(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-17
(54)【発明の名称】耐故障性冗長電気モータ
(51)【国際特許分類】
H02P 29/028 20160101AFI20230809BHJP
【FI】
H02P29/028
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023501622
(86)(22)【出願日】2021-07-19
(85)【翻訳文提出日】2023-02-24
(86)【国際出願番号】 US2021042187
(87)【国際公開番号】W WO2022020240
(87)【国際公開日】2022-01-27
(32)【優先日】2020-07-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】501188177
【氏名又は名称】ムーグ インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ゲルベッツ、ロバート、ピー.
(72)【発明者】
【氏名】フォスディック、リチャード
【テーマコード(参考)】
5H501
【Fターム(参考)】
5H501BB08
5H501CC04
5H501CC05
5H501DD06
5H501GG01
5H501GG05
5H501GG06
5H501GG10
5H501HA09
5H501HB07
5H501HB16
5H501JJ26
5H501KK05
5H501LL22
5H501LL23
5H501LL24
5H501LL35
5H501MM09
5H501MM11
(57)【要約】
電気モータアセンブリは、回転子と、固定子と、選択的に励磁されて回転子にトルクを及ぼすように動作可能に構成される複数の固定子スロットの第1および第2の別個のスロットセット内の第1および第2の電磁巻線とを備える。第1の巻線は、第1のスロットセット内の第1および第2のスロット対内に第1および第2のコイルを備え、第1のコイルは、第1の巻数を含み、第2のコイルは、第1の巻数よりも大きい第2の巻数を含み、第2の巻線は、第2のスロットセット内の第3および第4のスロット対内に第3および第4のコイルを備え、第3のコイルは、第3の巻数を含み、第4のコイルは、第3の巻数よりも大きい第4の巻数を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気モータアセンブリであって、
固定子と、
前記固定子に対して長手方向軸線の周りで動作するように取り付けられた回転子であって、前記回転子は少なくとも1つの永久磁石を備える、前記回転子と、
前記固定子と前記回転子との間の半径方向空隙とを備え、
前記固定子は、前記長手方向軸線の周りで半径方向に向けられ、前記長手方向軸線に沿って軸線方向に延在する、円周方向に離間した複数の固定子歯部を備え、
前記固定子は、前記長手方向軸線の周りで半径方向に向けられ、前記複数の固定子歯部間で前記長手方向軸線に沿って軸線方向に延在する、円周方向に離間した複数の固定子スロットを備え、
前記固定子は、前記複数の固定子スロットの第1のスロットセット内に配置された、前記回転子にトルクを及ぼすために選択的に励磁されるように動作可能に構成された、第1の電磁巻線を備え、
前記固定子は、前記第1のスロットセットとは別個の、前記複数の固定子スロットの第2のスロットセット内に配置された、前記第1の電磁巻線とは別個に前記回転子にトルクを及ぼすために選択的に励磁されるように動作可能に構成された、第2の電磁巻線を備え、
前記電気モータアセンブリは、前記第1の電磁巻線を制御するように動作可能に構成された第1のモータ駆動装置と、
前記第2の電磁巻線を制御するように動作可能に構成された第2のモータ駆動装置とをさらに備え、
前記第1の電磁巻線は、前記複数の固定子スロットの前記第1のスロットセット内の第1のスロット対内に配置された第1のコイルと、前記複数の固定子スロットの前記第1のスロットセット内の第2のスロット対内に配置された第2のコイルとを備え、
前記第1の電磁巻線の前記第1のコイルは、前記複数の固定子スロットの前記第1のスロットセット内の前記第1のスロット対内に第1の巻数を含み、
前記第1の電磁巻線の前記第2のコイルは、前記複数の固定子スロットの前記第1のスロットセット内の前記第1のスロット対内の前記第1の巻数よりも大きい第2の巻数を、前記複数の固定子スロットの前記第1のスロットセット内の前記第2のスロット対内に含み、
前記第2の電磁巻線は、前記複数の固定子スロットの前記第2のスロットセット内の第3のスロット対内に配置された第3のコイルと、前記複数の固定子スロットの前記第2のスロットセット内の第4のスロット対内に配置された第4のコイルとを含み、
前記第2の電磁巻線の前記第3のコイルは、前記複数の固定子スロットの前記第2のスロットセット内の前記第3のスロット対内に第3の巻数を含み、
前記第2の電磁巻線の前記第4のコイルは、前記複数の固定子スロットの前記第2のスロットセット内の前記第3のスロット対内の前記第3の巻数よりも大きい第4の巻数を、前記複数の固定子スロットの前記第2のスロットセット内の前記第4のスロット対内に含む、電気モータアセンブリ。
【請求項2】
前記第1のスロットセット内の前記第1のスロット対内の前記第1の巻数を有する前記第1の電磁巻線の前記第1のコイルは、前記第1のスロットセット内の前記第2のスロット対内の前記第2の巻数を有する前記第1の電磁巻線の前記第2のコイルと、前記第2のスロットセット内の前記第3のスロット対内の前記第3の巻数を有する前記第2の電磁巻線の前記第3のコイルとの間に円周方向に配置される、請求項1に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項3】
前記第2のスロットセット内の前記第3のスロット対内の前記第3の巻数を有する前記第2の電磁巻線の前記第3のコイルは、前記第1のスロットセット内の前記第1のスロット対内の前記第1の巻数を有する前記第1の電磁巻線の前記第1のコイルと、前記第2のスロットセット内の前記第4のスロット対内の前記第4の巻数を有する前記第2の電磁巻線の前記第4のコイルとの間に円周方向に配置される、請求項2に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項4】
前記第1のスロットセット内の前記第1のスロット対内の前記第1の巻数は、前記第2のスロットセット内の前記第3のスロット対内の前記第3の巻数に等しく、前記第1のスロットセット内の前記第2のスロット対内の前記第2の巻数は、前記第2のスロットセット内の前記第4のスロット対内の前記第4の巻数に等しい、請求項1に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項5】
前記第1のスロットセット内の前記第1のスロット対は、第1のスロットおよび第2のスロットを備え、前記第1のスロットセット内の前記第2のスロット対は、前記第1のスロットセット内の前記第2のスロットと、前記第1のスロットセット内の第3のスロットとを備える、請求項1に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項6】
前記第1の電磁巻線は、第1の相、第2の相、および第3の相を含み、前記第2の電磁巻線は、第4の相、第5の相、および第6の相を含む、請求項1に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項7】
前記第1の電磁巻線の前記第1の相は、前記第1のスロットセット内の前記第1のスロット対内の前記第1のコイルと、前記第1のスロットセット内の前記第2のスロット対内の前記第2のコイルとを含む、請求項6に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項8】
