CN103503277B - 场减弱的永磁马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁电机，其中，转子具有固定背铁和可移动的背铁区段。当可移动的背铁区段处于第一位置，诸如与固定背铁接触时，场强度较高。当可移动的背铁区段处于第二位置，其中可用的背铁区段远离固定背铁而移位时，场强度较低。减弱场强度的能力导致了恒定功率速度比增加，并且由此增加马达的利用，用于其中希望较宽速度范围的应用中。本公开适用于永磁马达和发电机。在替代实施例中，定子环具备固定部分和至少一个可移动的定子区段。

Description

场减弱的永磁马达

相关申请的交叉引用

本申请要求保护在2010年10月10日提交的美国临时申请No.61/421,952的权益，其公开以其全文引用的方式合并到本文中。

技术领域

本公开涉及永磁马达中的磁场减弱。

背景技术

需要高效的电机，其在较大速度范围上具有高扭矩能力以及用于控制机器速度的能力，特别是对于用于车辆诸如电动车辆或混合车辆的电驱动器而言，或者用于在零与较低速度需要高扭矩的其它发电应用。

为了提供牵引动力的目的，诸如在电动车辆中，希望具有高的恒定功率速度比(CPSR)的电动马达。参考图1，对于电动马达，示出了根据速度的扭矩和功率。在低速度，可提供高扭矩，利用这种扭矩辅助发动。当到达N_min时，接近了马达的最大功率，并且当速度进一步升高时并没有更多的功率可用。提到P=；因为随着速度N增加，扭矩T减小，功率P恒定。CPSR为可递送额定功率的最大速度(N_max)除以可提供最大功率的最低速度(N_min)。N_min也是可递送额定最大扭矩的最高速度。最大速度(N_max)主要受到反电动势电压和对转子的损害或者马达的其它固有局限性的限制。例如在图1中，CPSR为系数2。

对于汽车应用，需要四或更高的CPSR。尽管可以利用感应马达、具有场线圈的马达或者开关磁阻马达技术来实现这个目的，永磁马达是优选的，这归因于它们的较高的功率密度和较高的效率。但永磁(PM)马达并不固有地具有在这个较高范围中的CPSR。在确定具有成本效益、轻重量和高效的解决方案方面做出了大量工作以解决PM马达有限的CPSR。

一种替代方案是在电动马达与最终驱动器之间设置传动装置。但是，传动装置较重、成本较高并且必须受到操作者或者受到控制器的控制。另一替代方案是在电动马达若具有电激励的场绕组的情况下电气地调整电动马达的场强度。这个方案对于具有永磁体场的马达而言是不可行的。

另一方案是减弱磁场，因而对于给定反电动势或施加的电压而言增加了马达速度。对于任何给定马达，所产生的扭矩与电流乘以磁场强度成比例，而RPM与电压/场强度成比例。因此对于给定功率(电压*电流)，马达做出特定量的机械功率(T*N)。如果磁场更弱，马达做出相同的功率，但是以更高的速度和更低的扭矩。

在电动马达中，在转子与定子之间存在空气间隙。马达通常被设计成具有尽可能小的空气间隙。但可通过增加该空气间隙来减弱场强度。这种系统已运用于轴向磁通马达中，其中，转子和定子基本上为圆盘形。可增加在两个圆盘之间的位移以减小场强度。在径向磁通马达中，转子可位于中心，并且定子布置于转子外侧，相对于转子在周向移位。如果转子例如沿着旋转轴线移位，那么减小了径向磁通马达的有效场强度。调整转子与定子的相对位置的这种机构相对昂贵并且得到更麻烦的马达。在绕组的一部分被切断或者转子和定子的相对位置被调整的替代方案中，一种电子控制器命令/指令了基于输入信号的调整。这种控制器可能成本较高。

发明内容

根据本公开的实施例，通过调整转子和定子中至少一个的背铁（backiron）的磁阻来更改马达的场强度。通过向背铁设置薄、固定的背铁部，或在某些实施例中完全不设置薄、固定背铁部和设置可移动的背铁部，则可以对场强度进行调整。当可移动的背铁部与固定背铁相接触时，二者充当一个较大背铁。当可移动的背铁部从固定背铁移位时，固定背铁基本上为背铁的整个范围。几乎所有的磁通量必须通过这个薄固定背铁部段，所以固定背铁为“饱和的(saturated)”或者其“磁阻力”或磁阻升高，由此减小了场强度。

