用于电动卡车和高性能交通工具的增强的电力推进系统的制作方法

本公开涉及用于电动卡车和高性能交通工具的增强的电力推进系统的系统和方法。

背景技术：

电动卡车有广泛的功率需求，以适应通勤、拖运和拖车载运。性能电动交通工具的设计标准包括高加速性能和高速性能需求。现有的电驱动系统具有至多达到基本速度的扭矩功率区间。高于基本速度，电驱动系统具有近似恒定的功率区间。恒定功率区间是指实施单个大型电动马达或几个较小的电动马达，以满足指定的扭矩。在实践中，电动交通工具设计中通常实施三到四个较小电动马达。单个大型电动马达的尺寸，或实施多个较小电动马达，导致功率密度降低，效率低下，并产生封装问题。所期望的是用于电动卡车和高性能交通工具的增强的电力推进系统技术。

技术实现要素：

本文提供了一种模块化驱动系统。模块化驱动系统包括第一马达和第二马达。第一马达被配置成生成在第一扭矩带宽上的第一扭矩，并且具有第一定子、第一转子和在第一定子上的第一绕组。第一绕组具有第一匝数、第一导体面积和适于第一马达的第一峰值电压的第一绝缘体。第二马达被配置为生成在第二扭矩带宽上的第一扭矩，并且具有与第一定子匹配的第二定子、与第一转子匹配的第二转子和在第二定子上的第二绕组。第二绕组具有第一匝数、第一导体面积和适于第二马达的第二峰值电压的第二绝缘体。第二马达的第二峰值电压大于第一马达的第一峰值电压。第二马达的第二扭矩带宽比第一马达的第一扭矩带宽更宽。

在一个或多个实施例中，模块化驱动系统还包括第一逆变器，该第一逆变器被配置为以第一峰值电压向第一马达提供第一电功率，并且具有第一外壳体积和电容器体积；以及第二逆变器，其被配置为以第二峰值电压向第二马达提供第二电功率，并且具有第一外壳体积和电容器体积。

在一个或多个实施例中，模块化驱动系统还包括第一控制器，该第一控制器联接到第一逆变器，并被配置为在第一马达旋转高于第一转角速度时命令磁场减弱；以及第二控制器，其联接到第二逆变器，并被配置为在第二马达旋转高于第二转角速度时命令磁场减弱。第二转角速度比第一转角速度更快。

在模块化驱动系统的一个或多个实施例中，第一控制器被配置成以第一模式操作第一马达，并且第二控制器被配置成以第一模式和第二模式交替操作第二马达。

在模块化驱动系统的一个或多个实施例中，第一模式在第一马达旋转快于第一转角速度时减小第一容许峰值扭矩，第二模式在第二马达旋转快于第二转角速度时减小第二容许峰值扭矩。

在模块化驱动系统的一个或多个实施例中，第二控制器还被配置成在第二马达旋转快于第一转角速度时以中间模式操作第二马达。

在模块化驱动系统的一个或多个实施例中，在交通工具内，实施第二马达代替第一马达，并且实施第二逆变器代替第一逆变器。

在模块化驱动系统的一个或多个实施例中，第一逆变器以第一脉冲宽度调制频率操作，第二逆变器以第二脉冲宽度调制频率操作，并且第二脉冲宽度调制频率大于第一脉冲宽度调制频率。

在一个或多个实施例中，模块化驱动系统还包括联接到第一马达的单速齿轮箱；和联接到第二马达的多速齿轮箱。

本文提供了一种用于生成模块化驱动系统的方法。该方法包括创建第一马达和创建第二马达。第一马达被配置成生成在第一扭矩带宽上的第一扭矩，并且具有第一定子、第一转子和在第一定子上的第一绕组。第一绕组具有第一匝数、第一导体面积和适于第一马达的第一峰值电压的第一绝缘体。第二马达被配置为生成在第二扭矩带宽上的第一扭矩，并且具有与第一定子匹配的第二定子、与第一转子匹配的第二转子和在第二定子上的第二绕组。第二绕组具有第一匝数、第一导体面积和适于第二马达的第二峰值电压的第二绝缘体。第二马达的第二峰值电压大于第一马达的第一峰值电压。第二马达的第二扭矩带宽比第一马达的第一扭矩带宽更宽。

在一个或多个实施例中，该方法还包括创建第一逆变器和创建第二逆变器。第一逆变器被配置为以第一峰值电压向第一马达提供第一电功率，并且具有第一外壳体积和电容器体积。第二逆变器被配置为以第二峰值电压向第二马达提供第二电功率，并且具有第一外壳体积和电容器体积。

在一个或多个实施例中，该方法还包括创建第一控制器，该第一控制器联接到第一逆变器，并被配置为在第一马达旋转高于第一转角速度时命令磁场减弱；以及创建第二控制器，第二控制器联接到第二逆变器，并被配置成在第二马达旋转高于第二转角速度时命令磁场减弱。第二转角速度比第一转角速度更快。