前記第2の電磁巻線の前記第4の相は、前記第2のスロットセット内の前記第3のスロット対内の前記第3のコイルと、前記第2のスロットセット内の前記第4のスロット対内の前記第4のコイルとを含む、請求項7に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項9】
前記第1の電磁巻線の前記第2の相は、前記第1のスロットセット内の第5のスロット対内の第5のコイルと、前記第1のスロットセット内の第6のスロット対内の第6のコイルとを含む、請求項8に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項10】
前記第1の電磁巻線の前記第5のコイルは、前記第1のスロットセット内の前記第5のスロット対内に第5の巻数を含み、前記第1の電磁巻線の前記第6のコイルは、前記第1のスロットセット内の前記第5のスロット対内の前記第5の巻数よりも大きい第6の巻数を、前記第1のスロットセット内の前記第6のスロット対内に含む、請求項9に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項11】
前記第2の電磁巻線の前記第5の相は、前記第2のスロットセット内の第7のスロット対内に第7のコイルと、前記第2のスロットセット内の第8のスロット対内に第8のコイルとを含む、請求項10に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項12】
前記第2の電磁巻線の前記第7のコイルは、前記第2のスロットセット内の前記第7のスロット対内に第7の巻数を含み、前記第2の電磁巻線の前記第8のコイルは、前記第2のスロットセット内の前記第7のスロット対内の前記第7の巻数よりも大きい第8の巻数を、前記第2のスロットセット内の前記第8のスロット対内に含む、請求項11に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項13】
前記第1の電磁巻線の前記第3の相は、前記第1のスロットセット内の第9のスロット対内に第9のコイルと、前記第1のスロットセット内の第10のスロット対内に第10のコイルとを含む、請求項12に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項14】
前記第1の電磁巻線の前記第9のコイルは、前記第1のスロットセット内の前記第9のスロット対内に第9の巻数を含み、前記第1の電磁巻線の前記第10のコイルは、前記第1のスロットセット内の前記第9のスロット対内の前記第9の巻数よりも大きい第10の巻数を、前記第1のスロットセット内の前記第10のスロット対内に含む、請求項13に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項15】
前記第2の電磁巻線の前記第6の相は、前記第2のスロットセット内の第11のスロット対内に第11のコイルと、前記第2のスロットセット内の第12のスロット対内に第12のコイルとを含む、請求項14に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項16】
前記第2の電磁巻線の前記第11のコイルは、前記第2のスロットセット内の前記第11のスロット対内に第11の巻数を含み、前記第2の電磁巻線の前記第12のコイルは、前記第2のスロットセット内の前記第11のスロット対内の前記第11の巻数よりも大きい第12の巻数を、前記第2のスロットセット内の前記第12のスロット対内に含む、請求項15に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項17】
前記固定子は、前記複数の固定子スロットの前記第1のスロットセット内の前記第1の電磁巻線と、前記複数の固定子スロットの前記第2のスロットセット内の前記第2の電磁巻線との間に、円周方向に配置された空巻線スロットを備える、請求項1に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項18】
前記第1のスロットセットの前記固定子スロットは、互いに円周方向に隣接して配置され、前記第2のスロットセットの前記固定子スロットは、互いに円周方向に隣接して配置される、請求項1に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項19】
前記第1のスロットセットの第1の端部固定子スロットが、前記第2のスロットセットの第2の端部固定子スロットに円周方向に隣接して配置される、請求項18に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項20】
前記第1の電磁巻線は、3つ以上の電気相を含み、前記第1のスロットセットの所与の固定子スロット内の前記第1の電磁巻線を通過する電流が、前記所与の固定子スロットに隣接する前記第1のスロットセットの固定子スロット内の前記第1の電磁巻線を通過する電流と同じ電気相ではない、請求項1に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項21】
前記第1のスロットセット内の前記固定子スロットは、前記長手方向軸線の周りの第1の半円または第1の短弧内で円周方向に配置され、前記第2のスロットセット内の前記固定子スロットは、前記長手方向軸線の周りの前記第1の半円または第1の短弧とは別の前記長手方向軸線の周りの第2の半円または第2の短弧内で円周方向に配置される、請求項1に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項22】
前記第1のスロットセット内の前記固定子スロットは、前記長手方向軸線を通る直径中心平面の第1の側に円周方向に配置され、前記第2のスロットセット内の前記固定子スロットは、前記長手方向軸線を通る前記直径中心平面の第2の側に円周方向に配置される、請求項21に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項23】
前記第1のモータ駆動装置に接続され、前記第1の電磁巻線に電力供給するように構成された第1の電源と、前記第2のモータ駆動装置に接続され、前記第2の電磁巻線に電力供給するように構成された第2の電源とを備える、請求項1に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項24】
前記第1の電源は、三相AC電源を備える、請求項23に記載の電気モータシステム。
【請求項25】
前記第2の電源は、コンデンサまたはバッテリを備える、請求項24に記載の電気モータシステム。
【請求項26】
前記第2のモータ駆動装置は、前記第2の電源が完全に充電されていないときに、前記第1の電源からのエネルギーが前記第2の電源を充電するために使用されるように、共通のDCバスを動作させるように構成される、請求項25に記載の電気モータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、広く言えば電気モータの分野に関するものであり、より具体的には、改良された電気モータ固定子アセンブリに関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般的に、ブラシレスDCモータは、回転子と、固定子コアに巻かれた電気巻線(典型的には絶縁銅巻線)を有する固定子とを備える。回転子は、固定子内の励磁されたコイルによって生成される磁力により、固定子に対して回転する。回転子は、一般的にシャフトと永久磁石で構成されている。巻線が励磁されると、回転子にトルクとその後の回転を生み出すために、回転子の永久磁石の磁場と相互作用する磁場が形成される。固定子は多くの場合、形状が円筒形で、回転子は固定子内に配置され、エンドプレートとベアリングによって適所に保持される。回転子の外面と固定子の内面との間に半径方向空隙が設けられる。通常、固定子は静止しており、回転子を駆動する。しかしながら、回転子を静止させ、回転子に対して固定子自体を駆動させることは可能である。固定子のコア材料が固定子に対する回転を起こさせる磁場のための磁路を形成するように、固定子の巻線に電流が導入される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