在其中可移动的背铁区段应用于转子，并且转子围绕中心定子在外部的实施例中，通过离心力可以实现在第一位置(与固定背铁相接触)与第二位置(与固定背铁分离开)之间实现背铁区段的促动。存在较小的磁力造成固定背铁和可移动的背铁保持接触。但是，随着转子的速度增加，离心力可克服这种较弱的吸引，造成可移动的背铁区段远离固定背铁而移动。在这样的实施例中，可设置托盘或其它固持器以当可移动的背铁区段远离固定背铁移动时捕获可移动的背铁区段。当转子速度减小时，可移动的背铁区段可由于在二者之间的磁力而被拉回到固定背铁。在其它实施例中，可移动的背铁区段由弹簧或拴系的联动装置而拴系到固定背铁上，弹簧或拴系的联动装置被弹簧偏压以提供朝向固定背铁的偏压力。在某些实施例中，可移动的背铁区段以不同速度移动从而使得可提供根据旋转速度的场强度的更平稳过渡。背铁区段由于通过使用不同密度的材料、厚度范围或占据区大小而有所不同的重量而以不同的速度反应。在可移动的背铁区段经由弹簧加以偏压的实施例中，可调整弹簧张力以提供所希望的响应。可使用机械、电气、气动或液压促动器来移动转子背铁区段。

在图2中，示出了存在三个场强度范围的马达。CSPR为二倍，就像图1所示的那样。因而，对于第一场强度范围，存在以1:2比例的N_min1和N_max1。也存在得到1:2比的N_min2和N_max2的第二场强度范围。如果N_min2等于N_max1并且N_min3等于N_max2，则所得到的CSPR为八。因此可能希望具有略小于N_max1的N_min2，所得到的CSPR将会略小于八。

在其它实施例中，可移动的背铁区段应用于转子，使用促动器来移动它们。在通过作用于转子上的可移动的背铁区段上的离心力可能进行的被动控制中，转子速度为调整可移动的背铁区段的唯一因素。通过主动地控制促动器，操作者对于扭矩的需求、马达或联接到马达的电池组中的温度、电池的充电状态、或者其它因素可为到电子控制单元的输入，电子控制单元命令了促动器的控制。可采用多个背铁区段以及多个促动器来提供场强度的一系列步幅。

在又一实施例中，可通过影响定子环的磁阻来减弱马达的场强度。这可通过具有固定的定子环以及一个或多个可移动的定子环区段来实现。因为定子并不旋转，促动器用于使得可移动的定子环区段与固定的定子环分离开。

在本发明中还公开了一种操作电动马达的方法，其中定子具有固定背铁和可移动的背铁区段。可移动的背铁区段由促动器在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置，可移动的背铁区段与固定背铁相接触；在第二位置，可移动的背铁区段从固定背铁移位。电子控制单元基于马达速度、对马达扭矩的需求、马达温度和向马达供电的马达的充电状态中的一个或多个来移动可移动的背铁区段。在一实施例中，至少基于马达速度来确定所希望的场强度。电子控制单元(ECU)命令了一种联接到可移动的背铁区段的促动器来在具有可连续变化的场强度的系统中提供所希望的场强度，并且在场强度可逐步变化的系统中提供所希望的场强度。

在某些实施例中，所希望的场强度进一步基于操作模式。例如，电池的充电状态影响最佳场强度，即，其提供良好的效率。而且，电池再生或充电需要高于电池放电的场强度(更高的电压条件)。因而，向ECU所提供的这条信息用于选择适合于操作模式的所希望的场强度。

