本發(fā)明主要包括用于動力系的電機(jī)，更具體地，包括內(nèi)部永磁電機(jī)。

背景技術(shù)：

電動機(jī)利用電勢能以通過磁場和電流載送導(dǎo)體之間的交互作用而產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩。通過使用轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電能，某些電動機(jī)也可用作發(fā)電機(jī)。內(nèi)部永磁電機(jī)具有轉(zhuǎn)子組件，轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子芯部，轉(zhuǎn)子芯部具有圍繞轉(zhuǎn)子芯部間隔開的交替極性的磁體。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

電機(jī)設(shè)置成用于雙電壓電力系統(tǒng)，雙電壓電力系統(tǒng)具有帶有第一額定電壓的第一能量存儲系統(tǒng)(HV-ESS)和帶有第二額定電壓的第二能量存儲系統(tǒng)(LV-ESS)。電機(jī)包括具有轉(zhuǎn)子芯部的轉(zhuǎn)子組件，轉(zhuǎn)子芯部配置為支撐在轉(zhuǎn)子芯部周圍間隔開以限定多個轉(zhuǎn)子磁極的永磁體。轉(zhuǎn)子芯部具有多個轉(zhuǎn)子槽，多個轉(zhuǎn)子槽布置為在每個轉(zhuǎn)子磁極處的至少一個的阻擋層。至少一個阻擋層位于轉(zhuǎn)子芯部的內(nèi)周界和轉(zhuǎn)子芯部的外周界之間。永磁體設(shè)置在至少一個阻擋層上。定子組件圍繞轉(zhuǎn)子組件。電機(jī)配置為操作地與HV-ESS連接以用作電動機(jī)和發(fā)電機(jī)中的至少一個。轉(zhuǎn)子組件、定子組件和磁體配置有參數(shù)，選擇所述參數(shù)以提供電機(jī)在額定功率下的預(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者。

電機(jī)可特別適用于混合動力系。例如，具有曲柄軸的發(fā)動機(jī)可與電機(jī)操作地連接。HV-ESS操作地連接到定子組件和相對較高電壓的電負(fù)荷。LV-ESS操作地連接到相對較低電壓的電負(fù)荷。DC-DC轉(zhuǎn)換器操作地連接到HVV-ESS和LV-ESS。電動機(jī)控制器功率轉(zhuǎn)換模塊(MPIM)操作地連接到定子組件。MPIM配置為控制電機(jī)以實現(xiàn)電動機(jī)驅(qū)動模式，在此模式下電機(jī)使用來自HV-ESS所存儲的電功率來向曲柄軸增加轉(zhuǎn)矩。MPIM配置為控制電機(jī)以經(jīng)由HESS向相對較高電壓的負(fù)荷供電，并且通過DC-DC轉(zhuǎn)換器和LV-ESS向相對較低電壓的負(fù)荷供電。在多個實施例中，至少一個阻擋層包括一或兩個阻擋層。例如，在多個實施例中，至少一個阻擋層包括第一阻擋層，第一阻擋層帶有兩個由轉(zhuǎn)子芯部的橋接部彼此間隔開且設(shè)置為V形的鄰近且不連續(xù)區(qū)段。

電機(jī)可用于機(jī)動車輛或非機(jī)動車輛的動力系，諸如農(nóng)用車、海上運輸工具、航空運輸工具等。還應(yīng)理解的是，電機(jī)可包括在車輛以外的裝置、施工設(shè)備、割草設(shè)備等中。

結(jié)合附圖，從以下執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式的詳細(xì)描述中可以很容易了解本發(fā)明的上述特征與優(yōu)點以及其他特征與優(yōu)點。

附圖說明

圖1示意性地示出了根據(jù)本教導(dǎo)的具有轉(zhuǎn)子組件和定子組件的電機(jī)的第一實施例的局部側(cè)視圖。

圖2示意性地示出了根據(jù)本教導(dǎo)的具有轉(zhuǎn)子組件和定子組件的電機(jī)的第二實施例的局部側(cè)視圖。

圖3示意性地示出了根據(jù)本教導(dǎo)的具有轉(zhuǎn)子組件和定子組件的電機(jī)的第三實施例的局部側(cè)視圖。

圖4示意性地示出了根據(jù)本教導(dǎo)的具有轉(zhuǎn)子組件和定子組件的電機(jī)的第四實施例的局部側(cè)視圖。

圖5為圖1中電機(jī)的磁體的示意性局部透視圖。

圖6示意性地示出了根據(jù)本教導(dǎo)的用于定子組件的三相繞組的第一實施例。

圖7示意性地示出了根據(jù)本教導(dǎo)的用于定子組件的三相繞組的第二實施例。

圖8示意性地示出了包括圖1中電機(jī)的動力系。

圖9示意性地示出了描述電系統(tǒng)布置的圖8中的動力系。

圖10為根據(jù)本教導(dǎo)的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)矩的每單位轉(zhuǎn)矩(pu)和基礎(chǔ)功率的每單位功率(pu)相對電機(jī)的速度(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))之間的曲線圖。

