CN110620462A - 共模电流减小混合动力驱动*** - Google Patents

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CN110620462A
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conductor
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徐炜
徐英涵
李思龙
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Abstract

本公开提供了“共模电流减小混合动力驱动***”。一种用于车辆的电驱动***，包括电机，所述电机具有布置在定子的槽中以形成相绕组的第一导体和布置在所述槽中以形成次级绕组的第二导体，所述次级绕组产生指示由施加到所述相绕组的电压引起的共模电压的电压。所述电压可以用于向电子部件供电并用于诊断和控制所述电机和相关联的逆变器。

Description

共模电流减小混合动力驱动***
技术领域
本申请总体上涉及一种用于电动化车辆的混合动力驱动***的共模电流减小***。
背景技术
包括混合动力电动车辆(HEV)和电池电动车辆(BEV)的电动化车辆依靠牵引电池向牵引马达提供电力以用于推进并且依靠其间的功率逆变器来将直流(DC)电力转换为交流(AC)电力。典型的AC牵引马达是三相马达，其可以按三个正弦信号供电，每个正弦信号以120度相分离进行驱动。现代功率逆变器向每个相输出脉冲宽度调制电压，并且牵引马达阻抗产生大致正弦的电流。脉冲宽度调制电压在牵引马达内引起共模电压，其导致共模电流流过牵引马达的部分。
发明内容
一种电机包括转子和定子，所述定子限定由槽分开的多个齿。所述电机包括布置在所述槽中以形成用于驱动所述转子的相绕组的第一导体。所述电机还包括布置在所述槽中以形成次级绕组的第二导体，所述次级绕组被配置成产生指示由施加到所述相绕组的相电压引起的共模电压的电压。
第二导体可以通过包括第一导体的所述槽中的一些槽，使得电压包括来自每个相绕组的感应电压分量。第二导体的横截面积可以小于第一导体的横截面积。第二导体可以布置在限定电机的多于一个极对的所述槽中的一些槽中。第二导体可以被配置成具有低于与通过电机的轴承的阻抗路径相关联的阻抗的阻抗。
一种电驱动***包括电机，所述电机包括布置在定子的槽中以形成相绕组的第一导体和布置在槽中以形成次级绕组的第二导体，所述次级绕组产生指示由施加到所述相绕组的相电压引起的共模电压的电压。所述电驱动***还包括被配置成接收电压并对电子装置供电的电路。
第二导体可以通过包括第一导体的所述槽中的一些槽，使得电压包括来自每个相绕组的感应分量。所述电路可以包括整流器和电容器，所述整流器和电容器被配置成将电压转换为大致恒定的电压电平。所述电子装置可以包括逆变器的栅极驱动器，所述栅极驱动器被配置成驱动开关装置。所述电机还可以包括布置在槽中以形成第二次级绕组的第三导体，所述第二次级绕组产生指示共模电压的第二电压。第三导体可以布置在其中布置有第二导体的槽中。所述电驱动***还可以包括第二电路，所述第二电路被配置成接收第二电压并输出诊断信号。第二电路可以包括模拟转数字转换器，所述模拟转数字转换器被配置成将诊断信号转换为数字值。
一种车辆包括电机，所述电机包括布置在定子的槽中以形成相绕组的第一导体和布置在所述槽中以形成次级绕组的第二导体，所述次级绕组产生指示由施加到所述相绕组的电压引起的共模电压的电压。所述车辆还包括控制器，所述控制器被配置成根据所述电压操作逆变器以减小电机中的共模电流。
第二导体可以通过包括第一导体的所述槽中的一些槽，使得电压包括来自每个相绕组的感应分量。控制器可以被配置成基于电压来控制开关装置的开关频率。所述电机还可以包括布置在槽中以形成第二次级绕组的第三导体，所述第二次级绕组产生指示共模电压的第二电压。所述电路可以被配置成接收第二电压并对电子装置供电。所述电路可以包括整流器和电容器，所述整流器和电容器被配置成将第二电压转换为大致恒定的电压电平。第二导体可以被配置成具有低于与通过电机的轴承的阻抗路径相关联的阻抗的阻抗。
附图说明
图1是包括具有次级绕组的电机的电动化车辆的图表。
图2是电动化车辆的图表，其示出了典型的电动传动***和能量存储部件，其包括逆变器。
图3是耦合到电机的电力电子模块的示意图。
图4是具有共模电流减小电路的功率逆变器和电机的示意图。
图5是电机的分解图，其示出了定子齿和转子。
图6是用于电机的定子芯的横截面图，其示出了用于形成共模变压器的功率绕组和共模电压绕组。
图7是用于定子芯的共模电压绕组的布线图。
图8是定子绕组的配置的横截面图。
图9是共模电压变压器的示意图。
图10是共模电压变压器隔离电路的示意图。
图11是配置为数字和模拟诊断传感器的共模电压变压器隔离电路的示意图。
具体实施方式
