本發(fā)明的教導(dǎo)總體上包括一種用于動(dòng)力系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)，更具體地，包括一種內(nèi)部永磁式電動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)：

電動(dòng)機(jī)利用電勢(shì)能以通過(guò)磁場(chǎng)與載流導(dǎo)線的相互作用產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩。一些電動(dòng)機(jī)還可以利用轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電能，從而用作發(fā)電機(jī)。內(nèi)部永磁式電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)子組件，該轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子鐵芯，圍繞該轉(zhuǎn)子鐵芯間隔設(shè)置交變極性磁體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

電動(dòng)機(jī)設(shè)置有轉(zhuǎn)子組件，該轉(zhuǎn)子組件具有轉(zhuǎn)子鐵芯，該轉(zhuǎn)子鐵芯配置成支撐圍繞轉(zhuǎn)子鐵芯間隔設(shè)置的永磁體以限定多個(gè)轉(zhuǎn)子極。轉(zhuǎn)子鐵芯具有多個(gè)轉(zhuǎn)子狹槽，所述多個(gè)轉(zhuǎn)子狹槽在每個(gè)轉(zhuǎn)子極處布置成多個(gè)阻擋層。多個(gè)阻擋層在轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)周邊和轉(zhuǎn)子鐵芯的外周邊之間彼此鄰近定位，并包括最接近內(nèi)周邊的第一阻擋層。永磁體設(shè)置在至少第一阻擋層中。定子組件包圍轉(zhuǎn)子組件。電動(dòng)機(jī)配置成在電動(dòng)模式下用作電機(jī)，在發(fā)電模式下用作發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)子組件、定子組件和永磁體配置有參數(shù)，所述參數(shù)選擇用以提供以電動(dòng)模式或以發(fā)電模式的電動(dòng)機(jī)的額定功率的預(yù)定效率、預(yù)定功率密度、預(yù)定轉(zhuǎn)矩密度、預(yù)定峰值功率范圍或預(yù)定最大速度中的至少一個(gè)。

電動(dòng)機(jī)可特別適合用在皮帶傳動(dòng)機(jī)器，例如混合動(dòng)力系統(tǒng)中。例如，電動(dòng)機(jī)可以與具有曲軸的發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用，其中皮帶傳動(dòng)系通過(guò)該曲軸可操作地與電動(dòng)機(jī)連接。電池可操作地連接到定子組件。電機(jī)控制器功率變換器模塊(MPIM)可操作地連接至定子組件。MPIM可配置成控制電動(dòng)機(jī)以實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)模式中電動(dòng)機(jī)使用來(lái)自電池存儲(chǔ)的電功率以增加曲軸的轉(zhuǎn)矩。MPIM可配置成控制電動(dòng)機(jī)以實(shí)現(xiàn)在發(fā)電模式中電動(dòng)機(jī)將曲軸的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為電池中的存儲(chǔ)電功率。

電動(dòng)機(jī)可用于汽車中的動(dòng)力系統(tǒng)，或者用在非汽車中，例如農(nóng)用車、海上交通工具、航空飛行器等。還應(yīng)當(dāng)理解，除了車輛，電動(dòng)機(jī)還可包括在裝置、施工設(shè)備、割草機(jī)等中。

可以從以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行的詳細(xì)描述中容易看出本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是具有轉(zhuǎn)子組件和定子組件的電動(dòng)機(jī)的第一實(shí)施例的示意性側(cè)視圖。

圖2是圖1的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子組件的示意性側(cè)視圖。

圖3是圖1的電動(dòng)機(jī)的定子組件的示意性側(cè)視圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的電動(dòng)機(jī)的第二實(shí)施例的示意性局部側(cè)視圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的電動(dòng)機(jī)的第三實(shí)施例的示意性局部側(cè)視圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的轉(zhuǎn)子組件的一個(gè)可選實(shí)施例的示意性局部側(cè)視圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的轉(zhuǎn)子組件的一個(gè)可選實(shí)施例的示意性局部側(cè)視圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的轉(zhuǎn)子組件的一個(gè)可選實(shí)施例的示意性局部側(cè)視圖。

圖9是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的轉(zhuǎn)子組件的一個(gè)可選實(shí)施例的示意性局部側(cè)視圖。

圖10是用于根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的轉(zhuǎn)子組件的轉(zhuǎn)子鐵芯的部分的示意性局部側(cè)視圖，該轉(zhuǎn)子組件具有12個(gè)轉(zhuǎn)子極。

圖11是用于根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的轉(zhuǎn)子組件的轉(zhuǎn)子鐵芯的部分示意性局部側(cè)視圖，該轉(zhuǎn)子組件具有6個(gè)轉(zhuǎn)子極。

圖12是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的定子組件的部分的示意性局部側(cè)視圖，該定子組件示出了兩個(gè)相鄰定子狹槽。

圖13是用于根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的定子組件的三相繞組的第一實(shí)施例的示意圖。

圖14是用于根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的定子組件的三相繞組的第二實(shí)施例的示意圖。

圖15是用于根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的定子組件的五相繞組的第一實(shí)施例的示意圖。

圖16是用于根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的定子組件的五相繞組的第二實(shí)施例的示意圖。

圖17是用于根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的定子組件的六相繞組的第一實(shí)施例的示意圖。

圖18是用于根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的定子組件的六相繞組的第二實(shí)施例的示意圖。

圖19是用于根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的定子組件的七相繞組的第一實(shí)施例的示意圖。

圖20是包括圖1的電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)的示意圖。

圖21是相對(duì)于根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的每單位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩(pu)以及每單位基礎(chǔ)功率的功率(pu)相對(duì)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)得到的曲線圖。

圖22是在根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的電動(dòng)機(jī)的發(fā)電模式期間，不同的每單位基礎(chǔ)功率的功率(pu)和速度(轉(zhuǎn)/分)的效率圖。

