部分；以及散熱器和驅(qū)動(dòng)裝置231，包括多個(gè)線圈和電子元件，以驅(qū)動(dòng)這些線圈和散熱器。該線圈驅(qū)動(dòng)裝置231是固定到后部230，以形成定子252，然后可將定子252固定到車輛，在使用過程中不會(huì)旋轉(zhuǎn)。這些線圈自身是在齒片上形成的，它們與驅(qū)動(dòng)裝置231和后部230形成定子252。

雖然未示出，多個(gè)電容器電路板也安裝到定子，用于在電動(dòng)機(jī)和電壓電源之間提供電容以降低電壓線降。

轉(zhuǎn)子240包括：前部220；以及圓柱形部分221，形成一個(gè)蓋，該轉(zhuǎn)子圍繞定子252。該轉(zhuǎn)子包括多個(gè)磁體242，被配置為圍繞圓柱形部分221的內(nèi)部。因此，這些磁體是緊密接近組件231上的線圈，以致由在組件231內(nèi)的線圈產(chǎn)生的磁場在磁體242上產(chǎn)生一個(gè)力，這些磁體242被配置為圍繞轉(zhuǎn)子240的圓柱形部分221的內(nèi)部，因而導(dǎo)致該轉(zhuǎn)子240旋轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)子240通過軸承塊223附著到定子252。該軸承塊223可以是可被用于車輛的標(biāo)準(zhǔn)軸承塊，這個(gè)電動(dòng)機(jī)組件是被適合于該軸承塊。該軸承塊包括兩部分，第一部分固定到定子，第二部分固定到轉(zhuǎn)子。該軸承塊是固定到定子252的壁230的中心部分233，也固定到轉(zhuǎn)子240的殼壁220的中心部分225。因此，轉(zhuǎn)子240是旋轉(zhuǎn)地固定到車輛，通過在轉(zhuǎn)子240的中心部分225的軸承塊223而被用于車輛。這具有一個(gè)顯著的優(yōu)勢：輪輞和輪胎可被固定到轉(zhuǎn)子240的中心部分225，采用通常的輪螺栓來固定輪輞到轉(zhuǎn)子的中心部分，繼而緊固到軸承塊223的可旋轉(zhuǎn)側(cè)之上。這些輪螺栓可以通過轉(zhuǎn)子的中心部分225而被安裝穿入軸承塊自身。這個(gè)裝置的第一方面的優(yōu)點(diǎn)是：整個(gè)組件可被簡單地對現(xiàn)有的車輛進(jìn)行改造，通過移除車輪、軸承塊和諸如制動(dòng)裝置等任意其他部件。然后，現(xiàn)有的軸承塊可安裝入該組件內(nèi)，整個(gè)裝置被安裝到車輛的定子側(cè)面，正常的輪輞和車輪被安裝到轉(zhuǎn)子，以致輪輞和車輪圍繞整個(gè)電動(dòng)機(jī)組件。因此，對現(xiàn)有車輛的改造變得非常簡單。

第二方面的優(yōu)點(diǎn)是：不需力在轉(zhuǎn)子240的外側(cè)上用于支撐車輛，尤其是不需力在圓周壁221上承載在內(nèi)側(cè)圓周上的磁體。這是因?yàn)橛糜诔休d車輛的力被直接從懸架被傳送，該懸架固定到軸承塊的一側(cè)（通過定子壁的中心部分）到車輪的中心部分，圍繞轉(zhuǎn)子固定到該軸承塊的另一側(cè)（通過轉(zhuǎn)子壁的中心部分）。這意味著轉(zhuǎn)子的圓周壁221不會(huì)受制于任何可使壁變形而使磁體未對準(zhǔn)的力。不需要復(fù)雜的軸承裝置來保持圓周轉(zhuǎn)子壁的對準(zhǔn)。

轉(zhuǎn)子也包括聚焦環(huán)和磁體227，用于后面討論的定位傳感。

圖5顯示了如圖4所示的相同組件的爆炸分解示意圖，該圖從相對側(cè)顯示了：定子252包括后部定子壁230和線圈和電子組件231。轉(zhuǎn)子240包括外部轉(zhuǎn)子壁220和圓周壁221，磁體242被圓周地配置在圓周壁221內(nèi)。如前所述，定子252是通過軸承塊223在轉(zhuǎn)子壁和定子壁的中心部分連接到轉(zhuǎn)子240的。

