CN106464114A - 具有减小的扭矩脉动的开关磁阻马达 - Google Patents

Abstract

本发明的各方面涉及开关磁阻马达以及通过包括磁通屏障的马达扭矩输出脉动的减小。在平行于马达轴的轴线延伸的位于转子或定子中的适当位置处包括磁通屏障可以改变马达的扭矩轮廓输出，从而显著地减小车辆传动系统中潜在的振动问题。

Description

具有减小的扭矩脉动的开关磁阻马达

技术领域

本发明涉及开关磁阻马达结构以及扭矩脉动的改进。

本发明的各方面涉及开关磁阻马达、对开关磁阻马达结构的改进、目的在于减小扭矩脉动的控制器以及控制方法；还涉及制造方法以及车辆。

背景技术

开关磁阻马达结构简单并且不需要永磁体或转子线圈/滑环来起作用。因此，开关磁阻马达在潜在用于混合动力和电动车辆时是廉价且具有吸引力的。

开关磁阻马达的功能是众所周知的，并且通常在三相(A相、B相、C相)布置下运行，其中，运动因转子与定子之间的气隙中的可变磁阻而产生。当定子绕组被激励从而产生单个磁场时，磁阻感应扭矩通过转子移动至其最小磁阻位置的趋势而产生。

经由逆变器来控制磁极开关，以调节马达周围的旋转磁场的速度并且因而调节马达输出的实际速度/扭矩。

由于转子与定子之间的高载荷，开关磁阻马达在使用期间长期遭受NVH(噪声、振动和粗糙度)问题，这进而导致壳体中高的机械应力。该问题可能因高的相切换频率和马达速度本身而加剧。当逆变器在一个相与下一个相之间切换时，由相对的极之间形成的径向力可能产生壳体噪声，力快速地沿径向被释放，进而在定子壳体中表现为振动。这种作用产生了直接的壳体产生的噪声并且是现有技术文献JP4797227B2的重点。

除了直接的马达壳体形成的噪声之外，还存在马达相关噪声的其他可能来源，例如由角马达扭矩输出中的变化导致的车辆振动以及涉及的传动系统振动。由于马达在其旋转时在相之间切换，因此在马达输出扭矩方面存在被称为扭矩脉动的波动。

在转子旋转期间并且当转子齿正在靠近下一个匹配的定子齿/极时，磁相由于以下原因而被接通：在定子起类似于磁体的作用的情况下，极对以及转子和定子彼此吸引。跨转子与定子之间的气隙而施加的切向力作用在转子上以使轴转动。施加至转子轴的角扭矩由于开关电流/定时、磁场强度和齿的几何形状而变化。在马达运转的同时被施加的扭矩中的变化被称为扭矩脉动，并且本发明力求减小扭矩脉动以及与扭矩脉动相关联的噪声问题，例如，可能的是，标准磁阻马达的扭矩脉动可能产生扭矩输出振荡，该扭矩输出振荡能够激励传动系统中的连接的旋转轴或齿轮或者实际上受所提到的振荡影响的围绕旋转部件的壳体。还可能的是，马达扭矩输出振荡可以经由在车身外壳上安装有部件的传动系统来将振动引入到车身外壳中。车身外壳上的独立安装的子系统部件如泵或隔热罩也可能被激励。

这就是本发明力求解决的马达扭矩脉动的问题。

当马达旋转时，在转子与定子之间存在扭转力和径向力二者。力和力的方向由在转子齿与定子/极之间当一者扫过另一者时产生的磁通线的流动方向和密度而确定。这些磁通线或力及其大小不断改变，但是能够使用可用的软件进行建模。

可以通过在定时意义上影响磁通线的方向和密度来显著改变马达的扭矩输出特性，以便显著减小扭矩脉动而不会过渡损耗马达扭矩能力。本发明力求概述如何能够以新的方式来调节这些力的线。

通常地，马达定子和马达转子通过堆积形成叠片的多层的压制(press)铁质材料而制成；然后，这些叠片使用常规方法被结合或被保持在一起以形成更长的叠堆(stack)。这些叠堆通常是实心的，不具有空隙或气隙，以便允许磁通或磁通线在马达运行期间不受阻碍地从转子流动到定子。叠片一般由特定的电工钢制成，该特定的电工钢可以已经添加了硅并且以优化轧制方向上的磁通密度的方式被轧制。使用电工钢可以将磁通密度增大高达30％。钢的磁性进一步受到在热处理期间被控制的冶金晶粒大小的影响。

还可以涂覆每个叠片以增大叠片之间的电阻并且因而减小涡电流及损耗。

已知的是，在转子结构和定子结构中有意地包括连续空隙或连续磁通屏障，以影响在马达运行期间的磁通路径。这被示出在专利JP4797227B2中，其中，专利JP4797227B2的重点在于减小定子壳体由于转子旋转时产生的径向力而引起的变形。