圖23是在根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)模式期間，不同的每單位基礎(chǔ)功率的功率(pu)和速度(轉(zhuǎn)/分)的效率圖。

圖24是在根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的電動(dòng)機(jī)的三相短路事件期間，轉(zhuǎn)子速度(轉(zhuǎn)/分)、每單位基礎(chǔ)功率的功率(pu)和每單位基礎(chǔ)電流的相A電流(pu)相對(duì)于時(shí)間(s)的曲線圖。

圖25是在根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的電動(dòng)機(jī)內(nèi)剩磁相對(duì)于磁體的矯頑磁性得到的曲線圖。

圖26是具有圖1中電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)的一個(gè)可選實(shí)施例的示意圖。

具體實(shí)施方式

參考附圖，其中，在各個(gè)附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的構(gòu)件，圖1示出了電動(dòng)機(jī)10具有定子組件12和轉(zhuǎn)子組件14。如本文中所述，電動(dòng)機(jī)10具有多相定子組件12和內(nèi)部永磁式輔助式同步磁阻轉(zhuǎn)子組件14，該轉(zhuǎn)子組件14配置成具有最佳設(shè)計(jì)和幾何形狀以滿足預(yù)定的操作參數(shù)。電動(dòng)機(jī)10特別適合優(yōu)化用作發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)提供再生模式以及轉(zhuǎn)矩輔助模式。特別地，電動(dòng)機(jī)10被設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)相對(duì)高的效率(比如超過(guò)預(yù)定輸出功率和速度范圍的85％效率)、相對(duì)高的功率密度(比如大于1500瓦)和/或高的轉(zhuǎn)矩密度(比如大于5牛米/升)、相對(duì)寬的峰值功率范圍(比如4-6千瓦)、至少18000轉(zhuǎn)/分(r/m)的最大速度、相對(duì)低的成本(通過(guò)使所需的永磁體數(shù)量最小化)、相對(duì)低的質(zhì)量和慣性(為了快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)司機(jī)想法的改變)、以及可裝入相對(duì)小的包裝空間。各種可選實(shí)施例中，包括可用于代替電動(dòng)機(jī)10的可選電動(dòng)機(jī)10A、10B(圖4和5)，以及可選轉(zhuǎn)子組件114A、114B、114C、114D、114E和114F(圖6-11)，和可選定子組件(圖12)同樣具有最佳的設(shè)計(jì)和幾何形狀以滿足相同的預(yù)定操作參數(shù)。在發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中，任何一個(gè)這些實(shí)施例都可用在如圖20所示的動(dòng)力系統(tǒng)300中，以提供發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模式、再生模式以及轉(zhuǎn)矩輔助模式。

參照?qǐng)D1-3，定子組件12徑向地圍繞轉(zhuǎn)子組件14，在其間限定了空氣間隙16。電動(dòng)機(jī)10配置成使得空氣間隙16可以是不小于0.2毫米(mm)且不大于0.5mm(僅作為非限制性實(shí)例)，以便使功率最大，并使磁體20A、20B、20C的數(shù)目最多。定子組件12和轉(zhuǎn)子組件14通常均為環(huán)形，且圍繞電動(dòng)機(jī)10的縱向中心軸線A同心(圖20最佳所示)。定子組件12具有定子鐵芯30，轉(zhuǎn)子組件14具有轉(zhuǎn)子鐵芯18。定子鐵芯30和轉(zhuǎn)子鐵芯18均可以由沿軸線A軸向堆疊的多個(gè)疊片組裝而成。例如，圖20示出了定子疊片19的堆疊。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，電機(jī)殼體可以徑向地圍繞在定子疊片19的外周，并可以支撐電動(dòng)機(jī)10的電機(jī)軸29。殼體在圖20中未示出，以便可以看到疊片19。

轉(zhuǎn)子組件14包括轉(zhuǎn)子鐵芯18，轉(zhuǎn)子鐵芯18配置成支撐圍繞轉(zhuǎn)子鐵芯18間隔設(shè)置的多個(gè)永磁體20A、20B、20C。特別地，轉(zhuǎn)子鐵芯18具有多個(gè)轉(zhuǎn)子狹槽22、24、26、28，在本文中也稱為阻擋件或阻擋層，布置為多個(gè)阻擋層，包括第一阻擋層22、第二阻擋層24、第三阻擋層26和第四阻擋層28。第一阻擋層22最接近于轉(zhuǎn)子鐵芯18的內(nèi)周邊23。第二阻擋層24布置在第一阻擋層22和第三阻擋層26之間。第三阻擋層26布置在第二阻擋層24和第四阻擋層28之間。第四阻擋層28比阻擋層22、24和26距離內(nèi)周邊23更遠(yuǎn)。第四阻擋層28比第一阻擋層22以及比第二阻擋層24和第三阻擋層26的至少一部分更接近于轉(zhuǎn)子鐵芯18的外周邊25。阻擋層24、26和28徑向地在第一阻擋層22外部，且在第一阻擋層22的翼形段20B、20C之間。在所示實(shí)施例中，僅第一阻擋層22容納磁體20A、20B、20C。其它阻擋層24、26、28作為空氣阻擋層。在其它實(shí)施例中，阻擋層24、26、28的一個(gè)或多個(gè)還可以填充永磁體。例如，除了最外阻擋層外，所有阻擋層都可以填充磁體。進(jìn)一步地，如本文所示，每個(gè)轉(zhuǎn)子極40處的阻擋層的總數(shù)目可以不少于2個(gè)，且不多于5個(gè)。在任一實(shí)施例中，阻擋層中至少?gòu)较蜃钔鈱訛榭?即由于它不容納磁體或其它部件，僅含有空氣)。