固定子は、シリンダの内周を形成する多数の交互の歯部とスロット、および歯部を適所に保持する外側ヨーク材料で構成される高透磁率材料の薄層から形成することができる。絶縁された電気巻線は、電流が巻線に導入されたときに磁場を形成するために、歯部に沿ってスロット内に配置される。固定子コイルの目的は、回転子の永久磁石と相互作用する磁束を生成することである。このように、従来の回転モータは、略円筒状の外側固定子コア、固定子コア内に巻かれた固定子巻線、および永久磁石を有し、固定子の磁場との相互作用によって回転運動を提供するように固定子コアに対して中心軸の周りを回転する、内側回転子を含む。
【課題を解決するための手段】
【0004】
開示された実施形態の対応する部品、部分、または表面を括弧で参照すると、単に例示を目的とし、限定するものではないが、電気モータアセンブリ(115)であって、固定子(118)と、固定子(118)に対して長手方向軸線(120)の周りで動作するように取り付けられた回転子(119)であって、回転子(119)は少なくとも1つの永久磁石(121)を備える、回転子(119)と、固定子(118)と回転子(119)との間の半径方向空隙(122)とを備え、固定子(118)は、長手方向軸線(120)の周りで半径方向に向けられ、長手方向軸線(120)に沿って軸線方向に延在する、円周方向に離間した複数の固定子歯部(123)を備え、固定子(118)は、長手方向軸線(120)の周りで半径方向に向けられ、複数の固定子歯部(123)間で長手方向軸線(120)に沿って軸線方向に延在する、円周方向に離間した複数の固定子スロット(1-39)を備え、固定子(118)は、複数の固定子スロット(1-39)の第1のスロットセット(2-19)内に配置され、回転子(119)にトルクを及ぼすために選択的に励磁されるように動作可能に構成された、第1の電磁巻線(130)を備え、固定子(118)は、第1のスロットセット(2-19)とは別個の、複数の固定子スロット(1-39)の第2のスロットセット(23-39/1)内に配置され、第1の電磁巻線(130)とは別個の回転子(119)にトルクを及ぼすために選択的に励磁されるように動作可能に構成された、第2の電磁巻線(230)を備え、電気モータアセンブリ(115)は、第1の電磁巻線(130)を制御するように動作可能に構成された第1のモータ駆動装置(160)と、第2の電磁巻線(230)を制御するように動作可能に構成された第2のモータ駆動装置(260)とをさらに備え、第1の電磁巻線(130)は、複数の固定子スロット(1-39)の第1のスロットセット(2-19)内の第1のスロット対(2/5、3/6、15/18、16/19)内に配置された第1のコイル(131、136、140、145)と、複数の固定子スロット(1-39)の第1のスロットセット(2-19)内の第2のスロット対(5/8、6/9、12/15、13/16)内に配置された第2のコイル(132、137、139、144)とを備え、第1の電磁巻線(130)の第1のコイル(131、136、140、145)は、複数の固定子スロット(1-39)の第1のスロットセット(2-19)内の第1のスロット対(2/5、3/6、15/18、16/19)内に第1の巻数(9T、14T、14T、9T)を含み、第1の電磁巻線(130)の第2のコイル(132、137、139、144)は、複数の固定子スロット(1-39)の第1のスロットセット(2-19)内の第1のスロット対(2/5、3/6、15/18、16/19)内の第1の巻数(9T、14T、14T、9T)よりも大きい第2の巻数(19T、19T、19T、19T)を、複数の固定子スロット(1-39)の第1のスロットセット(2-19)内の第2のスロット対(5/8、6/9、12/15、13/16)内に含み、第2の電磁巻線(230)は、複数の固定子スロット(1-39)の第2のスロットセット(23-39/1)内の第3のスロット対(23/26、24/27、36/39、37/1)内に配置された第3のコイル(231、236、240、245)と、複数の固定子スロット(1-39)の第2のスロットセット(23-39/1)内の第4のスロット対(26/29、27/30、33/36、34/37)内に配置された第4のコイル(232、237、239、244)とを含み、第2の電磁巻線(230)の第3のコイル(231、236、240、245)は、複数の固定子スロット(1-39)の第2のスロットセット(23-39/1)内の第3のスロット対(23/26、24/27、36/39、37/1)内に第3の巻数(9T、14T、14T、9T)を含み、第2の電磁巻線(230)の第4のコイル(232、237、239、244)は、複数の固定子スロット(1-39)の第2のスロットセット(23-39/1)内の第3のスロット対(23/26、24/27、36/39、37/1)内の第3の巻数(9T、14T、14T、9T)よりも大きい第4の巻数(19T、19T、19T、19T)を、複数の固定子スロット(1-39)の第2のスロットセット(23-39/1)内の第4のスロット対(26/29、27/30、33/36、34/37)内に含む、電気モータアセンブリ(115)が提供される。
【0005】
第1のスロットセット(2-19)内の第1のスロット対(2/5)内の第1の巻数(9T)を有する第1の電磁巻線(130)の第1のコイル(131)は、第1のスロットセット(2-19)内の第2のスロット対(5/8)内の第2の巻数(19T)を有する第1の電磁巻線(130)の第2のコイル(132)と、第2のスロットセット(23-39/1)内の第3のスロット対(37/1)内の第3の巻数(9T)を有する第2の電磁巻線(230)の第3のコイル(245)との間に円周方向に配置され得る。第2のスロットセット(23-39/1)内の第3のスロット対(37/1)内の第3の巻数(9T)を有する第2の電磁巻線(230)の第3のコイル(245)は、第1のスロットセット(2-19)内の第1のスロット対(2/5)内の第1の巻数(9T)を有する第1の電磁巻線(130)の第1のコイル(131)と、第2のスロットセット(23-39/1)内の第4のスロット対(34/37)内の第4の巻数(19T)を有する第2の電磁巻線(230)の第4のコイル(244)との間に円周方向に配置され得る。
【0006】
第1のスロットセット(2-19)内の第1のスロット対(2/5)内の第1の巻数(9T)は、第2のスロットセット(23-39/1)内の第3のスロット対(37/1)内の第3の巻数(9T)に等しくすることができ、第1のスロットセット(2-19)内の第2のスロット対(5/8)内の第2の巻数(19T)は、第2のスロットセット(23-39/1)内の第4のスロット対(34/37)内の第4の巻数(19T)に等しくすることができる。第1のスロットセット(2-19)内の第1のスロット対(2/5)は、第1のスロット(2)および第2のスロット(5)を備えることができ、第1のスロットセット(2-19)内の第2のスロット対(5/8)は、第1のスロットセット(2-19)内の第2のスロット(5)と、第1のスロットセット(2-19)内の第3のスロット(8)とを備えることができる。
【0007】
