输出或请求的电动机转矩改变的方式使可变驱动电压改变。
[0137]如上所述并且根据本公开的内容，所述控制器可改变脉宽调制的切换速度并且可改变施加到电动机的电压以优化电驱动系统的一个或多个运行特征。这些运行特征可包括电动机的效率、电动机的功率、电动机的热量、电动机的噪音、电动机的转矩和速度、电源的寿命或者任何想要的驱动系统的运行特征。所述控制器可使用预定的功能，对照表、或者其他想要的布置以确定在电机的运行范围内的任何情况中使用的驱动电压和切换速度。
[0138]图10例示了根据本公开的控制其方法300。如步骤302表示，控制器初始地确定当前电动机速度和位置以及请求的转矩或功率输出。如图1所述，这些信息可通过位置检测布置128通过位置信号126和通过输入信号124提供。基于该信息，控制器确定被施加至电动机的驱动电压和用于驱动电压的脉宽调制的切换速度，如步骤304所表示。如框块306表示的，所述控制器使用预定的功能以确定驱动电压和切换速度。这些预定的功能可采取对照表、公式或任何其他适当的并且已经可用的形式。一旦驱动电压和切换速度被确定，控制器使得来自电源的电流和输出电压被转化为预定的驱动电压，如图308表示。在图1的系统的示例中，控制器110使得降压/增压变换器117接收来自电能储存部件113的电流和输出电压V2并且将该输出电压转换为预定的驱动电压。最后，如步骤310表示的，控制器使用预定的切换速度施加驱动电压到电动机。这可通过使用比如图1的切换布置130的切换布置使用在预定切换速度切换的脉宽调制施加驱动电压来实现。
[0139]如传统的电机那样的，本公开的电机产生反电动势或反向电动势，且反向电动势的电压的大小基于电机的旋转速度或者场切换速度。大体来说，反向电动势的电压随着场切换频率增加，并且因此电机的旋转速度增加。给定的电机的反向电动势也基于电机的具体的物理构造。例如，转子极和定子极之间的空气间隙、磁体类型和尺寸、用于形成磁芯的材料的类型、线圈上的圈数、线圈的互连布置、使用背铁以磁连接定子极、以及磁芯的形状和大小全部可显著影响具体电机的反向电动势。
[0140]图11是示例性电机的单个相的单个磁体循环的图，其中y轴表示电压，X轴表示时间。反向电动势曲线400例示与此单个循环的具体示例相关的反向电动势的电压。在此示例中，所述循环被分为40个相同长度的脉冲间隔，其被用于成台阶的驱动电压线402表示的驱动电压V6的脉宽调制。每个脉冲间隔可具有相关的脉冲间隔电压，比如图11中例示的最先的五个脉冲间隔的脉冲间隔电压V6a-e。当电机被作为电动机驱动时，驱动电压V6可被控制为大于反向电动势的大小更大。此外，驱动电压V6的脉冲的电压可被可被控制以相当紧密地接近想要的最佳驱动电压曲线404，其可例如形状类似与反向电动势曲线400但大小稍微更大。
[0141]根据本公开的内容，电机的各种允许特征可通过控制图11的成台阶驱动电压线402的形状而优化从而紧密接近最佳地驱动电压曲线404.成台阶的驱动电压线402可以被通过将循环分为增加的数量的脉冲间隔而使得更紧密地接近最佳驱动电压曲线404。然而，存在一些与切换每个脉冲间隔的脉冲间隔电压关联的能量讯号。因此，存在最佳数量的脉冲间隔，其可被用于作为使用足够的脉冲间隔以尽可能地接近电机反向电动势特性并且不适用太多脉冲间隔以限制与切换每个脉冲间隔的脉冲将诶电压相关的切换损耗的平衡的任何给定的驱动循环的脉宽调制，
[0142]如上所述，电机的反向电动势基于电机的旋转速度或者场切换频率。因此，与电机的给定循环相关的反向电动势的电压曲线随着电机速度的改变而显著改变。还如上文所述，还可存在与电机的任何给定循环相关的最佳驱动电压曲线，并且该最佳驱动电压曲线可类似于反向电动势的电压曲线并且在大小上更大。因此，给定电机的最佳驱动电压在电机的运行速度范围内可显著变化。
[0143]上文描述的最佳驱动电压曲线和最佳数量的脉冲间隔可通过各种方式确定并且保持在本公开的范围之内。例如，具体的驱动系统和电机设计可被完全测试并且特征化以确定用于系统的整个运行范围的最佳驱动电压和切换速度。这可包括使用各种驱动电压和脉冲间隔组合实验测试具体的涉及以确定优化系统的想要的运行特征的最佳值。替代地，系统的某些特征可在系统的整个运行范围内测量并且该数据可被用于建立计算最佳驱动电压曲线和最佳数量的脉冲间隔的公式。所述系统的一些可被测量的特恒是与切换布置、电机的运行范围内电机的反向电动势、电机的各种部件的电感、定子模块的位置和空间、或者定子区段绕线圈的各个群的电感相关的切换损耗。
[0144]完全地特征化系统或电机的这种方法可甚至用于特征化在给定的电机设计内电机的制造公差。在这种情况下，每个单独的单机将被独立地特征化以把握机器与机器的任何制造区别相关的含义。这种方法可被用于解释制造误差，比如不同定子模块的定子极和转子极之间的空气间隙、定子模块和定子区段之间的空间的不同或者绕线圈的群的电阻。
[0145]通过电机或系统的特征获得的数据可通过能够被控制器使用的方式储存。所述控制器可使用此数据以选择驱动电压的想要的最佳值和任何给定的电机速度的切换速度和电机的运行范围内请求的功率或转矩输入。替代地，通过电机或系统的特征获得的数据可被用于建立公示，该公式在系统的运行期间能够被控制器使用。控制器可使用这些公示以计算想要的驱动电压的最佳值以及在电机的运行范围内的请求的功率或者转矩输入以及任何给定的电机速度的切换速度。
[0146]如上所述，包括由薄膜软磁材料制成的磁芯(比如图4的磁芯220)的变速电机能够在相比于使用传统铁芯的电机在更高的场切换频率下运行。这些场切换频率相比于传统AC供电的电机中约60Hz或者对于更具体的现有技术电动机的高至约400Hz相比可高至2500Hz。使用更高的场切换频率允许给定的电机在相比于如果使用更低的传统的场切换频率来说可能的更大范围的旋转速度下运行。虽然使用了比如0-1500HZ或者更高的0-2500HZ的更宽的频率范围允许给定的电机构造更宽的旋转速度的范围，如果使用传统的电机控制方法，其可产生一些挑战和潜在的效率问题。
[0147]本公开的控制方法设想了如果可以做的话使用非常高的脉宽调制频率。这允许这些控制其方法被用于在比如上文所述的超高电动机频率下运行的电动机。例如，具有100，OOOHz的最大脉宽调制频率可被用于控制具有0-2500HZ的场切换运行范围的电机。这将允许至多40个脉冲间隔，同时电机在其最大的场切换频率2500Hz下运行。如果当电机在更低的电动机速度(比如10Hz的场切换频率)时使用相同的100，OOOHz的脉宽调制切换频率，这将导致1000个每个电动机循环的脉冲间隔切换，其可产生显著的不必的切换损耗。
[0148]如上所述，本公开的控制器使用于脉宽调制的切换速度和驱动电压变化以优化电机的运行特征。这可包括使用最佳数量的与当前电动机频率或速度以及请求的功率或转矩输出的脉冲间隔以平衡切换损耗和与提供尽可能接近图11描述的最佳驱动电压输入曲线的驱动电压输入相关的增益。因此，在上文描述的具体示例中，当电机在10Hz的场切换频率时，用于脉宽调制的优选的切换速度可再次为电动机的每个循环40个脉冲间隔切换。这将对应4000Hz而非100，OOOHz的脉宽调制频率。当电机在此更低的速度运行时，使用此更低的脉宽调制频率可显著减小与在此更低的速度运行电机相关的切换损耗。这可显著地帮助优化电机的特定的运行特，比如电机的效率。此外，与更低的速度运行相关的最佳的驱动电压曲线可具有相比于与在更高的速度运行电机相关的驱动电压大小显著地更低的驱动电压大小。因此，如上所述，改变驱动电压以接近与给定电机运行速度相关的最佳驱动电压曲线也可非常显著地帮助当电机在该给定的速度运行时优化电机的特定的运行特征。
[0149]虽然出于例示的目的图11的循环被描述为分为40个等距的脉冲间隔，这不是要求。替代地，应理解的是，每个循环可被分为任何想要数量的脉冲间隔并且这些脉冲间隔并不需要在任何给定的循环内具有相同的长度。应理解的是，最佳数量的脉冲间隔和与在具体的频率和想要的输出下运行的具体的电机的具体的循环相关的最佳驱动电压可显著变化。因此，本公开想到使用任何数量的脉冲间隔和使用任何适合的驱动电压构造以优化电机的想要的运行特征。
[0150]使用比如薄膜软磁材料的低损耗磁芯材料以及使用没有磁互连上述的独立的磁芯的背铁的具体的磁芯构造相比于传统的电机显著减小了这种类型的电机的反向电动势。这更小的反向电动势和使用更低损耗的磁芯材料一起允许更有效地使用更快的场切换频率。这允许更宽的频率运行范围或者旋转速度范围。上述控制其方法允许使用更高的脉宽调制频率以容纳这种类型的电机使得可用的更高的频率，同时仍然通过使用更低的脉宽调制频率在更低的速度/频率保持高的效率以降低切换损耗。对于给定的电机，使用更宽范围的频率还产生更宽的最佳驱动电压。上锁控制其方法还允许在电机的整个运行范围内在任何给定的速度下对驱动电压的优化。
