具有减小的扭矩脉动的开关磁阻马达制造技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及开关磁阻马达结构以及扭矩脉动的改进。本专利技术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。
技术介绍
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，并且本专利技术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。这就是本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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。根据本专利技术的一方面，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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.12 GB 1410450.91.一种开关磁阻马达，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙维尔·维纳马塔，亚历山德罗斯·米海利季斯，菲利普·托平，
申请(专利权)人：捷豹路虎有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB