[发明专利]具有集成电力电子器件的电机

说明书

一种具有集成电子器件的电机(1)，作为电动马达‑发电机在电动系统中操作，该电机具有马达部(11)，马达部具有多个线圈(10)，该多个线圈连接为形成具有多相配置的多个隔离的绕组部分(12)，多个隔离的绕组部分彼此之间基本相同。逆变器部(2)具有多个功率开关元件(5、6)，该功率开关元件形成具有多个半桥腿(18)的功率级。所述半桥腿(18)的输出连接器(7)电连接到各个线圈(10)的端子(13)。逆变器部(2)的ECU中的控制面板提供用于电源切换的控制算法和信号，使得属于马达(1)的同一相的线圈(10)具有同一端电压。用于测量马达相电流的电流传感器(8、9)布置为测量流过定子(17)中的多个线圈(10)中的仅两个线圈(10)的电流。通过多个隔离的绕组部分(12)减小电流传感器(8、9)的尺寸和测量范围以及故障期间马达绕组或功率开关中不期望的制动转矩。因此，马达‑发电机(1)变得更紧凑并且具有更高的功能安全性。

技术领域

本发明涉及一种具有集成电子器件的电机，以作为电动马达和/或发电机在电动系统中操作。

背景技术

在现代电驱动系统和电源系统中，需要具有集成电子器件的高功率密度马达和发电机。在本文中，术语“马达”用于表示“电机”，所述电机能够是或能够用作马达或发电机或马达-发电机。

将三相逆变器和电动马达集成在同一壳体中是一个挑战，特别是在需要组件的高功率输出时。在这样的系统中，马达部中的绕组端子承受高电流，这常常导致相对大的尺寸。与此相关，安装在重型马达相连接器周围的电流传感器也需要相当大，并需要在可能几百安培的范围中工作并测量高电流。将马达绕组及其线圈连接到功率开关(像MOSFET晶体管)——特别是在其并联连接时——通常不会对称地解决，并且因此所有马达线圈和逆变器部中所有功率开关不会均匀地负载。因此，它们中的所有不会发挥它们全部的能力。因此，存在以下问题：如何有效地将马达绕组与电子器件连接，以便分别在所有马达线圈中和所有功率开关或晶体管中得到对称的电流。另外的技术挑战是：如何使电机(即马达和/或发电机)以及电子部件内的几个温度热点降低。马达和逆变器之间的连接器也需要设计为用于大电流并因此也具有很大的尺寸。否则，这些连接器会变热并成为热临界。

关于功能安全性，逆变器的功率级中的功率开关可能故障(即短路)，这在并联线圈的情况下将引入全部电机绕组短路，并引起电动马达和/或发电机的很大的不期望的制动转矩。

在对安全敏感的应用中，期望电机具有高可靠性。例如，这样的电机能够是工厂或楼宇或车辆内的安全相关组件，使得电机的故障能够引起高度损害。车辆中的安全相关组件能够是车辆的电动转向、电动刹车系统、泵、风扇以及还有推进马达的一部分。

本发明处理的技术问题是相应地找到具有显示出提高的效率的集成电子器件的一种电机或马达和/或发电机。例如，当电机优选地不具有并联连接的绕组线圈和功率开关时，能够实现提高的效率。此外，理想地，电流传感器将不布置为测量全部的马达相电流，而是设计为仅测量相电流的一部分，并且因此尺寸变小。仍然要求，马达控制算法保持在已知算法之内，例如场定向控制算法或FOC算法。使马达线圈的并联的连接器最少化并减少并联功率开关元件的需要，应减小整个马达发电机的转矩脉动以及操作噪声。将典型的三相马达绕组连接与具有多连接的三相逆变器输出分开将进一步减小连接中的热点以及热点的机械尺寸。

存在已知的具有电子器件的电机的解决方案，其具有布置为两组的绕组以及在电力电子器件中具有两个相关联的开关电路。在专利出版物US6236583 B1中提出了示例。该申请描述了沿相反方向缠绕的两个绕组组，并且相应地将通过两个开关电路中的开关算法生成的电压供应给所述两个绕组组，所述两个开关电路从两个绕组组产生的磁场产生转矩。提出的解决方案要求驱动器在观察两个开关电路时，以相反的方式切换功率开关。因此，驱动电子器件需要提供两倍的三相配置，以180度电相移来切换两个开关电路。