[0151]上述控制器还可被应用到具有多个独立的子电动机(比如图2的电机202)的电机。在这种情况中，每个子控制器110a-f可使用上述控制其方法独立地控制其相关的子控制器。也就是说，每个独立的子控制器110a-f可使用于驱动相关的定子模块214a_f的切换速度和驱动电压变化以优化每个子电动机的想要的运行特征。此外，为了抵消各个子电动机之间的任何不同，从子电动机到子电动机使用的变化的驱动电压和切换速度对于每个子电动机可以是不同的。这些不同可包括，但不限于，定子极和转子极之间的空气间隙的尺寸、组成每个子电动机的部件的电感、与每群组成定子模块的定子区段相关的反向电动势、电机内定子模块的位置或者子电动机的特征中任何其他的不同。例如，完全特征化电机和使用从这些特征获得的数据以控制电机的运行的上述方法可用于补偿子电动机中的不同。
[0152]如上完全特征化电机的方法还可允许在电机中使用单个位置检测布置以相控制器提供位置信号，而不顾包括在电机中的定子模块的数量。通过这种方法，与在不同的定子模块的每个中的定子极的场切换相关的时间差将在电机的特征化期间被确定。这些时间差将被作为总主控制器使用以控制子电动机的子控制器的预定的功能的部分提供到总主控制器。使用这些时间差，总主控制器可协调子控制器的每个的运行以补偿电机内的定子模块的的各个位置。
[0153]如上所述，根据本公开的内容的电机可不使用全部定子模块。此外，具体的定子模块涉及和电机设计可使得相邻的定子模块的端部出定子区段之间保持恒定的定子区段空间很困难。因此，具体的电机和定子模块设计(比如，图2中例示的)可产生定子极间隙254，其大于电机202中的定子区段空间250。与上述用于确定不同的定子模块之间的时间差的相同的方法可被用于补偿这些更大的定子极间隙。
[0154]使用多个子电动机并且能够补偿定子模块的不同的位置的方法允许每个定子模块被定位为使得其可被相对于其他定子模块移相。换言之，在每个定子模块被构造为三相装置的情况中，每个定子模块可被定位为使得所述定子模块的三个相相对于其他定子模块异相。这允许每个定子模块有效地增加三个额外的相到电动机。例如，具有六个每个用作三相装置的定子模块的电动机可提供总共十八个相的装置。这个特征可被用于提供某些优势，比如具有更小的转矩脉动的更平顺的运行的电动机。
[0155]上述控制器方法可被用于优化系统的特征的组合或任何想要的运行特征。例如，系统的效率可以是在电机的正常运行期间被优化的运行特征。在某些高负荷情况中，被优化的运行特征可被改变以优化系统的功率输出。其他运行特征(比如与系统的运行相关的噪音或者电机或者电能储存模块的温度)可被检测并且控制器可被构造为当这些特征达到某个水平时优化或者控制这些特征。在另一示例中，电能储存系统的充电状态可被检测并且控制器可被操作以在充电状态降到某个水平时限制驱动系统的输出。
[0156]虽然电机的特征化在上文被描述为在电机使用前完成，但这不是规定。替代地，电机的各种特征可在电机的使用期间被监测并且这些潜在变化的特征可被包含到被控制器使用的特征数据中以确定将使用的切换速度和驱动电压。这允许系统适应或调节到电机使用过程中电机可能改变的各种特征的变化。这些特征可包括，但不限于，电机的温度、电机的各个电部件的电阻、电机的各个部件的阻抗或者任何其他电机特征。如果需要的话，这些特征可被连续地监测并且连续地更新并包括在被控制器使用的特征数据中以确定控制器使用的脉宽调制切换速度和驱动电压以控制电机。
[0157]本公开的多个实施已经被描述。但是，应理解的是，可以做出各种改型而不脱离本公开的宗旨和范围。
[0158]在第一示例中，电机的定子模块的每个定子区段可具有定子区段空间，其不相应相对于转子极空间的具体比例。在该示例中，每个定子区段可连接电线以被其关联的控制器或相对于其他定子区段的子控制器控制。这实际上将允许每个定子区段与其自己的电相关联。每个定子区段的具体特征(包括空气间隙、电感、电阻、空间以及任何其他想要的特征)可像上文所述那样被完全地特征化以允许每个定子区段通过使用具体到特定定子区段的与最佳切换速度和最佳驱动电压曲线被单独地控制。
[0159]在另一示例中，虽然如上所述的实施将电机描述为径向间隙、无刷式DC电机，但这不是规定的。替代地，可以使用任何想要的电机，其包括轴向间隙电机或者任何其他适合的并且已经可用的电机。因而，其他实施也在随附权利要求的范围内。
[0160]附图标记列表
[0161]Vla-f模块运行电压V2a_f输出电压V3电池电压
[0162]V4驱动电压V5辅助模块运行电压V6驱动电压
[0163]V6a-f脉冲间隔电压L长度
[0164]100电力管理系统102电能储存系统104a_f电能储存模块
[0165]106a-f电力调制电路108a_f输出布置110控制器110a_f子控制器
[0166]llla-f电导体112通信总线113电能储存部件114电力端子
[0167]115a_f充电器116外部电源117a_f降压/增压变换器118