本文中描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采用多种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能会被夸大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构细节和功能细节不应当被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。如本领域技术人员将理解，参考附图中的任一者示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征进行组合以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改可以是特定应用或实施方式所希望的。
图1描绘了混合动力电动车辆，其示出了内部电动动力传动***部件，所述内部电动动力传动***部件被配置成在电机中实施次级绕组以形成共模电压(CMV)变压器。电池2可以耦合到逆变器4。逆变器4可以配置有输出以驱动电机8的相绕组6A、6B、6C。电机8还包括第一次级绕组10A和第二次级绕组10B。第一次级绕组10A可以电耦合到整流器电路12。第二次级绕组10B可以耦合到诊断电路14。
图2描绘了可以被称为插电式混合动力电动车辆(PHEV)的电动化车辆112。插电式混合动力电动车辆112可以包括机械地联接到混合动力变速器116的一个或多个电机114。电机114可以能够作为马达或发电机操作。此外，混合动力变速器116机械地联接到发动机118。混合动力变速器116还机械地联接到驱动轴120，所述驱动轴120机械地联接到车轮122。电机114可以在发动机118开启或关闭时提供推进和减速能力。电机114还可以充当发电机，并且可以通过回收原本通常将在摩擦制动***中作为热量损失的能量来提供燃料经济性益处。电机114还可以通过允许发动机118以更有效的转速操作以及允许在某些条件下在发动机118关闭的情况下以电动模式操作混合动力电动车辆112来减少车辆排放。电动化车辆112也可以是电池电动车辆(BEV)。在BEV配置中，可能不存在发动机118。在其他配置中，电动化车辆112可以是没有插电能力的强混合动力电动车辆(FHEV)。
牵引电池或电池组124存储可以由电机114使用的能量。车辆电池组124可以提供高压直流(DC)输出。牵引电池124可以电耦合到一个或多个电力电子模块126。一个或多个接触器142可以在断开时将牵引电池124与其他部件隔离，并且在闭合时将牵引电池124连接到其他部件。电力电子模块126还电耦合到电机114，并且提供在牵引电池124与电机114之间双向传递能量的能力。例如，牵引电池124可以提供DC电压，而电机114可以利用三相交流电(AC)操作以起作用。电力电子模块126可以将DC电压转换为三相AC电流来操作电机114。在再生模式中，电力电子模块126可以将来自充当发电机的电机114的三相AC电流转换为与牵引电池124相容的DC电压。
车辆112可以包括电耦合在牵引电池124与电力电子模块126之间的可变电压转换器(VVC)152。VVC 152可以是DC/DC升压转换器，所述DC/DC升压转换器被配置成增加或升高由牵引电池124提供的电压。通过增加电压，可以降低电流要求，从而导致电力电子模块126和电机114的布线尺寸减小。此外，电机114可以在更高的效率和更低的损耗下操作。
除了提供用于推进的能量之外，牵引电池124还可以为其他车辆电气***提供能量。车辆112可以包括DC/DC转换器模块128，所述DC/DC转换器模块128将牵引电池124的高压DC输出转换为与低压车辆负载相容的低压DC电源。DC/DC转换器模块128的输出可以电耦合到辅助电池130(例如，12V电池)以对辅助电池130进行充电。低压***可以电耦合到辅助电池130。一个或多个电气负载146可以耦合到高压母线。电负载146可以具有在适当时操作和控制电负载146的相关联的控制器。电负载146的示例可以是风扇、电加热元件和/或空调压缩机。
电动化车辆112可以被配置成从外部电源136对牵引电池124再充电。外部电源136可以是与电插座的连接。外部电源136可以电耦合到充电器或电动车辆供电装备(EVSE)138。外部电源136可以是由电力事业公司提供的配电网络或电网。EVSE 138可以提供电路和控制以调节并管理电源136与车辆112之间的能量传递。外部电源136可以向EVSE 138提供DC或AC电力。EVSE 138可以具有用于插电式***到车辆112的充电端口134中的充电连接器140。充电端口134可以是被配置成将电力从EVSE 138传递到车辆112的任何类型的端口。充电端口134可以电耦合到充电器或车载功率转换模块132。功率转换模块132可以调节从EVSE 138供应的电力，以向牵引电池124提供适当的电压和电流电平。功率转换模块132可以与EVSE 138交互以协调到车辆112的电力输送。EVSE连接器140可以具有与充电端口134的对应凹口配对的针脚。替代地，被描述为电耦合或电连接的各种部件可以使用无线电感耦合来传递电力。
可以提供一个或多个车轮制动器144，以用于使车辆112减速并阻止车辆112的运动。车轮制动器144可以是液压致动的、电致动的或者它们的某一组合。车轮制动器144可以是制动***150的一部分。制动***150可以包括用以操作车轮制动器144的其他部件。出于简单起见，附图描绘了制动***150与车轮制动器144中的一者之间的单个连接。暗示了制动***150与其他车轮制动器144之间的连接。制动***150可以包括用以监测和协调制动***150的控制器。制动***150可以监测制动部件并控制车轮制动器144以进行车辆减速。制动***150可以对驾驶员命令做出响应并且还可以自主地操作以实施诸如稳定性控制的特征。制动***150的控制器可以在由另一控制器或子功能请求时实施施加所请求的制动力的方法。