可以使用能够填充以空气或另一非磁性材料的空隙来形成磁通屏障。

本发明的目的是提供对开关磁阻马达设计的改进，以减小扭矩脉动的幅度以及持续时间，由此减小马达输出扭转振荡，并且因此改进所提到的能够被传递到车辆的其他部件的噪声及振动问题。

发明内容

本发明的各个方面涉及开关磁阻马达以及转子和/或定子内的非连续的、可选地沿轴向分布的磁通屏障的引入和/或结构。

根据本发明的一方面，提供了一种开关磁阻马达，该开关磁阻马达包括：转子部件；多个转子齿；定子部件；以及多个定子齿，其中，转子齿或定子齿中的一个或更多个具有共享沿着所述齿的纵向轴线延伸的共用轴线的一个或更多个非连续磁通屏障。

可以提供一种开关磁阻马达，该开关磁阻马达包括：转子部件；多个转子齿；定子部件；以及多个定子齿，其中，转子齿或定子齿中的一个或更多个具有沿着所述齿的纵向轴线对准的一个或更多个非连续磁通屏障。

在实施方式中，本发明可以包括所述纵向轴线基本平行于转子轴的旋转轴线而延伸的开关磁阻马达。

在实施方式中，本发明可以包括含有一个或更多个非连续磁通屏障的开关磁阻马达，其中，转子齿的纵向轴线相对于转子轴的旋转轴线沿着偏斜轴线延伸，从而在从马达输出的扭矩平滑的方面提供了进一步改进。

替代地，转子齿的纵向轴线可以相对于转子轴的旋转轴线偏斜。

在实施方式中，本发明可以包括一种开关磁阻马达，其中，转子齿或定子齿中均可以存在一个或更多个非连续磁通屏障，从而允许制造的灵活性。

在实施方式中，本发明可以包括一种开关磁阻马达，其中，在转子齿或定子齿中沿着所述齿的纵向轴线延伸的总的组合磁通屏障长度在转子的总的长度的30％与70％之间。

在实施方式中，本发明可以包括一种开关磁阻马达，其中，磁通屏障沿着磁通屏障轴线的轴线长度等距地被间隔开，可选地，所述磁通屏障轴线基本平行于转子轴的轴线而延伸或相对于马达轴的轴线而偏斜，这可以有助于平衡沿着轴的长度的载荷以及/或者减小转子轴线上的弯矩。

在实施方式中，本发明可以包括一种开关磁阻马达，其中，单个连续磁通屏障沿着所述齿中的任何一个的纵向轴线被放置在轴向中心位置处，这因其能够减小沿着转子的弯曲力而是有利的。

可选地，开关磁阻马达可以这样构造：转子中的磁通屏障与定子中的磁通屏障沿着x轴线跨气隙彼此相对地被对准，因而避免了由于偏移的磁通屏障布置导致的任何轴向推挤(thrust)的可能性。

在实施方式中，本发明可以包括一种开关磁阻马达，其中，磁通屏障的截面可以具有以下轮廓：所述轮廓被成形为使磁通线相对于气隙的弯曲部分的切线成更尖锐的角而形成。

在实施方式中，本发明可以包括一种开关磁阻马达，其中，磁通屏障的截面在垂直于马达轴的轴线被截取时是正方形、椭圆形、圆形、菱形、梯形或前述部分的组合，因而允许更灵活地控制磁通线可以遵循的路径。

在实施方式中，本发明可以包括一种开关磁阻马达，其中，一个或更多个磁通屏障内部容积可以被填充有空气、塑料或非铁金属中的一种或更多种。在磁通屏障容积中具有不同的材料可以提供增加转子部件或定子部件的刚度方面的优点，这在某些情况下可以提高总体马达部件的强度和刚度。这能够有助于减小具有较大磁通屏障的马达上的噪声和振动，较大磁通屏障本身例如仅由于为另外的中空空间而可能开始变成噪声的发射器。

在一方面，本发明可以包括一种用于控制开关磁阻马达的方法，其中，控制器被配置成在非连续磁通屏障正在改变磁通路径时改变任何相中的定子绕组电流。在非连续磁通屏障正在影响跨转子/定子气隙的磁力的同时控制瞬时马达驱动电流可以使马达的扭矩脉动输出平滑。

在实施方式中，本发明可以包括一种控制器，其中，该控制器被配置成抵消车辆传动系统谐振频率或扭转振荡失衡。通常，传动系统由具有不同的惯性和固有频率的许多相互作用的部件构成。有时，当传动系统在运行期间达到特定载荷和/或速度点时，不可预见的传动系统噪声输出可能成为问题。非连续磁通屏障的包括是采用可以对抗传动系统噪声的方式来潜在地减小或调整扭矩脉动的一种方式。以这种方式来使用控制器提供了改变激励电流以使得特定的谐振频率被消除的可能性。这可以通过确保避免特定磁通对准或构造来实现，或许通过在转子的旋转期间暂时停止齿在特定时间点或在特定的转子旋转位置处的激励来实现。