轉(zhuǎn)子組件14配置成圍繞穿過(guò)電動(dòng)機(jī)10的中心縱向延伸的軸線A旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子鐵芯18剛性地連接于穿過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯18內(nèi)的軸開口31延伸的電機(jī)軸29并與其一起旋轉(zhuǎn)(僅圖20中示出)。軸開口31周圍的轉(zhuǎn)子鐵芯18的材料用作中心軸支撐件33。

定子組件12包括定子鐵芯30，定子鐵芯30具有多個(gè)周向間隔設(shè)置的定子狹槽32。定子狹槽32沿軸線A縱向延伸。定子狹槽32配置成容納多相定子繞組34。如圖13-19中進(jìn)一步所示和所述以及如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解，定子繞組34可以分為不同的組，每一組承載相同數(shù)目的電流相，比如三相、五相、六相、或七相。定子繞組34可以軸向地延伸超出定子鐵芯30的第一軸向端36和第二軸向端38，如圖20所示。不包括繞組34的任何延長(zhǎng)部分的疊片19的堆疊軸向長(zhǎng)度AL(即軸向端36、38之間沿軸線A的距離)在本文中也稱為電動(dòng)機(jī)10的有效長(zhǎng)度。作為非限制性實(shí)例，定子組件12的疊片19的外徑OD與軸向長(zhǎng)度AL的比值可以不小于1.5且不大于3.5，而且，作為非限制性實(shí)例，軸向長(zhǎng)度AL不超過(guò)60mm，外徑OD不超過(guò)136mm，以便滿足特定應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)10的預(yù)定包裝空間要求，比如在車輛動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用中。

參照?qǐng)D2，定子具有8個(gè)磁極40，至少部分地通過(guò)將永磁體20A、20B、20C置于通常周向布置在轉(zhuǎn)子鐵芯18內(nèi)的第一阻擋層22中、并通過(guò)選擇磁體20A、20B、20C的極性而設(shè)置所述8個(gè)磁極40。雖然示出了8個(gè)磁極40，但電動(dòng)機(jī)10可以配置成具有不同數(shù)目的磁極40。作為非限制性實(shí)例，磁極40的數(shù)目可以是6到12個(gè)，以滿足預(yù)定的轉(zhuǎn)矩、功率和包裝參數(shù)，同時(shí)保持在預(yù)定的噪音限制范圍內(nèi)。每個(gè)磁極40包括一組多個(gè)阻擋層22、24、26、28。所示出的磁極40通過(guò)徑向延伸穿過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯30的磁極邊界42而彼此隔開。每個(gè)磁極40包括由磁極40的對(duì)應(yīng)磁極邊界42所限定的轉(zhuǎn)子鐵芯30的所有材料。雖然每個(gè)磁極40具有徑向延伸穿過(guò)磁極40的中心的相似的磁極軸線44，但僅示出了其中一個(gè)磁極40的磁極軸線44。圖10示出了配置有12個(gè)磁極40的轉(zhuǎn)子組件114E的一個(gè)實(shí)施例。12組阻擋層22和磁體20A、20B和20C(比如圖1所示的那些)將徑向地布置在轉(zhuǎn)子組件114E內(nèi)的12個(gè)輻條84的外側(cè)。圖11示出了配置有6個(gè)磁極40的轉(zhuǎn)子組件114E的一個(gè)實(shí)施例。6組阻擋層22和磁體20A、20B和20C(比如圖1所示的那些)將徑向地布置在轉(zhuǎn)子組件114F內(nèi)的6個(gè)輻條84的外側(cè)。磁極的總數(shù)目從6個(gè)到12個(gè)，尤其地，磁極的總數(shù)目從6個(gè)到8個(gè)將使得滿足轉(zhuǎn)矩、功率、噪音和包裝要求。

轉(zhuǎn)子鐵芯18是所選的鋼材料，以保持高速旋轉(zhuǎn)應(yīng)力在預(yù)定限制范圍內(nèi)。作為非限制性實(shí)例，基于計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)子組件14的旋轉(zhuǎn)應(yīng)力分析表明第一阻擋層22的中心段60的最遠(yuǎn)端部分45經(jīng)受最大的旋轉(zhuǎn)應(yīng)力，而且，當(dāng)電動(dòng)機(jī)10在150℃下以20000轉(zhuǎn)/分的電動(dòng)模式操作時(shí)，基于材料特性，遠(yuǎn)端部分45處的應(yīng)力將保持為小于預(yù)定的最大允許旋轉(zhuǎn)應(yīng)力。

參照?qǐng)D1和3，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，定子鐵芯30具有圍繞定子鐵芯30周向布置的60個(gè)定子狹槽32，且在定子鐵芯30的內(nèi)周邊50處的開口朝向空氣間隙16。定子齒52將每個(gè)定子狹槽32分離，并配置具有保持定子繞組34的端部54。定子狹槽32的數(shù)目和轉(zhuǎn)子鐵芯18的磁極40的數(shù)目的最大公約數(shù)(GCD)為最大正整數(shù)，此最大正整數(shù)被定子狹槽32的數(shù)目和磁極40的數(shù)目整除而沒(méi)有余數(shù)。在所示實(shí)施例中，由于定子鐵芯30具有60個(gè)定子狹槽32，且轉(zhuǎn)子鐵芯18具有8個(gè)磁極40，因此GCD為4。在其它實(shí)施例中，GCD可以是不同的數(shù)目，優(yōu)選地大于或等于4。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，其中轉(zhuǎn)子極的數(shù)目為6個(gè)(見(jiàn)圖11)，定子狹槽的數(shù)目可以是48、72、90或108個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，其中轉(zhuǎn)子極的數(shù)目為8個(gè)(見(jiàn)圖1)，定子狹槽的數(shù)目可以是60、72、84、96或108個(gè)。