车辆112中的电子模块可以经由一个或多个车辆网络进行通信。车辆网络可以包括用于通信的多个信道。车辆网络的一个信道可以是诸如控制器局域网(CAN)的串行总线。车辆网络的信道中的一个可以包括由电气和电子工程师协会(IEEE)802系列标准定义的以太网。车辆网络的附加信道可以包括模块之间的离散连接，并且可以包括来自辅助电池130的功率信号。不同的信号可以经由车辆网络的不同信道传送。例如，视频信号可以经由高速信道(例如，以太网)传送，而控制信号可以经由CAN或离散信号传送。车辆网络可以包括有助于在模块之间传递信号和数据的任何硬件和软件部件。车辆网络未在图2中示出，但是这可以暗指车辆网络可以连接到车辆112中存在的任何电子模块。可以存在车辆***控制器(VSC)148以协调各种部件的操作。
参考图3，提供了用于控制电力电子模块(PEM)126的***300。图3的PEM 126被示出为包括多个开关302，开关302被配置成共同作为具有第一相桥316、第二相桥318和第三相桥320的逆变器来操作。虽然逆变器被示出为三相功率转换器，但是逆变器可以包括另外的相桥。例如，逆变器可以是四相功率转换器、五相功率转换器、六相功率转换器等。此外，PEM 126可以包括多个转换器，其中PEM 126中的每个逆变器包括三个或更多个相桥。例如，***300可以包括PEM 126中的两个或更多个逆变器。PEM 126还可以包括具有高功率开关(例如，IGBT)的DC-DC转换器，以经由升压、降压或其组合将电力电子模块输入电压转换为电力电子模块输出电压。
开关302可以是固态装置(SSD)，诸如绝缘栅双极结晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或双极结晶体管(BJT)。IGBT和MOSFET的操作是电压控制的，其中所述操作是基于施加到IGBT或MOSFET的栅极的电压，而BJT的操作是电流控制的，其中所述操作是基于施加到BJT的基极的电流。在此，SSD或高功率继电器可以用于控制、更改或调制车辆的电池和电机之间的电流。
如图3所示，逆变器可以是DC-AC转换器。在操作时，DC-AC转换器通过DC母线304从DC电力链路306接收DC电力，并将DC电力转换为AC电力。DC电力母线可以包括正母线导体304A和返回母线导体304B。AC电力可以经由相电流ia、ib和ic传输，以驱动AC机器(也称为电机114)，诸如图3所描绘的三相永磁同步马达(PMSM)。在这样的示例中，DC电力链路306可以电耦合到DC存储电池(例如，牵引电池124)，以向DC母线304提供DC电力。在另一示例中，逆变器可以作为AC-DC转换器来操作，所述AC-DC转换器将来自电机114(例如，作为发电机操作)的AC电力转换为DC电力，DC母线304可以将所述DC电力传递到DC电力链路306。此外，***300可以控制其他电力电子拓扑结构中的PEM 126。
继续参考图3，逆变器126中的每个相桥输出316、318、320耦合到相关联的功率开关302，功率开关302可以由各种类型的可控开关实施。在一个实施例中，每个功率开关302可以包括二极管和晶体管(例如，IGBT)。图3的二极管标记为Da1、Da2、Db1、Db2、Dc1和Dc2，而图3的IGBT分别标记为Sa1、Sa2、Sb1、Sb2、Sc1和Sc2。功率开关Sa1、Sa2、Da1和Da2是三相逆变器126的相桥A的一部分，其在图3中被标记为第一相桥A 316。类似地，功率开关Sb1、Sb2、Db1和Db2是相桥B 318的一部分，并且功率开关Sc1、Sc2、Dc1和Dc2是三相转换器的相桥C 320的一部分。根据逆变器126的具体配置，逆变器126可以包括任何数量的功率开关302或电路元件。二极管(Dxx)与IGBT(SXX)并联连接。但是，由于为了正确操作，极性被颠倒，这种配置通常被称为反并联连接。这种反并联配置中的二极管也被称为飞轮二极管。
如图3所示，电流传感器CSa、CSb和CSc可以被提供来感测相应相桥316、318、320中的电流。图3将电流传感器CSa、CSb和CSc描绘为与PEM 126分开。然而，电流传感器CSa、CSb和CSc可以根据配置集成为PEM 126的一部分。图3的电流传感器CSa、CSb和CSc可以与相桥A、B和C(即，图3中的相桥316、318、320)中的每一个串联安装，并且为***300的相电流ias、ibs和ics(也在图3中示出)提供相应的反馈信号。反馈信号ias、ibs和ics可以是由逻辑装置(LD)310处理的原始电流信号，或者可以嵌入或编码有关于通过相应的相桥316、318、320的电流的数据或信息。此外，功率开关302(例如，IGBT)可以包括电流感测能力。电流感测能力可以包括配置有电流镜输出，其可以提供代表ias、ibs和ics的数据/信号。数据/信号可以指示电流的方向、电流的幅值、或者通过相应相桥A、B和C的电流的方向和幅值两者。