此外，除了已知的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路之外，圖4還顯示了控制裝置80，帶有下面所述的控制電子元件。此外，在圖4和圖5中，在轉(zhuǎn)子的圓周壁221與定子外殼230的外部邊緣還提供了V形密封350。進(jìn)一步，在圖5中，提供了磁環(huán)227，用于相對于定子指示轉(zhuǎn)子的位置的目的，一系列傳感器安裝在定子252的控制裝置80上，該磁環(huán)227包括換向聚焦環(huán)和多個(gè)磁體。

圖6圖解地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的電動(dòng)機(jī)40的一個(gè)例子。在本例中，電動(dòng)機(jī)是圓形的。然而，需要明確的是，本發(fā)明的實(shí)施例均可應(yīng)用其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。例如，可設(shè)想線圈的線性結(jié)構(gòu)，用于產(chǎn)生線性運(yùn)動(dòng)。

在本例中，電動(dòng)機(jī)40包括8個(gè)線圈組60，每個(gè)線圈組60具有3個(gè)子線圈組61、62和63，它們耦接于各自的控制裝置64，每個(gè)控制裝置64與各自的子線圈組形成一個(gè)三相邏輯電動(dòng)機(jī)或子電動(dòng)機(jī)，可由其他子電動(dòng)機(jī)獨(dú)立地控制?？刂蒲b置64以三相電壓電源驅(qū)動(dòng)它們各自的子電動(dòng)機(jī)，因而允許各自的子線圈組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場。雖然本具體實(shí)施例描述了每個(gè)線圈組60具有3個(gè)子線圈組61、62和63，但本發(fā)明并不受本實(shí)施例的限制，需要明確的是，每個(gè)線圈組60可具有兩個(gè)或更多的子線圈組。同樣，雖然本具體實(shí)施例描述了電動(dòng)機(jī)具有8個(gè)線圈組60（也就是，8個(gè)子電動(dòng)機(jī)），但是該電動(dòng)機(jī)也可具有兩個(gè)或更多與控制裝置相關(guān)聯(lián)的線圈組（也就是，兩個(gè)或更多子電動(dòng)機(jī)）。

電動(dòng)機(jī)40可包括：轉(zhuǎn)子（在圖6中未示出），定位于由該電動(dòng)機(jī)的多個(gè)線圈的定位所限定的圓的中心，因而使得該轉(zhuǎn)子在由這些線圈所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)的磁場內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。但是，優(yōu)選地，該轉(zhuǎn)子是如圖4和圖5中所示的那樣圍繞線圈來布置。該轉(zhuǎn)子通?？砂ㄒ粋€(gè)或多個(gè)永磁體，配置為這樣旋轉(zhuǎn)，以致它們的磁極掃過電動(dòng)機(jī)40的線圈的末端。在子線圈組61、62和63的線圈內(nèi)的電路的適當(dāng)轉(zhuǎn)換使轉(zhuǎn)子的永磁體的磁極能夠同步吸引和排斥，以產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)40的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。需要明確的是，圖6是高度示意性的，實(shí)際上，子線圈組可被設(shè)置在定子的外圓周，而以轉(zhuǎn)子的磁體圍繞這些線圈。

每個(gè)控制裝置包括一個(gè)三相橋式逆變器，該逆變器是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，包含6個(gè)開關(guān)。該三相橋式逆變器是耦接到線圈組60的三個(gè)子線圈組，以形成一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)構(gòu)型。因而，如上所述，該電動(dòng)機(jī)包括八個(gè)三相子電動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)三相子電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)控制裝置64，耦接到線圈組60的三個(gè)子線圈組。

每個(gè)三相橋式逆變器是配置為提供PMW電壓控制穿過各自的子線圈組61、62和63，以對各自的子電動(dòng)機(jī)提供所需的扭矩。

對于給出的線圈組，控制裝置64的三相橋式開關(guān)是配置為應(yīng)用單獨(dú)的電壓相穿過每個(gè)子線圈組61、62和63。

在本例中，每個(gè)子線圈組的線圈長度約為線圈組的長度的8倍，相對于具有一定數(shù)量串聯(lián)連接的子線圈組的同等電動(dòng)機(jī)（例如在圖1所示的電動(dòng)機(jī)）而言。

圖7闡明了圖6中所示的電動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)控制裝置橋式逆變器是耦接到它們各自的子線圈組以形成Y形構(gòu)型。

圖8闡明了圖6中所示的電動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)控制裝置橋式逆變器是耦接到它們各自的子線圈組以形成三角形構(gòu)型。