第1の電磁巻線(130)は、第1の相(B1)、第2の相(A1)、および第3の相(C1)を含むことができ、第2の電磁巻線(230)は、第4の相(B2)、第5の相(A2)、および第6の相(C2)を含むことができる。第1の電磁巻線(130)の第1の相(B1)は、第1のスロットセット(2-19)内の第1のスロット対(2/5)内の第1のコイル(131)と、第1のスロットセット(2-19)内の第2のスロット対(5/8)内の第2のコイル(132)とを含むことができる。第2の電磁巻線(230)の第4の相(B2)は、第2のスロットセット(23-39/1)内の第3のスロット対(23/26)内の第3のコイル(231)と、第2のスロットセット(23-39/1)内の第4のスロット対(26/29)内の第4のコイル(232)とを含むことができる。第1の電磁巻線(130)の第2の相(A1)は、第1のスロットセット(2-19)内の第5のスロット対(3/6)内の第5のコイル(136)と、第1のスロットセット(2-19)内の第6のスロット対(6/9)内の第6のコイル(137)とを含むことができる。第1の電磁巻線(130)の第5のコイル(136)は、第1のスロットセット(2-19)内の第5のスロット対(3/6)内に第5の巻数(14T)を含むことができ、第1の電磁巻線(130)の第6のコイル(137)は、第1のスロットセット(2-19)内の第5のスロット対(3/6)内の第5の巻数(14T)よりも大きい第6の巻数(19T)を、第1のスロットセット(2-19)内の第6のスロット対(6/9)内に含むことができる。第2の電磁巻線(230)の第5の相(A2)は、第2のスロットセット(23-39/1)内の第7のスロット対(24/27)内に第7のコイル(236)と、第2のスロットセット(23-39/1)内の第8のスロット対(27/30)内に第8のコイル(237)とを含むことができる。第2の電磁巻線(230)の第7のコイル(236)は、第2のスロットセット(23-39/1)内の第7のスロット対(24/27)内に第7の巻数(14T)を含むことができ、第2の電磁巻線(230)の第8のコイル(237)は、第2のスロットセット(23-39/1)内の第7のスロット対(24/27)内の第7の巻数(14T)よりも大きい第8の巻数(19T)を、第2のスロットセット(23-39/1)内の第8のスロット対(27/30)内に含むことができる。第1の電磁巻線(130)の第3の相(C1)は、第1のスロットセット(2-19)内の第9のスロット対(16/19)内に第9のコイル(145)と、第1のスロットセット(2-19)内の第10のスロット対(13/17)内に第10のコイル(144)とを含むことができる。第1の電磁巻線(130)の第9のコイル(145)は、第1のスロットセット(2-19)内の第9のスロット対(16/19)内に第9の巻数(9T)を含むことができ、第1の電磁巻線(130)の第10のコイル(144)は、第1のスロットセット(2-19)内の第9のスロット対(16/19)内の第9の巻数(9T)よりも大きい第10の巻数(19T)を、第1のスロットセット(2-19)内の第10のスロット対(16/19)内に含むことができる。第2の電磁巻線(230)の第6の相(C2)は、第2のスロットセット(23-39/1)内の第11のスロット対(37/1)内に第11のコイル(245)と、第2のスロットセット(23-39/1)内の第12のスロット対(34/37)内に第12のコイル(244)とを含むことができる。第2の電磁巻線(230)の第11のコイル(245)は、第2のスロットセット(23-39/1)内の第11のスロット対(37/1)内に第11の巻数(9T)を含み、第2の電磁巻線(230)の第12のコイル(244)は、第2のスロットセット(23-39/1)内の第11のスロット対(37/1)内の第11の巻数(9T)よりも大きい第12の巻数(19T)を、第2のスロットセット(23-39/1)内の第12のスロット対(34/37)内に含むことができる。
【0008】
固定子(118)は、複数の固定子スロット(1-39)の第1のスロットセット(2-19)内の第1の電磁巻線(130)と、複数の固定子スロット(1-39)の第2のスロットセット(23-39/1)内の第2の電磁巻線(230)との間に、円周方向に配置された空巻線スロット(20-22)を備えることができる。固定子(118)は、複数の固定子スロット(1-39)の第1のスロットセット(2-19)内の第1の電磁巻線(130)と、複数の固定子スロット(1-39)の第2のスロットセット(23-39/1)内の第2の電磁巻線(230)との間に、円周方向に配置された第2の空巻線スロットを備えることができる。
【0009】
第1のスロットセット(2-19)の固定子スロットは、互いに円周方向に隣接して配置することができ、第2のスロットセット(23-39/1)の固定子スロットは、互いに円周方向に隣接して配置することができる。第1のスロットセット(2-19)の第1の端部固定子スロット(2)は、第2のスロットセット(23-39/1)の第2の端部固定子スロット(1)に円周方向に隣接して配置することができる。
【0010】
第1の電磁巻線(130)は、3つ以上の電気相(A1/B1/C1)を含むことができ、第1のスロットセット(2-19)の所与の固定子スロット(5)内の第1の電磁巻線(130)を通過する電流が、所与の固定子スロット(5)に隣接する第1のスロットセット(2-19)の固定子スロット(4、6)内の第1の電磁巻線(130)を通過する電流と同じ電気相ではない可能性がある。
【0011】
第1のスロットセット(2-19)内の固定子スロットは、長手方向軸線(120)の周りの第1の半円または第1の短弧(125)内で円周方向に配置することができ、第2のスロットセット(23-39/1)内の固定子スロットは、長手方向軸線(120)の周りの第1の半円または第1の短弧(125)とは別の長手方向軸線(120)の周りの第2の半円または第2の短弧(126)内で円周方向に配置することができる。第1のスロットセット(2-19)内の固定子スロットは、長手方向軸線(120)を通る直径中心平面(124)の第1の側に円周方向に配置することができ、第2のスロットセット(23-39/1)内の固定子スロットは、長手方向軸線(120)を通る直径中心平面(124)の第2の側に円周方向に配置することができる。
【0012】
電気モータアセンブリ(115)は、前記第1のモータ駆動装置(160)に接続され、前記第1の電磁巻線(130)に電力供給するように構成された第1の電源(163)と、前記第2のモータ駆動装置(260)に接続され、前記第2の電磁巻線(230)に電力供給するように構成された第2の電源(263)とを備えることができる。第1の電源(163)は、三相AC電源を備えることができる。第2の電源(263)は、コンデンサまたはバッテリを備えることができる。第2のモータ駆動装置(260)は、前記第2の電源(263)が完全に充電されていないときに、第1の電源(163)からのエネルギーが前記第2の電源(263)を充電するために使用されるように、共通のDCバスを動作させるように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】電気モータアセンブリの第1の実施形態の縦断面図である。
【
図2】
図1に示す固定子および回転子の横断面・部分概略図である。
【
図4】
図1に示す電気モータの電力駆動・制御電子機器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
最初に、同様の符号は、いくつかの図面全体を通して一貫して同じ構造要素、部分、または表面を識別することを意図しており、これはそのような要素、部分、または表面が、この詳細な説明が不可欠な部分である記述された明細書全体によってさらに記述または説明され得るためであることを明確に理解すべきである。別段の指示がない限り、図面(例えば、クロスハッチング、部品の配置、割合、程度など)は明細書と共に読まれるように意図されており、本発明の記述された説明全体の一部と見なされるべきである。以下の説明で使用される場合、「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」、および「下」という用語、ならびにそれらの形容詞および副詞的派生語(例えば、「水平に」、「右方向に」、「上向きに」など)は、特定の図面の図が読者に向き合うときに、図示された構造の向きを単に指す。同様に、「内向き」および「外向き」という用語は、一般的に、必要に応じて、その伸長軸または回転軸に対する表面の向きを指す。