再次参考图3，***300包括逻辑装置(LD)或控制器310。控制器或LD 310可以通过各种类型或组合的电子装置和/或基于微处理器的计算机或控制器来实施。为了实施控制PEM 126的方法，控制器310可以执行嵌入或编码有所述方法且存储在易失性和/或持久性存储器312中的计算机程序或算法。替代地，逻辑可以编码在离散逻辑元件、微处理器、微控制器或存储在一个或多个集成电路芯片上的逻辑或门阵列中。如图3的实施例所示，控制器310接收并处理反馈信号ias、ibs和ics，以控制相电流ia、ib和ic，使得相电流ia、ib和ic根据各种电流或电压模式流过相桥316、318、320并流入电机114的相应相绕组中。例如，电流模式可以包括相电流ia、ib和ic流动进入和离开DC母线304或DC母线电容器308的模式。图3的DC母线电容器308被示出为与PEM 126分开。然而，DC母线电容器308可以集成为PEM 126的一部分。
如图3所示，存储介质312(下文中称为“存储器”)(诸如计算机可读存储器)可以存储嵌入或编码有所述方法的计算机程序或算法。此外，存储器312可以存储关于PEM 126中的各种工况或部件的数据或信息。存储器312可以包括持久性存储器装置和非持久性存储器装置两者。例如，持久性存储器可以包括只读存储器(ROM)、快闪存储器和磁存储装置。非持久性存储器可以包括随机存取存储器(RAM)。存储器312可以存储关于通过相应的相桥316、318、320的电流的数据或信息。存储器312可以是控制器310的部分，如图3所示。然而，存储器312可以定位在控制器310可访问的任何合适的位置中。
如图3所示，控制器310可以将至少一个控制信号322发送到功率转换器***126。功率转换器***126可以接收控制信号322并控制逆变器126的开关配置以控制通过相应相桥316、318和320的电流。开关配置可以是逆变器126中的功率开关302的一组开关状态。通常，逆变器126的开关配置确定逆变器126如何在DC电力链路306与电机114之间转换功率。
为了控制逆变器126的开关配置，逆变器126基于控制信号322将逆变器126中的每个功率开关302的开关状态改变为导通状态或关断状态。在所示实施例中，为了将功率开关302切换到导通状态或关断状态，控制器/LD 310向每个功率开关302提供栅极电压(Vg)，并因此驱动每个功率开关302的开关状态。栅极电压Vga1、Vga2、Vgb1、Vgb2、Vgc1和Vgc2(如图3所示)控制相应功率开关302的开关状态和特性。虽然逆变器126在图3中被示为电压驱动装置，但是逆变器126可以是电流驱动装置或者由在导通状态与关断状态之间切换功率开关302的其他策略控制。控制器310可以基于电机114的旋转速度、镜像电流或功率开关的温度而改变每个功率开关302的栅极驱动。可以从多个栅极驱动电流选择栅极驱动的变化，其中栅极驱动电流的变化与功率开关的开关速度的变化成比例。
还如图3所示，每个相桥316、318和320包括两个开关302。通常，每个相桥包括耦合在正母线导体304A与相关联的相桥输出(上开关)之间的开关和耦合在返回母线导体304B与相关联的相桥输出(下开关)之间的开关。然而，相桥316、318、320中的每一个中仅有一个开关可以处于导通状态而不会使DC电力链路306短路。因此，在每个相桥中，下开关的开关状态通常与对应的上开关的开关状态相反。上开关可以被称为高侧开关(high-sideswitch)(即，302A、302B、302C)，并且下开关可以被称为低侧开关(low-side switch)(即，302D、302E、302F)。因此，相桥的高状态是指在下开关处于关断状态的情况下，相桥中的上开关处于导通状态。同样，相桥的低状态是指在下开关处于导通状态的情况下，相桥中的上开关处于关断状态。具有电流镜能力的IGBT可以在所有IGBT、IGBT的子集(例如，Sa1、Sb1、Sc1)或单个IGBT上。
在图3所示的三相转换器示例的启用状态期间可能发生两种情况：(1)所述相桥中的两个可能处于高状态，而第三相桥处于低状态，或者(2)一个相桥可能处于高状态，而其他两个相桥处于低状态。因此，三相转换器中的一个相桥(其可以被定义为逆变器的特定启用状态的“参考”相)处于与具有相同状态的其他两个相桥(或“非参考”相)相反的状态。因此，非参考相在逆变器的启用状态期间都处于高状态或都处于低状态。
可以用脉冲宽度调制(PWM)栅极控制信号来控制功率开关302。栅极控制信号还可以用开关频率表征。开关频率可以定义可以改变PWM栅极信号的占空比的最快速率。通过控制栅极控制信号的占空比，可以实现每个相桥的正弦电流输出。根据开关状态，相桥输出处的电压可以达到两个电平。所述两个电平是正母线电压和返回母线电压。LD 310可以被编程为改变栅极控制信号的占空比以实现通过相绕组的正弦电流。然而，因为电压不是正弦波形，所以存在共模电压。应注意，在平衡三相***中，电压总和将为零。在PWM***中，电压总和不可能为零。这导致存在共模电压(CMV)。CMV可以具有作为相桥的平均电压的值。在三相示例中，CMV可以是(Va+Vb+Vc)/3，其中Vx是每个相绕组的相电压。
CMV是PWM工作模式的副产品，并且可能对***产生负面影响。CMV可能在电机定子中引起电流，从而引起额外的加热。CMV可能引起电流流过轴承，这会导致轴承劣化。因此，降低CMV可以对电机产生有益效果。