對于所述電動(dòng)機(jī)的每個(gè)子電動(dòng)機(jī)，當(dāng)子線圈組不是串聯(lián)連接時(shí)，不需要運(yùn)行圍繞電動(dòng)機(jī)周邊的連接線以提供在不同線圈組之間的串行相互連接。因此，在制造該電動(dòng)機(jī)的過程中只需要更少的電線。這樣降低了制造成本，同時(shí)降低了電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。由于電線用量減少，也減少了傳導(dǎo)損失。

對于每個(gè)線圈組的線圈，通過提供各自的功率控制，以及通過每個(gè)線圈采用更大的轉(zhuǎn)數(shù)，相比于采用每個(gè)線圈是串聯(lián)連接的電動(dòng)機(jī)可獲得的而言，該電動(dòng)機(jī)的總感應(yīng)系數(shù)可被顯著增加。進(jìn)一步，這樣使得更小的電流來穿過每個(gè)子線圈組，因而轉(zhuǎn)換裝置具有更小的功率以被用于電流控制。因此，轉(zhuǎn)換裝置是更便宜的、更輕的、容量更大，以被用于操作該電動(dòng)機(jī)。

由于采用更低的電流，也減輕了熱散失問題。更小的轉(zhuǎn)換裝置可在更高頻率操作，使能夠進(jìn)行精細(xì)和更多響應(yīng)的電動(dòng)控制。實(shí)際上，扭矩調(diào)節(jié)可在高度響應(yīng)的模式下進(jìn)行，同時(shí)能夠在單獨(dú)PWM期間內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，典型的PWM期間約為50秒。

采用更小的轉(zhuǎn)換裝置的另一個(gè)優(yōu)勢是：它們可被定位在它們所控制的最接近的線圈。通常，當(dāng)對應(yīng)的大轉(zhuǎn)換裝置已經(jīng)被應(yīng)用于控制串聯(lián)連接的子線圈組的操作時(shí)，控制裝置是足夠大的，以致它不能被其他電動(dòng)機(jī)組件（例如，定子、轉(zhuǎn)子等）所包括，但已經(jīng)分別提供了替代。相反，當(dāng)可采用小的轉(zhuǎn)換裝置時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述，轉(zhuǎn)換裝置和在那些轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)的控制裝置是整合的，能被定位在例如相同的外殼/外套周作為其他電動(dòng)機(jī)組件。

每個(gè)子線圈組包括一個(gè)或多個(gè)線圈。在本例中，每個(gè)子線圈組包括三個(gè)線圈，如在圖8所示。在圖8中，這三個(gè)線圈被標(biāo)記為74A、74B和74C。這三個(gè)線圈74A、74B和74C是交替纏繞的，以致每個(gè)線圈產(chǎn)生一個(gè)磁場，對于電流的給出的方向，該磁場是與它的鄰近的線圈是反平行的，但具有共同的相。如上所述，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)40的轉(zhuǎn)子的永磁體掃過線圈74A、74B和74C的末端時(shí)，在這些線圈內(nèi)的電流的是適當(dāng)轉(zhuǎn)換可被用于產(chǎn)生想要的力，以提供推動(dòng)力給轉(zhuǎn)子。

關(guān)于在每個(gè)子線圈組內(nèi)的這些線圈74A、74B和74C是以相反方向纏繞的以給出反平行的磁場的原因可參考圖10來得到理解，圖10顯示了在轉(zhuǎn)子上的磁體242環(huán)繞定子的線圈44、46和48的布置。為簡化說明，這個(gè)布置被顯示為磁體和螺旋的線性布置，但應(yīng)當(dāng)理解的是，在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中所描述的線圈可被安排在環(huán)繞定子的外周，同時(shí)磁體被安排在轉(zhuǎn)子的圓周的內(nèi)部，正如已經(jīng)描述的那樣。

磁體242是交替的磁極朝向子線圈組44、46和48來布置的。因此，每個(gè)子線圈組的三個(gè)線圈74A、74B和74C呈現(xiàn)對于磁體的交替的極面的交替的磁場。因此，當(dāng)子線圈組的左手螺旋具有排斥其中一個(gè)磁體的北極的阻力時(shí)，相鄰的中心線圈將具有排斥該磁體的南極的阻力，如此類推。