【0015】
ここで図面、より具体的にはその
図1を参照すると、本開示は、耐故障性(フォールトトレラント)モータアセンブリを広く提供し、その一実施形態は115で示される。図示されるように、モータ115は、一般的に、固定子118および回転子119を支持する外側ハウジング116を含む。この実施形態では、モータ115は、電流が供給されるブラシレス可変速永久磁石モータであり、位置センサ127および128のフィードバックを含み、閉ループ運動制御に使用される軸120の周りの共通の回転子119の角度を監視する。モータ115は、永久磁石121を備えた内側共通回転子119と、独立した第2の巻線230から分離された独立した第1の巻線130を備えた固定された非回転共通固定子スタック118とを有する。回転子119は、半径方向空隙122を横切って固定子118の半径方向に延在する固定子歯部123に面する外部磁石121を含む。回転子119は、固定子118およびハウジング116に対して回転軸120の周りを選択的に回転するように構成される。固定子118は、ハウジング116に対して回転しない。固定子119の巻線に電流が適切に印加されると、磁場が誘導される。固定子118と回転子119との間の磁場相互作用は、回転子119を回転させることを可能にするトルクを生成し、回転子119はシャフト117および機械的リンケージを介して接続され、可動物体を回転または直線的に駆動するようにする。リンケージには、ギア、ボールネジ、またはその他の同様の装置が含まれ得る。例えば、限定するものではないが、リンケージは、回転運動を直線運動に変換して直線ストロークを提供するためのボールねじを備えることができる。歯車列を使用して、モータ115によって生成されるトルクに機械的利点を提供してもよいし、代替として歯車を使用しなくてもよい。
【0016】
通常動作でモータ115を制御するために、電子コントローラ129は、独立したモータドライバ160および260を介して、別個の独立した電源163および263からの電力を、それぞれ3相巻線130および230に選択的に分配し、回転磁場が対象の固定子巻線によって生成されるようにする。モータ115は、回転子119の角度位置を決定するための位置センサ127および位置センサ128を含む。センサ127およびセンサ128によって提供されるフィードバック情報により、回転子119の位置がわかり、これによって回転子119の永久磁石121の位置がわかる。この知識により、モータコントローラ129は、電気モータ115が所望の速度およびトルクで回転するように回転磁場を生成することができる。駆動電子機器160は、コントローラ172によって受信された位置センサ127の角度位置フィードバックに基づいて、第1のモータ巻線130を介して固定子磁場を生成および整流して、回転子119の速度および方向を変化させる。駆動電子機器260は、コントローラ272によって受信された位置センサ128の角度位置フィードバックに基づいて、第2のモータ巻線230を介して固定子磁場を生成および整流して、回転子119の速度および方向を変化させることもできる。したがって、モータ115は、回転子119にトルクを軸120の周りの一方向に変化する速度で選択的に印加し、回転子119にトルクを軸120の周りの反対方向に変化する速度で印加する。これにより、回転子119は、固定子118と回転子119との間に半径方向空隙122を有する状態で、固定子118に対して長手方向軸線120の周りを運動するように取り付けられる。
【0017】
図示の実施形態では、位置センサ127および128は、レゾルバである。しかしながら、エンコーダ、線形可変差動変圧器(「LVDT」)、または他の同様の装置を代替手段として使用することができる。位置センサは、位置、位置の導関数、または物体からの距離を測定するための任意の電気的装置とすることができ、その例としては、エンコーダ、レゾルバ、線形可変差動変圧器、可変抵抗器、可変コンデンサ、レーザー距離計、超音波距離検出器、赤外線距離検出器、またはその他の同様の装置が含まれる。センサレス整流技術も代替手段として使用でき、その例には、逆起電力(EMF)オブザーバ、顕著性ベースの技術、および他の同様のアプローチが含まれる。
【0018】
図1および
図2に示されるように、固定子118は、長手方向軸線120の周りで半径方向内向きに延在し、長手方向軸線120の周りで円周方向に等間隔に配置された39個の円周方向に離間した固定子歯部123を備える中空の円筒状部材である。固定子歯部123もまた、回転子119の長さと反対側の長手方向軸線120に沿って軸線方向に延在する。固定子歯部123は、その間に円周方向に離間した複数の固定子スロット1-39を画定する。固定子スロット1-39は、長手方向軸線120を中心に半径方向に向けられ、固定子歯部123の間で軸120を中心に円周方向に等間隔に配置される。固定子スロット1-39はまた、固定子歯部123の間で長手方向軸線120に沿って軸線方向に延在する。この実施形態では39スロットのモータが示され、説明されているが、偶数のスロットを有するモータを含むがこれに限定されない、異なる数のスロットを有するモータを代替手段として使用することができる。
【0019】
図2~
図3に示されるように、固定子118は、2つの電気的に分離され絶縁された巻線130および230を有する。巻線130は、スロット2-19内でコイル状に巻かれ、各々の相に5つのコイルを有する3つの相A1、B1、およびC1を含む。相A1は、コイル136、137、138、139、および140を含む。相B1は、コイル131、132、133、134、および135を含む。相C1は、コイル141、142、143、144、および145を含む。各々の相に対して、コイルスロットの開始、コイルの方向、および巻数も
図3に示されている。
【0020】
図示のように、相A1は、スロット3、6、9、12、15、および18にコイル状に巻かれている。対になったスロット3と6のコイル136は、14巻きを有する。対になったスロット6と9のコイル137は、19巻きを有する。対になったスロット9と12のコイル138は、19巻きを有する。対になったスロット12および15のコイル139は、19巻きを有する。対になったスロット15および18のコイル140は、14巻きを有する。
【0021】
相B1は、スロット2、5、8、11、14、および17にコイル状に巻かれている。対になったスロット2および5のコイル131は、9巻きを有する。スロット5と8のコイル132は、19巻きを有する。対になったスロット8と11のコイル133は、19巻きを有する。対になったスロット11および14のコイル134は、19巻きを有する。対になったスロット14および17のコイル135は、19巻きを有する。
【0022】
相C1は、スロット4、7、10、13、16、および19にコイル状に巻かれている。対になったスロット4と7のコイル141は、19巻きを有する。対になったスロット7と10のコイル142は、19巻きを有する。対になったスロット10と13のコイル143は、19巻きを有する。対になったスロット13および16のコイル144は、19巻きを有する。対になったスロット16および19のコイル145は、9巻きを有する。
【0023】
図示のように、巻線230は、スロット22-39、および1にコイル状に巻かれている。巻線230は、各々の相に5つのコイルを有する3つの相A2、B2、およびC2を含む。相A2は、コイル236、237、238、239、および240を含む。相B2は、コイル231、232、233、234、および235を含む。相C2は、コイル241、242、243、244、および245を含む。各々の相に対して、コイルスロットの開始、コイルの方向、および巻数も
