專利名稱：用于牽引電機(jī)的集成式高頻旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器的制作方法
用于牽引電機(jī)的集成式高頻旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器技術(shù)領(lǐng)域
本文所述主題的實(shí)施例總地涉及牽引電機(jī)，更特別地，涉及用于牽引電機(jī)的集成式高頻旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器。
背景技術(shù)：
近年來，插電式混合動力車和純電動車已經(jīng)變得越來越流行。這些車輛通常使用牽引電機(jī)。一些牽引電機(jī)具有繞線轉(zhuǎn)子，并使用旋轉(zhuǎn)變壓器將電能從固定側(cè)(即，定子)導(dǎo)至旋轉(zhuǎn)側(cè)(即，轉(zhuǎn)子)。當(dāng)前的牽引電機(jī)構(gòu)造還利用分開的分解器來確定電機(jī)轉(zhuǎn)子的角度位置。
因此，期望降低牽引電機(jī)的尺寸和成本。結(jié)合附圖和該背景，從后面的詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求可清楚其它期望特征和特性。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種集成式的旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器。所述集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器可包括，但不限于:定子，其具有外表面和沿著該外表面布置的多個(gè)槽；多個(gè)感測線圈，該多個(gè)感測線圈布置在所述多個(gè)槽的至少一部分中；轉(zhuǎn)子，其具有從第一預(yù)定厚度變至第二預(yù)定厚度的表面；以及控制器，其電聯(lián)接至所述多個(gè)感測線圈，并構(gòu)造成基于各感測線圈中因所述轉(zhuǎn)子與相應(yīng)感測線圈相對置的相對厚度引起的電壓來確定所述轉(zhuǎn)子的位置。
根據(jù)另一實(shí)施例，提供了一種電機(jī)。所述電機(jī)可包括，但不限于:接口，其構(gòu)造成接收交流電；定子，其聯(lián)接至所述接口，所述定子具有主繞組，并具有外表面和沿著所述外表面布置的多個(gè)槽；多個(gè)感測線圈，所述多個(gè)感測線圈布置在所述多個(gè)槽的至少一部分中；轉(zhuǎn)子，其具有定位成與所述定子的第一繞組相對的副繞組，并具有從第一預(yù)定厚度變至第二預(yù)定厚度的表面；以及控制器，其電聯(lián)接至所述多個(gè)感測線圈，并構(gòu)造成基于各感測線圈中因所述轉(zhuǎn)子的與相應(yīng)感測線圈相對置的相對厚度引起的電壓來確定所述轉(zhuǎn)子的位置。
根據(jù)再一實(shí)施例，提供了一種設(shè)備，所述設(shè)備包括，但不限于:轉(zhuǎn)子，其具有正弦上表面，并且在內(nèi)表面具有凹口 ；纏繞在所述轉(zhuǎn)子的凹口中的第一繞組；定子，其在外表面上具有凹口，所述定子的外表面定位成與所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面相對，所述外表面還包括多個(gè)槽；纏繞在所述定子的凹口中的副繞組；纏繞在所述多個(gè)槽的至少一部分中的多個(gè)感測線圈；以及控制器，其電聯(lián)接至所述多個(gè)感測線圈，并構(gòu)造成基于所述多個(gè)感測線圈的輸出確定所述轉(zhuǎn)子的位置。
本發(fā)明提供下列技術(shù)方案。
技術(shù)方案1: 一種集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，包括: 定子，其具有外表面和沿著該外表面布置的多個(gè)槽； 多個(gè)感測線圈，該多個(gè)感測線圈布置在所述多個(gè)槽的至少一些中； 轉(zhuǎn)子，其具有從第一預(yù)定厚度變至第二預(yù)定厚度的表面；以及控制器，其電聯(lián)接至所述多個(gè)感測線圈，并構(gòu)造成基于各感測線圈中因所述轉(zhuǎn)子的與相應(yīng)感測線圈相對的厚度引起的電壓來確定所述轉(zhuǎn)子的位置。
技術(shù)方案2:如技術(shù)方案I的集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，其中所述定子包括2P個(gè)槽，其中P為所述轉(zhuǎn)子中的極的數(shù)目。
技術(shù)方案3:如技術(shù)方案2的集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，其中所述多個(gè)感測線圈包括P個(gè)感測線圈，并且所述P個(gè)感測線圈位于P個(gè)相鄰的槽中。
技術(shù)方案4:如技術(shù)方案3的集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，其中所述P個(gè)線圈在極對基座上定位成90度相隔。