正如圖10所闡明的，磁體與線圈的比例是8個(gè)磁體對9個(gè)線圈。這個(gè)裝置的優(yōu)勢是：磁體和線圈不需完全對齊。如果發(fā)生這樣的完全對齊情形，則該電動(dòng)機(jī)會(huì)停止在某個(gè)位置，在此處沒有力會(huì)被施加到線圈和磁體之間，以給出一個(gè)關(guān)于感知電動(dòng)機(jī)將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的無阻的方向。通過圍繞該電動(dòng)機(jī)布置不同數(shù)量的線圈和磁體，無論轉(zhuǎn)子和電動(dòng)機(jī)達(dá)到停止的位置如何，都會(huì)在特定方向上有一個(gè)合力。雖然本具體實(shí)施例描述了8個(gè)磁體對9個(gè)線圈的比例，但是也可采用其他比例，例如9個(gè)磁體對6個(gè)線圈。

對于每個(gè)線圈組（也就是，每個(gè)子電動(dòng)機(jī)），當(dāng)提供個(gè)別的功率控制時(shí)，相關(guān)聯(lián)的控制裝置可被操作來時(shí)電動(dòng)機(jī)在降低的功率下運(yùn)行。例如，通過斷電所選擇的線圈組（也就是，斷電所選擇的子電動(dòng)機(jī)），可以實(shí)現(xiàn)這樣的操作。

如果所選擇的線圈組被斷電，所述電動(dòng)機(jī)將仍能操作，雖然性能有所降低。這樣，該電動(dòng)機(jī)的電力輸出可根據(jù)具體應(yīng)用的需要來進(jìn)行調(diào)整。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)該電動(dòng)機(jī)被用于諸如小汽車等車輛時(shí)，對一些線圈組進(jìn)行斷電，可被用于調(diào)整該小汽車的性能。類似地，如果其中一個(gè)子電動(dòng)機(jī)發(fā)生某個(gè)故障，導(dǎo)致該子電動(dòng)機(jī)被斷電，該電動(dòng)機(jī)會(huì)采用剩余的子電動(dòng)機(jī)而繼續(xù)工作，因而使得該車輛繼續(xù)工作。

實(shí)際上，一個(gè)或多個(gè)線圈組的斷電具有進(jìn)一步的優(yōu)勢：如果其中一個(gè)線圈組發(fā)生故障，在電動(dòng)機(jī)40內(nèi)的其他線圈組可被斷電，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)40以某種方式繼續(xù)工作，該方式保持圍繞該電動(dòng)機(jī)的外周的平衡的磁場輪廓，用于適當(dāng)?shù)亩嘞嗖僮鳌?/p>

圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的控制裝置80的一個(gè)實(shí)施例。

控制裝置80包括第一電路板83和第二電路板82。優(yōu)選地，第二電路板82被配置為覆蓋第一電路板83，如圖11所示。

第一電路板83包括多個(gè)開關(guān)，這些開關(guān)被配置為應(yīng)用交變電壓穿過各自子線圈組。這些開關(guān)可包括半導(dǎo)體裝置，例如MOSFET或者IGBT。在本具體實(shí)施例中，這些開關(guān)包括IGBT開關(guān)。

如上所述，多個(gè)開關(guān)被配置為形成一個(gè)n相橋式電路。因此，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，開關(guān)的數(shù)量將取決于被施加到各自子電動(dòng)機(jī)的電壓相的數(shù)量。在本具體實(shí)施例中，控制裝置和子線圈組被配置為形成一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)，各自控制裝置的第一電路板83包括6個(gè)開關(guān)。雖然電路設(shè)計(jì)顯示每個(gè)子電動(dòng)機(jī)具有一個(gè)三相結(jié)構(gòu)，該子電動(dòng)機(jī)可被構(gòu)建為具有兩相或更多相。

子線圈組的電線（例如，銅線）可被直接連接到適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換裝置。

為避免熱散失，第一電路板優(yōu)選地是從具有相對高的熱傳導(dǎo)性的材料（例如金屬）制成，這樣有助于從這些開關(guān)移除熱量。當(dāng)材料具有高的熱傳導(dǎo)性時(shí)，通常也具有高的電傳導(dǎo)性，對于具有相對高的電傳動(dòng)性的材料，優(yōu)選地具有絕緣層，施加到第一電路板83的部分，以使發(fā)生短路的風(fēng)險(xiǎn)最小化。