図3に示されている。
【0024】
相A2は、スロット24、27、30、33、36、および39にコイル状に巻かれている。対になったスロット24および27のコイル236は、14巻きを有する。対になったスロット27と30のコイル237は、19巻きを有する。対になったスロット30および33のコイル238は、19巻きを有する。対になったスロット33および36のコイル239は、19巻きを有する。スロット36と39のコイル240は、14巻きを有する。
【0025】
B2相は、スロット23、26、29、32、35、および38にコイル状に巻かれている。対になったスロット23および26のコイル231は、9巻きを有する。対になったスロット26と29のコイル232は、19巻きを有する。対になったスロット29と32のコイル233は、19巻きを有する。対になったスロット32および35のコイル234は、19巻きを有する。対になったスロット35および38のコイル235は、19巻きを有する。
【0026】
相C2は、スロット25、28、31、34、37、および1にコイル状に巻かれている。対になったスロット25および28のコイル241は、19巻きを有する。対になったスロット28および31のコイル242は、19巻きを有する。対になったスロット31および34のコイル243は、19巻きを有する。対になったスロット34および37のコイル244は、19巻きを有する。対になったスロット37および1のコイル245は、9巻きを有する。
【0027】
したがって、電磁巻線130は、固定子スロット1-39の第1のスロットセット2-19内に配置され、回転子119にトルクを及ぼすために選択的に励磁されるように動作可能に構成される。電磁巻線230は、第1のスロットセット2-19から物理的に分離された固定子スロット1-39の第2のスロットセット23-39/1内に配置される。モータ115は、単一の共通積層固定子スタックを有するが、巻線130および230は、固定子118のスロット1-39のいずれも共有しない。電磁巻線130および230は、互いに独立して回転子119にトルクを及ぼすために選択的に励磁されるように動作可能に構成されている。
【0028】
図示のように、第1のスロットセット2-19内の固定子スロットは、長手方向軸線120の周りで半円または短弧125で円周方向に向けられ、第2のスロットセット23-39および1内の固定子スロットは、長手方向軸線120の周りで半円125から分離した半円または短弧126で円周方向に向けられる。第1のスロットセット2-19内の固定子スロットは、長手方向軸線120を通る直径中心平面124の第1の側に円周方向に配置され、第2のスロットセット23-39および1内の固定子スロットは、長手方向軸線120を通る直径中心平面124の第2の側に円周方向に配置される。
【0029】
巻線130のスロットセット2-19に関して、図示されるように、スロットセット2-19のうちの、巻線130の一端で巻線130を巻線230から分離する直径中心平面124に最も隣接するスロット2を通る巻数は、スロット3-18のいずれかを通る巻数よりも少ない。同様に、スロットセット2-19のうちの、巻線130の第2の端部で巻線130を巻線230から分離する直径中心平面124に最も隣接するスロット19を通る巻数も、いずれかを通る巻数よりも少なく、9巻きでは、スロット2の巻数に等しくなる。巻線130のスロットセット2-19の最後から2番目の端部スロットに移ると、巻線130の第1の端部で巻線130を巻線230から分離する直径中心平面124に2番目に隣接するスロット3を通る巻数は、スロット4-17のいずれかを通る巻数よりも少ない。同様に、巻線130の第2の端部で巻線130を巻線230から分離する直径中心平面124に2番目に隣接するスロット18を通る巻数も、スロット4-17のいずれかを通る巻数よりも少なく、14巻きでは、スロット3の巻数と等しい。巻線130を巻線230から分離する直径中心平面124から円周方向に離れる次のステップに移ると、巻線130の第1の端部で巻線230から巻線130を分離する直径中心平面124に3番目に隣接するスロット4を通る巻数は、スロット5-16のいずれかを通る巻数よりも少ない。同様に、巻線130の第2の端部で巻線230から巻線130を分離する直径中心平面124に3番目に隣接するスロット17を通る巻数も、スロット5-16のいずれかを通る巻数よりも少なく、19巻きでは、スロット4の巻数と等しい。巻線130を巻線230から分離する直径中心平面124から円周方向に離れる次のステップに移ると、巻線130の第1の端部で巻線130を巻線230から分離する直径中心平面124に4番目に隣接するスロット5を通る巻数は、スロット6-15のいずれかを通る巻数よりも少ない。同様に、巻線130の第2の端部で巻線130を巻線230から分離する直径中心平面124に4番目に隣接するスロット16を通る巻数も、スロット6-15のいずれかを通る巻数より少なく、28巻きでは、スロット5の巻数と等しい。巻線130を巻線230から分離する直径中心平面124から円周方向に離れる次のステップに移ると、巻線130の第1の端部で巻線230から巻線130を分離する直径中心平面124に5番目に隣接するスロット6を通る巻数は、スロット7-14のいずれかを通る巻数よりも少ない。同様に、巻線130の第2の端部で巻線230から巻線130を分離する直径中心平面124に5番目に隣接するスロット15を通る巻数も、スロット7-14のいずれかを通る巻数よりも少なく、33巻きでは、スロット6の巻数と等しい。残りのスロット7-14には、それぞれ38巻きが含まれる。
【0030】
巻線230のスロットセット23-39および1に関して、図示のように、スロットセット23-39および1のうちの、巻線230の一端で巻線130から巻線230を分離する直径中心平面124に最も隣接するスロット1を通る巻数は、スロット24-39のいずれかを通る巻数よりも少ない。同様に、スロットセット23-39および1のうちの、巻線230の第2の端部で巻線230を巻線130から分離する直径中心平面124に最も隣接するスロット23を通る巻数もまた、スロット24-39のいずれかを通る巻数よりも少なく、9巻きでは、スロット1の巻数と等しい。巻線230のスロットセット23-39および1の最後から2番目のスロットに移動すると、巻線230の第1の端部で巻線230を巻線130から分離する直径中心平面124に2番目に隣接するスロット39を通る巻数は、スロット25-38のいずれかを通る巻数よりも少ない。同様に、巻線230の第2の端部で巻線130から巻線230を分離する直径中心平面124に2番目に隣接するスロット24を通る巻数も、スロット25-38のいずれかを通る巻数よりも少なく、14巻きでは、スロット39の巻数と等しい。巻線130から巻線230を分離する直径中心平面124から円周方向に離れる次のステップに移ると、巻線230の第1の端部で巻線230を巻線130から分離する直径中心平面124に3番目に隣接するスロット38を通る巻数は、スロット26-37のいずれかを通る巻数よりも少ない。同様に、巻線230の第2の端部で巻線130から巻線230を分離する直径中心平面124に3番目に隣接するスロット25を通る巻数も、スロット26-37のいずれかを通る巻数よりも少なく、19巻きでは、スロット38の巻数と等しい。巻線130から巻線230を分離する直径中心平面124から円周方向に離れる次のステップに移ると、巻線230の第1の端部で巻線230を巻線130から分離する直径中心平面124に4番目に隣接するスロット37を通る巻数は、スロット27-36のいずれかを通過する巻数よりも少ない。同様に、巻線230の第2の端部で巻線130から巻線230を分離する直径中心平面124に4番目に隣接するスロット26を通る巻数も、スロット27-36のいずれかを通る巻数よりも少なく、28巻きでは、スロット37の巻数と等しい。巻線130から巻線230を分離する直径中心平面124から円周方向に離れる次のステップに移ると、巻線230の第1の端部で巻線230を巻線130から分離する直径中心平面124に5番目に隣接するスロット36を通る巻数は、スロット28-35のいずれかを通る巻数よりも少ない。同様に、巻線230の第2の端部で巻線130から巻線230を分離する直径中心平面124に5番目に隣接するスロット27を通る巻数も、スロット28-35のいずれかを通る巻数より少なく、33巻きでは、スロット36の巻数と同じである。残りのスロット28-35には、それぞれ38巻きが含まれる。