圖12示出了定子鐵芯30A的一部分中的兩個(gè)相鄰的定子狹槽32。穿過(guò)定子狹槽32徑向延伸的中心軸線CA由角度θ間隔開。假設(shè)定子狹槽32圍繞轉(zhuǎn)子鐵芯18均勻間隔，那么定子狹槽32的數(shù)目對(duì)應(yīng)于定子鐵芯30A中的角度θ。例如，如果角度θ為7.5°，那么定子狹槽的數(shù)目為48個(gè)。如果角度θ為6°，那么定子狹槽的數(shù)目為60個(gè)。如果角度θ為5°，那么定子狹槽的數(shù)目為72個(gè)。如果角度θ為4.28°，那么定子狹槽的數(shù)目為84個(gè)。如果角度θ為3.75°，那么定子狹槽的數(shù)目為96個(gè)。如果角度θ為3.33°，那么定子狹槽的數(shù)目為108個(gè)。

定子狹槽32的數(shù)目和磁極40的數(shù)目的最小公約數(shù)(LCM)是可同時(shí)被定子狹槽32的數(shù)目和磁極40的數(shù)目除盡的最小正整數(shù)。在圖1-圖3所示的實(shí)施例中，由于定子鐵芯30具有60個(gè)定子狹槽32，且轉(zhuǎn)子鐵芯18具有8個(gè)磁極40，所以LCM是120。在其他實(shí)施例中，LCM可為不同的數(shù)字，并且優(yōu)選地大于或等于48以將由于永磁體20A、20B、20C和定子鐵芯30的齒52之間的交互作用而產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩最小化。如果LCM小于72，偏斜的轉(zhuǎn)子組件可用以滿足轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要求。偏斜的轉(zhuǎn)子組件具有沿著旋轉(zhuǎn)軸線方向成角度放置的磁體(和因此具有的轉(zhuǎn)子極)。在非偏斜的轉(zhuǎn)子組件中，磁體(和因此具有的轉(zhuǎn)子極)保持在沿著旋轉(zhuǎn)軸線方向的相同的成角度位置。偏斜的轉(zhuǎn)子組件通常更為昂貴。因此，定子狹槽32的數(shù)目和磁極40的數(shù)目可選擇以便使得LCM大于或等于84并且使用非偏斜轉(zhuǎn)子組件。

參照?qǐng)D2，第一阻擋層22具有多個(gè)由轉(zhuǎn)子鐵芯18的材料相互間物理地間隔的不連續(xù)區(qū)段。具體地，區(qū)段包括容納磁體20A的中心段60。第一阻擋層22也具有第一和第二翼形段62A、62B；第一和第二翼形段62A、62B一般位于靠近朝向外周邊25的中心段60的相對(duì)兩端64A、64B的位置，并且成角度并遠(yuǎn)離彼此設(shè)置。中心段60設(shè)置為使得容納其中的磁體20A通常垂直于轉(zhuǎn)子鐵芯18的半徑而縱向延伸，并且半徑由磁極軸線44表示并示出。

為了節(jié)省成本，要求永磁體20A、20B和20C中的每一個(gè)都具有相同的矩形形狀。這可通過(guò)配置中心段60以及第一和第二翼形段62A、62B以具有相同厚度T1、T2、T3而實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)非限制性的實(shí)例中，厚度T1、T2和T3使得磁體20A、20B和20C的厚度可以在1.5mm到2.5mm內(nèi)以裝配于其內(nèi)。在本文中討論的實(shí)施例中，所用的磁體材料的總質(zhì)量(例如磁體20的質(zhì)量)大約在150克到250克之間。通過(guò)使用更少的但依然符合預(yù)先操作參數(shù)的磁體材料，成本降低。電動(dòng)機(jī)10的磁體可能都是相同材料，或者不同的磁體可為不同材料。

盡管永磁體20A、20B、20C形狀為矩形，中心段60和翼形段62A、62B具有更為復(fù)雜的形狀，并且中間部分通常為矩形，該中間部分適配于并固持磁體20A、20B、20C和在一端或兩端延伸的氣穴66。中心段60和層疊的轉(zhuǎn)子疊片上的翼形段62A、62B在軸線A方向的長(zhǎng)度可相等。在軸線A方向的中心段60和層疊的轉(zhuǎn)子疊片上的翼形段62A、62B的長(zhǎng)度可相等。通過(guò)這樣做，永磁體20A、20B和20C可具有相同的矩形形狀。多個(gè)磁體可在軸線A長(zhǎng)度方向上設(shè)置在對(duì)齊區(qū)段20A、20B、20C上。另外相應(yīng)的中心段60的寬度W1、W2、W3以及第一和第二翼形段62A、62B配置成使得磁體寬度大于5mm以裝配于其中。

中心段60和第一阻擋層22的翼形段62A、62B由轉(zhuǎn)子鐵芯18的材料相互分離。換言之，中心段60和翼形段62A、62B彼此分離且不連續(xù)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子鐵芯限定在中心段60和第一翼形段62A之間以及中心段60和第二翼形段62B之間的中間橋68。通過(guò)非限制性實(shí)例，轉(zhuǎn)子鐵芯18可配置成使得每個(gè)中間橋68的最小寬度WM不小于0.7mm且不大于2mm。最小寬度WM限定為中心段60和第一翼形段62A或第二翼形段62B之間的最小距離。中間橋68以此方式配置有助于滿足預(yù)先的電動(dòng)機(jī)10的旋轉(zhuǎn)應(yīng)力要求，并且最小化必需的磁體材料以潛在地降低制造成本。