在实施方式中，本发明可以包括一种控制如权利要求中任何一项所要求保护的开关磁阻马达的方法，以便能够以可以有利于降低噪声和/或扭矩脉动的方式来控制马达电流。

在实施方式中，本发明可以包括一种制造开关磁阻马达的方法，其中，以使得在转子或定子被组装成叠堆时产生磁通屏障空隙的方式来冲压马达或定子叠片。这提供了廉价且快速的制造方法。

在本申请的范围内，可以清楚设想的是，可以单独地或以任何组合的方式来使用在前述段落、权利要求书中和/或在以下说明书以及附图中陈述的各个方面、实施方式、示例、替代方案及其具体地单独特征。结合一个实施方式描述的特征能够应用于所有的实施方式，除非这些特征不兼容。

附图说明

现将参照附图仅通过示例的方式来描述本发明的一个或更多个实施方式，在附图中：

图1是示出了用于标准开关磁阻马达的转子与定子之间的磁通路径的示图。

图2和图2a是示出了用于根据现有技术JP4797227B2已经添加了连续磁通屏障的开关磁阻马达的转子与定子之间的磁通路径的示图。

图3是穿过转子和定子的截面，其示出了根据本发明的实施方式的多个非连续磁通屏障的示例性分布。

图3a示出了磁通屏障设计的替代性实施方式，其中，在转子和定子中的每一个中具有长的单个非连续磁通屏障。

图4是根据图3的实施方式的磁通屏障沿着转子齿的分布的示例性实施方式的3D简图。

图5是示出了标准开关磁阻马达与根据现有技术JP4797227B2已经添加了连续磁通屏障的开关磁阻马达之间的每相扭矩特性的比较的曲线图。

图6是示出了由不具有磁通屏障的标准三相开关磁阻马达经历的扭矩脉动的示例的曲线图。

图7是示出了由根据现有技术JP4797227B2的包括连续磁通屏障的开关磁阻马达经历的扭矩脉动的示例的曲线图。

图7b是从根据本发明的三相开关磁阻马达输出的平均扭矩的曲线图。

图8是示出了由三相开关磁阻马达的3个独立设计经历的平均扭矩脉动的示例的曲线图。

图9示出了本发明的替代性实施方式的侧视图，其中，非连续磁通屏障可以应用于斜齿马达设计。

图9a示出了由图9a中示出的实施方式采用的单个转子齿的3d简图。

具体实施方式

本文参照附图来描述根据本发明的实施方式的开关磁阻马达。

尽管极能够被区分为已经通过电线圈被激励使得其具有磁性并且因而被称为磁极或极的齿，但是贯穿本说明书涉及齿和极的术语密切相关。

用于开关磁阻马达的通用马达结构由能够围绕其纵向轴线而旋转的轴构成，该轴耦接至转子芯，该转子芯径向向外延伸并且支承围绕转子等距间隔开的多个转子齿。

定子齿数和转子齿数的许多组合是可能的，例如6/4、8/6或12/8等，但是这并非穷举的列举。在给出的示例中，定子齿数与转子齿数为12/8。

图1示出了标准开关磁阻马达中的一对相互作用的转子齿和定子齿的截面，所述转子齿支承在转子芯(31)上。

示例性的单个转子齿(10)被示出为以气隙(14)紧密靠近定子齿(12)。多条磁通线(16)示出了磁场是如何在转子齿与定子极之间流动和相互作用的。磁通线将在转子齿移动经过定子极时动态地改变，并且由于跨气隙作用的力而在转子中产生的扭矩将在转子极沿箭头(R)的方向旋转经过定子极时极大地改变。

气隙(14)通常被最小化，以使马达的效率和扭矩输出最大化。可以看到的是，跨气隙(14)的磁通线以未受干扰的图案和角度流动，这进而产生特定的扭矩。

开关磁阻马达基于沿着磁路变化的磁阻而产生扭矩。当定子齿被激励时，齿变成磁性定子极并且吸引最接近的转子齿来趋于转子齿和定子齿对准。转子齿与定子极之间的磁通总是寻求通过最少电磁阻或最小磁阻的路径。扭矩由磁路的这种趋势产生，以采取最小磁阻的构造，并且取决于电流流动的方向。借助于适当的转子和定子的几何形状以及相继的相的连续激励，任一方向上的连续马达旋转是可能的。平均扭矩输出通常可以作为电流与转子相对于定子的相位角的函数被计算。转子极和定子极对的相对角度以及逆变器的开关特性会更加局部地影响瞬时扭矩并且因此会影响扭矩脉动。例如，当定子齿被激励因而吸引转子齿时，最初磁场吸引力将是弱的。当转子齿和定子极变得更重叠时，磁场强度将随着更多的磁通线将起作用而增强，从而增大齿之间的力。当齿接近对准时，力的切向分量(其产生扭矩)将在大部分力沿径向作用时减小。当齿达到对准位置时，将不产生切向力，此时逆变器将切断使定子极磁化的线圈。由于磁通屏障在其靠近气隙时使磁通线移位并且改变磁通线的角度，因此在转子齿和定子齿中包括磁通屏障可能会影响扭矩脉动。这进而改变了径向和切向两个方向上的力。

