电机、动力总成、交通工具和绕组支路控制方法与流程 专利技术说明

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明涉及电机领域，尤其涉及一种电机、动力总成、交通工具和绕组支路控制方法。背景技术：2.随着新能源汽车主驱电机的发展，电机功率密度越来越高，需要通过提高电机峰值转速的方式，来减小电机体积，从而达到增大功率密度的目的，但是系能源汽车电机的高速化发展，将会带来高速区效率偏低的问题，根据电机的控制原理可知，由于电压的限制，在扭矩达到拐点后，需要通过增大弱磁电流来限制电机的端电压，转速越高弱磁电流越大，电机效率越低，导致整车在跑高速时，电量消耗较快，降低整车的续航能力。3.针对这个问题，行业内还没有比较好的解决方法，目前市面上的新能源汽车电机为了满足cltc工况，将电机的高效区设计在低速低扭区，无法同时兼顾高速区的效率。技术实现要素：4.本发明的第一目的是提供一种可改变电机的并联支路数的电机。5.本发明的第二目的是提供一种具有上述电机的动力总成。6.本发明的第三目的是提供一种具有上述电机的交通工具。7.本发明的第四目的是提供一种应用于上述电机的绕组支路控制方法。8.为了实现本发明第一目的，本发明提供一种电机，包括电机转子和电机定子，电机定子包括定子铁芯和定子绕组，电机转子可转动地设置在定子铁芯内，定子绕组设置在定子铁芯上并位于电机转子的外周；电机还包括支路控制模块，支路控制模块设置有输入线路组件、输出线路组件和转接线路组件；输入线路组件包括输入母线和n路输入支线，n路输入支线分别为ip1～ipn，n路输入支线与输入母线并联连接，ip1～ipn上均设置有输入开关；输出线路组件包括输出母线和n路输出支线，n路输出支线分别为op1～opn，n路输出支线与输出母线并联连接，op1～opn上均设置有输出开关；转接线路组件包括n－1路转接支线，n－1路转接支线分别为c1～c(n－1)，每一路转接支线上均设置有支路开关，一路转接支线连接在第n路输入支线和第n－1路输出支线之间，即c1连接在ip2和op1之间，c2连接在ip3和op2之间，依此连接规律执行，直至c(n－1)连接在ipn和op(n－1)之间；定子绕组设置有n路绕线，n路绕线分别为r1～rn，第n路绕线连接在第n路输入支线和第n路输出支线之间，即r1连接在ip1和op1之间，r2连接在ip2和op2之间，依此连接规律执行，直至rn连接在ipn和opn之间，n≥2；输入支线与输入母线连接的第一输入连接端、输入开关、输入支线与转接支线连接的第二输入连接端、输入支线与绕线连接的第三输入连接端依次布置；输出支线与输出母线连接的第一输出连接端、输出开关、输出支线与转接支线连接的第二输出连接端、输出支线与绕线连接的第三输出连接端依次布置。9.由上述方案可见，通过设置转接线路组件，将一路转接支线连接在第n路输入支线和第n－1路输出支线之间，并在每一路转接支线上均设置有支路开关，继而通过控制输入开关、输出开关和支路开关，继而可实现n路绕线的1路串联输出或两路或多路并联输出，通过并联支路数切换控制，在低速区采用小并联支路数，在相同安匝数的情况下，减小电机的相电流，减小控制器的损耗，提高控制器效率和峰值电流持续时间，而在高速区采用大并联支路数，减小电机的弱磁电流，提高电机高速区的效率，同时还可以提高高速区的峰值外特性。10.更进一步的方案是，输入线路组件还包括输入引线，输出线路组件还包括输出引线，输入引线的输入节点与输入母线连接，输出引线的输出节点与输出母线连接。11.