第二電路板82包括一定數(shù)量的電氣部件，用于控制安裝在第一電路板83上的開關(guān)的操作。安裝在第二電路板82上的電氣部件的例子包括控制邏輯，用于控制這些開關(guān)的操作，用于提供PWM電壓控制和接口部件，例如CAN接口芯片，使得控制裝置80與在控制裝置80外部的裝置（例如，其他控制裝置80或者主控制器）進(jìn)行通信。通常，第二控制板82將與接口通信，以接收扭矩需求請求，并傳輸狀態(tài)信息。

如上所述，第二電路板82被配置為安裝在第一電路板83，第一電路板83和第二電路板82都包括用于安裝在電動(dòng)機(jī)40內(nèi)（例如，鄰近它們控制的子線圈組）的裝置，直接安裝到冷卻板。在所示的例子中，第一電路板83和第二電路板82是充分楔形的。這個(gè)形狀使得多個(gè)控制裝置80可被定位于在電動(dòng)機(jī)內(nèi)互相鄰近的位置，形成扇形的裝置。通過從這些開關(guān)中分離控制邏輯，具有從從這些開關(guān)中分離控制邏輯的優(yōu)勢，同時(shí)也使由這些開關(guān)所產(chǎn)生的電噪聲的影響最小化。

每個(gè)電路板上也安裝有傳感器，該傳感器可被用于確定轉(zhuǎn)子240的位置，例如，霍爾傳感器，它被配置為根據(jù)聚焦環(huán)與安裝在轉(zhuǎn)子240上的磁體227的相對位置而產(chǎn)生一個(gè)電信號。為確定轉(zhuǎn)子在電路板上轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，優(yōu)選地具有兩個(gè)傳感器，它們是通過預(yù)定的角度來相彌補(bǔ)的，以致來自每個(gè)傳感器的信號的改變都可被分析，以決定轉(zhuǎn)子240的相對位置以及該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向。為使得每個(gè)控制裝置（然后是每個(gè)子電動(dòng)機(jī)）能互相獨(dú)立地進(jìn)行操作，每個(gè)電路板具有它們自身的位置傳感器組。然而，也可采用單獨(dú)的位置傳感器組。

圖12顯示了第一電路板的6個(gè)開關(guān)，它們被配置為一個(gè)三相橋式構(gòu)型，并耦接到線圈組的子線圈組，設(shè)置為Y形構(gòu)型。這6個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)是連接到一個(gè)電壓電源，例如300伏電源，并且接地。各對子線圈組是連接在所述橋式電路的兩條引腿之間。簡單地，為了在一個(gè)方向操作該電動(dòng)機(jī)和供給電壓，這些開關(guān)是成對地操作的，一個(gè)開關(guān)在橋的上半部，而另一個(gè)開關(guān)在橋的下半部的不同的引腳上。每個(gè)開關(guān)負(fù)載三分之一時(shí)間的輸出電流。

為改變所述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，在線圈內(nèi)的電流的極性和時(shí)序是改變的，以致在相反方向上形成合力。如上所述，脈寬調(diào)制技術(shù)被用于對應(yīng)用到半導(dǎo)體開關(guān)的門的信號進(jìn)行脈寬調(diào)制，以控制施加到線圈的電壓，其中PWM電壓是基于所接收的扭矩需求的請求來確定的。然后，該P(yáng)WM電壓決定線圈電流，因而決定所產(chǎn)生的扭矩。

當(dāng)輪內(nèi)電動(dòng)機(jī)的每個(gè)子電動(dòng)機(jī)獨(dú)立于其他子電動(dòng)機(jī)（也就是，這些子電動(dòng)機(jī)是非串行連接的）進(jìn)行操作時(shí)，為改善在各自子電動(dòng)機(jī)之間的扭矩，共同的控制裝置可被定位于該輪內(nèi)電動(dòng)機(jī)之內(nèi)，用于監(jiān)視和調(diào)節(jié)各自子電動(dòng)機(jī)的操作，以便平衡各自子電動(dòng)機(jī)的操作。

另外，各自子電動(dòng)機(jī)的平衡和同步可通過一個(gè)或多個(gè)子電動(dòng)機(jī)控制裝置80來進(jìn)行，其中該輪內(nèi)電動(dòng)機(jī)的控制裝置80通過通信總線在彼此之間進(jìn)行通信。