轉(zhuǎn)子鐵芯18的材料也形成了第一和第二翼形段62A、62B中每一個(gè)和轉(zhuǎn)子鐵芯18的外周邊25之間的第一頂部橋70。通過(guò)非限制性實(shí)例，每個(gè)第一頂部橋70的最小寬度WT1不小于0.75mm且不大于2mm。

另外，轉(zhuǎn)子鐵芯18的材料形成了第二頂部橋72，第二頂部橋72在第二阻擋層24、第三阻擋層26、以及第四阻擋層28和外周邊25之間延伸。換言之，第二頂部橋72為每個(gè)轉(zhuǎn)子極40在轉(zhuǎn)子極40的第一和第二翼形段62A、62B與外周邊25之間的部分。為了說(shuō)明，圖2示出了第二頂部橋72之一的圓周角度擴(kuò)張78(例如，轉(zhuǎn)子鐵芯18的一段圓周)。通過(guò)非限制性的實(shí)例，每個(gè)第二頂部橋72的最小寬度WT2不小于1mm且不大于3mm。磁體20A、20B、20C創(chuàng)造了電動(dòng)機(jī)10中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的磁通量，并且也用于飽和頂部橋70以最小化磁通量分流效果。

為了大規(guī)模節(jié)約，轉(zhuǎn)子鐵芯18具有空腔80，空腔80在相鄰磁極40的第一阻擋層22的相鄰組的相鄰翼形段62A和62B之間。附加的空腔82位于第一阻擋層22徑向向內(nèi)和內(nèi)周邊23徑向向外的位置?？涨?0、82在磁通密度較低的轉(zhuǎn)子鐵芯18區(qū)域以降低轉(zhuǎn)子鐵芯18的重量和慣性力。這使得電動(dòng)機(jī)10具有快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，諸如當(dāng)車輛操作者改變操作需求從而潛在地增加車輛燃料經(jīng)濟(jì)性時(shí)。

空腔82設(shè)置為使得輻條84由轉(zhuǎn)子鐵芯18限定，轉(zhuǎn)子鐵芯18在鄰近的空腔82之間，并且在每個(gè)轉(zhuǎn)子極40的中心。也就是說(shuō)，輻條84居中處于中心段60和中心磁體20A下方。通過(guò)將輻條84設(shè)置為在中心段60的正下方，輻條84和磁極40徑向?qū)R使得每個(gè)磁極40的中心磁極軸線42貫穿中心段20A下方的相應(yīng)輻條84的徑向中心。相應(yīng)地，通過(guò)輻條84的轉(zhuǎn)子鐵芯材料的磁通量有助于磁化磁體20A、20B、20C。如由空腔82部分限定的那樣，在所示的實(shí)施例中的輻條84形狀上為非線形。輻條84通常在用作中心軸支撐件33的轉(zhuǎn)子鐵芯18的部分和中心段60之間徑向延伸。

通過(guò)在每個(gè)轉(zhuǎn)子極40上提供2到5個(gè)阻擋層，電動(dòng)機(jī)10的磁阻轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩，這有助于最小化成本。另外，徑向最內(nèi)阻擋層22由磁體20部分或全部填充。如果所述層的每個(gè)區(qū)段容納有磁體20，則該層“全部”由磁體20填充；并且如果所述層的至少一個(gè)區(qū)段為空，則該層僅部分地由磁體20填充。通過(guò)僅在某些阻擋層提供磁體20，成本降至最低。

圖4示出了可選的電動(dòng)機(jī)10A，電動(dòng)機(jī)10A可用于代替圖20中的動(dòng)力系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)300中的電動(dòng)機(jī)10。電動(dòng)機(jī)10A具有與電動(dòng)機(jī)10的定子組件相同的定子組件12，以及和電動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)子組件14相同的轉(zhuǎn)子組件14A，區(qū)別在于附加的磁體20填充滿了除最外阻擋層28以外的其他地方。換言之，在電動(dòng)機(jī)10中，只有徑向最內(nèi)(第一)阻擋層22由磁體20A、20B、20C填充。第二到第四阻擋層24、26和28為空(沒(méi)有保持磁體)。相反，在電動(dòng)機(jī)10A的轉(zhuǎn)子組件14A中，第一、第二、第三阻擋層22、24和26保持磁體，并且只有徑向最外(第四)阻擋層28為空。電動(dòng)機(jī)10A具有配置有8個(gè)磁極40的轉(zhuǎn)子鐵芯30以及配置有60個(gè)狹槽32的定子鐵芯30。

圖5示出了可選的電動(dòng)機(jī)10B，其可用于代替圖20的動(dòng)力系統(tǒng)300中的電動(dòng)機(jī)10。電動(dòng)機(jī)10B具有與圖4的轉(zhuǎn)子組件14A相同的轉(zhuǎn)子組件14A，以及與圖1的電動(dòng)機(jī)10的定子組件相同的定子組件12A，除了定子組件12A具有配置有96個(gè)狹槽32的定子鐵芯30B之外。

圖6示出了與電動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)子組件14相同的轉(zhuǎn)子組件114A，除了添加有附加的阻擋層26A之外，以使得這里有5個(gè)位于每個(gè)轉(zhuǎn)子極40處的阻擋層22、24、26、26A和28。像圖1的轉(zhuǎn)子組件14一樣，僅僅是阻擋層22來(lái)保持磁體20A、20B和20C。附加的阻擋層24、26、26A和28為空。

圖7示出了與電動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)子組件14相同的轉(zhuǎn)子組件114B，除了不存在阻擋層26之外，以使得僅有3個(gè)位于每個(gè)轉(zhuǎn)子極40的阻擋層22、24和28。像圖1的轉(zhuǎn)子組件14一樣，僅僅是阻擋層22來(lái)保持磁體20A、20B和20C，且附加的阻擋層24和28為空。