更进一步的方案是，n≥4；输入母线基于输入节点设置有两路并联的输入分路，至少两路输入支线并联连接在一路输入分路上，每路输入分路设置有至少一个母线开关，一个母线开关位于输入分路上相邻的两路输入支线之间；输出母线基于输出节点设置有两路并联的输出分路，至少两路输出支线并联连接在一路输出分路上，每路输出分路设置有至少一个母线开关，一个母线开关位于输出分路上相邻的两路输出支线之间。12.更进一步的方案是，n≥8；输入母线基于输入节点设置有两路并联的输入分路，至少四路输入支线并联连接在一路输入分路上，每路输入分路设置有至少两个母线开关，一个母线开关位于输入分路上相邻的两路输入支线之间；输出母线基于输出节点设置有两路并联的输出分路，至少四路输出支线并联连接在一路输出分路上，每路输出分路设置有至少两个母线开关，一个母线开关位于输出分路上相邻的两路输出支线之间。13.由上可见，通过将输入引线和输出引线接入在输入母线和输出母线的中端，因此每一输入分路和输出分路构成大并联分路，而输入支线和输出支线构成小并联分路，并通过母线开关的控制，继而可实现多种并联支路数的切换控制。14.更进一步的方案是，定子绕组设置有三相绕组，每相绕组设置有n路绕线；电机还包括三个支路控制模块，一个支路控制模块与一相绕组连接，三个支路控制模块的输出母线相互连接。15.由上可见，通过设置三相绕组和三个支路控制模块，使得电机在高速区，使用大并联支路数，降低电机的端电压，从而减小弱磁电流，提高电机效率，而在低速区使用小并联支路数，可以降低电机的三相电流，降低控制器损耗，提高控制器低速区的效率和峰值电流的持续时间。16.更进一步的方案是，电机还包括控制线路板，支路控制模块设置在控制线路板上，n路绕线在电机轴向端分别设置有引出端，引出端与控制线路板焊接并与输入支线、输出支线连接。17.更进一步的方案是，控制线路板设置在定子铁芯的轴向端，多个引出端沿定子铁芯的周向分布并与控制线路板焊接。18.由上可见，通过设置控制线路板，可方便地对n路绕线的引出端焊接连接，并通过设置在定子铁芯的轴向端，以及多个引出端沿周向分布地，继而方便支路控制模块的连接与控制。19.为了实现本发明第二目的，本发明提供一种动力总成，包括如上述方案的电机和减速器，电机与减速器连接。20.为了实现本发明第三目的，本发明提供一种交通工具，包括如上述方案的电机。21.为了实现本发明第四目的，本发明提供一种电机的绕组支路控制方法，电机为上述方案的电机；22.绕组支路控制方法包括串联控制方法和并联控制方法；23.串联控制方法包括：24.导通ip1输入支线的输入开关，阻断ip2～ipn输入支线的输入开关，导通c1～c(n－1)转接支线的支路开关，阻断op1～op(n－1)输出支线的输出开关，导通opn输出支线的输出开关；25.并联控制方法包括：26.导通ip1～ipn输入支线的输入开关，阻断c1～c(n－1)转接支线的支路开关，导通op1～opn输出支线的输出开关。27.由上述方案可见，通过控制输入开关、输出开关和支路开关，可实现串联输出或并联输出，继而可根据工况实时调节，以提高输出效率。附图说明28.图1是本发明电机实施例的剖视图。29.图2是本发明电机实施例中定子铁芯处的结构图。30.图3是本发明电机实施例在省略控制线路板后的结构图。31.图4是本发明电机实施例中绕组星形接法的示意图。32.图5是本发明电机实施例中u相的支路控制模块的接线示意图。33.以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。具体实施方式34.参照图1至图3，电机1包括机壳11、电机转子(未示出)和电机定子，电机定子包括定子铁芯12和定子绕组2，电机转子可转动地设置在定子铁芯12内，定子绕组2设置在定子铁芯12上并位于电机转子的外周，定子绕组2可采用多种形式的绕组，如扁线绕组、圆形绕组、分数槽集中绕组、整数槽分布绕组等。35.