技術(shù)方案5:如技術(shù)方案2的集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，其中所述多個(gè)感測線圈包括2P個(gè)感測線圈，并且所述2P個(gè)感測線圈在極對基座上以90度相隔地位于2P個(gè)相鄰的槽中。
技術(shù)方案6:如技術(shù)方案2的集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，其中所述轉(zhuǎn)子的表面包括具有所述第一預(yù)定厚度的P個(gè)波峰和具有所述第二預(yù)定厚度的P個(gè)波谷。
技術(shù)方案7:如技術(shù)方案5的集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，其中所述多個(gè)線圈按類型分組，并且相同類型的線圈互聯(lián)。
技術(shù)方案8: —種電機(jī),包括: 接口，其構(gòu)造成接收交流電； 定子，其聯(lián)接至所述接口，所述定子具有主繞組，并具有外表面和沿著所述外表面布置的多個(gè)槽； 多個(gè)感測線圈，所述多個(gè)感測線圈布置在所述多個(gè)槽的至少一些中； 轉(zhuǎn)子，其具有定位成與所述定子的第一繞組相對的副繞組，并具有從第一預(yù)定厚度變至第二預(yù)定厚度的表面；以及 控制器，其電聯(lián)接至所述多個(gè)感測線圈，并構(gòu)造成基于各感測線圈中因所述轉(zhuǎn)子的與相應(yīng)感測線圈相對的厚度引起的電壓來確定所述轉(zhuǎn)子的位置。
技術(shù)方案9:如技術(shù)方案8的電機(jī)，其中所述定子包括2P個(gè)槽，其中P為所述轉(zhuǎn)子中的極的數(shù)目。
技術(shù)方案10:如技術(shù)方案9的電機(jī)，其中所述多個(gè)感測線圈包括P個(gè)感測線圈，并且所述P個(gè)感測線圈位于P個(gè)相鄰的槽中。
技術(shù)方案11:如技術(shù)方案10的電機(jī)，其中所述P個(gè)線圈在極對基座上定位成90度相隔。
技術(shù)方案12:如技術(shù)方案9的電機(jī)，其中所述多個(gè)感測線圈包括2P個(gè)感測線圈，并且所述2P個(gè)感測線圈在極對基座上以90度相隔地位于2P個(gè)相鄰的槽中。
技術(shù)方案13:如技術(shù)方案9的電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子的表面包括具有所述第一預(yù)定厚度的P個(gè)波峰和具有所述第二預(yù)定厚度的P個(gè)波谷。
技術(shù)方案14:如技術(shù)方案12的電機(jī)，其中所述多個(gè)線圈按類型分組，并且相同類型的線圈互聯(lián)。
技術(shù)方案15: —種設(shè)備,包括: 轉(zhuǎn)子，其具有正弦上表面，并且在內(nèi)表面具有凹口 ； 纏繞在所述轉(zhuǎn)子的凹口中的第一繞組； 定子，其在外表面上具有凹口，所述定子的外表面定位成與所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面相對，所述外表面還包括多個(gè)槽； 纏繞在所述定子的凹口中的副繞組； 纏繞在所述多個(gè)槽的至少一部分中的多個(gè)感測線圈；以及 控制器，其電聯(lián)接至所述多個(gè)感測線圈，并構(gòu)造成基于所述多個(gè)感測線圈的輸出確定所述轉(zhuǎn)子的位置。
技術(shù)方案16:如技術(shù)方案15的設(shè)備，其中所述多個(gè)槽沿著所述定子的外表面周期地間隔開。
技術(shù)方案17:如技術(shù)方案15的設(shè)備，其中具有四個(gè)感測線圈，所述四個(gè)感測線圈纏繞在沿所述定子的外表面的四個(gè)相鄰槽中。
技術(shù)方案18:如技術(shù)方案17的設(shè)備，其中所述四個(gè)感測線圈中的第一個(gè)基于所述轉(zhuǎn)子與所述四個(gè)感測線圈中的所述第一個(gè)相對的正弦上表面的厚度輸出第一電壓(VI)，所述四個(gè)感測線圈中的第二個(gè)基于所述轉(zhuǎn)子與所述四個(gè)感測線圈中的所述第二個(gè)相對的正弦上表面的厚度輸出第二電壓(V2)，所述四個(gè)感測線圈中的第三個(gè)基于所述轉(zhuǎn)子與所述四個(gè)感測線圈中的所述第三個(gè)相對的正弦上表面的厚度輸出第三電壓(V3)，和所述四個(gè)感測線圈中的第四個(gè)基于所述轉(zhuǎn)子與所述四個(gè)感測線圈中的所述第四個(gè)相對的正弦上表面的厚度輸出第四電壓(V4)。
技術(shù)方案19:如技術(shù)方案18的設(shè)備，其中所述控制器進(jìn)一步構(gòu)造成基于由atan2(Vl-V2，V3-V4)確定的角度確定所述轉(zhuǎn)子的機(jī)械角。
技術(shù)方案20:如技術(shù)方案19的設(shè)備，其中所述控制器進(jìn)一步構(gòu)造成基于所述轉(zhuǎn)子的機(jī)械角確定所述轉(zhuǎn)子的電角度。
該簡要介紹用于以簡要的形式介紹所選擇的概念，在后面的詳細(xì)描述中將做進(jìn)一步描述。該簡要介紹不意欲確認(rèn)所要求保護(hù)主題的關(guān)鍵特征或本質(zhì)特征，也不意欲用作確定所要求主題的范圍的目的。


結(jié)合下列附圖，參考詳細(xì)說明書和權(quán)利要求可得到所述主題的更加全面的理解，其中所有附圖中相似的標(biāo)記指代相似的元件。