圖11是根據(jù)本教導(dǎo)的在電機(jī)發(fā)電模式下基礎(chǔ)功率的每單位功率(pu)和速度(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))之間的效率圖。

圖12是根據(jù)本教導(dǎo)的在電機(jī)三相短路事件時轉(zhuǎn)子速度(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))、基礎(chǔ)功率的每單位功率(pu)和基礎(chǔ)電流的相A單位電流(pu)相對時間(秒)的曲線圖。

圖13是根據(jù)本教導(dǎo)的包括圖1中電機(jī)的動力系的一個可選實施例的示意圖。

圖14是根據(jù)本教導(dǎo)的包括圖1中電機(jī)的動力系的一個可選實施例的示意圖。

具體實施方式

參照附圖，在所有附圖中相似參考標(biāo)號表示相似構(gòu)件，圖1示出具有定子組件12和轉(zhuǎn)子組件14的電機(jī)10。如本文討論，電機(jī)10具有多相定子組件12和內(nèi)部永磁體輔助同步磁阻轉(zhuǎn)子組件14，轉(zhuǎn)子組件14配置為最佳設(shè)計和幾何形狀以滿足預(yù)定的操作參數(shù)。電機(jī)10特別優(yōu)化用于帶有雙電壓電力系統(tǒng)317的動力系300(圖8所示)，雙電壓電力系統(tǒng)317包括具有第一額定電壓的第一電能儲存系統(tǒng)(HV-ESS)318A和具有小于第一額定電壓的第二額定電壓的第二電能儲存系統(tǒng)(LV-ESS)318B。例如，第一額定電壓可為48伏特，且第二額定電壓可為12伏特。

特別地，電機(jī)10設(shè)計為實現(xiàn)相對較高的效率，諸如85％的效率，超出在用于發(fā)電模式(也稱為再生模式)的預(yù)定輸出功率范圍(例如1500到12000瓦特)和速度范圍(例如2500每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)到7500rpm)；以及80％的效率，超出在用于電動機(jī)驅(qū)動模式(也稱為轉(zhuǎn)矩模式)的預(yù)定輸出功率范圍(例如1500到6000瓦特)和速度范圍(例如2000rmp到6500rmp)、相對較高的峰值功率密度(4千瓦/升)和/或高的轉(zhuǎn)矩密度(例如18牛頓-米(Nm)/升)、相對較寬的峰值功率范圍(例如在4500rpm和6000rpm之間的10千瓦)、至少18000rpm的最大速度、相對較低的成本(通過最小化永磁體所需數(shù)目)、相對較低的質(zhì)量和慣性(用于快速動態(tài)回應(yīng)駕駛者想法的變化)；并且電機(jī)10設(shè)計為適應(yīng)于相對較小的封裝空間。包括可選電機(jī)10A、10B和10C(圖2-圖4)且可替代電機(jī)10的各種可選實施例也具有最佳設(shè)計和幾何結(jié)構(gòu)以滿足預(yù)定操作參數(shù)。這些實施例中的任意一個可用在動力系300中，動力系300在圖8中以發(fā)動機(jī)皮帶驅(qū)動布置中示出從而提供發(fā)動機(jī)啟動、再生和轉(zhuǎn)矩輔助模式。

參照圖1，定子組件12徑向圍繞具有限定在其間的空氣間隙16的轉(zhuǎn)子組件14。電機(jī)10配置成使得空氣間隙16為預(yù)定寬度以最小化功率和最小化容納在轉(zhuǎn)子組件14中的磁體20的數(shù)目。定子組件12和轉(zhuǎn)子組件14二者形狀通常為環(huán)形且關(guān)于電機(jī)10(如圖8最佳示出)的縱向中心軸線A同心。定子組件12具有定子芯部30，轉(zhuǎn)子組件14具有轉(zhuǎn)子芯部18。定子芯部30和轉(zhuǎn)子芯部18二者可以由沿軸線A由軸向堆疊的多個疊片組裝而成。例如，圖8示出了成堆的定子疊片19。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，電機(jī)殼體可徑向圍繞定子疊片19的外周界，并能支撐電機(jī)10的電機(jī)軸29。殼體未示于圖8中使得疊片19將是可見的。

轉(zhuǎn)子組件14包括轉(zhuǎn)子芯部18，轉(zhuǎn)子芯部18配置成支撐在每個轉(zhuǎn)子磁極標(biāo)記為20A和20B的多個永磁體20。具體地，轉(zhuǎn)子芯部18具有多個轉(zhuǎn)子槽22、24，多個轉(zhuǎn)子槽22、24在本文還稱為阻擋件或阻擋層，阻擋層布置為包括第一阻擋層22和第二阻擋層24的多個阻擋層。第一阻擋層22最靠近轉(zhuǎn)子芯部18的內(nèi)周界23。第二阻擋層24位于第一阻擋層22與轉(zhuǎn)子芯部18的外周界25之間。第二阻擋層24位于第一阻擋層22徑向外側(cè)。在所示實施例中，僅第一阻擋層22容納磁體20A、20B。其他阻擋層24用作空氣阻擋件?？蛇x地，在本實施例或其他實施例中，第二阻擋層24可以填充有磁體20。仍進(jìn)一步地，僅第一阻擋層22的一些區(qū)段可以填充有磁體20。