磁通屏障的包括具有使磁通线在转子齿和定子齿重叠期间移位的作用，并且能够与极激励电流的控制结合使用，以控制并且改变马达的角扭矩特性。

图1示出了部分转子齿和定子齿的重叠，因此在这种情况下，这些齿之间的径向力和切向力将会随着转子齿与定子齿更加对准而持续改变。使用三相逆变器开关装置来控制使转子相对于定子旋转的力，并且用于这种控制的技术是已知的。

图2是根据现有技术JP4797227B2的具有包括在转子齿和定子齿两者中的磁通屏障(26、28)的开关磁阻马达的轴向截面图。在图1和图2中均以相同的相对角度来绘制转子齿和定子齿的定向，并且可以看到的是，由于包括磁通屏障，图2中的磁通密度在与图1相比时是减小的。

图2a是示出了穿过转子和定子的截面的示图，其示出了根据现有技术JP4797227B2的连续磁通屏障。在该示例中，磁通屏障(136、138)分别连续地贯穿转子齿和定子齿(132、130)。转子磁通屏障(136)与轴线(X2)对准，并且定子磁通屏障(138)与轴线(X3)对准。具有中心轴线(X2)的转子磁通屏障(136)围绕且平行于轴线(X1)(其贯穿转子的芯)而旋转。

可以通过具有在冲压期间在齿区域中的每个叠片中压制出的另外的孔而在叠片的压制过程期间形成磁通屏障。这将涉及对压模的两侧进行小的修改。当转子叠片和定子叠片在与冲压后的磁通屏障旋转对准的共用轴线上被组装在一起时，堆积的叠片将产生所谓的叠堆，并且在叠堆内的齿区域中形成穿过叠片的平行于转子轴的轴线(X1)而延伸的磁通空隙或磁通屏障。根据现有技术JP4797227B2，磁通屏障可以如图2a中所示的那样是连续的。根据本发明的各方面和实施方式，取决于叠堆组装期间所使用的冲孔和非冲孔的压制叠片的组合，非连续磁通屏障可以按照图3或图4是多个非连续的，或者按照图3a是非连续的。

在图2中，转子磁通屏障(26)被示出为：从转子齿的中心线(CL1)朝向表面(S1)被偏移，并且定子磁通屏障(28)从定子齿中心线(CL2)朝向表面(S4)以相反方向被偏移。这些偏移是有意的，以便当转子齿沿箭头(A)的方向移动时并且当磁通屏障彼此经过时，可以以有利的方式(例如通过改进扭矩传递的平滑度或减小来自马达输出轴的扭矩脉动)来影响跨气隙作用的力。

转子磁通屏障(26)从转子齿的中心线(CL1)的偏移量可以大于或小于定子磁通屏障(28)从定子齿中心线(CL2)的偏移量，并且有利地，这可以通过改变穿过低磁阻区域的磁通路径而有助于使在转子齿经过定子极时从马达输出的扭矩平滑。

当将图1与图2(两者被示出具有处于相同的相对位置的齿)相比较时，可以看出的是，跨气隙(14)作用的磁通线(16)的数目在图1中为6，而在图2中仅为4。这表明在该旋转点处，磁场将更有力地作用在不具有磁通屏障的转子中，因为不具有磁通屏障的转子具有更有效的磁通线并且跨气隙的力更大。磁通屏障的存在排除了磁通线在该角旋转处跨重叠的转子齿和定子极流动的可能性，因而减弱了此时转子上的扭矩作用。实质上，如稍后将示出的那样，这延迟了最大扭矩在转子上的施加。图2中示出的连续磁通屏障一直轴向地延伸穿过转子和定子叠堆长度而没有间断，因此如结合现有技术文献JP4797227B2所描述的那样是连续的。

在如图2中所示的实施方式中，如果马达转子沿与箭头(A)相反的方向运转，则扭矩输出特性将是不同的。可能的是，扭矩输出具有更多的脉动，但是平均扭矩输出更高。由于通常设计反向齿轮以在反向方向上具有比向前方向上更大的扭矩能力，使得驾驶员总是能够倒出其开进的坡道，因此这在车辆中可以是有利的。因此，优选的是，将转子设计成沿作为主要向前方向的箭头(A)的方向旋转，因而在大多数驱动条件下提供更平滑的扭矩传递，但是在传统上增大的噪声潜在性较不重要的反向方向上具有更高的扭矩能力。