圖1為根據(jù)實(shí)施例的具有集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器的示例性牽引電機(jī)的框圖； 圖2為根據(jù)示例性實(shí)施例的可用在圖1中所示牽引電機(jī)中的示例性定子； 圖3為根據(jù)示例性實(shí)施例的可用在圖1中所示牽引電機(jī)中的示例性轉(zhuǎn)子；以及 圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的示例性集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器。
具體實(shí)施方式
下面的詳細(xì)描述實(shí)質(zhì)上僅僅是示例性的，不意欲限制該主題或本申請的實(shí)施方式以及該實(shí)施方式的使用。如本文所使用的，語詞“示例性”意味著“用作實(shí)例、示例或例子”。本文作為示例描述的所有實(shí)施方式都并非必需被認(rèn)為超過其它實(shí)施方案的優(yōu)選或有利。另夕卜，也不意欲通過前面的技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、簡要介紹或后面的詳細(xì)描述中存在的任何明示或暗示意見而界定。
圖1為具有集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器110的示例性牽引電機(jī)100的框圖。電機(jī)100具有固定側(cè)102和旋轉(zhuǎn)側(cè)104。電機(jī)100包括具有電機(jī)定子繞組172的電機(jī)定子170。電機(jī)定子180電連接至多相逆變器195。電機(jī)100還包括具有場繞組182的電機(jī)轉(zhuǎn)子180。牽引電機(jī)100也可稱為繞組轉(zhuǎn)子同步電機(jī)。集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器110向場繞組182提供無刷電力，并提供控制電機(jī)100所必需的轉(zhuǎn)子位置信息。集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器110的轉(zhuǎn)子130隨電機(jī)轉(zhuǎn)子180旋轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)子130和轉(zhuǎn)子180具有相同的角度位置。
因?yàn)闋恳姍C(jī)100包括集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器110，所以相對于具有分開的旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器的牽引電機(jī)來講，可降低牽引電機(jī)100的尺寸和成本。集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器110包括具有主繞組122的定子120和具有副繞組132的轉(zhuǎn)子130。
集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器110的定子120電聯(lián)接至高頻交流(AC)電源160。集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器110使用主繞組122到副繞組132的磁性聯(lián)接將電能輸送至電機(jī)100的轉(zhuǎn)子170。副繞組132中引起的電壓被整流電路190轉(zhuǎn)換為DC (整流)，并用于供應(yīng)至電機(jī)100的場繞組。
為了提供牽引電機(jī)100的轉(zhuǎn)子170的機(jī)械位置信息，集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器110包括一系列附加感測線圈140。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，感測線圈140聯(lián)接至定子120的外表面，并與轉(zhuǎn)子130相鄰，如下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的。每個(gè)感測線圈140都電聯(lián)接至控制器150并輸出電壓。控制器150構(gòu)造成從感測線圈140接收電壓，并基于接收的電壓確定轉(zhuǎn)子130的位置，如下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的。
在一個(gè)實(shí)施例中，例如，控制器150為處理器?？刂破?50可為任意類型的處理器。例如，控制器150可為中央處理單元、圖形處理單元、數(shù)字信號處理器、專用集成電路(例如，分解器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器)、場可編程門陣列、微控制器、或任何其它類型的處理器或處理器的組合。
圖2為根據(jù)示例性實(shí)施例的可用在圖1中所示牽引電機(jī)100中的示例性定子120。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，定子120為基本圓柱形。定子120還包括沿著定子120外周的凹口，主繞組(未示出)可纏繞在這里。