圖8示出了與電動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)子組件14相同的轉(zhuǎn)子組件114C，除了不存在阻擋層24和26之外，以使得僅有2個(gè)位于每個(gè)轉(zhuǎn)子極40處的阻擋層22和28。像圖1的轉(zhuǎn)子組件14一樣，僅僅是阻擋層22來(lái)保持磁體20A、20B和20C，且徑向最外阻擋層28為空。

圖9示出了與電動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)子組件14相同的轉(zhuǎn)子組件114D，除了總共兩個(gè)阻擋層22A和28B用于每個(gè)轉(zhuǎn)子極40處之外，且阻擋層22A和28A中的每個(gè)具有兩個(gè)以V形布置的非連續(xù)段。例如，阻擋層22A具有通常以V形布置的第一翼形段20B和第二翼形段20C。換句話說(shuō)，這里沒(méi)有如圖1中的中心段20A。類似地，阻擋層28A具有通常以V形布置的第一翼形段20D和第二翼形段20E。在所示的實(shí)施例中，阻擋層22A和28A兩者的所有段填充有磁體20。

圖13-19示出了多相定子繞組34A-34G的各個(gè)實(shí)施例，該多相定子繞組中的任何一個(gè)可用于任何本文討論的電機(jī)和定子組件的定子狹槽32中的定子繞組34。定子繞組34A-34G中的每個(gè)配置成提供交流電的不同數(shù)量的相。在圖13中示出的定子繞組34A為具有以星形配置(還稱作為Y形或Y字形配置)布置的三個(gè)終端35的三相定子繞組。定子繞組34A示出每匝37A有五圈，但可以具有從六圈每匝到十圈每匝的任意數(shù)量。

圖14示出的定子繞組34B為具有以三角形配置布置的三個(gè)終端35的三相定子繞組。定子繞組34B示出每匝37B有六圈，但可以具有從五圈每匝到十圈每匝的任意數(shù)量。

圖15示出的定子繞組34C為具有以五角星配置布置的五個(gè)終端35的五相定子繞組。定子繞組34C示出每匝37C有七圈，但可以具有從五圈每匝到十圈每匝的任意數(shù)量。

圖16示出的定子繞組34D為具有以替代的五角星配置布置的五個(gè)終端35的五相定子繞組。定子繞組34D示出每匝37D有八圈，但可以具有從五圈每匝到十圈每匝的任意數(shù)量。

圖17示出的定子繞組34E為具有以六角星配置布置的六個(gè)終端35的六相定子繞組。定子繞組34E示出每匝37E有九圈，但可以具有從五圈每匝到十圈每匝的任意數(shù)量。

圖18示出的定子繞組34F為具有以替代的六角星配置布置的六個(gè)終端35的六相定子繞組。定子繞組34F示出每匝37F有十圈，但可以具有從五圈每匝到十圈每匝的任意數(shù)量。

圖19示出的定子繞組34G為具有以替代的七角星配置布置的七個(gè)終端35的七相定子繞組。定子繞組34G示出每匝37G有五圈，但可以具有從五圈每匝到十圈每匝的任意數(shù)量。

電動(dòng)機(jī)10、10A或10B可以在許多應(yīng)用中使用，比如在車輛上，該電動(dòng)機(jī)10、10A或10B具有各種定子組件12、12A的任一種，各種定子繞組34A、34B、34C、34D、34E、34F或34G的任一種，各種轉(zhuǎn)子組件14、14A、114A、114B、114C、114D、114E或114F的任一種，以任意組合方式。使用的一個(gè)非限制性的實(shí)例在圖20中示出，其中電動(dòng)機(jī)10包括在車輛302的動(dòng)力系統(tǒng)300中。盡管示為電動(dòng)機(jī)10，電動(dòng)機(jī)10、10A或10B的任一可以用于動(dòng)力系統(tǒng)300中，該電動(dòng)機(jī)10、10A或10B具有各種定子組件12、12A的任一種，各種定子繞組34A、34B、34C、34D、34E、34F或34G的任一種，各種轉(zhuǎn)子組件14、14A、114A、114B、114C、114D、114E或114F的任一種，以任意組合方式。

動(dòng)力系統(tǒng)300還包括具有曲軸306的發(fā)動(dòng)機(jī)304。當(dāng)可選擇地接合的離合器322A接合時(shí)，皮帶傳動(dòng)系308可操作地將電動(dòng)機(jī)10和曲軸306連接。動(dòng)力系統(tǒng)300是混合動(dòng)力系統(tǒng)，并且更具體地是化石燃料電混合動(dòng)力系統(tǒng)，因?yàn)槌税l(fā)動(dòng)機(jī)14作為由諸如汽油或柴油提供能量的第一動(dòng)力源外，由存儲(chǔ)的電能提供能量的電動(dòng)機(jī)10可用于作為第二動(dòng)力源。電動(dòng)機(jī)10可被控制以用作電機(jī)或發(fā)電機(jī)，且當(dāng)可選擇地接合的離合器322A接合時(shí)，其經(jīng)由皮帶動(dòng)力系統(tǒng)308可操作地連接至發(fā)動(dòng)機(jī)304的曲軸306。皮帶傳動(dòng)系308包括與皮帶輪312接合的皮帶310。僅當(dāng)可選擇地接合的離合器322A接合時(shí)，皮帶輪312連接至電動(dòng)機(jī)10的電機(jī)軸29并隨之旋轉(zhuǎn)。皮帶310還與可連接的皮帶輪314接合以隨曲軸306旋轉(zhuǎn)。當(dāng)皮帶輪312連接以隨電動(dòng)機(jī)10旋轉(zhuǎn)和皮帶輪314連接以隨曲軸306旋轉(zhuǎn)時(shí)，皮帶傳動(dòng)系在電動(dòng)機(jī)10和曲軸306間確立了傳動(dòng)連接。在這種布置中電動(dòng)機(jī)10可以稱為皮帶-交流發(fā)電機(jī)-啟動(dòng)電機(jī)/發(fā)電機(jī)?？蛇x地，皮帶傳動(dòng)系308可以包括替代皮帶310的鏈條和替代皮帶輪312、314的鏈輪。皮帶傳動(dòng)系308的兩種這樣的實(shí)施例在此處稱為“皮帶傳動(dòng)系”。