在整合多個(gè)車輪的車輛中，每個(gè)電動(dòng)機(jī)整合了所有需要管理其動(dòng)作的情報(bào)。每個(gè)電動(dòng)機(jī)明確其在車輛上的位置，并相應(yīng)地控制它的動(dòng)作。優(yōu)選地，每個(gè)電動(dòng)機(jī)還提供了關(guān)于其他電動(dòng)機(jī)的以下信息：例如速度、扭矩和狀態(tài)，這些信息都基于每個(gè)電動(dòng)機(jī)在該車輛上的位置的認(rèn)知以及其他電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)，它可確定扭矩的最佳水平，以致應(yīng)用于給出需求的扭矩。即使沒有這些其他信息，例如扭矩，所述電動(dòng)機(jī)仍能繼續(xù)響應(yīng)所需求的扭矩。

其他控制信號，例如上電/斷電控制信號，也可從主控制器被發(fā)送/接收，該主控制器是設(shè)置為控制車輛的總體操作，各個(gè)輪內(nèi)電動(dòng)機(jī)被安裝在該車輛內(nèi)。對于輪內(nèi)電動(dòng)機(jī)，這些控制信號是與各自控制裝置80通信的，直接或間接地通過共同的控制裝置。如上所述，這些控制信號通常是通過通信總線（例如，CAN總線）來進(jìn)行通信的。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員所應(yīng)當(dāng)知曉，這些信號也可以通過任意合適的裝置進(jìn)行通信。該控制信號也可包括用于調(diào)整/定義電壓脈沖的信號，該電壓脈沖由控制裝置80施加到與它相關(guān)聯(lián)的子線圈組的線圈，用于啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，因而調(diào)節(jié)對于該輪內(nèi)電動(dòng)機(jī)的扭矩需求。

所述控制裝置80也可選地包括用于在電動(dòng)機(jī)內(nèi)（例如，在與該控制裝置80相關(guān)聯(lián)的子線圈組內(nèi)）監(jiān)視溫度的裝置。該控制裝置可自動(dòng)地構(gòu)造為響應(yīng)溫度測量，例如，降低子線圈組的功率，以避免過熱。另外，溫度測量可在共同的控制裝置或者來自每個(gè)控制裝置80的主控制器上進(jìn)行，因而共同控制裝置或主控制器可監(jiān)測在電動(dòng)機(jī)內(nèi)的總體溫度，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)控制裝置80的操作。

如上所述，產(chǎn)生每個(gè)電信號來驅(qū)動(dòng)在給出的線圈組內(nèi)的不同的子線圈組，這些子線圈組具有不同的相角度。由不同電路板所產(chǎn)生的每個(gè)電信號具有基本相同的相角度，與由其他電路板所產(chǎn)生的電信號相對應(yīng)。例如，對于一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)，當(dāng)每個(gè)子電動(dòng)機(jī)包括具有三個(gè)子線圈組的線圈組時(shí)，每個(gè)子電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生具有第一相角度的電信號，對于每個(gè)子電動(dòng)機(jī)是基本相同的。類似地，在一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)內(nèi)的每個(gè)子電動(dòng)機(jī)也會(huì)產(chǎn)生具有第二相角度和第三相角度的電信號，其中第二相角度和第三相角度在子電動(dòng)機(jī)之間是基本相同的。

對于每個(gè)不同的電信號，相角度和電壓包絡(luò)是由各自電路板采用PWM電壓控制來產(chǎn)生的，其中電信號的電壓包絡(luò)和相角度是由調(diào)制的電壓脈沖來決定的。

然而，為了使DC連接電容和電磁噪聲最小化，對于以基本相同的相角度具有電壓包絡(luò)的電信號，由每個(gè)子電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的PWM電壓信號是相對于彼此抵消的。這就是說，對于由不同的子電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的不同信號，即使電壓包絡(luò)是基本相同的，用于產(chǎn)生這些電壓信號的PWM信號也是相對于彼此抵消的。

為獲得在不同子電動(dòng)機(jī)之間的PWM抵消，對于每個(gè)不同的子電動(dòng)機(jī)，PWM計(jì)數(shù)器是同步的，而抵消的同步信號是對于在不同電路板上的計(jì)數(shù)器而產(chǎn)生的，其中對于每個(gè)電路板（也就是，每個(gè)子電動(dòng)機(jī)），該抵消同步信號是不同的。對于由每個(gè)電路板所提供的每個(gè)相應(yīng)的電相信號，PWM電壓具有相偏移效應(yīng)。因此，對于由這些電路板產(chǎn)生的不同的電壓信號，即使電壓包絡(luò)具有基本相同的相角度，用于產(chǎn)生這些電壓信號的PWM信號沒有基本相同的相角度，因而有助于使DC連接電容和電磁噪聲最小化。