定子120還包括多個(gè)槽220。槽220基本上圍繞定子120上周周期地布置，在極對基座上相隔90度，每個(gè)分解器極對有四個(gè)槽。在圖2所示實(shí)施例中，有8個(gè)槽220。定子120中槽220的數(shù)量可根據(jù)旨在用于集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器110的分解器功能的極的數(shù)量來變化。例如，六極分解器可包括12個(gè)槽。每個(gè)槽220都通過定子120上表面中的兩個(gè)缺口形成。感測線圈140可圍繞一部分或全部槽220纏繞，如下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的。
在一個(gè)實(shí)施例中,例如,每個(gè)感測線圈140可為絕緣銅線。每個(gè)感測線圈140都連接至控制器150。感測線圈140連同控制器150確定轉(zhuǎn)子的位置，如下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的。感測線圈140的數(shù)量對應(yīng)于分解器130的極的數(shù)量。例如，圖2中所示定子120可用在四極分解器功能或應(yīng)用中，且可具有四個(gè)或八個(gè)感測線圈140。同樣，六極分解器可使用六個(gè)或12個(gè)感測線圈140。感測線圈140纏繞相鄰的槽220。如下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的，通過將感測線圈140設(shè)置在四個(gè)相鄰的槽中，旋轉(zhuǎn)的每個(gè)分解器極對都可精確地確定轉(zhuǎn)子130的位置。當(dāng)感測線圈140纏繞在各槽220中時(shí)，根據(jù)它們在定子上的位置，根據(jù)這種方法將出現(xiàn)四種類型的線圈:(sin)，(cos), (-sin), (-cos)。所有同類線圈可例如串行連接，使得向控制器150發(fā)送四個(gè)電壓，不管分解器具有多少個(gè)極。
圖3為根據(jù)示例性實(shí)施例的可用在圖1中所示牽引電機(jī)100中的示例性轉(zhuǎn)子130。轉(zhuǎn)子130包括沿著內(nèi)表面的凹口 310。轉(zhuǎn)子的副繞組可纏繞在凹口 310中。
如圖3中所示，轉(zhuǎn)子130具有正弦上表面，該上表面具有變化的厚度或高度。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，轉(zhuǎn)子130的上表面可根據(jù)四極分解器的正弦波的兩個(gè)周期來變化。在其它實(shí)施例中，可使用具有不同波浪圖案的轉(zhuǎn)子上表面。每個(gè)波峰320和波谷330的高度可選擇成使得定子120上的感測線圈140輸出預(yù)定電壓，如下面進(jìn)一步描述的。轉(zhuǎn)子130的波峰320和波谷330的總數(shù)對應(yīng)于旨在用于分解器功能的極的數(shù)量。例如，圖3中所示轉(zhuǎn)子130用于四極分解器，包括兩個(gè)波峰和兩個(gè)波谷。因此，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)子130的波峰320和波谷330會經(jīng)過各感 測線圈140兩次，如下面進(jìn)一步描述的。
盡管上面的描述涉及具有多個(gè)槽220的定子120和具有波浪上表面的轉(zhuǎn)子130，但是用于集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器110的定子和轉(zhuǎn)子的物理特征可翻轉(zhuǎn)。換句話說，定子120可構(gòu)造成具有波浪上表面，轉(zhuǎn)子130可構(gòu)造成具有槽220。在另一實(shí)施例中，例如，兩個(gè)芯的極可翻轉(zhuǎn)。換句話 說，圖2中的芯可為轉(zhuǎn)子，圖3中的芯可為定子。
圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的示例性集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器110。如圖所示，定子120的直徑比轉(zhuǎn)子130的直徑小。因此，當(dāng)定子從AC電源160接收高頻AC信號時(shí)，產(chǎn)生通過定子120和轉(zhuǎn)子130的磁通量。因?yàn)檗D(zhuǎn)子的上表面是正弦的，所以磁通量未均勻分布。基于轉(zhuǎn)子厚度而變化的磁通量引起各感測線圈140輸出與磁通量成比例的電壓。換句話說，各組感測線圈140[I] - 140[4]感測的電壓與轉(zhuǎn)子130在相應(yīng)感測線圈140前方(S卩，相對的)表面積成比例。控制器150基于在各線圈中產(chǎn)生的電壓可確定轉(zhuǎn)子130的位置，如下面進(jìn)一步描述的。
當(dāng)集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器110用在四極牽引分解器中時(shí)，四個(gè)感測線圈140[1] - 140[4]的電壓遵循下式:
權(quán)利要求
1.一種集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，包括: 定子，其具有外表面和沿著該外表面布置的多個(gè)槽； 多個(gè)感測線圈，該多個(gè)感測線圈布置在所述多個(gè)槽的至少一些中； 轉(zhuǎn)子，其具有從第一預(yù)定厚度變至第二預(yù)定厚度的表面；以及控制器，其電聯(lián)接至所述多個(gè)感測線圈，并構(gòu)造成基于各感測線圈中因所述轉(zhuǎn)子的與相應(yīng)感測線圈相對的厚度引起的電壓來確定所述轉(zhuǎn)子的位置。
2.如權(quán)利要求1的集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，其中所述定子包括2P個(gè)槽，其中P為所述轉(zhuǎn)子中的極的數(shù)目。
3.如權(quán)利要求2的集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，其中所述多個(gè)感測線圈包括P個(gè)感測線圈，并且所述P個(gè)感測線圈位于P個(gè)相鄰的槽中。
4.如權(quán)利要求3的集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，其中所述P個(gè)線圈在極對基座上定位成90度相隔。
5.如權(quán)利要求2的集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，其中所述多個(gè)感測線圈包括2P個(gè)感測線圈，并且所述2P個(gè)感測線圈在極對基座上以90度相隔地位于2P個(gè)相鄰的槽中。
6.如權(quán)利要求2的集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，其中所述轉(zhuǎn)子的表面包括具有所述第一預(yù)定厚度的P個(gè)波峰和具有所述第二預(yù)定厚度的P個(gè)波谷。
7.如權(quán)利要求5的集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，其中所述多個(gè)線圈按類型分組，并且相同類型的線圈互聯(lián)。
8.—種電機(jī),包括: 接口，其構(gòu)造成接收交流電； 定子，其聯(lián)接至所述接口，所述定子具有主繞組，并具有外表面和沿著所述外表面布置的多個(gè)槽； 多個(gè)感測線圈，所述多個(gè)感測線圈布置在所述多個(gè)槽的至少一些中； 轉(zhuǎn)子，其具有定位成與所述定子的第一繞組相對的副繞組，并具有從第一預(yù)定厚度變至第二預(yù)定厚度的表面；以及 控制器，其電聯(lián)接至所述多個(gè)感測線圈，并構(gòu)造成基于各感測線圈中因所述轉(zhuǎn)子的與相應(yīng)感測線圈相對的厚度引起的電壓來確定所述轉(zhuǎn)子的位置。
9.如權(quán)利要求8的電機(jī)，其中所述定子包括2P個(gè)槽，其中P為所述轉(zhuǎn)子中的極的數(shù)目。
10.一種設(shè)備，包括: 轉(zhuǎn)子，其具有正弦上表面，并且在內(nèi)表面具有凹口 ； 纏繞在所述轉(zhuǎn)子的凹口中的第一繞組； 定子，其在外表面上具有凹口，所述定子的外表面定位成與所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面相對，所述外表面還包括多個(gè)槽； 纏繞在所述定子的凹口中的副繞組； 纏繞在所述多個(gè)槽的至少一部分中的多個(gè)感測線圈；以及 控制器，其電聯(lián)接至所述多個(gè)感測線圈，并構(gòu)造成基于所述多個(gè)感測線圈的輸出確定所述轉(zhuǎn)子的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于牽引電機(jī)的集成式高頻旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器，提供了一種集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器以及包括集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器的電機(jī)。所述集成式旋轉(zhuǎn)變壓器和分解器可包括，但不限于定子，其具有外表面和沿著該外表面布置的多個(gè)槽；多個(gè)感測線圈，該多個(gè)感測線圈布置在所述多個(gè)槽的至少一部分中；轉(zhuǎn)子，其具有從第一預(yù)定厚度變至第二預(yù)定厚度的表面；以及控制器，其電聯(lián)接至所述多個(gè)感測線圈，并構(gòu)造成基于各感測線圈中因所述轉(zhuǎn)子與各自感測線圈相對置的相對厚度引起的電壓來確定所述轉(zhuǎn)子的位置。
文檔編號H02K29/00GK103107010SQ20121039444
公開日2013年5月15日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者S-J.楊, P.J.薩瓦吉安, C.C.斯坦庫 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司