轉(zhuǎn)子組件14配置成能圍繞軸線A旋轉(zhuǎn)，軸線A縱向延伸通過電機(jī)10的中心。轉(zhuǎn)子芯部18剛性地連接至電機(jī)軸29(僅示于圖8中)并隨其旋轉(zhuǎn)，電機(jī)軸29延伸通過轉(zhuǎn)子芯部18中的軸開口31。圍繞軸開口31的轉(zhuǎn)子芯部18的材料用作中心軸支撐件33。

定子組件12包括具有多個周向間隔開的定子槽32的定子芯部30。定子槽32沿軸線A縱向延伸。定子槽32配置成容納多相定子繞組34。定子繞組34可以分組到不同組，其每一組載送相同相數(shù)的電流，比如三個相，如圖6和7進(jìn)一步示出和描述，并如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣。定子繞組34可軸向延伸超過定子芯部30的第一和第二軸向端36、38，如圖8所示。疊片19的堆疊的軸向長度AL(即，沿軸向端36、38之間的軸線A的距離)，不包括翼34的任何延伸部，在本文還稱為電機(jī)10的有效長度。僅通過非限制性實例，定子組件12的疊片19的外徑OD與軸向長度AL的比值可以為不小于2.0且不大于3.5，且僅通過非限制性實例，其中軸向長度AL不超過60毫米(mm)，外徑OD不超過155mm以滿足電機(jī)10的特定應(yīng)用的預(yù)定填充空間需求，比如在車輛動力系中。

轉(zhuǎn)子芯部30具有8個轉(zhuǎn)子磁極40，8個轉(zhuǎn)子磁極40至少部分地通過將永磁體20A、20B放置到通常周向設(shè)置在轉(zhuǎn)子芯部18中的第一阻擋層22中以及通過磁體20A和20B的選定極性而建立。轉(zhuǎn)子磁極40中的僅兩個示于轉(zhuǎn)子組件14的局部四分之一視圖中，8個轉(zhuǎn)子磁極40圍繞轉(zhuǎn)子組件14均勻間隔開，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣。電機(jī)10作為替代可以配置成具有不同數(shù)目的磁極40。

每個磁極40包括一組多個阻擋層22、24。磁極40示出為通過徑向延伸通過轉(zhuǎn)子芯部30的磁極邊界42彼此分隔。每個磁極40包括由磁極40的相應(yīng)磁極邊界界定的轉(zhuǎn)子芯部30的所有材料。示出了磁極40中的僅一個磁極的磁極軸線44，盡管每個磁極40具有徑向延伸通過磁極40的中心的類似磁極軸線44。轉(zhuǎn)子磁極40的數(shù)目等于阻擋層22、24的組數(shù)，阻擋層22、24位于轉(zhuǎn)子組件14中的相等數(shù)目的輻條84的徑向外側(cè)?？傆?個轉(zhuǎn)子磁極促使?jié)M足轉(zhuǎn)矩、功率、噪音和包裝需求。轉(zhuǎn)子芯部18為選擇用以將高速旋轉(zhuǎn)應(yīng)力維持在預(yù)定極限內(nèi)的不銹鋼材料。

在圖1的示例性實施例中，定子芯部30具有60個定子槽32，定子槽32圍繞定子芯部30周向布置并朝空氣間隙16在定子芯部30的內(nèi)周界50處開口。定子齒52分離定子槽32中的每一個并配置有保持定子繞組34的端部54。定子槽32的數(shù)目和轉(zhuǎn)子芯部18的磁極40的數(shù)目的最大公約數(shù)(GCD)為除以定子槽32的數(shù)目和磁極40的數(shù)目而沒有余數(shù)的最大正整數(shù)。在所示實施例中，由于定子芯部30具有60個定子槽32且轉(zhuǎn)子芯部18具有8個磁極40，故GCD為4。在其他實施例中，GCD可以具有不同數(shù)目。