参照图4和图5，并结合图2和图3，本实施例以一台8极48槽电机为例说明，定子绕组2设置有三相绕组，每相绕组设置有n路绕线，本实施例中以n＝8为例说明，8极48槽电机的最大并联支路数为8，所以每相需要引出16根引出线，3相绕线总共在电机轴向端引出48根引出端21。电机还包括控制线路板3，控制线路板3设置有三个支路控制模块，每个支路控制模块设置有输入线路组件、输出线路组件和转接线路组件，控制线路板3设置在定子铁芯12的轴向端，多个引出端21沿定子铁芯12的周向分布并与控制线路板3焊接。36.定子绕组2包括u相绕组、v相绕组和w相绕组，u相绕组、v相绕组和w相绕组分别设置有8路绕线，三个支路控制模块分别与u相绕组、v相绕组和w相绕组连接，以u相绕组和一个支路控制模块为例说明。37.支路控制模块设置有输入线路组件、输出线路组件和转接线路组件，输入线路组件包括输入引线、输入母线和8路输入支线，8路输入支线分别为ip1～ip8，ip1～ip8输入支线分别与输入母线并联连接，输入引线的输入节点与输入母线连接，输入引线在输入节点的另一端设置有输入端up1，输入端up1用于连接单相输入端，输入母线基于输入节点设置有两路并联的输入分路，ip1～ip4输入支线并联连接在一路输入分路上，ip5～ip8输入支线并联连接在另一路输入分路上，每路输入分路设置有三个母线开关，输入母线上的六个母线开关为s21～s26，一个母线开关位于输入分路上相邻的两路输入支线之间，而输入节点位于ip4和ip5之间。ip2～ip8上均设置有输入开关，其7个输入开关为s11～s17，当然在本实施例外，ip1上亦可设置输入开关，亦或s21开关可以理解为ip1输入支线上的输入开关。38.输出线路组件包括输出引线、输出母线和8路输出支线，8路输出支线分别为op1～op8，op1～op8输出支线分别与输出母线并联连接，输出引线的输出节点与输出母线连接，输出引线在输出节点的另一端设置有输出端up2，输出端up2用于连接星点端，输出母线基于输出节点设置有两路并联的输出分路，op1～op4输出支线并联连接在一路输出分路上，op5～op8输出支线并联连接在另一路输出分路上，每路输出分路设置有三个母线开关，输出母线上的六个母线开关为sa1～sa6，一个母线开关位于输出分路上相邻的两路输出支线之间，而输出节点位于op4和op5之间。op2～op8上均设置有输出开关，其7个输出开关为sc1～sc7，当然在本实施例外，op1上亦可设置输出开关，亦或sa1开关可以理解为op1输出支线上的输出开关。39.转接线路组件包括7路转接支线，7路转接支线分别为c1～c7，每一路转接支线上均设置有支路开关，7个支路开关为sd1～sd7，一路转接支线连接在第n路输入支线和第n－1路输出支线之间，即c1连接在ip2和op1之间，c2连接在ip3和op2之间，依此连接规律执行，直至c7连接在ip8和op7之间。40.u相绕组设置有8路绕线，u相8路绕线包括r(u1)～r(u8)的绕线，r(u1)～r(u8)的绕线分别设置在对应的定子槽内，每路绕线的两端分别设置有引出端，如r(u1)绕线设置有u1+和u1－，r(u2)绕线设置有u2+和u2－。第n路绕线连接在第n路输入支线和第n路输出支线之间，即r(u1)连接在ip1和op1之间，r(u2)连接在ip2和op2之间，依此连接规律执行，直至r(u8)连接在ip8和op8之间。41.输入支线与输入母线连接的第一输入连接端、输入开关、输入支线与转接支线连接的第二输入连接端、输入支线与绕线连接的第三输入连接端依次布置，输出支线与输出母线连接的第一输出连接端、输出开关、输出支线与转接支线连接的第二输出连接端、输出支线与绕线连接的第三输出连接端依次布置。