電機(jī)控制器功率變換器模塊(MPIM)可操作地連接至定子組件12。如所示，MPIM 316直接安裝至電動(dòng)機(jī)10。電池318通過(guò)MPIM 316和通過(guò)一個(gè)或多個(gè)也可操作地連接至發(fā)動(dòng)機(jī)304的附加控制器320可操作地連接至定子組件12、變速器321、車輛輔助負(fù)載323和離合器322A、322B及324。為了清楚的目的，與發(fā)動(dòng)機(jī)304、變速器321和離合器322A、322B及324的可操作的連接在附圖中并未示出。與變速器321和離合器322A、322B及324的連接可以為電的、液壓的或其他方式。

當(dāng)離合器324接合時(shí)，且假設(shè)變速器321中的內(nèi)部離合器被控制以在變速器輸入構(gòu)件334和變速器輸出構(gòu)件336之間確立傳動(dòng)連接，在曲軸306和車輛車輪330之間可以通過(guò)變速器321和通過(guò)差速器332產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩傳遞。

在預(yù)定操作狀態(tài)下，控制器320可以導(dǎo)致離合器322B接合，且MPIM316可以控制電動(dòng)機(jī)10以用作電機(jī)。電動(dòng)機(jī)10然后可以經(jīng)由嚙合齒輪340、342驅(qū)動(dòng)曲軸306以啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)304。齒輪340安裝在軸346上并隨之旋轉(zhuǎn)，該軸346在離合器322B接合時(shí)隨電機(jī)軸29旋轉(zhuǎn)。齒輪342安裝在曲軸306上并隨之旋轉(zhuǎn)。離合器322A在發(fā)動(dòng)機(jī)304啟動(dòng)期間未接合。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)304啟動(dòng)時(shí)，并且當(dāng)滿足預(yù)定的操作條件時(shí)，MPIM 316配置成控制電動(dòng)機(jī)10以實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)模式中電動(dòng)機(jī)10使用來(lái)自電池318存儲(chǔ)的電功率以增加曲軸306的轉(zhuǎn)矩。這可稱為轉(zhuǎn)矩輔助模式。在所示實(shí)施例中,電池318具有12伏的額定電壓。像這樣，電池318提供適合于并用于為車輛的輔助負(fù)載323供電的電壓等級(jí)(12伏)，該電池318可包含內(nèi)部以及外部照明系統(tǒng)、加熱以及冷卻系統(tǒng)等。電動(dòng)機(jī)10通過(guò)皮帶傳動(dòng)系308增加轉(zhuǎn)矩，離合器322A被接合，而離合器322B不被接合。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)304啟動(dòng)且滿足其它預(yù)定操作條件時(shí)，MPIM 316配置成控制定子組件12里的功率流以實(shí)現(xiàn)在發(fā)電模式下，電動(dòng)機(jī)10將曲軸306的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成電池318內(nèi)的存儲(chǔ)電功率，離合器322A被接合，而離合器322B不被接合。將電動(dòng)機(jī)10操作為發(fā)電機(jī)讓曲軸306變慢。例如，在車輛制動(dòng)時(shí)可以建立發(fā)電模式。

圖26示出了動(dòng)力系統(tǒng)300A的另一個(gè)實(shí)施例，其中電動(dòng)機(jī)10經(jīng)由皮帶動(dòng)力系統(tǒng)308和皮帶輪312(即如圖20中所示的沒(méi)有離合器322A)持續(xù)地可操作地連接到曲軸306。在車輛加速期間，當(dāng)電動(dòng)機(jī)10由MPIM 316控制時(shí)，其能夠增加至曲軸306的轉(zhuǎn)矩以作為電機(jī)進(jìn)行操作，并且在剎車或充電期間，當(dāng)電動(dòng)機(jī)10由MPIM 316控制時(shí)，其可以由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)以作為發(fā)電機(jī)進(jìn)行操作。啟動(dòng)電機(jī)350具有與齒輪340連接從而一起旋轉(zhuǎn)的電機(jī)軸346A。啟動(dòng)電機(jī)350因此連續(xù)地并可操作地經(jīng)由齒輪340、342連接至曲軸306并且由控制器320控制用于在預(yù)定的操作條件(諸如冷啟動(dòng)或自動(dòng)啟動(dòng))下啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)304。冷啟動(dòng)是車輛停止工作后的發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。自動(dòng)啟動(dòng)是車輛操作期間暫時(shí)停止工作后的發(fā)動(dòng)機(jī)304的啟動(dòng)，諸如緊隨遇到交通燈車輛的停止后。或者，在一個(gè)實(shí)施例中，可以控制電動(dòng)機(jī)10以啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)304，其中發(fā)動(dòng)機(jī)304較小并且皮帶輪312與皮帶輪314的比率允許足夠的轉(zhuǎn)矩。另外，動(dòng)力系統(tǒng)300A的各部件如所述的起到關(guān)于動(dòng)力系統(tǒng)300的相同編號(hào)的部件的作用。