图4描绘了具有电机的电驱动***400，所述电机包括一个或多个次级绕组。电驱动***400可以包括电机414，电机414包括三相绕组，所述三相绕组被配置成在由电流驱动时旋转轴和转子。另外，电机414可以包括第一次级绕组402和第二次级绕组408。第一次级绕组402和第二次级绕组408可以被配置成作为CMV变压器操作。例如，第一次级绕组402可以被配置成收集CMV的电力，所述电力原本将引起电流流过电机414的结构。第一次级绕组402可以为共模电流提供低阻抗路径。这可以减少流过电机414(尤其是轴承)的不期望的共模电流。可以类似地配置第二次级绕组408。
第一次级绕组402可以电耦合到整流器电路404。整流器电路404可以被配置成处理来自第一次级绕组402的AC电压，使得电流仅在一个方向上流动。整流器电路404可以包括诸如二极管的无源电路元件的布置。整流器电路404可以包括电容器以使所得到的电压平稳。整流器电路404可以被配置成在输出处提供大致恒定的DC电压电平。
整流器电路404的输出可以电耦合到栅极驱动器电路406。栅极驱动器电路406可以被配置成驱动功率开关302的栅极输入。栅极驱动器电路406可以由整流器电路404的输出供电。当没有从整流器电路404接收到电力时，栅极驱动器电路406可以替代地由低压母线供电。例如，在不驱动电机相绕组的条件下，可能没有CMV感应电流流动。
栅极驱动器电路406还可以由来自控制器412的控制信号控制。例如，控制器412可以将栅极驱动信号提供为PWM信号。栅极驱动器电路406可以对栅极驱动信号进行滤波和处理，以提供具有适当特性的物理栅极驱动电压，以将功率开关302驱动到期望状态。
第二次级绕组408可以电耦合到诊断电路410，诊断电路410被配置成输出诊断信号。所述诊断信号可以输入到控制器412。诊断电路410可以是模拟电路，并且可以包括模拟转数字转换器。模拟电路可以包括用于对从第二次级绕组408接收的电压进行滤波的元件。控制器412可以被编程为监测诊断信号以确定电机414和/或电力电子模块126是否正确操作。在一些配置中，控制器412可以利用诊断信号来控制功率开关302的操作。例如，控制器412可以操作功率开关302以将CMV降低到预定电平以下。
电机可以包括转子和定子，所述定子限定由槽分开的多个齿。电机还可以包括布置在槽中以形成用于驱动转子的相绕组的第一组导体。图5是具有定子504的电机500的分解透视图，定子504沿着限定腔的内径限定多个定子齿506，所述腔被配置成允许转子502围绕旋转轴线510自由旋转。每个定子齿506具有围绕它的绕组，以感应出由其上缠绕有绕组的齿引导的场。在该示例中，定子具有48个定子齿。而且，定子504包括端部绕组508，端部绕组508携载在定子齿506之间的槽中行进的绕组中的电流以在定子齿506中感应出场。在该应用中，假设在连接点与槽之间的端部绕组508中流动的电流不足以在定子齿中感应出场，而电流在位于槽中的绕组中流动时足以在定子齿中感应出场。
图6是用于电机的定子芯600的横截面图。此处，示出了24齿定子。定子504可以围绕旋转轴线510对称，转子可以被配置成围绕旋转轴线510旋转。定子504可以通过沿着旋转轴线510相交的第一平面602A和第二平面602B分成多个部段。在该示例性配置中，相绕组可以由与齿相关联的绕组限定。例如，与第一相绕组相关联的齿可以标记为Ax+和Ax-。与第二相绕组相关联的齿可以标记为Bx+和Bx-。与第三相绕组相关联的齿可以标记为Cx+和Cx-。
齿可以限定槽，可以将布线***槽中以形成相绕组。每个绕组可以沿顺时针进入槽到正标号并沿顺时针退出槽到负标号，从而在它们之间的三个定子齿中感应出场。例如，第一相绕组可以由导体段606A形成，导体段606A在槽中从A1+沿顺时针布线并且经由导体段606B返回，导体段606B在槽中从A1-沿顺时针布线。由A1+和A1-组成的第一相绕组可以在编号为1、2和3的齿中感应出场。第二相绕组可以由导体段608A形成，导体段608A在槽中从B1+沿顺时针布线并且经由导体段608B返回，导体段608B在槽中从B1-沿顺时针布线。第三相绕组可以由导体段610A形成，导体段610A在槽中从C1+沿顺时针布线并且经由导体段610B返回，导体段610B在槽中从C1-沿顺时针布线。由B1+和B1-组成的第二相绕组可以在编号为3、4和5的齿中感应出场，并且由C1+和C1-组成的第三相绕组可以在编号为2、3和4的齿中感应出场。此外，每个引线可以占据任何数量的槽，因此每个绕组可占据2个、4个、6个、8个槽等。
相绕组可以包括多个布线段。所描绘的模式可以重复多次，使得每个相绕组可以由在所示模式中围绕齿布置的多个布线环构成。应注意，其他布线模式是可能的，并且本文描述的次级绕组可以应用于这些其他布线模式。
以上描述了可以如何配置用于驱动电机的相绕组。而且，描绘了次级绕组配置。电机可以包括布置在槽中以形成一个或多个次级绕组的导电元件，所述一个或多个次级绕组被配置成产生指示由施加到相绕组的相电压引起的共模电压的电压。次级绕组可以包括导体段604A至604F，导体段604A至604F可以布置在槽中，如图7所示。图6将次级绕组描绘为最接近旋转轴线510***。然而，在一些配置中，可以交换次级绕组(由604A至604F限定)和功率绕组(由606、608和610限定)的相对位置。此外，一些配置可以包括类似于由604A至604F限定的第二次级绕组。在这样的配置中，功率绕组可以缠绕在次级绕组之间。可以选择绕组在槽内的放置以优化CMV特性。