在该方法的一个或多个实施例中，第一控制器被配置成以第一模式操作第一马达，并且第二控制器被配置成以第一模式和第二模式交替操作第二马达。

在该方法的一个或多个实施例中，第一模式在第一马达旋转快于第一转角速度时减小第一容许峰值扭矩，并且第二模式在第二马达旋转快于第二转角速度时减小第二容许峰值扭矩。

在该方法的一个或多个实施例中，第二控制器还被配置成在第二马达旋转快于第一转角速度时以中间模式操作第二马达。

在一个或多个实施例中，该方法还包括在交通工具内实施第二马达代替第一马达，以及在交通工具内实施第二逆变器代替第一逆变器。

本文提供了一种模块化驱动系统。该模块化驱动系统包括第一马达和第二马达。第一马达被配置成生成在第一扭矩带宽上的第一扭矩，并且具有第一定子、第一转子和在第一定子上的第一绕组。第一绕组具有第一匝数、第一导体面积和适于第一马达的第一峰值电流的第一绝缘体。第二马达被配置为生成在第二扭矩带宽上的第一扭矩，并且具有与第一定子匹配的第二定子、与第一转子匹配的第二转子和在第二转子上的第二绕组。第二绕组具有第二匝数、第二导体面积和适于第二电流增强马达的第二峰值电流的第一绝缘体。第二马达的第二峰值电流大于第一马达的第一峰值电流。第二马达的第二扭矩带宽比第一马达的第一扭矩带宽更宽。

在一个或多个实施例中，模块化驱动系统还包括第一逆变器，该第一逆变器被配置为以第一峰值电流向第一马达提供第一电功率，并且具有第一外壳体积和电容器体积；以及第二逆变器，被配置为以第二峰值电流向第二马达提供第二电功率，并且具有比第一外壳体积更大的第二外壳体积和比电容器体积更大的另一电容器体积。

在一个或多个实施例中，模块化驱动系统还包括第一控制器，该第一控制器联接到第一逆变器，并被配置为在第一马达旋转高于第一转角速度时命令磁场减弱；以及第二控制器，其联接到第二逆变器，并被配置为在第二马达旋转高于第二转角速度时命令磁场减弱。第二转角速度比第一转角速度更快。

在一个或多个实施例中，模块化驱动系统还包括联接到第一马达的单速齿轮箱；和联接到第二马达的多速齿轮箱。

本发明可以包括以下方案：

1.一种模块化驱动系统，包括:

第一马达，其被配置为生成在第一扭矩带宽上的第一扭矩，并且具有第一定子、第一转子和在所述第一定子上的第一绕组，其中所述第一绕组具有第一匝数、第一导体面积和适于第一马达的第一峰值电压的第一绝缘体；和

第二马达，其被配置为生成在第二扭矩带宽上的第一扭矩，并且具有匹配所述第一定子的第二定子、匹配所述第一转子的第二转子和在所述第二定子上的第二绕组，其中所述第二绕组具有第一匝数、第一导体面积和适于所述第二马达的第二峰值电压的第二绝缘体，

其中所述第二马达的所述第二峰值电压大于所述第一马达的所述第一峰值电压，并且所述第二马达的第二扭矩带宽比所述第一马达的第一扭矩带宽更宽。

2.根据方案1所述的模块化驱动系统，进一步包括:

第一逆变器，其被配置为以所述第一峰值电压向所述第一马达提供第一电功率，并且具有第一外壳体积和电容器体积；和

第二逆变器，其被配置为以所述第二峰值电压向所述第二马达提供第二电功率，并且具有所述第一外壳体积和所述电容器体积。

3.根据方案2所述的模块化驱动系统，进一步包括:

第一控制器，其联接到所述第一逆变器，并且被配置为在所述第一马达旋转高于第一转角速度时命令磁场减弱；和

第二控制器，其联接到第二逆变器，并被配置为在第二马达旋转高于第二转角速度时命令磁场减弱，

其中第二转角速度比第一转角速度更快。

4.根据方案3所述的模块化驱动系统，其中，所述第一控制器被配置为以第一模式操作所述第一马达，并且所述第二控制器被配置为以所述第一模式和所述第二模式交替操作所述第二马达。

5.根据方案4所述的模块化驱动系统，其中，当所述第一马达旋转快于所述第一转角速度时，所述第一模式减小第一容许峰值扭矩，而当所述第二马达旋转快于所述第二转角速度时，所述第二模式减小第二容许峰值扭矩。

6.根据方案5所述的模块化驱动系统，其中，所述第二控制器还被配置为在所述第二马达旋转快于所述第一转角速度时，以中间模式操作所述第二马达。

7.根据方案2所述的模块化驱动系统，其中，在交通工具中，实施所述第二马达代替所述第一马达，以及实施所述第二逆变器代替所述第一逆变器。

8.根据方案2所述的模块化驱动系统，其中，所述第一逆变器以第一脉冲宽度调制频率操作，所述第二逆变器以第二脉冲宽度调制频率操作，并且所述第二脉冲宽度调制频率大于所述第一脉冲宽度调制频率。

9.根据方案1所述的模块化驱动系统，进一步包括:

联接到所述第一马达的单速齿轮箱；和

联接到所述第二马达的多速齿轮箱。

10.一种用于生成模块化驱动系统的方法，包括:

创建第一马达，所述第一马达被配置为生成在第一扭矩带宽上的第一扭矩，并且具有第一定子、第一转子和在所述第一定子上的第一绕组，其中所述第一绕组具有第一匝数、第一导体面积和适于所述第一马达的第一峰值电压的第一绝缘体；和

创建第二马达，所述第二马达被配置为生成在第二扭矩带宽上的第一扭矩，并且具有与所述第一定子匹配的第二定子、与所述第一转子匹配的第二转子和在所述第二定子上的第二绕组，其中所述第二绕组具有第一匝数、第一导体面积和适于所述第二马达的第二峰值电压的第二绝缘体，

其中所述第二马达的所述第二峰值电压大于所述第一马达的所述第一峰值电压，并且所述第二马达的所述第二扭矩带宽比所述第一马达的所述第一扭矩带宽更宽。

11.根据方案10所述的方法，进一步包括:

创建第一逆变器，所述第一逆变器被配置为以所述第一峰值电压向所述第一马达提供第一电功率，并且具有第一外壳体积和电容器体积；和

创建第二逆变器，所述第二逆变器被配置为以所述第二峰值电压向所述第二马达提供第二电功率，并且具有所述第一外壳体积和所述电容器体积。

12.根据方案11所述的方法，进一步包括:

创建第一控制器，所述第一控制器联接到所述第一逆变器并且被配置为在所述第一马达旋转高于第一转角速度时命令磁场减弱；和

创建第二控制器，所述第二控制器联接到所述第二逆变器并且被配置成在所述第二马达旋转高于第二转角速度时命令磁场减弱，

其中所述第二转角速度比所述第一转角速度更快。

13.根据方案12所述的方法，其中，所述第一控制器被配置为以第一模式操作所述第一马达，并且所述第二控制器被配置为以第一模式和第二模式交替操作所述第二马达。

14.根据方案13所述的方法，其中，当所述第一马达旋转快于所述第一转角速度时，所述第一模式减小第一容许峰值扭矩，而当所述第二马达旋转快于所述第二转角速度时，所述第二模式减小第二容许峰值扭矩。

15.根据方案14所述的方法，其中，所述第二控制器还被配置为在所述第二马达旋转快于所述第一转角速度时，以中间模式操作所述第二马达。

16.根据方案11所述的方法，进一步包括:

在交通工具内实施所述第二马达代替所述第一马达；和

在所述交通工具内实施所述第二逆变器代替所述第一逆变器。

17.一种模块化驱动系统，包括:

第一马达，其被配置为生成在第一扭矩带宽上的第一扭矩，并且具有第一定子、第一转子和在第一定子上的第一绕组，其中所述第一绕组具有第一匝数、第一导体面积和适于第一马达的第一峰值电流的第一绝缘体；和

第二马达，其被配置为生成在第二扭矩带宽上的所述第一扭矩，并且具有匹配所述第一定子的第二定子、匹配所述第一转子的第二转子和在所述第二转子上的第二绕组，其中所述第二绕组具有第二匝数、第二导体面积和适于所述第二马达的第二峰值电流的第一绝缘体，

其中所述第二马达的所述第二峰值电流大于所述第一马达的所述第一峰值电流，并且所述第二马达的所述第二扭矩带宽比所述第一马达的所述第一扭矩带宽更宽。

18.根据方案17所述的模块化驱动系统，进一步包括:

第一逆变器，其被配置为以所述第一峰值电流向所述第一马达提供第一电功率，并且具有第一外壳体积和电容器体积；和

第二逆变器，其被配置为以所述第二峰值电流向所述第二马达提供第二电功率，并且具有比所述第一外壳体积更大的第二外壳体积和比所述电容器体积更大的另一电容器体积。

19.根据方案18所述的模块化驱动系统，进一步包括:

第一控制器，其联接到所述第一逆变器并且被配置为在所述第一马达旋转高于第一转角速度时命令磁场减弱；和

第二控制器，其联接到所述第二逆变器，并被配置为在所述第二马达旋转高于第二转角速度时命令磁场减弱，

其中所述第二转角速度比所述第一转角速度更快。

20.根据方案17所述的模块化驱动系统，进一步包括:

联接到所述第一马达的单速齿轮箱；和

联接到所述第二马达的多速齿轮箱

当结合附图时，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点从以下对实施本公开的最佳方式的详细描述中变得显而易见。