42.v相绕组、w相绕组以及对应支路控制模块与上述u相的布置基本相同，u相的输入端up1、v相的输入端vp1、w相的输入端wp1分别与三相输入端连接，u相的输出端up2、v相的输出端vp2和w相的输出端wp2相互连接，继而构成绕组的星形接法。43.对u相绕组、v相绕组、w相绕组进行绕组支路控制时，以u相绕组的控制为例说明，上述各个开关的闭合、断开均可由控制器程序软件控制，具体的绕组支路控制方法包括：44.当电机运行在低速区时，可通过闭合导通开关s21～s23、sd1～sd7、sa4～sa6、sc7，阻断sa1～sa3、sc1～sc6开关，实现本串联控制方法所实现的1路串联方案，减小电机的相电流，减小控制器的损耗，提高控制器效率和峰值电流下的持续时间。45.当电机运行在中速区时，可通过闭合导通开关s21～s26、sd1～sd3、sd5～sd7、sc3、sc7、s14、sa4～sa6，阻断sd4、sc1～sc2、sc4～sc6、s11～s13、s15～s17、sa1～sa3开关，实现2路并联方案。46.当电机运行在高速区时，可通过闭合开关s21～s26、s12、s14、s16、sd1、sd3、sd5、sd7、sa2～sa6、sc1、sc3、sc5、sc7，阻断s11、s13、s15、s17、sd2、sd4、sd6、sa1、sc2、sc4、sc6开关，实现4路并联方案，减小电机的弱磁电流，提高电机高速区的效率，同时还可以提高高速区的峰值外特性。47.当电机运行在超高速区时，可通过闭合导通开关s21～s26、s11～s17、sa1～sa6、sc1～sc7，阻断sd1～sd7开关，实现8路并联方案，减小电机的弱磁电流，提高电机超高速区的效率，同时还可以提高超高速区的峰值外特性。上述中速区、高速区和超高速区的调节方案均属于本案的并联控制方法之一，利用上述控制方法可根据电机的运行状态和需求，实时地对并联支路数切换调节，从而有效提高电机输出效率和性能。48.当然，上述实施例只是本案的较佳实施例，在具有应用当中可具有更多的变化，如电机的相数可根据实际需求调整，如一相、二相、三相或四相等，以及每相n路绕线的n可以n≥2、n≥4、n≥8，其可根据需求进行调整，以及支路控制模块中的n路输入支线、n路输出支线、n－1路转接支线以及对应支线上的开关，可以根据上述n路绕线匹配选择，亦或对于输入引线和输出引线在输入母线和输出母线的连接节点位置，均可进行调整，另外对于支路控制模块的线路布置方式，其可以是线路板上的覆铜线路或线缆电路，上述调整均能够实现本发明的目的，其均在本发明的保护范围当中。49.动力总成实施例：50.动力总成包括如上述实施例电机和减速器，电机与减速器连接，且动力总成还可集成设置电机控制器，通过电机控制器对电机的驱动控制，继而配合减速器实现动力的输出。51.交通工具实施例：52.交通工具包括如上述方案的电机，交通工具可为新能源电动轿车、新能源电动客车、新能源电动货车、新能源电动清洁车、新能源电动轨道交通工具、新能源电动飞行交通工具、新能源电动航运交通工具等。53.由上可见，通过设置转接线路组件，将一路转接支线连接在第n路输入支线和第n－1路输出支线之间，并在每一路转接支线上均设置有支路开关，继而通过控制输入开关、输出开关和支路开关，继而可实现n路绕线的1路串联输出或两路或多路并联输出，通过并联支路数切换控制，在低速区采用小并联支路数，在相同安匝数的情况下，减小电机的相电流，减小控制器的损耗，提高控制器效率和峰值电流持续时间，而在高速区采用大并联支路数，减小电机的弱磁电流，提高电机高速区的效率，同时还可以提高高速区的峰值外特性。









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