图7描绘了次级绕组的可能绕组图。次级绕组可以被配置成通过所有机器相以覆盖CMV路径。次级绕组可以被配置成使得每个功率相绕组感应出电压。通过形成包括所有相电压的环路，CMV可以在次级绕组中感应出电流。作为示例，第一段604A表示次级绕组的布线在A+齿附近的部分。然后导体可以布线在C-齿附近，如由第二段604B所表示的。然后导体可以布线在B+齿附近，如由第三段604C所表示的。然后导体可以布线在A-齿附近，如由第四段604D所表示的。然后导体可以布线在C+齿附近，如由第五段604E所表示的。然后导体可以布线在B-齿附近，如由第六段604F所表示的。可以再现所述模式以实现次级绕组604的预定匝数或迭代次数。次级绕组的端子可以是与第一段604A和第六段604F的连接。
所描绘的示例示出了形成在电机的一对极对中的次级绕组。次级绕组可以覆盖电机的多个极对或所有极对。此外，次级绕组可以延伸到定子504的其他部段。作为示例，B1-槽可以联接到A2+槽。导体可以以相同的模式布线。
导电元件可以通过包括来自构成相绕组的导体的导体的槽，使得电压包括来自每个相绕组的感应电压分量。构成次级绕组的导电元件的横截面积可以小于形成相绕组的导体的横截面积。用于次级绕组的导电元件可以布置在限定电机的多于一个极对的槽中。用于次级绕组的导电元件可以被配置成具有低于与通过电机的轴承的阻抗路径相关联的阻抗的阻抗。
再次参考图4，控制器412可以被配置成接收指示共模电压的信号。控制器412可以被配置成基于电压来调整开关302的操作。例如，控制器412可以被配置成调整开关频率以将共模电压降低到期望电平。例如，降低开关频率可以降低共模电压。在一些配置中，控制器412可以通过改变电源开关302的开关模式来改变共模电压。
图8是用于电机定子的功率绕组连接800的横截面示意图。此处，十二个绕组示出为与24齿定子相关联。在定子的每个部段中是3相引线A 606、B 608和C 610。在一个实施例中，当定子具有24个齿时，该图表中的每个引线可以与一个定子齿相关联，然而如果这是48齿定子，则每个引线可以与两个定子齿相关联。然而，在其他配置中，该图表中的每个引线可以与多于一个定子齿相关联，诸如3个定子齿或6个定子齿。此外，此处示出的具有两个引线(例如，A1+和A1-)的每个绕组可以占据任何数量的槽。因此，每个绕组可以占据2个、4个、6个、8个槽等。槽是两个定子齿之间的敞开区域，其中铜绕组可以放置在槽内。槽的数量等于齿的数量。此外，定子可以沿着与电机的旋转轴线510相交的第一平面602A(例如，参考平面)分成两半。定子可以通过也与旋转轴线510相交的第二平面602B进一步分成四等份。
在单逆变器配置中，相关联的相绕组可以串联耦合，使得限定三相引线。在该示例中，标记为A1-的连接可以电连接到A2+。A2-可以电耦合到A3+。A3-可以电耦合到A4+。A4-可以电耦合到中性导体。标记为A1+的连接可以电耦合到第一相桥输出316。类似地，第二相绕组可以通过将B1-电耦合至B2+、将B2-电耦合至B3+、将B3-电耦合至B4+以及将B4-电耦合至中性导体来限定。标记为B1+的连接可以电耦合到第二相桥输出318。类似地，第三相绕组可以通过将C1-电耦合至C2+、将C2-电耦合至C3+、将C3-电耦合至C4+以及将C4-电耦合至中性导体来限定。标记为C1+的连接可以电耦合到第三相桥输出320。相绕组可以是如上所述穿过槽布线的连续导线。槽之间的电连接可以形成定子的端部绕组。
图9描绘了所得CMV变压器的电气示意图900，其可以通过在定子槽内包括两个次级绕组而形成。CMV变压器可以被建模为初级绕组902，其磁耦合到第一次级绕组904A和第二次级绕组904B。第一次级绕组904A和第二次级绕组904B可以彼此电隔离并且共享由定子金属结构和公共初级绕组902形成的共同磁芯。在使用PWM信号操作功率绕组期间，在初级绕组902处产生CMV。在第一次级绕组904A和第二次级绕组904B中感应出CMV。
在次级绕组中感应出的电压可以取决于对应次级绕组中的匝数。通过在每个次级绕组中使用不同数量的匝数，可以产生不同的电压电平。图10描绘了第一***配置1000，其中次级绕组被配置成电压源。第一次级绕组904A可以电耦合到第一整流器网络1002A。第一整流器网络1002A可以促使电流在第一整流器网络1002A的输出处沿一个方向流动。例如，第一整流器网络1002A的输出可以电耦合到DC母线以用作电压源。第一电容器1004可以电耦合第一整流器网络1002A的输出端子的两端。第一电容器1004可以使第一整流器网络1002A的输出平稳并对其进行滤波，从而产生DC电压电平。
第二次级绕组904B可以电耦合到第二整流器网络1002B。第二整流器网络1002B可以促使电流沿一个方向流动到第二整流器网络1002B的输出。例如，第二整流器网络1002B的输出可以电耦合到DC母线以用作电压源。第二电容器1006可以电耦合第二整流器网络1002B的输出端子的两端。第二电容器1006可以使第二整流器网络1002B的输出平稳并对其进行滤波，从而产生DC电压电平。
CMV的频率不取决于通过功率绕组的电流的频率。CMV的频率可以等于逆变器的开关频率，其可以在1至20KHz的范围内。开关频率可以是功率开关的栅极驱动信号改变的频率。因此，整流器网络的输出处的电容器的电容值可以是足以对PWM频率进行滤波的值。所得到的CMV变压器可能无法传递CMV的DC分量。可以通过选择相关联的次级绕组904的绕组数来调整每个整流器网络1002的输出电压。CMV变压器可以用于提供彼此电流隔离的不同电压电平。如果次级绕组变为短路，则次级绕组可能降至零电压。次级绕组之间的磁耦合也可能导致所有电压源降至零电压。
CMV变压器可以用作逆变器栅极驱动电路的电源。由于一个故障电压源可能将其他电压源驱动为零，这可能导致所有栅极驱动器关闭。通过使栅极驱动电路停止，CMV电压也停止，并且开关装置不再被切换。这可以提供用于使栅极驱动电路停止的附加机制。
CMV变压器也可以用作诊断传感器。图11描绘了包括电压源和诊断电路的第二***配置1100。如前所述，电压源可以包括耦合到第一整流器网络1002A和第一电容器1004的第一次级绕组904A。诊断电路可以耦合到第二次级绕组904B。诊断电路可以包括模拟电路1102和模拟转数字(A/D)转换器1104。A/D转换器1104可以被配置成将第二次级绕组904B的输出转换为数字值以供控制器(例如，图4中的控制器412)使用。模拟电路1102可以包括用于生成指示CMV的模拟信号的部件。例如，模拟电路1102可以被配置成输出指示CMV的频率的模拟信号。
诊断传感器可以提供有关***操作的信息。诊断传感器可以被配置成检测电机电缆被正确连接。例如，如果相绕组没有连接到逆变器的相关联的相桥，则可以产生不同的模拟信号。诊断传感器还可以被配置成检测开关装置中的一个或多个是否起作用。
诊断传感器还可以被配置成检测可能流过轴承的CM电流的电平。诊断传感器还可以被配置成检测逆变器的正确操作，诸如重建PWM比率并检测逆变器开关的上升沿/下降沿。可以通过在正常工况期间监测诊断电路的模拟和数字输出来确定正确操作。在异常工况期间也可以监测模拟和数字输出。在正常和异常工况之间可以观察到信号的差异。控制器412可以被编程为通过监测诊断传感器的模拟和数字输出来识别异常工况。控制器412可以响应于检测到异常工况而关闭逆变器的操作。
由控制器执行的控制逻辑或功能可以由一个或多个附图中的流程图或类似图来表示。这些附图提供了代表性的控制策略和/或逻辑，其可以使用一个或多个处理策略(诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等)来实施。因此，所示的各种步骤或功能可以以所示顺序执行、并行地执行、或者在某些情况下省略。尽管没有总是明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到，可以取决于所使用的特定处理策略而重复执行所示步骤或功能中的一个或多个。类似地，处理顺序不一定是实现本文描述的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。控制逻辑可以主要在由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动***控制器(诸如控制器)执行的软件中实施。当然，根据具体的应用，控制逻辑可以在一个或多个控制器中的软件、硬件或软件和硬件的组合中实施。当在软件中实施时，控制逻辑可以提供在存储有数据的一个或多个计算机可读存储装置或介质中，所述数据表示由计算机执行以控制车辆或其子***的代码或指令。计算机可读存储装置或介质可以包括多个已知物理装置中的一个或多个，其利用电存储、磁存储和/或光存储来保存可执行指令和相关联的校准信息、操作变量等。
本文中公开的过程、方法或算法可以提供给处理装置、控制器或计算机/由其实施，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，过程、方法或算法可以存储为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令，包括但不限于永久地存储在诸如只读存储器(ROM)装置的不可写存储介质上的信息和可修改地存储在诸如软盘、磁带、光盘(CD)、随机存取存储器(RAM)装置和其他磁性和光学介质的可写存储介质上的信息。所述过程、方法或算法也可以在软件可执行对象中实施。替代地，可以使用合适的硬件部件整体地或部分地实施所述过程、方法或算法，所述硬件部件诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置，或硬件、软件和固件部件的组合。
虽然上面描述了示例性实施例，但这些实施例无意描述权利要求所涵盖的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种改变。如前所述，可以组合各种实施例的特征来形成本发明的可能并未明确描述或示出的另外的实施例。虽然各种实施例可能已被描述为就一个或多个希望特性而言相对于其他实施例或现有技术实施方式提供优点或更为优选，但是本领域的普通技术人员认识到，为了实现所期望的整体***属性，可能会对一个或多个特征或特性作出折衷，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实现方式理想的实施例也在本公开的范围内，并且对于特定应用可能是理想的。
根据本发明，提供了一种电机，其具有：转子；定子，其限定由槽分开的多个齿；第一导体，其布置在槽中以形成用于驱动转子的相绕组；以及第二导体，其布置在槽中以形成次级绕组，所述次级绕组被配置成产生指示由施加到相绕组的相电压引起的共模电压的电压。