在圖20示出的應(yīng)用中或其它車輛動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)10配置成實(shí)現(xiàn)超過(guò)如在圖21中所示的預(yù)先確定的輸出功率和速度范圍的至少80％的效率(在電動(dòng)模式下)。電動(dòng)機(jī)10配置成實(shí)現(xiàn)至少85％的效率(在發(fā)電模式下)。預(yù)先確定的輸出功率范圍為1500到5000watts且該預(yù)先確定的速度范圍為1500-8000rpm。電動(dòng)機(jī)10配置成具有的最大速度是至少18000轉(zhuǎn)每分鐘。參照?qǐng)D21，曲線圖400示出在左側(cè)垂直軸402上電動(dòng)機(jī)10的每單位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩(pu)。電動(dòng)機(jī)10的每單位基礎(chǔ)功率的功率(pu)在右側(cè)垂直軸404上示出。以轉(zhuǎn)每分(rpm)計(jì)的轉(zhuǎn)子組件14的速度在水平軸406上示出。一些預(yù)先確定的操作參數(shù)，如電動(dòng)機(jī)10的幾何形狀具體地設(shè)計(jì)成滿足包括電動(dòng)峰值轉(zhuǎn)矩要求408(例如是大于16牛頓-米)、電動(dòng)功率要求410(例如是2.4千瓦)，和發(fā)電功率要求412(例如是4.4千瓦)。理論上由電動(dòng)機(jī)10實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩414超過(guò)電動(dòng)峰值轉(zhuǎn)矩要求408。理論上由電動(dòng)機(jī)10實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)功率超過(guò)電動(dòng)功率要求410。理論上由電動(dòng)機(jī)10實(shí)現(xiàn)的發(fā)電功率418的大小超過(guò)發(fā)電功率要求412。還示出了發(fā)電轉(zhuǎn)矩420，并且延伸至至少是18000rpm的電動(dòng)機(jī)10的速度。

圖22示出了電動(dòng)機(jī)10在14伏發(fā)電模式下操作的功率的圖解500。電動(dòng)機(jī)10的每單位基礎(chǔ)功率的功率(pu)在垂直軸502上示出。電動(dòng)機(jī)10以rpm的速度在水平軸504上示出。電動(dòng)機(jī)10的不同的操作效率的區(qū)域由虛線劃界示出，包括：94％的操作效率區(qū)506；92％的操作效率區(qū)508；90％的操作效率區(qū)510；88％的操作效率區(qū)512；85％的操作效率區(qū)514；80％的操作效率區(qū)516；大致為75％的操作效率區(qū)518；大致為65％的操作效率區(qū)520；大致為55％的操作效率區(qū)522；大致為45％的操作效率區(qū)524；大致為35％的操作效率區(qū)526；大致為25％的操作效率區(qū)528；大致為15％的操作效率區(qū)530；

圖23示出了電動(dòng)機(jī)10在11伏電動(dòng)模式下操作的效率的圖解600。電動(dòng)機(jī)10的每單位基礎(chǔ)功率的功率(pu)在垂直軸602上示出。電動(dòng)機(jī)10以rpm的速度在水平軸604上示出。電動(dòng)機(jī)10的不同的操作效率的區(qū)域由虛線劃界示出，包括：92％的操作效率區(qū)606；90％的操作效率區(qū)608；88％的操作效率區(qū)610；85％的操作效率區(qū)612；80％的操作效率區(qū)614；大致為75％的操作效率區(qū)616；大致為70％的操作效率區(qū)618；大致為65％的操作效率區(qū)620；大致為60％的操作效率區(qū)622；大致為55％的操作效率區(qū)624；大致為50％的操作效率區(qū)626；大致為45％的操作效率區(qū)628；大致為40％的操作效率區(qū)630；電動(dòng)機(jī)10配置成提供2500-7500rpm之間的至少85％的效率至發(fā)電模式，并且為某種功率級(jí)(例如1000瓦至2500瓦)之間的電動(dòng)模式提供1500-5000rpm的至少80％的效率。

圖24是遠(yuǎn)處左垂直軸702上的轉(zhuǎn)子組件14轉(zhuǎn)速(rpm轉(zhuǎn)速)，另一左側(cè)垂直軸704上的定子組件12的繞組34中的每單位基礎(chǔ)電流的相A電流(pu)，右側(cè)垂直軸706上的電動(dòng)機(jī)10的每單位基礎(chǔ)功率的功率(pu),和三相短路事件期間水平軸708上以秒計(jì)的時(shí)間的曲線圖700。短路事件通過(guò)連接繞組34的各相而發(fā)生，而轉(zhuǎn)子組件14以高速(例如，大于4000rpm)自由旋轉(zhuǎn)(即電機(jī)軸29上沒(méi)有轉(zhuǎn)矩)。曲線710示出了轉(zhuǎn)子組件14的所得速度。曲線712示出了相A的相電流。曲線714示出了電動(dòng)機(jī)10的功率損耗。在圖10示出的示例性的實(shí)施例中，實(shí)際的短路電流不小于預(yù)定值，例如，0.6乘以電動(dòng)機(jī)10的額定電流，且不大于預(yù)定值，例如0.95乘以電動(dòng)機(jī)10的額定電流。例如，在圖24示出的提供短路性能的實(shí)施例中，額定電流是320均方根Amps(Arms)且最大短路電流為268Arms。

采用相對(duì)強(qiáng)磁體材料以實(shí)現(xiàn)所述預(yù)定功率密度。例如，為了滿足功率要求，圖25中示出的磁體20的消磁曲線圖800在Y軸上具有剩磁(Br)802，在X軸上具有矯頑磁性。曲線圖801用于100℃的磁體20，而曲線圖803用于180℃的磁體20。剩磁具有值804，該值在100℃大于0.9特斯拉。X軸上的磁體20的矯頑磁性806具有絕對(duì)值808，該絕對(duì)值在100℃大于800千安培每米。消磁曲線圖803的曲線拐點(diǎn)810處的剩磁(Br)的值812小于0.15特斯拉.

雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，用于實(shí)施本發(fā)明的各種替換方面將包括在附屬的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。