【0031】
したがって、巻線130から巻線230を分離する中心面124の両側の隣接するスロット1および2の巻数が減少する。同様に、巻線230を巻線130から分離する中心面124の両側のスロット19および23の巻数が減少する。そして、この実施形態では、図示のように、スロット20、21、および22は空であり、コイル巻線を含まない。総スロット数が奇数であり、したがってこの実施形態では中心面124がスロット21を通って延在し、巻線230を巻線130から分離する中心面124の両側の隣接するスロット20および22の巻数はゼロに減少する。
【0032】
示されるように、この実施形態では、コイル巻数の減少は、巻線130の一端の中心面124に最も近いスロット6、5、4、3、および2において徐々に減少し、巻線230の一端の中心面124に最も近いスロット36、37、38、39、および1において徐々に減少し、巻線130の第2の端部の中心面124に最も近いスロット15、16、17、18、19、および20で徐々に減少し、巻線230の第2の端部の中心面124に最も近いスロット27、26、25、24、23、および22で徐々に減少する。巻線130および230が円周方向に最も接近している場所におけるこの減少したスロット巻数は、巻線130および230を互いに電気的に絶縁する。巻線130と巻線230との間に円周方向に位置する空のスロット20、21、および22は、巻線130と巻線230を互いに電気的に絶縁するのをさらに助ける。
【0033】
この実施形態では、巻線130および巻線230がそれぞれ3つの相を有するものとして示されているが、そのような巻線は、代わりに、3つより多いまたは少ない相を有してもよい。また、巻線130および230の相の数は、互いに異なっていてもよい。固定子スロットの数を変更することができ、分離した巻線それぞれのコイル数および巻数を変更することができ、互いに異なっていてもよく、分離面124に円周方向に近づく巻数の減少量およびそのような減少の割合も変更することができ、巻線間で異なっていてもよい。例えば、
図2に示される実施形態のスロット20、21、および22で示されるように、空である巻線230の第1の端部から巻線130の第1の端部を分離する中心面124の各々の側の隣接するスロットに加えて、巻線130および巻線230を互いに物理的および電気的に絶縁または分離するのをさらに支援するために、巻線130の第2の端部を巻線230の第2の端部から分離する中心面124の各々の側の隣接するスロットも空であり、コイル巻線を含まなくてもよい。モータ115は、2つの別個の分離された巻線130および230を有するように示されているが、3つ以上の別個の分離された巻線を、そのような追加の巻線を分離する追加の直径中心平面を有する代替手段として使用してもよい。
【0034】
図4に示すように、モータ駆動装置160は、固定子118の電磁巻線130を制御するように動作可能に構成され、モータ駆動装置260は、固定子118の電磁巻線230を独立して制御するように動作可能に構成されている。モータ駆動装置160は、電力駆動電子機器161および制御電子機器162を含み、巻線130のパルス幅変調(PWM)を制御して電気モータ115に電力を供給し、固定子磁場を生成および整流して、モータ位置センサ127からの角度位置フィードバックを利用する電気モータ115の速度および方向を変化させるように動作可能である。
【0035】
電力駆動電子機器161は、巻線130への電力の流れを制御し、電源163からの電力を、相A1、B1、およびC1で巻線130を駆動する電流に変換する。電力駆動電子機器161は、入力フィルタ164を介して電源163から電力を受け取る。一実施形態では、入力フィルタ164は、コモンモードフィルタ段および差動モードフィルタ段を有し、高周波電子ノイズを低減し、電源163が安定した電流引き込みを確認することを保証するように動作可能である。フィルタ164は、電源が政府の規制および機関の基準に準拠していることを保証するためにも使用できる。入力フィルタ164は、電子回路を保護するためにこの期間中の電流を制限する突入レギュレータ165と電気的に通信している。一実施形態では、突入レギュレータ165は、1つまたは複数のサーミスタおよび変圧器スイッチングリレーを含むことができる。突入レギュレータ165は、三相ブリッジ166と電気的に通信している。三相ブリッジ166は、能動スイッチング素子(例えば、IGBT)を介して直流を交流に変換するように動作可能なインバータである。スイッチング素子は、巻線130に電気的に接続され、巻線130のPWMは、回転子119にトルクを生成する。
【0036】
回生エネルギー回路167およびDCリンクコンデンサ168は、入力フィルタ164および三相ブリッジ166と並列に配置される。巻線130への電流がゼロであり、電気モータ115がモータ駆動装置160の出力電圧よりも高い逆起電力(EMF)を受けると、電流はモータ駆動装置160に向けられ、回生エネルギー回路167は、そのようなエネルギーを回収または消散するように動作可能である。回収されたエネルギーは、DCリンクコンデンサ168に戻される。DCリンクコンデンサ168は、三相ブリッジ166へのDC電圧入力のリップルを低減するように動作可能である。
【0037】
電圧センサ169および電流センサ170は、制御電子機器162にフィードバック信号を提供する。PWM信号は、電圧センサ169および電流センサ170からのフィードバック信号の関数として調整される。この実施形態では、電力駆動電子機器161は、制御電子機器162および三相ブリッジ166と電気通信するゲートドライバ171も含む。ゲートドライバ171は、制御電子機器162と三相ブリッジ166との間のインターフェースであり、スイッチング素子への高電流入力を生成する。
【0038】
制御電子機器162は、駆動電子機器161と通信し、コントローラ172を含む。コントローラ172は、その入力ラインの論理関数である出力ラインを有するデジタル装置であり、その例には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルロジックデバイス、特定用途向け集積回路、または他の同様のデバイスが含まれる。コントローラ172は、感知データを受信して格納するためのデータサンプリングおよび格納機構と、動作パラメータならびに感知データログを格納するためのデータストレージとを含む。コントローラ172は、本明細書に開示されるように、方法ステップ、計算などを実行し、関連データを格納するなど、コンピュータによって実装される様々な機能を実行するように構成される。様々なセンサと通信するために、センサインターフェースにより、センサから送信された信号を、プロセッサ172によって理解および処理できる信号に変換できる。センサは、有線接続を介してセンサインターフェースに結合することができる。他の実施形態では、それらは無線接続を介してセンサインターフェースに結合することができる。電気モータ115のアクティブ動作中、コントローラ172は、PWM信号を三相ブリッジ166に供給して、巻線130の各々の端子に所望の駆動電流信号を生成する。コントローラ172は、命令インターフェース173を介して外部モータ制御命令を受信し、電圧センサ169、電流センサ170、およびモータ位置センサ127の出力信号を受信するための入力を含む。コントローラ172のメモリは、電源閾値を含むいくつかの動作変数の値を格納する。