定子槽32的數(shù)目和磁極40的數(shù)目的最小公倍數(shù)(LCM)為除以定子槽32的數(shù)目和磁極40的數(shù)目的最小正整數(shù)。在圖2所示的實施例中，由于定子芯部30具有60個定子槽32且轉(zhuǎn)子芯部18具有8個磁極40，故LCM為120。在其他實施例中，由于永磁體20和定子芯部30的齒52之間的相互作用，LCM可以為不同數(shù)目，并優(yōu)選地選擇用以最小化頓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子槽32的數(shù)目和磁極40的數(shù)目可以選擇成使得LCM足夠大以啟動非歪斜轉(zhuǎn)子組件例如轉(zhuǎn)子組件14。在其它實施例中，例如可通過改變相鄰定子槽32之間的角間距來使用72、84、96、或108個定子槽，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣。第一阻擋層22具有多個分離、相鄰和不連續(xù)的區(qū)段，這些區(qū)段通過橋接部處(稱為底橋接部64)的轉(zhuǎn)子芯部18的材料物理地彼此分隔。具體地，這些區(qū)段包括第一和第二翼段62A、62B，他們位于底橋接部64的相對端并朝外周界25彼此成角度遠(yuǎn)離以建立V形結(jié)構(gòu)。在所示實施例中，橋接部64在最窄部分處為約0.75mm至約2mm寬。

第二阻擋層24為單槽且在所示的實施例中不容納磁體。換言之，磁體20僅在第一阻擋層22中。任選地，磁體20可以在阻擋層22、24中。參照圖1和5，為了節(jié)省費用，希望的是永磁體20A、20B中的每一個具有相同矩形形狀。這可以通過使第一和第二翼段62A、62B配置成具有相同厚度T1、T2來完成。在一個非限制性實例中，厚度T1、T2使具有1.5mm至4mm厚度的磁體20A、20B裝配在其中。此外，在本文所討論的實施例中，所使用磁體材料的總質(zhì)量(即，磁體20的質(zhì)量)為約150g至約350g。通過使用較少磁性材料但仍滿足預(yù)定操作參數(shù)，來降低成本。電機(jī)10的磁體可以全部是相同材料，或者磁體中的不同磁體可以是不同材料。

盡管永磁體20A、20B在形狀上呈矩形，但翼段62A、62B具有大體上呈矩形的中間部分的較復(fù)雜的形狀，其適合并保持永磁體20A、20B和在一端或兩端處延伸的氣穴66。在軸線A的方向上的堆疊轉(zhuǎn)子疊片的翼段62A、62B的長度可相等。在堆疊轉(zhuǎn)子疊片的軸線A的方向上的翼段62A、62B的長度可相等。通過這樣做，永磁體20A、20B能具有相同的矩形形狀。多個磁體在軸線A的長度方向上可定位在每個對齊段62A、62B中。因此，磁體20的長度L可配置成使得在對齊段62A、62B中所使用總數(shù)量的磁體堆疊在一起的總長度為60mm。另外，相應(yīng)第一和第二翼段62A、62B的寬度W2、W3配置成使寬度W上大于5mm的磁體裝配在其中。

轉(zhuǎn)子芯部18的材料還在每個第一和第二翼段62A、62B和轉(zhuǎn)子芯部18的外周界25之間形成了第一頂橋接部70。通過非限制性實施例，每個第一頂橋接部70的最小寬度WT1不小于1mm且不大于2mm。

另外，轉(zhuǎn)子芯部18的材料形成了第二頂橋接部72，其在第二阻擋層24和外周界25之間延伸。換言之，第二頂橋接部72是每個轉(zhuǎn)子磁極40的最窄部分，其處在轉(zhuǎn)子磁極40的第一和第二翼段62A、62B和外周界25之間。通過非限制性實施例，每個第二頂橋接部72的最小寬度WT2不小于0.8mm且不大于2.5mm。磁體20A、20B在電機(jī)10中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生磁通量并還用于飽和頂橋接部70、72以使磁通量分流效應(yīng)最小化。例如，本文公開的任意一項電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化磁鏈λ_rwn在峰值轉(zhuǎn)矩上大于約0.7。標(biāo)準(zhǔn)化磁鏈λ_rwn被限定為

其中λ_m、L_d和L_q是電機(jī)磁鏈，以及d、q是電機(jī)的感應(yīng)系數(shù)。磁體20是具有約33兆高斯奧斯特(MGOe)至約48MGO的最大能量積的鏑(Dy)-減少材料且配置成飽和橋接部70、72。如本文中所用，Dy-減少材料是按鏑重量計小于5％的磁性材料。

為了大規(guī)模節(jié)省，轉(zhuǎn)子芯部18具有空腔80，空腔80處在相鄰磁極40的第一阻擋層22的相鄰組的相鄰翼段62A、62B之間。額外空腔82位于第一阻擋層22的徑向內(nèi)側(cè)且位于內(nèi)周界23的徑向外側(cè)。空腔80、82處在轉(zhuǎn)子芯部18的相對較低的磁通密度區(qū)域以減少轉(zhuǎn)子芯部18的重量和慣性。諸如當(dāng)車輛駕駛員改變操作需求時，這能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)10的快速動態(tài)響應(yīng)能力，從而潛在地提高車輛燃料經(jīng)濟(jì)性。