附图说明

图1是根据示例实施例的模块化驱动系统的示意图。

图2是根据模块化驱动系统的示例实施例的峰值扭矩作为转速的函数的曲线图。

图3是根据模块化驱动系统的示例实施例的峰值功率作为转速的函数的曲线图。

图4是根据模块化驱动系统的示例性实施例的校准方法的流程图。

图5是根据模块化驱动系统的示例性实施例使用校准映射的结果操作的曲线图。

图6是根据模块化驱动系统的示例性实施例的控制方法的流程图。

图7是根据模块化驱动系统的示例实施例的扭矩/功率作为转速的函数的曲线图。

图8是根据模块化驱动系统的示例实施例使用2x电压增强的四马达交通工具和二马达交通工具的示意图。

图9是根据模块化驱动系统的示例实施例使用2x电流增强的四马达交通工具和二马达交通工具的示意图。

图10是根据模块化驱动系统的示例实施例使用2x电压增强的三马达交通工具和二马达交通工具的示意图。

具体实施方式

本公开的实施例可以提供一种模块化驱动系统，其适于在具有宽范围操作体制的电动卡车和/或高性能交通工具中实施。可调转角速度和扭矩带宽通常允许单台机器适应主流和高性能应用。这些实施例总体上提供了模块化驱动技术/架构，模块化驱动技术/架构使用数量减少的现有较低功率电机来实现高效高性能电力推进系统，其中操作扭矩带被加宽。模块化驱动方案可包括创建两种或更多种可互换类型的马达、逆变器、齿轮箱、电池、冷却系统和/或控制器。创建可以包括设计、制作、制造和/或安装在两种或更多种类型的交通工具内的各种部件。

在各种实施例中，可以创建一个或多个电压增强或电流增强的永磁马达，以增加交通工具内的扭矩带宽和/或功率密度。在与多速齿轮箱组合时，增强马达可以满足低速扭矩标准。电压增强或电流增强可以减少磁场减弱，并从而改进高速效率和性能。

参考图1，示出了根据示例实施例的示例模块化驱动系统10的示意图。模块化驱动系统10通常包括第一驱动系统40和第二驱动系统100。第一驱动系统40可以包括多个第一逆变器42a-42b、多个第一马达44a-44b、多个第一齿轮箱46-46b、第一电池54、第一冷却系统56和第一控制器58。第一马达44a-44b可以包括多个第一转子48a-48b、多个第一定子50a-50b和多个第一绕组52a-52b。

第二驱动系统100通常包括第二逆变器102、第二马达104、第二齿轮箱106、第二电池114、第二冷却系统116和第二控制器118。第二马达104可以包括第二转子108、第二定子110和第二绕组112。

第一驱动系统40和第二驱动系统100可以在交通工具中实施。该交通工具可以实施为电动交通工具。在各种实施例中，电动交通工具可以包括但不限于载客交通工具、卡车、自主交通工具、混合动力交通工具、摩托车、船、火车和/或飞机。可以实施其他类型的电动交通工具来满足特定应用的设计标准。

第一驱动系统40可称为基本驱动系统。第一驱动系统40通常操作以向交通工具的驱动轮提供可变功率、可变扭矩和可变速度。第一驱动系统40可被配置成生成在标准化的一个功率单位扭矩带宽上的标准化的一个功率单位(1pu)的峰值功率/扭矩。

第一逆变器42a-42b可以实施多相逆变器电路。第一逆变器42a-42b通常操作以将第一dc电功率转换成适于为第一驱动系统40供电的第一多相电功率。第一dc电功率可以在250至400伏dc(直流)的范围内。

第一马达44a-44b可以实施永磁电动马达(或电机)。第一马达44a-44b通常操作以从自第一逆变器42a-42b接收的第一多相电功率产生第一功率/扭矩。在各种实施例中，第一马达44a可以联接到第一逆变器42a。第二马达44b可以联接到第二逆变器42b。其他类型的电动马达，例如感应马达，可以被实施以满足特定应用的设计标准。

第一齿轮箱46-46b可以实施单速齿轮箱。第一齿轮箱46a-46b可操作以将从第一马达44a-44b接收的第一功率/扭矩传递给第一驱动系统40的驱动轮。可以实施多速齿轮箱来满足特定应用的设计标准。

第一转子48a-48b可以实施永磁转子。第一转子48a-48b通常操作以从第一马达44a-44b内由第一绕组52a-52b生成的电磁场生成第一功率/扭矩。

第一定子50a-50b可以实施电磁定子。第一定子50a-50b通常操作以支撑围绕第一转子48a-48b的第一绕组52a-52b。每个第一定子50a-50b通常包括形成定子堆叠的一系列钢层压件。

第一绕组52a-52b可以实施多个导电绕组。第一绕组52a-52b设置在第一定子50a-50b中。第一绕组52a-52b可操作以从第一多相电功率生成用于旋转第一转子48a-48b的电磁场。

第一绕组52a-52b可以涂有第一绝缘体，以在各个绕组与定子堆叠之间提供第一级电绝缘。第一级电绝缘可适于隔离第一多相电功率中存在的高达第一峰值电压(例如，400伏dc)。

第一电池54可操作以向第一逆变器42a-42b提供第一dc电功率。第一dc电功率可以在250伏dc到400伏dc的范围内。第一电池54通常具有第一电池功率。

第一冷却系统56可操作从而为第一马达44a-44b和第一逆变器42a-42b提供冷却。第一冷却系统56通常具有第一冷却能力。

第一控制器58可以实施电驱动控制电路(或装置)。第一控制器58通常操作以通过控制第一逆变器42a-42b来控制第一马达44a-44b的操作。第一控制器58可以在硬件中实施和/或在硬件上执行的软件中实施。

第二驱动系统100可以称为宽扭矩带(wtb)驱动系统。第二驱动系统100通常操作以向交通工具的驱动轮提供可变功率、可变扭矩和可变速度。第二驱动系统100可以被配置成生成在一个功率单位到几个(例如，两个)功率单位的标准化的宽扭矩带宽上的一个功率单位到几个(例如，两个)功率单位的标准化的一个峰值功率/扭矩。