根据一个实施例，第二导体通过包括第一导体的所述槽中的一些槽，使得电压包括来自每个相绕组的感应电压分量。
根据一个实施例，第二导体的横截面积小于第一导体的横截面积。
根据一个实施例，第二导体布置在限定电机的多于一个极对的所述槽中的一些槽中。
根据一个实施例，第二导体被配置成具有低于与通过电机的轴承的阻抗路径相关联的阻抗的阻抗。
根据本发明，提供了一种电驱动***，其具有：电机，所述电机包括布置在定子的槽中以形成相绕组的第一导体和布置在槽中以形成次级绕组的第二导体，所述次级绕组产生指示由施加到相绕组的相电压引起的共模电压的电压；以及电路，其被配置成接收电压并对电子装置供电。
根据一个实施例，第二导体通过包括第一导体的所述槽中的一些槽，使得电压包括来自每个相绕组的感应分量。
根据一个实施例，所述电路包括整流器和电容器，所述整流器和电容器被配置成将电压转换为大致恒定的电压电平。
根据一个实施例，电子装置包括逆变器的栅极驱动器，所述栅极驱动器被配置成驱动开关装置。
根据一个实施例，所述电机还包括布置在所述槽中的一些槽中以形成第二次级绕组的第三导体，所述第二次级绕组产生指示共模电压的第二电压。
根据一个实施例，第三导体布置在其中布置有第二导体的槽中。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于第二电路，其被配置成接收第二电压并输出诊断信号。
根据一个实施例，第二电路包括模拟转数字转换器，所述模拟转数字转换器被配置成将诊断信号转换为数字值。
根据本发明，提供了一种车辆，其具有：电机，所述电机包括布置在定子的槽中以形成相绕组的第一导体和布置在槽中以形成次级绕组的第二导体，所述次级绕组产生指示由施加到相绕组的电压引起的共模电压的电压；以及控制器，其被配置成根据电压操作逆变器以减小电机中的共模电流。
根据一个实施例，第二导体通过包括第一导体的所述槽中的一些槽，使得电压包括来自每个相绕组的感应分量。
根据一个实施例，控制器被配置成基于电压控制开关装置的开关频率。
根据一个实施例，所述电机还包括布置在槽中以形成第二次级绕组的第三导体，所述第二次级绕组产生指示共模电压的第二电压。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于电路，所述电路被配置成接收第二电压并对电子装置供电。
根据一个实施例，所述电路包括整流器和电容器，所述整流器和电容器被配置成将第二电压转换为大致恒定的电压电平。
根据一个实施例，第二导体被配置成具有低于与通过电机的轴承的阻抗路径相关联的阻抗的阻抗。

Claims (15)

1.一种电机，其包括：
转子；
定子，其限定由槽分开的多个齿；
第一导体，其布置在所述槽中以形成用于驱动所述转子的相绕组；以及
第二导体，其布置在所述槽中以形成次级绕组，所述次级绕组被配置成产生指示由施加到所述相绕组的相电压引起的共模电压的电压。
2.如权利要求1所述的电机，其中所述第二导体的横截面积小于所述第一导体的横截面积。
3.如权利要求1所述的电机，其中所述第二导体布置在限定所述电机的多于一个极对的所述槽中的一些槽中。
4.一种电驱动***，其包括：
电机，其包括布置在定子的槽中以形成相绕组的第一导体和布置在所述槽中以形成次级绕组的第二导体，所述次级绕组产生指示由施加到所述相绕组的相电压引起的共模电压的电压；以及
电路，其被配置成接收所述电压并为电子装置供电。
5.如权利要求4所述的电驱动***，其中所述电路包括整流器和电容器，所述整流器和电容器被配置成将所述电压转换为大致恒定的电压电平。
6.如权利要求4所述的电驱动***，其中所述电子装置包括逆变器的栅极驱动器，所述栅极驱动器被配置成驱动开关装置。
7.如权利要求4所述的电驱动***，其中所述电机还包括布置在所述槽中的一些槽中以形成第二次级绕组的第三导体，所述第二次级绕组产生指示所述共模电压的第二电压。
8.如权利要求7所述的电驱动***，其中所述第三导体布置在其中布置有所述第二导体的所述槽中。
9.如权利要求7所述的电驱动***，其还包括第二电路，所述第二电路被配置成接收所述第二电压并输出诊断信号。
10.一种车辆，其包括：
电机，其包括布置在定子的槽中以形成相绕组的第一导体和布置在所述槽中以形成次级绕组的第二导体，所述次级绕组产生指示由施加到所述相绕组的电压引起的共模电压的电压；以及
控制器，其被配置成根据所述电压操作逆变器以减小所述电机中的共模电流。
11.如权利要求10所述的车辆，其中所述控制器被配置成基于所述电压来控制开关装置的开关频率。
12.如权利要求10所述的车辆，其中所述电机还包括布置在所述槽中以形成第二次级绕组的第三导体，所述第二次级绕组产生指示所述共模电压的第二电压。
13.如权利要求12所述的车辆，其还包括电路，所述电路被配置成接收所述第二电压并为电子装置供电。
14.如权利要求1所述的电机或如权利要求4所述的电驱动***或如权利要求10所述的车辆，其中所述第二导体通过包括所述第一导体的所述槽中的一些槽使得所述电压包括来自所述相绕组中的每一个的感应分量。
15.如权利要求1所述的电机或如权利要求4所述的电驱动***或如权利要求10所述的车辆，其中所述第二导体被配置成具有低于与通过所述电机的轴承的阻抗路径相关联的阻抗的阻抗。
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