對空腔82進(jìn)行定位，使得輻條84在空腔82的相鄰空腔之間由轉(zhuǎn)子芯部18來限定并且在每個轉(zhuǎn)子磁極40內(nèi)居中。也就是說，輻條84在底橋接部64下面居中。通過定位輻條84，使得它們在底橋接部64下面居中，輻條84與磁極40徑向?qū)R，使得每個磁極40的中心極軸線42在中心區(qū)段20A下面貫穿相應(yīng)輻條84的徑向中心行進(jìn)。相應(yīng)地，穿過輻條84的轉(zhuǎn)子芯部材料的磁通量有助于磁化磁體20A、20B。在所示的實施例中，輻條84在形狀上呈非線性，因為它們部分地由圓形空腔82來限定。輻條84通常在轉(zhuǎn)子芯部18用作中心軸支撐件33的部分和底橋接部64之間徑向地延伸。

通過在每個轉(zhuǎn)子磁極40處提供兩個阻擋層，電機(jī)10的磁阻轉(zhuǎn)矩是大的，這有助于使成本最小化。此外，徑向最內(nèi)部阻擋層22完全地或部分地由磁體20來填充。如果層的每個區(qū)段均容納磁體20，則該層“完全地”由磁體20來填充，且如果層的區(qū)段中的至少一個是空的，則該層僅部分地由磁體20來填充。通過在僅有的一些阻擋層中提供磁體20，使成本最小化。

圖2示出了可替換的電機(jī)10A，其可用于替代在圖20的傳動系統(tǒng)300中的電機(jī)10。電機(jī)10A具有除了總數(shù)為96的定子槽32圍繞定子組件12A周向隔開之外、與電機(jī)10的定子組件相同的定子組件12A。在其它實施例中，例如可通過改變相鄰定子槽32之間的角間距來使用60、72、84、或108個定子槽，正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣。電機(jī)10A具有除了額外磁體20填充第二阻擋層24之外與電機(jī)10的轉(zhuǎn)子組件14相同的轉(zhuǎn)子組件14A。換言之，在電機(jī)10中，僅有徑向最內(nèi)部(第一)阻擋層22由磁體20A、20B來填充。反之，在電機(jī)10A的轉(zhuǎn)子組件14A中，第一和第二阻擋層22和24保持磁體。電機(jī)10A的轉(zhuǎn)子芯部30與電機(jī)10的轉(zhuǎn)子芯部相同，且具有八個轉(zhuǎn)子磁極40。

圖3示出了可替換的電機(jī)10B，其可用于替代在圖20的動力系300中的電機(jī)10。電機(jī)10B具有與電機(jī)10的定子組件相同的定子組件12，以及除了轉(zhuǎn)子組件在每個轉(zhuǎn)子磁極40處具有第二阻擋層24(其包括兩個相鄰且非連續(xù)的彼此間隔開且以V形布置的區(qū)段24A、24B)之外與圖12的轉(zhuǎn)子組件14相同的轉(zhuǎn)子組件14B。這種布置可稱為“雙V”機(jī)器，如同第一阻擋層22和第二阻擋層24呈V形。類似于第一阻擋層22，轉(zhuǎn)子芯部30在相鄰區(qū)段24A、24B之間形成了底橋接部64，其在寬度上是約0.75mm至2mm。磁體20同時設(shè)置在第一阻擋層22和第二阻擋層24。磁體除了第一阻擋層22之外可設(shè)置在第二阻擋層24的某些或全部區(qū)段24A、24B?？蛇x地，磁體20可設(shè)置在第一阻擋層22的僅僅某些或全部區(qū)段62A、62B并且第二阻擋層24可以為空。相應(yīng)地，電機(jī)10B是八個轉(zhuǎn)子磁極40、60個定子槽32、雙V形電機(jī)。在其它實施例中，例如可通過改變相鄰定子槽32之間的角間距來使用72、84、96、或108個定子槽，正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣。

圖4示出了具有除了沒有第二阻擋層24之外與圖3的電機(jī)10B的轉(zhuǎn)子組件14B相同的轉(zhuǎn)子組件14C的電機(jī)10C。相應(yīng)地，轉(zhuǎn)子組件14C僅具有第一阻擋層22。這種布置可稱為“單V”機(jī)器。磁體20顯示為設(shè)置在第一阻擋層22的兩個區(qū)段62A、62B?？蛇x地，磁體20可在八個轉(zhuǎn)子磁極40處設(shè)置在少于全部的第一和第二區(qū)段62A、62B。例如，磁體20可設(shè)置在僅第一區(qū)段62A、僅第二區(qū)段62B、或僅在轉(zhuǎn)子磁極40的某處的第一區(qū)段62A和僅在轉(zhuǎn)子磁極40的其它處的第二轉(zhuǎn)子區(qū)段62B。相應(yīng)地，電機(jī)10C是八個轉(zhuǎn)子磁極40、60個定子槽32、單V形電機(jī)。在其它實施例中，例如可通過改變相鄰定子槽32之間的角間距來使用72、84、96、或108個定子槽，正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣。