第二逆变器102可以实施多相逆变器电路。第二逆变器102通常操作来将第二dc电功率转换成适于为第二驱动系统100供电的第二多相电功率。第二dc电功率可以在250伏dc至1000伏dc的范围内(例如，800vdc)。

第二马达104可以实施永磁电动马达(或电机)。第二马达104通常操作以从自第二逆变器102接收的第二多相电功率产生第二功率/扭矩。在各种实施例中，第二马达104可以联接到第二逆变器102。其他类型的电动马达，例如感应马达，可以被实施以满足特定应用的设计标准。

通过相对于第一马达44a-44b增加第二马达104中使用的电压和/或电流，第二马达104可以具有比第一马达44a-44b更宽的扭矩带宽。在一些实施例中，第二马达104可以由相对于第一dc电功率的第一电压更高的第二dc电功率的第二电压供电。例如，由第二逆变器102和第二马达104使用的第二电压可以是由第一逆变器42a-42b和第一马达44a-44b使用的第一电压的倍数(例如两倍)。

在其他实施例中，相对于第一dc电功率的第一电流，第二马达104可以消耗更高的第二dc电功率的第二电流。例如，由第二逆变器102和第二马达104使用的第二电流可以是由第一逆变器42a-42b和第一马达44a-44b使用的第一电流的倍数(例如两倍)。

第二齿轮箱106可以实施多速(例如双速)齿轮箱。第二齿轮箱106可操作以将从第二马达104接收的第二功率/扭矩传递给第二驱动系统100的驱动轮。可以实施其他多速齿轮箱来满足特定应用的设计标准。

第二转子108可以实施永磁转子。第二转子108通常操作以从第二马达104内由第二绕组112生成的电磁场形成第二功率/扭矩。在各种实施例中，第二转子108的结构可以匹配第一转子48a-48b的结构。

第二定子110可以实施电磁定子。第二定子110通常操作来支撑围绕第二转子108的第二绕组112。第二定子110通常包括形成定子堆叠的一系列钢层压件。在各种实施例中，第二定子110的结构可以匹配第一定子50a-50b的结构。

第二绕组112可以实施多个导电绕组。第二绕组112设置在第二定子110中。第二绕组112可操作以从第二多相电功率生成用于旋转第二转子108的电磁场。

第二绕组112可以涂有第二绝缘体，以在各个绕组和定子堆叠之间提供第二级电绝缘。第二级电绝缘可适于隔离第二多相电功率中存在的高达第二峰值电压(例如，1000伏dc)。

第二电池114可操作以向第二逆变器102提供第二dc电功率。第二dc电功率可以在250伏dc至1000伏dc的范围内。第二电池114通常操作以向第二逆变器102提供第二电池功率。在各种实施例中，第二电池114的第二电池功率可以大于第一电池54的第一电池功率。

第二冷却系统116可操作为第二马达104和第二逆变器102提供冷却。第二冷却系统116通常具有第二冷却能力。在各种实施例中，第二冷却系统116的第二冷却能力可以大于第一冷却系统56的第一冷却能力。

第二控制器118可以实施电驱动控制电路(或装置)。第二控制器118通常操作以通过控制第二逆变器102来控制第二马达104的操作。第二控制器118可以在硬件中实施和/或在硬件上执行的软件中实施。

在各种实施例中，模块化驱动系统10可以用第二马达104来实施，第二马达104利用两倍于第一马达44a-44b的电压或两倍于第一马达44a-44b的电流。两倍电压或两倍电流可称为“2x”增强。如果实施基于电压的wtb技术，则除了绝缘额定值之外，第一马达44a-44b与第二马达104之间没有变化。如果实施基于电流的wtb技术，第二绕组112可以相对于第一绕组52a-52b重绕半圈。

使第二马达104消耗的电功率加倍通常导致第二逆变器102的额定功率相对于个别的第一逆变器42a-42b加倍。对于基于电压的wtb，相对于第一逆变器42a-42b中的每一个，第二逆变器102可以以2x额定电压和相同的(1x)额定电流来实施。对于基于电流的wtb，相对于第一逆变器42a-42b中的每一个，第二逆变器102可以以2x额定电流和相同的(1x)额定电压来实施。

为了实施2x增强，可以相对于第一逆变器42a-42b改变第二逆变器102的硬件。对于基于电压的wtb技术，第二逆变器可以以两倍(2x)额定电压和相同(1x)额定电流来实施。更高的额定电压可以通过用基于碳化硅（sic）的功率晶体管替换第一逆变器42a-42b中使用的基于硅（si）的功率晶体管来实现。碳化硅功率晶体管通常导致较小的第二逆变器102，而硅晶体管的相对较大的管芯面积被实施来补偿较高的“导通”电阻。第二逆变器102也可以相对于第一逆变器42a-42b将脉冲宽度调制频率加倍，以适应固定尺寸的内部电容器。第二逆变器102的设计可以不涉及相对于第一逆变器42a-42b的部件额定电流的变化。第一逆变器42a-42b和第二逆变器102中的其他部件可以具有相同的额定电流。