可以改变用于三相的逆变器控制的定时，以更好地调整扭矩输出，从而与由磁通屏障引起的改良的马达磁通线相适应。由于正扭矩借助于连续磁通屏障在较长周期内将是可用的，因此较长的传导周期中的较低的电流可以有助于使扭矩脉动平滑。

在这种情况下，磁通屏障可以简单地是空气空隙，或者磁通屏障可以包括任何非铁材料，如塑料、陶瓷材料或另一金属。磁通屏障可以仅位于转子齿或定子齿中的一个中。根据本发明的磁通屏障可以是沿着磁通屏障轴线具有并非填充有正常电工钢的磁通屏障的空间的非连续磁通屏障。磁通屏障在所提出的发明的情况下是非连续的，因此作为示例可以是多个并且由电工钢分离。

现有技术JP4797227B2在减小径向力产生的马达壳体噪声的目的下确定了连续磁通屏障，然而，所提出的使用非连续磁通屏障的本发明力求减小马达输出扭矩脉动(轴角扭矩变化和扭转轴振动)，马达输出扭矩脉动可能引起不同的噪声问题，特别是在被装配至车辆的情况下在车辆周围产生的噪声问题。

图3根据本发明示出了沿马达轴(33)的轴线(X1)截取的示例性截面，并且示出了共享平行于轴的轴线(X1)的共用轴线(X2、X3)的多个非连续磁通屏障。在该示例中，转子齿(32)具有共享共用轴线(X2)的4个非连续磁通屏障(36)，并且定子(30)具有共享共用轴线(X3)的4个非连续磁通屏障(38)。在该示例中，磁通屏障跨气隙(34)彼此轴向地对准并且在马达旋转时彼此经过。在该示例中，非连续磁通屏障(36、38)沿着例如图3中示出的径向线(Z1)对准。

在该示例中，磁通屏障沿着(X2)轴线和(X3)轴线延伸，并且磁通屏障在交替部段中包括转子/定子的轴向长度的50％。在该示例中，非连续(分段的)磁通屏障之间的间隔被填充有电工钢。磁通屏障部段和其间的电工钢的各自的百分比可以沿着(X2、X3)轴线变化。

从图2可以看出的是，由于不存在传输磁通线的磁介质，因此磁通线(16)不能延伸穿过磁通屏障(26、28)。磁通线遵循最小磁阻的路径，而这在轴向连续空隙的情况下将意味着磁通线在轴向连续空隙的周围被转向，如图2所示。由于磁通屏障的存在，磁通线的有效排除弱化了跨气隙(24)的磁场并且减小了瞬时扭矩能力。

图4是根据本发明的磁通屏障沿着转子齿的示例性分布的实施方式的3D简图。所示的转子齿(42)示出了沿着齿的长度的嵌入的磁通屏障(46)，当从外部观察时，该嵌入的磁通屏障是不可见的。

能够嵌入在转子和/或定子内部的磁通屏障的数目可以由磁通屏障的长宽比确定。重要的是，磁通屏障(46)的长宽比提供了在(X)轴线上的长度长于在(Y)轴线上的宽度的磁通屏障，如在图4中以磁通屏障(46)示出的那样。必须确保的是，磁通线的方向采用必须平行于(Y)轴线和(Z)轴线(即在YZ平面中)延伸的并且遵循叠片的层的路径。这确保了力的线作用在与马达的旋转方向相同的平面中，并且为减小扭矩脉动提供最大效果。

应当指出的是，如果X(即X2、X3)轴线中的非连续磁通屏障的长度因为没有足够的叠片已经被分层堆放在一起以在叠堆内形成磁通屏障而太短，那么磁通线将可能在X轴线方向上围绕磁通屏障而泄漏，这将违背减小扭矩脉动的原则。另外，在具有磁通屏障的叠片与不具有磁通屏障的叠片之间的每个交叉点处，磁通线将可能在交替的X轴线上围绕磁通屏障而泄漏，这违背了减小扭矩脉动的原则。出于这个原因，交叉点的数目(并且因此交替的叠片部段的数目)应该保持较低。

图9示出了本发明的替代性实施方式，其中，非连续磁通屏障(225)能够应用于斜齿马达设计。图9示出了具有斜转子齿(210)的开关磁阻转子组件(200)的侧视图。匹配的定子部件(未示出)可以具有常规的“直的”定子齿布置，或者可以如斜转子和斜定子结构领域中的技术人员能够理解的那样是部分偏斜的。另外，定子可以是偏斜部件，而转子可以是常规的直的结构。在图9的实施方式中，斜转子结构由支承转子(220)和斜齿(210)的中心轴(215)构成。斜齿(210)沿着轴线(X4)对准，并且示例性非连续磁通屏障(225)具有与斜齿(210)的沿着轴线(X4)的轴线平行延伸的轴线(X2)。