圖6和7示出了多相定子繞組34A、34B的不同實施例，多相定子繞組34A、34B中的任何一個在本文中所討論的任意電機(jī)和定子組件的定子槽32中可用作定子繞組34。此外，在本教導(dǎo)的范圍內(nèi)可使用具有其它構(gòu)造的多相定子繞組。圖6中所示的定子繞組34A是具有以星形構(gòu)造(也稱為Y或wye構(gòu)造)布置的三個端子35的三相定子繞組。定子繞組34A顯示為每線圈37A有16匝，但可具有每線圈12至32匝之間的任何數(shù)值。

圖7所示的定子繞組34B是三相定子繞組，其具有按三角形布局設(shè)置的三個端子35。所示定子繞組34B的每個線圈37B有32匝，但每個線圈可以有12-32匝。

電機(jī)10、10A、10B或10C具有以任意形式組合的各種定子組件12或12A中的任一個，各種定子繞組34A或34B中的任一個，和各種轉(zhuǎn)子組件14、14A、14B或14C中的任一個，可在多種應(yīng)用中使用，例如在車輛上使用。一個非限制性實例使用如圖8所示，其中電機(jī)10包括在車輛302的動力系300內(nèi)。雖然示出為電機(jī)10，但電機(jī)10、10A、10B或10C中的任一個具有以任意形式組合的各種定子組件12或12A中的任一個、各種定子繞組34A或34B中的任一個、各種轉(zhuǎn)子組件14、14A、14B或14C中的任一個，可用于動力系300。

動力系300還包括具有曲柄軸306的發(fā)動機(jī)304。皮帶傳動系統(tǒng)308可操作地將電機(jī)10與曲柄軸306連接?？梢园ㄟx擇性接合離合器，用于將發(fā)動機(jī)曲柄軸306與皮帶傳動系統(tǒng)308連接和斷開并由此與電機(jī)10斷開。動力系300是混合傳動系統(tǒng)，更具體地是化石燃料電動混合動力系，這是因為除了由諸如汽油或柴油燃料等化石燃料提供動力的發(fā)動機(jī)304作為第一動力源，也可使用由儲存電能提供動力的電機(jī)10作為第二動力源。電機(jī)10可控制以用作電動機(jī)或發(fā)電機(jī)，并經(jīng)由皮帶傳動系統(tǒng)308可操作地連接到發(fā)動機(jī)304的曲柄軸306(如果提供了這種選擇性接合離合器，當(dāng)離合器接合時)。皮帶傳動系統(tǒng)308包括與滑輪312接合的皮帶310。選擇性接合離合器可以位于滑輪312和電機(jī)軸29軸之間，使得滑輪312僅在選擇性接合離合器接合時連接到電機(jī)10的電機(jī)軸29并與其一起旋轉(zhuǎn)。皮帶310還與滑輪314接合，滑輪可連接以與曲柄軸306一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)滑輪312連接以與電機(jī)10一起旋轉(zhuǎn)且滑輪314連接以與曲柄軸306一起旋轉(zhuǎn)時，皮帶傳動系統(tǒng)308在電機(jī)10和曲柄軸306之間建立傳動連接。電機(jī)10以此布置可稱為皮帶-交流發(fā)電機(jī)-啟動電動機(jī)/發(fā)電機(jī)。或者，皮帶傳動系統(tǒng)308可包括替代皮帶310的鏈以及替代滑輪312、314的鏈輪。本文中，皮帶傳動系統(tǒng)308的兩個實施例均可稱為“皮帶傳動系統(tǒng)”。曲柄軸306還可操作地連接到變速器321。離合器或其它轉(zhuǎn)矩傳遞機(jī)構(gòu)(未示出)可定位于發(fā)動機(jī)304和變速器321之間。變速器321具有輸出軸331，輸出軸331可操作地連接以驅(qū)動車輪333。齒輪裝置335可定位于可選啟動電動機(jī)327和曲柄軸306之間。

電機(jī)控制器電力轉(zhuǎn)換模塊(MPIM)316可操作地連接到定子組件12。如圖所示，MPIM 316直接安裝到電機(jī)10并集成于電機(jī)10。MPIM 316可操作地在交流電與直流電之間轉(zhuǎn)換。更具體地，MPIM 316在多相交流電與用于HV-ESS 318A的高壓總線319的較高電壓直流電之間轉(zhuǎn)換。HV-ESS 318A具有48伏額定電壓，并可操作地連接到并供電給較高電壓負(fù)荷HL和電機(jī)10。較高電壓負(fù)荷HL的電勢部件可包括發(fā)電機(jī)、電動水泵、冷凝器/散熱片模塊、DC/DC轉(zhuǎn)換器325、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)(例如正溫度系數(shù)加熱器)、后窗除霧器、催化轉(zhuǎn)化器、動力懸掛系統(tǒng)和電子渦輪增壓器。