对于基于电流的wtb技术，相对于第一逆变器42a-42b中的每一个，第二逆变器102可以具有两倍(2x)的额定电流和相同的(1x)的额定电压。第二逆变器102中的(si)功率晶体管的管芯面积可以是第一逆变器42a-42b的管芯面积的两倍。第二逆变器102可以用双导体横截面来实施，以适应比第一逆变器42a-42b更高的电流。相对于个别第一逆变器42a-42b，第二逆变器102也可以具有两倍的电容器额定值。

第一控制器58可以通过适于基线(例如，第一模式)操作的单个校准表来编程。第二控制器118可以通过用于宽扭矩带操作的多个(例如，第一模式、可选的中间节点和第二模式)校准表来编程。多个校准表的使用可以是自动的和/或使用者(例如交通工具驾驶员)可选择的。

第一电池54的配置可以包括mseries×nparallel个电池电芯。第二电池114能够向第二逆变器102和第二马达104供应适当的电压和/或电流。对于基于电压的wtb技术，第二电池114可以重新配置为2mseries×(o+(n/2))parallel个电池电芯。变量n可以是偶数。变量o可以是适于实现1x额定电流的电池电芯的多个附加并联串(如果有的话)。对于基于电流的wtb技术，第二电池114可以被配置为mseries×(n+p)parallel个电池电芯。变量p可以是适于实现2x额定电流的多个附加并联串(如果有的话)。通常，基于电压的wtb或基于电流的wtb增强也可以由可重新配置的电池、降压-升压转换器和/或其他合适的电功率源供电。

虽然以上描述是针对2x增强情况，但是其他增强情况也可以以类似的方式实施。一般来说，对于bx的增强，其中b是增强系数:

峰值功率wtb=b*峰值功率base和峰值扭矩wtb=峰值扭矩base；

基于电压的增强:vwtb=b*vbase和iwtb=ibase；

基于电流的增强:iwtb=b*ibase和vwtb=vbase；以及

扭矩带wtb=b*扭矩带base。

参考图2，根据模块化驱动系统10的示例实施例，示出了示例峰值扭矩作为转速的函数的曲线图120。x轴可以以功率单位表示转速。y轴可以以功率单位表示峰值扭矩。

曲线122大致示出了第一马达(例如44a)的第一扭矩分布图。曲线124可以示出利用中间增强的第二马达104的中间扭矩分布图。曲线126大致示出了利用2x增强的第二马达104的第二扭矩分布图。

在第一马达44a在没有增强的情况下操作并且被驱动进入磁场减弱操作的情况下可能出现第一转角速度128。由于磁场减弱，第一马达44a的第一扭矩分布图122中的第一容许峰值扭矩可以在高于第一转角速度128的转速处下降。第一转角速度128通常限定第一马达44a-44b的第一扭矩带宽134。

在第二马达104以中间增强操作并被驱动进入磁场减弱操作的情况下，可能出现中间转角速度130。由于磁场减弱，第二马达104的中间扭矩分布图124中的中间容许峰值扭矩可能在高于中间转角速度130的转速处下降。中间转角速度130通常限定第二马达104的中间扭矩带宽136。

在第二马达104以双倍增强操作并被驱动进入磁场减弱操作的情况下可能出现第二转角速度132。由于磁场减弱，第二马达104的第二扭矩分布图126中的第二容许峰值扭矩可能在高于第二转角速度132的转速处下降。第二转角速度132通常限定第二马达104的第二扭矩带宽138。

参考图3，根据模块化驱动系统10的示例实施例，示出了示例峰值功率作为转速的函数的曲线图140。x轴可以以功率单位表示转速。y轴可以以功率单位表示峰值功率。

曲线142大致示出了第一马达(例如44a)的第一功率分布图。曲线144可以示出利用中间增强的第二马达104的中间功率分布图。曲线146大致示出了利用2x增强的第二马达104的第二功率分布图。

当转速从零增加到第一转角速度128时，第一马达(例如44a)和第二马达104的功率可以近似线性地增加。高于第一转角速度，第一马达44a在无增强下操作的功率可以变得近似恒定，如第一功率分布图142所示。高于中间转角速度130，以中间增强操作的第二马达104的功率可以变得近似恒定，如中间功率分布图144所示。第二功率分布图146可以示出，以2x增强操作的第二马达104可以在高于第二转角速度132的转速处变得近似恒定。

利用基于2x电压操作的模块化驱动系统10的标准化特性大致由表1描述如下:

利用基于2x电流的操作的模块化驱动系统10的标准化特性大致在表ii中描述如下:

参考图4，示出了根据模块化驱动系统10的示例性实施例的示例校准方法160的流程图。校准方法(或过程)160可以用模块化驱动系统10来实施。校准方法160通常包括步骤162、步骤164、决策步骤166、步骤168、步骤170、步骤172和步骤174。步骤的顺序是作为代表性示例示出。可以实施其他步骤次序来满足特定应用的标准。