图9a示出了图9中所示的斜转子组件(200)的单个齿(250)。如在图9中那样，示例性的4个非连续磁通屏障(225)被示出为被嵌入在齿(250)的材料内，并且沿着轴线(X2)延伸。在该示例中，制造方法将仍然需要使用根据非偏斜方法的堆积叠片，然而，如本领域中的技术人员能够理解的那样，当组装斜转子时，每个相邻叠片将需要关于轴线(X1)旋转地错开小的固定量。通过使叠片在制造期间偏斜，非连续磁通屏障将自然地与平行于该偏斜的轴线对准，使得图9a中的非连续磁通屏障轴线(X2)将平行于斜齿的轴线(X4)。

转子组件(200)通常围绕轴线(X1)旋转，并且马达的偏斜特性具有提供马达的平稳运转的优点。

从附图可以看出的是，磁通屏障的截面在这些示例中基本上是正方形，但是磁通屏障的截面还可以是圆形、椭圆形或任何其他形状，并且仍然充当磁通屏障。为了清楚起见，如在图2中看出的，磁通屏障的截面形状能够以将迫使磁通量线进入从转子齿到定子极的特定路径的方式而被成形，并且这可能会影响围绕磁通屏障的磁通线的密度和方向，以便能够在转子齿经过定子极时改变马达扭矩轮廓。有利地，这将允许每相的单独扭矩曲线的轮廓通过磁通屏障的截面以及转子磁通屏障与定子磁通屏障之间的关系而在某种程度上被限定。此外，该磁通屏障的截面形状能够以使得可以确定组合三相扭矩输出的平滑度的方式而被成形。

图3和图4中所示的示例中的磁通屏障示出了由电工钢包围的均匀间隔的多个非连续磁通屏障(36、38、46)。在该示例中的间隔被示出为沿着(X)轴线是均匀的，但是该间隔可以是不均匀的。另外，该示例中的转子磁通屏障和定子磁通屏障在转子旋转时沿着(X2、X3)轴线对准且彼此平行，在另一实施方式中可以的是，磁通屏障可以沿着(X2、X3)轴线被偏移，以便转子中的磁通屏障与定子中的磁通屏障仍然彼此平行但不再对准。图3和图4中示出的均匀间隔有利地用于帮助力沿着转子轴的长度加载，以平衡力沿着轴的任何集束(beaming)或不均匀的分布。

图3a示出了替代性磁通屏障设计，其中，在转子(102)和定子(100)中的轴向中心位置处包括长的单个非连续磁通屏障(106、108)。此外，磁通屏障在(Z2)轴线上彼此对准，以便磁通屏障在转子旋转时彼此经过。

如前所述，磁通线必须跨气隙(104)，并且在由位置(110)处的磁通箭头(F1)指示的区域中，磁通线并未受到磁通屏障的阻碍，这进而在该区域中产生更高的径向力。已经表明的是，在如图2中所示的，存在磁通屏障并且磁通屏障在对准状态下彼此经过的情况下，当与不具有磁通屏障的图1相比时，跨气隙的磁通密度是减小的。这通过在图2中存在比图1更少的跨气隙的磁通线而得到证明。

因此，由于减小的磁通密度，磁通图案(其将围绕磁通屏障(106、108)关于图3a中的轴线(Z2)而作用)在径向方向上的强度将减小。这种特定结构的一个优点在于：更高的径向力作用在转子的更接近轴承支承件的端部处，相反地，减小的径向力朝向转子的径向轴承支承件减小的中心集中。这种设计方法可以很好地用于优化轴强度以及/或者使沿着轴的长度的集束/弯曲最小化。

图5是示出了标准12/8开关磁阻马达(52)与根据现有技术JP4797227B2具有额外的连续磁通屏障(54)的开关磁阻马达之间的每相扭矩特性的比较的曲线图。经过45度旋转，比较表明不具有连续磁通屏障的马达确实具有更早且更高的峰值扭矩输出(52P)。然而，具有连续磁通屏障的马达以较慢的速率产生扭矩(54)，并且以较低的最大扭矩(54P)达到峰值，但是扭矩衰减率也降低，从而提供总体更平滑的扭矩输出。

图6是示出了由在转子或定子中不具有磁通屏障的标准三相开关磁阻马达经历的扭矩脉动的示例的曲线图。本质上，该曲线图代表了3个独立的相，3个独立的相各自为图5中示出的单个相(52)，但是以规则的间隔被叠加以提供示出三相平均扭矩输出的合成扭矩线68。在该示例中，相“a”(62)、相“b”(64)和相“c”(66)以120度的相位角被叠加，并且合成平均扭矩输出(68)被示出为实线。图6示出了从平均扭矩输出(68)的峰值和谷值测量到的扭矩脉动幅度(69)约为110Nm，并且该扭矩脉动幅度对于这种类型的马达而言将被认为是正常的。

图7是示出了由特征在于根据现有技术JP4797227B2包括连续磁通屏障的三相开关磁阻马达经历的扭矩脉动的示例的曲线图。此外，根据图6，假设3个单独的相(72、74和76)以120度的相位角间隔被叠加。当与图6相比时，合成的总的平均扭矩(78)被示出为具有明显不同的特性。具有连续磁通屏障的开关磁阻马达示出了从总的扭矩线(78)获取的总的平均扭矩输出的从峰值到谷值约180Nm的更高的扭矩脉动幅度(79)。

这被说明为：单独的相形状现在以使得这种作用在相以120度的相位角被叠加时发生的方式被成形并且被间隔开，即使单独的相(54)的单独的峰值扭矩如作为示例的图5中所示的那样是较低的。作为结果，可以看出现有技术JP4797227B2已经减轻了其旨在解决的径向应力的问题，但是作为结果，现已加剧了扭矩脉动的问题。

这在比较两个清楚的设计选项(具有磁通屏障和不具有磁通屏障)时是有用的观察，但是在本公开内容中提出的新的且有创造性的构思超出了能够从这些曲线图以及前面提到的现有技术确定的构思。本发明的构思现假设为非连续磁通屏障设计，所述磁通屏障沿着与轴的轴线基本平行的轴线被间隔开，所述磁通屏障在给定示例中沿着如较前所描述的叠堆以50/50％的间隔分布而均匀地被间隔开。

根据本发明的各个方面和实施方式，通过制造各自具有采用如图3和图4所示的均匀分布(即具有50/50％分布)的多个非连续磁通屏障的转子和定子的组合，产生了大大减小的扭矩脉动的效果，而无较大的扭矩输出减小。

图7b是从根据本发明的三相开关磁阻马达(157)输出的平均扭矩的曲线图。可以看出的是，相比两个现有技术的示例极大地减小了扭矩脉动(177)，峰值至谷值仅为45Nm。

图8是示出了由3个不同的三相开关磁阻马达经历的平均扭矩脉动的示例的曲线图，为了比较，3个不同的三相开关磁阻马达全部位于相同的轴线上。不具有磁通屏障(82)的标准开关磁阻马达设计的总的平均扭矩输出示出为约110Nm的扭矩脉动(从图6获得的(69))，与具有穿过转子和定子(84)两者的连续磁通屏障的开关磁阻马达的总的平均扭矩输出具有约180Nm的扭矩脉动(根据图7的(79))相比，并且与具有根据示例性发明(86)的非连续50/50磁通屏障的开关磁阻马达的总的平均扭矩输出示出为约45Nm的最大扭矩脉动(根据图7b的(177))相比。

与图6(其为不具有磁通屏障的标准开关磁阻马达)相比，图7b中所示的本发明的实施方式的扭矩脉动被示出低了59％，这在马达的扭矩输出的平滑度方面是较大的改进，并且在减小扭矩脉动以及相关联的振动问题时被认为是较大的优点。此外，在相同的示例中，作用在定子上的径向力可以被示出为减小了约12％，这显著地降低了潜在的壳体噪声产生。这些改进被示出为仅随着平均扭矩输出中的小的合成减小而发生。

技术人员将理解的是，转子齿或定子齿中的磁通屏障在不沿着齿的整个长度延伸的情况下可以被认为是在本发明的含义内的“非连续”。因此，非连续磁通屏障在其所位于的齿中不提供通孔，然而，连续磁通屏障将在齿中提供通孔。在一些实施方式中，非连续磁通屏障可以完全嵌入在转子齿或定子齿内，以便磁通屏障在已组装的转子或定子中是不可见的。

可以意识到的是，在不脱离本申请的范围的情况下，可以对本发明进行各种改变和修改。现将在所附的编号段落中陈述本发明的进一步的方面：

1.一种开关磁阻马达，包括：

转子部件；

多个转子齿；

定子部件；以及

多个定子齿；

其中，所述转子齿或所述定子齿中的一个或更多个具有共享沿着所述齿的纵向轴线延伸的共用轴线的一个或更多个非连续磁通屏障。

2.如段落1所述的开关磁阻马达，其中，所述纵向轴线基本平行于转子轴的旋转轴线而延伸。

3.如段落1所述的开关磁阻马达，其中，所述纵向轴线相对于转子轴的旋转轴线而偏斜。

4.如段落1所述的开关磁阻马达，其中，在转子齿和定子齿中均可以存在一个或更多个非连续磁通屏障。

5.如段落1所述的开关磁阻马达，其中，沿着所述齿中的任何一个的纵向轴线的总的组合磁通屏障长度在转子的总长度的30％与70％之间。

6.如段落1所述的开关磁阻马达，其中，多个磁通屏障沿着磁通屏障轴线的长度等距地被间隔开。

7.如段落1所述的开关磁阻马达，其中，单个非连续磁通屏障沿着所述齿中的任何一个的纵向轴线被放置在轴向中心位置处。

8.如段落1所述的开关磁阻马达，其中，转子中的至少一个磁通屏障和定子中的至少一个磁通屏障跨所述转子与所述定子之间的气隙彼此相对地对准。

9.如段落1所述的开关磁阻马达，其中，磁通屏障的截面具有以下轮廓：所述轮廓被成形为使磁通线相对于气隙的弯曲部分的切线成更尖锐的角而形成。

10.如段落1所述的开关磁阻马达，其中，磁通屏障的截面在垂直于马达轴的轴线被截取时是正方形、椭圆形、圆形、菱形、梯形或前述部分的组合。

11.如段落1所述的开关磁阻马达，其中，一个或更多个磁通屏障的内部容积可以被填充有包括空气、塑料或非铁金属中的一种或更多种的填充物。

12.一种用于如段落1所述的开关磁阻马达的控制器，其中，控制器被配置成在非连续磁通屏障正在改变磁通路径时改变任何相中的定子绕组电流。

13.如段落12所述的控制器，其中，变化定子绕组电流以影响马达的扭矩输出轮廓。

14.如段落12所述的控制器，其中，控制器被配置成抵消车辆传动系统谐振频率或扭转振荡失衡。

15.一种通过使用如段落12所述的控制器来控制开关磁阻马达的方法。

16.一种用于如段落1所述的开关磁阻马达的制造方法，其中，以使得在转子叠片或定子叠片被组装成叠堆时产生非连续磁通屏障空隙的方式来冲压马达或定子叠片。

17.一种车辆，包括如以上段落所述的开关磁阻马达。

Claims (20)

1.一种开关磁阻马达，包括：

转子部件；

多个转子齿；

定子部件；以及

多个定子齿，

其中，所述转子齿或所述定子齿中的一个或更多个具有沿着所述齿的纵向轴线延伸的一个或更多个非连续磁通屏障。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻马达，其中，所述纵向轴线基本平行于转子轴的旋转轴线而延伸。

3.根据权利要求1所述的开关磁阻马达，其中，所述纵向轴线相对于转子轴的旋转轴线而偏斜。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的开关磁阻马达，其中，在所述转子齿和所述定子齿中均存在一个或更多个非连续磁通屏障。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的开关磁阻马达，其中，沿着所述齿中的任何一个的纵向轴线的总的组合磁通屏障长度在所述转子的总的长度的30％与70％之间。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的开关磁阻马达，其中，多个磁通屏障沿着磁通屏障轴线的长度等距地被间隔开。

7.根据权利要求1至5中的任一项所述的开关磁阻马达，其中，单个非连续磁通屏障沿着所述齿中的任何一个的纵向轴线被放置在轴向中心位置处。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的开关磁阻马达，其中，转子中的至少一个磁通屏障和定子中的至少一个磁通屏障跨所述转子与所述定子之间的气隙彼此相对地对准。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的开关磁阻马达，其中，所述磁通屏障的截面具有以下轮廓：所述轮廓被成形为使磁通线相对于所述气隙的弯曲部分的切线成更尖锐的角而形成。

10.根据前述权利要求中任一项所述的开关磁阻马达，其中，所述磁通屏障的截面在垂直于马达轴的轴线被截取时是正方形、椭圆形、圆形，菱形、梯形或前述部分的组合。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的开关磁阻马达，其中，一个或更多个磁通屏障的内部容积可以被填充有包括空气、塑料或非铁金属中的一种或更多种的填充物。

12.根据前述权利要求中任一项所述的开关磁阻马达，其中，所述一个或更多个非连续磁通屏障沿着从所述转子齿或所述定子齿的径向中心线偏移的纵向轴线延伸。

13.根据从属于权利要求4的权利要求12所述的开关磁阻马达，其中，所述定子齿中的磁通屏障从所述定子齿的径向中心线沿第一方向被偏移，并且所述转子齿中的磁通屏障从所述转子齿的径向中心线沿第二方向被偏移，所述第二方向与所述第一方向相反。

14.一种用于根据前述权利要求中的任一项所述的开关磁阻马达的控制器，其中，所述控制器被配置成在非连续磁通屏障正在改变磁通路径时改变任何相中的定子绕组电流。

15.根据权利要求14所述的控制器，其中，所述定子绕组电流被改变以影响所述马达的扭矩输出轮廓。

16.根据权利要求14或15所述的控制器，其中，所述控制器被配置成抵消车辆传动系统谐振频率或扭转振荡失衡。

17.一种通过使用根据权利要求14至16中的任一项所述的控制器来控制开关磁阻马达的方法。

18.一种用于根据权利要求1至13中的任一项所述的开关磁阻马达的制造方法，其中，以使得在转子叠片或定子叠片被组装成叠堆时产生非连续磁通屏障空隙的方式来冲压马达或定子叠片。

19.一种车辆，包括根据权利要求1至13或18中的任一项所述的开关磁阻马达。

20.如上文中参照附图3至附图10中的一个或更多个来描述的开关磁阻马达、马达车辆部件、转子或定子或者用于转子或定子的齿。