专利名称：用于电机的逆变器的制作方法
技术领域：
示例性实施例涉及电机领域，并且更具体地，涉及用于电机的逆变器。
背景技术：
常规电机系统，例如在汽车、农用机械和其中电机和混合动力马达被采用的其他重型应用中使用的那些，包括通过高电压电缆可操作联接到逆变器上的电马达。常见的逆变器包括控制器部分和多相电源开关部分。多相电源开关部分包括各种高电压部件，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、整流器、电容器、电感器、高电压配线等。逆变器电连接到发动机控制模块、高电压电池、和电马达上。在逆变器与电池之间的连接和在逆变器与电马达之间的连接需要高电压电缆。另外，由高电压部件产生的热量需要冷却。由此，常规逆变器通常也连接到专用冷却系统上。用于逆变器的冷却系统包括流体冷却剂例如油、水、空气或能够吸收和保持热量的其他介质。
发明内容
公开的是一种电机系统，所述电机系统包括具有电机壳体的交流(AC)电机和布置在开关壳体内的多个开关构件。所述多个开关构件电连接到所述交流电机上。直流(DC)电源电连接到所述多个开关构件上。所述直流电源产生直流电流。控制器布置在远离所述开关壳体的控制壳体内。所述控制器电连接到所述多个开关构件上并且配置为和设置为选择性地致动所述多个开关构件中的选定的开关构件以将直流电源的直流电流转变为交流电流(AC)以操作所述交流电机。还公开的是一种操作电机的方法。所述方法包括使直流电流穿过布置在开关壳体中的多个开关构件。所述多个开关构件电连接到所述交流电机上。将控制信号引导穿过控制线路，所述控制线路使所述多个开关构件与布置在远距离设置的控制壳体中的控制器电连接。基于所述控制器的控制信号选择性地致动所述多个开关构件中的选定的开关构件以将直流电流转变为交流电流，以及所述交流电流在所述多个开关构件与所述交流电机之间流动。还公开的是用于利用直流电压源操作交流(AC)电机的逆变器系统。所述逆变器系统包括布置在开关壳体中的多个开关构件和布置在控制壳体内的控制器，所述控制壳体远离所述开关壳体。所述控制器电连接到所述多个开关构件上并且配置为和设置为选择性地致动所述多个开关构件中的选定的开关构件以将直流电源的直流电流转变为交流电流(AC)以操作所述交流电机。
以下描述不应当以任何方式视为限制。参照附图，相似的元件相似地标记:附图绘出了根据示例性实施例的电机系统的图形表示。
具体实施例方式对公开装置和方法的一个或多个实施例的详细描述在本文参照附图作为示例而非限制给出。参照附图，根据示例性实施例的电机系统整体上以2表示。电机系统2包括以电马达4的形式不出的交流(AC)电机。交流电马达包括电机壳体6,在电机壳体6内布置有定子(未示出)和转子(未示出)，转子可操作地联接到轴10上。轴10从电机壳体6延伸并且连接到冷却系统13上。在所示的示例性实施例中，冷却系统13包括风扇15，风扇15对电机壳体6且穿过电机壳体6输送呈空气流形式的冷却剂19。当然应当理解的是，冷却系统13的具体类型和操作能够改变。例如，应当理解的是，冷却系统可以独立于轴10。还应当理解的是，冷却剂的具体类型也能够改变并且可以包括气体和液体冷却介质。例如，冷却系统13能够配置为穿过电机壳体6输送液体冷却剂(例如水、乙二醇等)。此处，应当理解的是，根据示例性实施例的电机能够采用以下形式:电马达，即设有电流输入以产生机械输出的电机；或发电机，即设有被转变为电流的机械输入的电机。根据示例性实施例，交流电马达4由直流(DC)电源30供电。直流电源30采用高电压电池32的形式，具有高于大约100伏的额定电压，其向交流电马达4输送直流电流34。更具体地，电池30通过第一或负电缆36和第二或正电缆37电连接到交流电马达4上。第一电缆36和第二电缆37为额定用于承载高电压和高电流的高电压电缆。“高电压”应当被理解为指的是在交流电马达4与电源之间共享的任意电压。根据一个示例性方面，“高电压”为范围在大约100伏与大约1000伏之间的电压。电压应当被理解为包括当以马达模式操作时穿过负电缆36和正电缆37流向电机的电压或者当以发电机模式操作时穿过负电缆36和正电缆37从电机流出的电压。一般而言，电压应当理解为包括在电机与直流电源30之间交换的能量，该交换导致能量在机械状态与电子状态之间的变换。为了以直流电流34操作交流电马达4，电机系统2包括具有开关部分40和控制器部分42的逆变器系统。