在步骤162中，可以生成d轴和q轴通量查找表。在步骤164中，通量查找表可以被合并到电驱动规范中。决策步骤166可以确定校准是针对基线操作还是针对宽扭矩带宽操作。对于基线操作，步骤168可以为1pu电压操作或1pu电流操作的每安培最大扭矩(mtpa)/每伏特最大扭矩(mtpv)/每损耗最大扭矩(mtpl)操作生成第一校准映射(例如，映射1)。在步骤170中，可以从第一校准映射1中提取峰值扭矩(tp)与速度关系的曲线。在步骤174中，可以从第一校准映射中指定效率校准映射(例如，映射2.1)轮廓和/或性能校准映射(例如，映射2.2)轮廓。

对于性能操作，步骤172可以为2pu电压操作或2pu电流操作的每安培最大扭矩/每伏特最大扭矩操作生成第二校准映射(例如，映射2)。在步骤174中，可以从性能校准映射中指定效率校准映射(例如，映射2.1)轮廓和/或性能校准映射(例如，映射2.2)轮廓。基线校准映射可以存储在第一控制器58中。基线校准映射、效率校准映射和性能校准映射可以存储在第二控制器118中。

参考图5，根据模块化驱动系统10的示例性实施例，示出了使用给定校准映射的示例结果操作的曲线图180。x轴可以以功率单位表示转速。y轴可以以功率单位表示峰值扭矩。

第一马达44a-44b和第二马达104的性能可以基于使用者请求的转速和置于马达上的扭矩/功率载荷来控制。如第一模式182所示，第一控制器58可被校准以管控第一马达44a-44b的速度和扭矩，从而保持在第一扭矩分布图122内。第一模式182可以被称为基本模式，并且可以利用第一校准映射1。第二控制器118可以被校准从而以中间模式184和第二模式186管控第二马达104的速度和扭矩。中间模式184可以在第一扭矩分布图122内操作第二马达104。中间模式184可以被称为利用效率校准映射2.1并且不实施磁场减弱的效率模式。第二模式186可以在第二扭矩分布图126内操作第二马达104。第二模式186可以被称为利用性能校准映射2.2并且可以高于第二转角速度132时实施磁场减弱的性能模式。在各种情况下，即使第二马达104在第一扭矩分布图122内处于低速和/或低扭矩(例如，0.5pu的速度或0.25pu的峰值扭矩)，第二马达104也可以由第二扭矩分布图126控制。

参考图6，示出了根据模块化驱动系统10的示例性实施例的示例控制方法200的流程图。控制方法(或过程)200可以在第一控制器58和第二控制器118中实施。控制方法200通常包括步骤202、决策步骤204、步骤206、决策步骤208、步骤210、决策步骤212、决策步骤214、步骤216和步骤218。步骤的顺序作为代表性示例示出。可以实施其他步骤次序来满足特定应用的标准。

在步骤202中，可以为第一驱动系统40和第二驱动系统100的当前操作确定扭矩(t)、转速(ω)和配置模式。如果根据决策步骤204，配置模式是基线扭矩带模式(例如，实施第一马达44a-44b或第二马达104)，则在步骤206中第一控制器58和/或第二控制器118可以利用基线校准映射1。

如果根据决策步骤204，配置模式是宽扭矩带模式(例如，实施第二马达104)，则可以在决策步骤208中检查第二马达104的转速ω。如果根据决策步骤208，第二马达104的转速ω小于第一转角速度128(ωb)，则在步骤210中第二控制器118可以利用效率校准映射2.1。

如果第二马达104的转速ω大于第一转角速度128ωb，则在决策步骤212中，可以将第二马达104上的扭矩载荷与峰值扭矩tp进行比较。如果扭矩载荷小于峰值扭矩tp，则在步骤210中第二控制器118可以利用效率校准映射2.1。如果扭矩载荷大于峰值扭矩tp，则在决策步骤214中，第二控制器118可以确定第二马达104应该以中间(或效率)模式184还是第二(或性能)模式186操作。中间/效率模式184与第二/性能模式186之间的选择可以是使用者可选择的和/或由第二控制器118自动选择的。

当根据决策步骤214选择中间/效率模式时，在步骤216中可以将扭矩设定为峰值扭矩tp，并且在步骤210中第二控制器118可以利用效率校准映射2.1。当根据决策步骤214选择第二/性能模式时，在步骤218中第二控制器118可以利用性能校准映射2.2。

参考图7，根据模块化驱动系统10的示例实施例，示出了示例扭矩/功率作为转速的函数的曲线图220。x轴可以示出转速。y轴可以示出扭矩/功率。

各种实施例通常能够用单个第二马达104替换多个(例如两个)第一马达44a-44b。单个第二马达104可以实施电压增强马达或电流增强马达。两个第一驱动系统40可被实施以实现特定的功率和低速扭矩，如功率分布图146所示。在点222处，由两个第一驱动系统40产生的峰值扭矩可以根据第一扭矩分布图122减小。

单个第二驱动系统100通常提供与两个第一驱动系统40相同的功率，但不提供两个第一驱动系统40的低速扭矩。第二驱动系统100也可以实现指定的功率和低速扭矩，如功率分布图146所示。在点224处，由第二驱动系统1000产生的峰值扭矩可以根据第二扭矩分布图126减小。

为了获得更高的低速扭矩，第二驱动系统100可以包括多速(例如，双速)齿轮箱或差速器。多速齿轮箱通常将低速扭矩增加到更高的扭矩分布图226。除了2x之外，还可以实现其他增强比，以实现特定应用的设计标准。

用单个第二驱动系统100替换多个第一驱动系统40通常会减少芯损耗(例如，减半)。更少的第二逆变器102和更少的第二马达104的实施方式可以减小外壳尺寸和重量，导致改进的封装和减小的质量。使用多速差速器或齿轮箱也可以增强低速扭矩。

参考图8，根据模块化驱动系统10的示例实施例，示出了使用2x电压增强的示例四马达交通工具240和示例二马达交通工具250的示意图。四马达交通工具240可以使用四组第一驱动系统40来实施，以实现4pu能力。二马达交通工具250可以用两组第二驱动系统100来实施，以实现相同的4pu能力。

四组第一驱动系统40通常包括四个逆变器42a-42d、四个第一马达44a-44d和四个第一齿轮箱46a-46d。两组第二驱动系统100通常包括两个第二逆变器102a-102b、两个第二马达104a-404b(配置用于2x电压增强)和两个第二齿轮箱106a-106b。

四马达交通工具240和二马达交通工具250中的马达可以基于相同的定子、转子和绕组设计。交通工具240和250可以具有相同的固定电磁设计。相对于四马达交通工具240，二马达交通工具250可受益于基于电压增强的宽扭矩带宽操作、总逆变器封装体积和质量的一半、总马达体积和质量的一半以及减少的旋转损失。

参考图9，根据模块化驱动系统10的示例实施例，示出了使用2x电流增强的四马达交通工具240和示例二马达交通工具260的示意图。四马达交通工具240可以使用四组第一驱动系统40来实施，以实现4pu能力。二马达交通工具260可以用两组第二驱动系统100来实施，以实现相同的4pu能力。

四组第一驱动系统40通常包括四个逆变器42a-42d、四个第一马达44a-44d和四个第一齿轮箱46a-46d。两组第二驱动系统100通常包括两个(双倍宽)第二逆变器102c-102f、两个第二马达104a-404b(配置用于2x电流增强)和两个第二齿轮箱106a-106b。

四马达交通工具240和二马达交通工具260中的马达可以基于相同的定子和转子设计。交通工具240和260可以具有相同的固定电磁设计。相对于四马达交通工具240，二马达交通工具260可受益于基于电流增强的宽扭矩带宽操作，具有相同的总逆变器封装体积和质量，总马达体积和质量的一半，以及减少的旋转损失。

参考图10，根据模块化驱动系统10的示例实施例，示出了使用2x电压增强的示例三马达交通工具270和二马达交通工具250的示意图。三马达交通工具270可以使用三组第一驱动系统40来实施，以实现3pu能力。二马达交通工具250可以用两组第二驱动系统100来实施，以实现4pu能力。

三组第一驱动系统40通常包括三个逆变器42a-42c、三个第一马达44a-44c和三个第一齿轮箱46a-46dc。两组第二驱动系统100通常包括两个第二逆变器102a-102b、两个第二马达104a-404b(配置用于2x电压增强)和两个第二齿轮箱106a-106b。

三马达交通工具270和二马达交通工具250中的马达可以基于相同的定子、转子和绕组设计。两个交通工具270和250可以具有相同的固定电磁设计。相对于三马达交通工具270，二马达交通工具250可受益于基于电压增强的宽扭矩带宽操作、三分之二的总逆变器封装体积和质量、三分之二的总马达体积和质量、降低的旋转损失，并提供更高的功率容量。

本公开的实施例总体上提供模块化技术，模块化技术对于基线和高性能应用使用相同的马达部件。高性能可以通过宽扭矩带(电压增强或电流增强)操作来实现。模块化驱动系统方案通常允许固定的电磁设计和增加的稀土磁体的利用。带有双速齿轮箱的单个宽扭矩带宽机器可以提供与两个基线机器的性能类似的性能。宽扭矩带宽技术可以提供功率密度增加、改进的高速性能和改进的效率，同时减少驱动器的数量和封装体积/质量。

模块化驱动系统总体上提供模块化永磁电力推进系统和其他马达类型(例如感应、同步磁阻等)，其中马达电压或电流增加以提高基本速度(扭矩带)。模块化设计可包括保持机器绕组的固定峰值安培匝数，保持定子和转子芯、磁体和其他部件的固定设计。因此，给定的电机可以适应基线(主流)和高性能应用。

第二驱动系统可以用一个宽扭矩带宽机器替换单轴上的两台机器。对于基于2x电压或2x电流的设计，在相同峰值扭矩的情况下，增强可以使功率加倍。如果指定了额外的扭矩，增强的机器可以使用更高传动比的齿轮箱、多速变速器或可选的差速器。可以实施其他数量的机器/轴配置。在各种实施例中，可以实施不同于2x的增强比，以满足特定应用的设计标准。

虽然已经详细描述了实施本公开的最佳方式，但是熟悉本公开所涉及领域的技术人员将认识到在所附权利要求的范围内用于实施本公开的各种替代设计和实施例。