DC/DC轉(zhuǎn)換器325將高壓總線319上的較高電壓電平(由電機(jī)10提供)直流電轉(zhuǎn)換為低壓總線323上的較低電壓電平，將低壓總線323上的低電壓電平(由LV-ESS 318B提供)轉(zhuǎn)換為高壓總線319上的高電壓電平。DC/DC轉(zhuǎn)換器可配置為其效率大于95％。LV-ESS 318B具有12伏額定電壓，并可操作地連接到并供電給諸如發(fā)動機(jī)304的可選啟動電動機(jī)327等較低電壓負(fù)荷LL，以及諸如車輛輔助負(fù)荷等較低電壓負(fù)荷，車輛輔助負(fù)荷可包括內(nèi)外照明系統(tǒng)、供暖和冷卻系統(tǒng)等。

一個或多個額外控制器320通過例如電子連接方式可操作地連接到MPIM 316、發(fā)動機(jī)304、變速器321、DC/DC轉(zhuǎn)換器325、HV-ESS 318A和LV-ESS 318B、和離合器(未示出)。為了清楚起見，附圖中未示出到發(fā)動機(jī)304、變速器321和任意離合器的操作連接。

具有電機(jī)10的雙電壓電力系統(tǒng)317在圖9中示意性示出。一個或多個控制器320描述為車身控制模塊320A和發(fā)動機(jī)控制模塊320B。所示的實施例中，混和控制(例如，指令各種可用混和操作模式的處理器)包括在發(fā)動機(jī)控制模塊320B中。或者，包括混和控制處理器的混和控制器可位于分離獨立的混和控制模塊中。集成電池傳感器341可操作地連接到LV-ESS 318B。電池管理系統(tǒng)343可操作地連接到HV-ESS 318A。

當(dāng)任一所需離合器(未示出)接合時，且假定變速器321經(jīng)控制以在變速器輸入構(gòu)件334和變速器輸出構(gòu)件(輸出軸331)之間建立傳動連接時，可以通過變速器321并通過差速器332在曲柄軸306和車輪331之間發(fā)生轉(zhuǎn)矩傳遞。

在預(yù)定的操作條件下，MPIM 316可以控制電機(jī)10以用作電機(jī)。然后電機(jī)10可驅(qū)動曲柄軸306來啟動發(fā)動機(jī)304。當(dāng)發(fā)動機(jī)304啟動并滿足了預(yù)定的操作條件時，MPIM 316配置為控制定子組件12以實現(xiàn)電動機(jī)驅(qū)動模式，此模式下，電機(jī)10通過DC/DC轉(zhuǎn)換器325利用來自HV-ESS 318A和潛在性地來自LV-ESS 318B的存儲電功率將轉(zhuǎn)矩增加到曲柄軸306。這可稱為轉(zhuǎn)矩輔助模式。電機(jī)10通過皮帶傳動系統(tǒng)308和位于傳動系統(tǒng)308和接合的電機(jī)10之間的任何可選離合器增加轉(zhuǎn)矩。當(dāng)發(fā)動機(jī)304啟動時并滿足了其它預(yù)定的操作條件時，MPIM 316配置為控制定子組件12中的電力流以實現(xiàn)發(fā)電模式，此模式下，電機(jī)10將曲柄軸306的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為HV-ESS 318A中的存儲電功率。電機(jī)10作為發(fā)電機(jī)操作減緩了曲柄軸306。例如，可以在車輛制動期間形成發(fā)電模式。

圖13示出了具有電機(jī)10和雙電壓電力系統(tǒng)317的動力系300A的另一個實施例。皮帶傳動系統(tǒng)308僅在選擇性接合離合器322A接合時將曲柄軸306與電機(jī)10可操作地連接。在預(yù)定的操作條件下，控制器320可以使離合器322B進(jìn)行接合，并且MPIM 316可以控制電機(jī)10來用作電機(jī)。然后電機(jī)10通過齒輪裝置335的相互嚙合齒輪340A、342A驅(qū)動曲柄軸306，以啟動發(fā)動機(jī)304。齒輪340A安裝在軸346上并與其一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)離合器322B接合時，軸346與電機(jī)軸29一起旋轉(zhuǎn)。齒輪342A安裝在曲柄軸306上并與其一起旋轉(zhuǎn)。在發(fā)動機(jī)304起動期間，離合器322A沒有接合。動力系300A中沒有提供圖8的可選啟動電動機(jī)327。為了清楚起見，附圖中未示出到發(fā)動機(jī)304、變速器321和離合器322A、322B的操作連接。到變速器321和離合器322A、322B的操作連接可以是電子、液壓或其它連接。動力系300A的各部件起到參照動力系300的相同編號的部件所描述的作用。

圖14示出了具有電機(jī)10和雙電壓電力系統(tǒng)317的動力系300B。動力系300B包括受到控制以如關(guān)于動力系300A所描述一樣起作用的離合器322A、322B。在動力系300B中，包括啟動電動機(jī)327和嚙合齒輪335，以用于在預(yù)定的操作條件下啟動電動機(jī)304。齒輪340B在離合器322B接合時隨著電機(jī)10的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。齒輪340B與安裝在變速器輸出軸331上并隨著變速器輸出軸331旋轉(zhuǎn)的齒輪342B嚙合。由雙向箭頭AG標(biāo)示齒輪340B、342B的嚙合設(shè)置。在圖14中僅示意性地并以二維示出動力系300B。組件可以具有與所示出的不同的比例，以實現(xiàn)齒輪340B、342B的嚙合。