【0039】
制御電子機器162は、電圧/電流センサ励起・信号調整回路174と、モータ位置センサ励起・信号調整回路175とを含む。調整回路174および175は、受信信号をコントローラと互換性のある形式に変換および増幅する。
【0040】
図4にも示されているように、モータ駆動装置160と同様に、モータ駆動装置260は、電力駆動電子機器261および制御電子機器262を含み、巻線230のパルス幅変調(PWM)を制御して電気モータ115に電力を供給し、固定子磁場を生成および整流して、モータ位置センサ128からの角度位置フィードバックを利用する電気モータ115の速度および方向を変化させるように動作可能である。
【0041】
電力駆動電子機器261は、巻線230への電力の流れを制御し、電源263からの電力を、相A2、B2、およびC2で巻線230を駆動する電流に変換する。電力駆動電子機器261は、入力フィルタ264を介して電源263から電力を受け取る。一実施形態では、入力フィルタ264は、コモンモードフィルタ段および差動モードフィルタ段を有し、高周波電子ノイズを低減し、電源263が安定した電流引き込みを確認することを保証するように動作可能である。フィルタ264は、電源が政府の規制および機関の基準に準拠していることを保証するためにも使用できる。入力フィルタ264は、電子回路を保護するためにこの期間中の電流を制限する突入レギュレータ265と電気的に通信している。一実施形態では、突入レギュレータ265は、1つまたは複数のサーミスタおよび変圧器スイッチングリレーを含むことができる。突入レギュレータ265は、三相ブリッジ266と電気的に通信している。三相ブリッジ266は、能動スイッチング素子(例えば、IGBT)を介して直流を交流に変換するように動作可能なインバータである。スイッチング素子は、巻線230に電気的に接続され、巻線230のPWMは、回転子119にトルクを生成する。
【0042】
回生エネルギー回路267およびDCリンクコンデンサ268は、入力フィルタ264および三相ブリッジ266と並列に配置される。巻線230への電流がゼロであり、電気モータ115がモータ駆動装置260の出力電圧よりも高い逆起電力(EMF)を受けると、電流はモータ駆動装置260に向けられ、回生エネルギー回路267は制動エネルギーを回収または消散するように動作可能である。回収されたエネルギーは、DCリンクコンデンサ268に戻される。DCリンクコンデンサ268は、三相ブリッジ266へのDC電圧入力のリップルを低減するように動作可能である。
【0043】
電圧センサ269および電流センサ270は、制御電子機器262にフィードバック信号を提供する。PWM信号は、電圧センサ269および電流センサ270からのフィードバック信号の関数として調整される。この実施形態では、電力駆動電子機器261は、制御電子機器262および三相ブリッジ266と電気通信するゲートドライバ271も含む。ゲートドライバ271は、制御電子機器262と三相ブリッジ266との間のインターフェースであり、スイッチング素子への高電流入力を生成する。
【0044】
制御電子機器262は、駆動電子機器261と通信し、コントローラ272を含む。コントローラ272は、その入力ラインの論理関数である出力ラインを有するデジタル装置であり、その例には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルロジックデバイス、特定用途向け集積回路、または他の同様のデバイスが含まれる。コントローラ272は、感知データを受信して格納するためのデータサンプリングおよび格納機構と、動作パラメータならびに感知データログを格納するためのデータストレージとを含む。コントローラ272は、本明細書に開示されるように、方法ステップ、計算などを実行し、関連データを格納するなど、コンピュータによって実装される様々な機能を実行するように構成される。様々なセンサと通信するために、センサインターフェースは、センサから送信された信号を、プロセッサ272によって理解および処理できる信号に変換できるようにする。センサは、有線接続を介してセンサインターフェースに結合することができる。他の実施形態では、それらは無線接続を介してセンサインターフェースに結合することができる。電気モータ115のアクティブ動作中、コントローラ272は、PWM信号を三相ブリッジ266に供給して、巻線230の各々の端子に所望の駆動電流信号を生成する。コントローラ272は、命令インターフェース273を介して外部モータ制御命令を受信し、電圧センサ269、電流センサ270、およびモータ位置センサ128の出力信号を受信するための入力を含む。コントローラ272のメモリは、電源閾値を含むいくつかの動作変数の値を格納する。
【0045】
電源163は、三相AC電源を備えることができる。電源263も、三相AC電源を備えることができる。あるいはまた、限定するものではないが、一方または両方の電源は、コンデンサまたはバッテリを備えることができる。電源のうちの一方はバッテリを備えていてもよく、他方の電源は、バッテリ電源が完全に充電されていないときに、そのような電源からのエネルギーがバッテリ電源を充電するために使用されるように、共通のDCバスを動作させるように構成されてもよい。
【0046】
制御電子機器262は、電圧/電流センサ励起・信号調整回路274と、モータ位置センサ励起・信号調整回路275とを含む。調整回路274および275は、受信した信号をコントローラと互換性のある形式に変換および増幅する。
【0047】
この実施形態では、モータ115は、巻線130または巻線230のいずれかが故障した場合、またはモータ駆動装置160またはモータ駆動装置260のいずれかが故障した場合でも動作する能力を備えている。現在の設計は、単一の固定子と回転子を使用しているが、もう一方の巻線が故障した場合でも、一方の巻線を駆動し続けてモータを動作させることができる。この実施形態では、通常動作では、巻線130および230の両方と、モータ相A1、B1、C1、A2、B2、およびC2の6つすべてを利用して、モータ115を動作させることができる。モータ巻線または相の故障により、故障したモータ巻線の動作は終了し、モータ115は、他の独立した巻線を介して三相モータとして動作する。同様に、モータ駆動装置が故障した場合、故障したモータ駆動装置の動作は終了し、モータ115は、他の独立したモータ駆動装置を介して三相モータとして動作する。
【0048】
電気モータシステム115は、多くの利点を提供する。例えば、モータ115は、単一の要素の故障がモータの動作を妨げないように、二重の冗長性(redundant)であり、耐故障性である。この実施形態では、モータの動作を停止するには、少なくとも2つの独立した巻線の故障がなければならない。フォールトトレランスは、回転子の長さの短縮、磁石の共通セット、および固定子アセンブリの複雑さの軽減によって提供される。モータのフォールトトレランスはスケーラブル(拡張可能)であるため、例えば、四重の冗長性が提供され得る。モータの二重巻線間のクロスカップリングは無視できる。モータ性能は、2つの完全に独立した同期したトルクを合計したモータと同等である。
【0049】
本開示は、多くの変更および修正がなすることができることを意図している。したがって、改良された電気モータアセンブリの形態が示され、説明され、多くの代替案が論じられたが、当業者は、以下の特許請求の範囲によって定義され区別されるように、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な追加の変更および修正を行うことができることを容易に理解するであろう。
【国際調査報告】