根据示例性实施例，开关部分40和控制器部分42为彼此远离设置的两个不同部件。在所示的示例性实施例中，开关部分40包括布置在开关壳体58内的多个开关构件54。根据示例性实施例的一个方面，开关构件54构成绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、整流器、电容器、电感器等。开关壳体58示出为设置在交流电马达4处。在所不的实施例中，开关壳体58安装到电机壳体6上以便暴露给冷却剂19。尽管示出为共享共用表面，但是应当理解的是，开关壳体58能够在不共享任意共用表面的情况下布置在马达壳体6内。以该方式，冷却系统13不仅向交流电马达4提供冷却齐U，而且冷却多个开关构件54。换言之，在操作期间，特别是在高电压和快速开关变化的情况下，多个开关54产生热负载，该热负载应当被消散以延长服务寿命。由此，开关部分40包括可以通过冷却系统13满足的高冷却需求。通过使用相同的冷却剂以冷却交流电马达4和多个开关54确保了所有高电压冷却为局部的。更具体地，鉴于“高电压系统”通常比“低电压系统”产生更多热量，局部的高电压冷却使“低电压”部件隔离于不必要的热暴露。“低电压”应当理解为指的是在控制器部分42与开关部分40之间共享的电压，用来获得开关构件54状态的变化，例如断开/接通。根据示例性实施例的一个方面，“低电压”构成范围在大于大约O伏与大约99伏之间的电压。另外，应当理解的是，冷却系统13也能够配置为穿过电机壳体6并且靠近开关壳体58输送液体冷却剂(例如水或乙二醇)以降低多个开关构件54的温度。如在附图中进一步示出的，开关壳体58包括第一输入端子60和第二输入端子61，第一输入端子60和第二输入端子61通过第一电缆36和第二电缆37使开关构件54和电池32电联接。开关壳体58也示出为包括多个输出端子63-65，多个输出端子63-65向交流电马达4输送多相交流电流。电源端子69-71通过多根电缆73-75电连接到输出端子63-65上。以类似于上述的方式，电缆73-75为额定用来承载量级为高于大约100伏的高电压和高电流的高电压电缆。利用这种布置，多个开关构件58中的选定的开关构件被选择性地致动(断开和接通)以将直流电流34转变为流向交流电马达4的多相交流电流。进一步根据示例性实施例，多个开关构件58由控制器部分42选择性地致动。控制器部分42包括布置在控制壳体82内的控制器80例如中央处理器单元(CPU)、可编程逻辑控制器(PLC)等，控制壳体82不同于开关壳体58。控制壳体82包括控制端子84，控制端子84通过控制电缆89电连接到位于开关壳体58上的控制端子构件87。由于控制器80不需要向开关部分40传送高电压或高电流控制信号，因此控制电缆89为低电压电缆。通过较低的电压，应当理解的是，控制器80以介于大于大约O伏与大约99伏之间的电压操作。通过以较低电压进行操作，控制器部分42具有减小的或较低的冷却需求。电机系统2还示出为包括通过马达控制电缆97电联接到控制器80上的马达控制模块94。马达控制模块94向控制器80发出信号以便以期望的条件例如扭矩、速度、功率和取决于期望操作需求的其他条件来操作交流电马达4。除速度控制外，马达控制模块94还向控制器80提供其他信号例如不同系统状态信号。此刻，应当理解的是，示例性实施例提供了具有单独逆变器部件的电机系统。逆变器系统的开关或高电压部分设置在电马达处，而逆变器系统的控制器部分远离于电马达设置。鉴于控制器部分具有比开关部分显著低的冷却需求，因此控制壳体可以远离于开关壳体设置。更具体地，在例如车辆应用中，开关壳体可以安装到电机壳体上以便被主动冷却，而开关壳体可以安装到防火墙上或者在占据空间例如在仪表盘上并且设有被动冷却例如散热器、排气口等。还应当理解的是，尽管示出为与多相电马达相关联，但是示例性实施例也可以利用单相交流电马达。尽管本发明已经参照一个或多个示例性实施例进行描述，但是应当由本领域的技术人员理解的是，不同的变化可以进行并且等同可以替代其元件而不会偏离于本发明的范围。另外，很多修改可以进行以使特定的情况或材料适于本发明的教导而不偏离于本发明的基本范围。由此，其旨在使本发明不限于作为构思用于执行本发明的最佳模式公开的具体实施例，但是本发明将包括落在权利要求的范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种电机系统,包括: 交流电机，所述交流电机包括电机壳体； 多个开关构件，所述多个开关构件布置在开关壳体内，所述多个开关构件电连接到所述交流电机上； 直流电源，所述直流电源电连接到所述多个开关构件上，所述直流电源产生直流电流；以及 控制器，所述控制器布置在远离所述开关壳体的控制壳体内，所述控制器电连接到所述多个开关构件上，所述控制器配置为且设置为选择性地致动所述多个开关构件中的选定的开关构件以将来自所述直流电源的直流电流转变为交流电流以操作所述交流电机。