在圖8中所示的動力系應(yīng)用中或在其它車輛動力系應(yīng)用中，圖2的電機(jī)10A配置成實現(xiàn)至少85％的效率，超過在用于如圖10中所示的再生模式的預(yù)限定輸出功率和速度范圍。預(yù)限定輸出功率范圍為1500至12000瓦特，并且預(yù)限定速度范圍為1800至9000rpm。圖2的電機(jī)10A配置成實現(xiàn)至少80％的效率，超過在用于如圖10中所示的電動機(jī)驅(qū)動模式的預(yù)限定輸出功率和速度范圍。預(yù)限定輸出功率范圍為1800至6000瓦特，并且預(yù)限定速度范圍為2000至7500rpm。電機(jī)10A配置成具有至少每分鐘18000轉(zhuǎn)的最大速度。

參照圖10，曲線圖400在左側(cè)縱軸402上示出了每單位基礎(chǔ)扭矩(pu)的電機(jī)10A的轉(zhuǎn)矩。在右側(cè)縱軸404上示出了每單位基礎(chǔ)功率(pu)的電機(jī)10A的功率。在橫軸406上示出了以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)為單位的轉(zhuǎn)子組件14的速度。特別設(shè)計以滿足的電機(jī)10A的幾何形狀的一些預(yù)定操作參數(shù)包括電動機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩要求408(電動機(jī)驅(qū)動模式轉(zhuǎn)矩要求示為點440)、電動機(jī)功率要求(電動機(jī)驅(qū)動模式功率要求示為點430)及發(fā)電功率要求412。理論上可通過電機(jī)10A實現(xiàn)的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩414超過了電動機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩要求408。理論上可通過電機(jī)10A實現(xiàn)的電動機(jī)功率416超過了電動機(jī)功率要求。理論上可通過電機(jī)10A實現(xiàn)的發(fā)電功率418的幅值超過了發(fā)電功率要求412。還示出了發(fā)電轉(zhuǎn)矩420，并且發(fā)電轉(zhuǎn)矩420至少延伸到12000rpm的電機(jī)10A的速度。電機(jī)10、10A、10B或10C在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩下的凸極比不小于1.5并且不大于3.0。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解，凸極比為電機(jī)的d軸中的電感與電機(jī)的q軸中的電感之比。d軸為電機(jī)的具有最高電感的軸，并且q軸為電機(jī)的具有最低電感的軸。

圖11示出了電機(jī)10A在14伏特的發(fā)電模式中操作時的效率的示意圖500。在縱軸502上示出了每單位基礎(chǔ)功率(pu)的電機(jī)10A的功率。在橫軸504上示出了以rpm為單位的電機(jī)10A的速度。電機(jī)10A的不同操作效率的各區(qū)域示為由虛線界定，這些區(qū)域包括：94％操作效率區(qū)506；85％操作效率區(qū)508；75％操作效率區(qū)510；65％操作效率區(qū)512；60％操作效率區(qū)514；50％操作效率區(qū)516；30％操作效率區(qū)518；及約10％操作效率區(qū)520。

圖12為三相短路事件期間在更左側(cè)縱軸702上以rpm為單位的轉(zhuǎn)子組件14A的以rpm為單位的旋轉(zhuǎn)速度、在另一左側(cè)縱軸704上的定子組件12A的繞組34中的每單位基礎(chǔ)電流(pu)的A相電流、在右側(cè)縱軸706上每單位基礎(chǔ)功率(pu)的電機(jī)10的功率以及橫軸708上以秒為單位的時間的圖表700。通過在轉(zhuǎn)子組件14A以高速(例如，大于4000rpm)自由旋轉(zhuǎn)(即，無電動機(jī)軸29上的轉(zhuǎn)矩的情況下)的同時將繞組34的各相連接在一起而產(chǎn)生短路事件。由曲線710示出了轉(zhuǎn)子組件14A的所得速度。由曲線712示出了相A的相電流。由曲線714示出了電機(jī)10A中的功率損耗。在圖12所示的示例性實施例中，實際短路電流不小于(例如)0.6乘以電機(jī)10的額定電流所得的預(yù)定值且不大于(例如)0.9乘以電機(jī)10的額定電流所得的預(yù)定值。例如，在提供圖12所示的短路性能的實施例中，額定電流是330均方根安培(Arm)，并且最大短路電流為268Arms。

盡管詳細(xì)描述了用于進(jìn)行本發(fā)明教導(dǎo)的許多方面的最佳模式，但熟悉與所述教導(dǎo)相關(guān)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到用于實踐在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的本發(fā)明教導(dǎo)的各種替代方面。