2.如权利要求1所述的电机系统，其中，所述交流电机为多相电马达，所述控制器配置为且设置为电致动所述多个开关构件以将来自所述直流电源的直流电流转变为多相交流电流以操作所述多相电 马达。
3.如权利要求1所述的电机系统，其中，所述开关壳体布置为与所述电机壳体相邻。
4.如权利要求3所述的电机系统,其中,所述开关壳体布置在所述电机壳体上。
5.如权利要求3所述的电机系统，还包括冷却系统，所述冷却系统配置为且设置为向所述开关壳体和所述电机壳体输送冷却剂。
6.如权利要求5所述的电机系统，其中，所述冷却系统为安装到所述交流电机上的风扇。
7.如权利要求6所述的电机系统，其中，所述冷却剂为由所述风扇产生的空气流。
8.如权利要求1所述的电机系统，其中，所述直流电源为电池。
9.如权利要求8所述的电机系统，其中，所述电池为至少100伏的电池。
10.如权利要求1所述的电机系统，还包括:马达控制模块，所述马达控制模块电联接到所述控制器上，所述马达控制模块配置为且设置为向所述控制器发送信号以选择性地致动所述多个开关构件。
11.一种操作电机的方法，所述方法包括: 使直流电流穿过布置在开关壳体中的多个开关构件，所述多个开关构件电连接到交流电机上； 将控制信号引导穿过控制线路，所述控制线路使所述多个开关构件与布置在远距离设置的控制壳体中的控制器电连接； 基于所述控制器的控制信号选择性地致动所述多个开关构件中的选定的开关构件以将直流电流转变为交流电流；以及 使所述交流电流在所述多个开关构件与所述交流电机之间流动。
12.如权利要求11所述的方法，还包括:对所述交流电机和所述开关壳体输送冷却剂。
13.如权利要求12所述的方法，其中，对所述交流电机输送冷却剂包括对所述交流电机和所述开关壳体传送空气流。
14.如权利要求11所述的方法，其中，选择性地致动所述多个开关构件中的选定的开关构件以将直流电流转变为交流电流这一步骤包括致动所述多个开关构件中的选定的开关构件以将直流电流转变为多相交流电流。
15.一种用于利用直流电压源操作交流电机的逆变器系统，包括:多个开关构件，所述多个开关构件布置在开关壳体内；以及 控制器，所述控制器布置在远离所述开关壳体的控制壳体内，所述控制器电连接到所述多个开关构件上，所述控制器配置为且设置为选择性地致动所述多个开关构件中的选定的开关构件以将来自所述直流电源的直流电流转变为交流电流以操作所述交流电机。
16.如权利要求15所述的逆变器系统，其中，所述控制器配置为且设置为电致动所述多个开关构件以将来自所述直流电源的直流电流转变为多相交流电流。
17.如权利要求15所述的逆变器系统，还包括冷却系统，所述冷却系统配置为且设置为向所述开关壳体输送冷却剂。
18.如权利要求17所述的逆变器系统，其中，所述冷却系统为安装到所述交流电机上的风扇
19.如权利要求18所述的逆变器系统，其中，所述冷却剂为由所述风扇产生的空气流。
20.如权利要求15所述的逆变器系统，其中，所述直流电源为电池。
全文摘要
一种电机系统，包括具有电机壳体的交流(AC)电机、和布置在开关壳体内的多个开关构件。所述多个开关构件电连接到所述交流电机上。直流(DC)电源电连接到所述多个开关构件上。所述直流电源产生直流电流。控制器布置在远离所述开关壳体的控制壳体内。所述控制器电连接到所述多个开关构件上，并且配置为且设置为选择性地致动所述多个开关构件中的选定的开关构件以将来自所述直流电源的直流电流转变为交流电流(AC)以操作所述交流电机。
文档编号H02K9/19GK103190066SQ201180053015
公开日2013年7月3日 申请日期2011年10月28日 优先权日2010年11月4日
发明者B·D·钱柏林, A·克雷维斯顿 申请人:瑞美技术有限责任公司