附图说明

图1和图2为根据马达速度由马达提供的扭矩和功率的曲线图；

图3为电动马达提供动力的轻便摩托车的图；

图4为电动马达的一部分的截面图；

图5为合并到轮内的径向磁通电动马达的一部分的截面图的一部分；

图6和图7为轴向磁通马达的转子和定子的端视图，具有分别在接触位置和非接触位置的可移动的背铁区段；

图8和图9示出了用于轴向磁通马达的转子的截面图，具有拴系到转子的周围的可移动的背铁区段；

图10示出了具有变化厚度的可移动的背铁区段的转子的截面图；

图11至图13示出了具有可由促动系统移动的背铁区段的转子；

图14示出了等效电路，其可用于分析马达的磁路，具有由电阻器表示的背铁，可移动的背铁被示出与定子和转子电阻器并联，具有开关以表示它们在移开时断开连接。当背铁接触时，开关闭合并且两个电阻器并联，因此它们的总电阻较低；

图15示出了具有可移动的背铁区段的内转子马达的截面图，示出了其中可移动的背铁区段与固定背铁区段相接触的状态；

图16示出了图15的内转子马达的截面图，示出了可移动的背铁区段与固定背铁区段分离开的状态；

图17为对于三个场强度水平，扭矩与rpm关系的曲线图；

图18示出了在电压-电流曲线图上的恒定功率的曲线族/系列；以及

图19示出了对于以下三种操作模式，根据rmp的最佳场强度：正常驾驶、低电池和电池再生。

具体实施方式

虽然已关于特定实施例详细地描述了最佳模式，熟悉本领域的技术人员将认识到在所附权利要求的范围内的各种替代设计和实施例。虽然各种实施例可以已被描述为在一个或多个所希望的特征方面提供某些优点或者相对于其它实施例为优选的，本领域技术人员将意识到一个或多个特征可折中以实现所希望的系统属性，所希望的系统属性取决于具体应用和实施方式。这些属性包括(但不限于)：成本、强度、耐用性、寿命周期成本、适销性、外观、包装、大小、适用性/可维修性、重量、可制造性、组装容易性等。本文所描述的，被表征为相对于其它实施例或者现有技术实施方式在一个或多个特征方面不太合乎需要的实施例并非在本公开的范围之外并且可为特定应用所需要的。根据需要，在本文中公开了本发明的详细实施例，但是，应了解所公开的实施例只是可以以各种和替代形式而实施的本发明的示例。附图未必按照比例绘制；某些特征可被夸大/扩大或缩小/最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所披露的具体结构和功能细节不应被理解为具有限制意义，而是只是作为用于教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。

本领域普通技术人员将了解，参考附图中的任何附图所示出和描述的实施例的各种特征可与在一个或多个其它附图中所示的特征相组合以得到并未明确地示出或描述的替代实施例。所图示的特征的组合提供了针对典型应用的代表性实施例。但是，符合本公开的教导内容的特征的各种组合和修改可为针对特定应用或实施方式所需要的。本领域普通技术人员可认识到类似的应用或实施方式，无论是否明确地描述或图示。

在图3中示出了轻便摩托车10。轻便摩托车10具有框架12，轴14联接到框架12上。轴14通过轮16的中心而联接，轮16可利用轴14旋转。轮具有边沿22，轮胎24安装到边沿22上。如在图5中更详细地描述，定子可联接到轴14，并且转子可联接到边沿22。定子和转子为由覆盖物26后方的车载(并非单独地可见的)电池提供电力的电动马达的元件。轻便摩托车10具有操作者控件28和30，操作者可通过操作器控件28和30来指示对于功率和/或制动的需求。操作者控件28和30可被以电子方式联接到电子控制单元(在图3中未图示)。

电动马达的形式具有由圆柱形壳定子所包围着的圆柱形转子，通常被称作内转子马达。转子与定子由小空气间隙分离开。内转子马达也可为径向磁通马达，因为磁通量在径向跨越介于转子与定子之间的空气间隙而传递。另一形式的电动马达为外转子径向磁通马达，其具有由圆柱形壳转子所包围着的固定内定子。另一类型的马达可具有圆盘形转子和定子，并且被称作轴向磁通马达，因为通量在轴向在转子与定子之间传递。

虽然讨论了轴向磁通马达和径向磁通马达，本公开涉及一种电机，包括：专用马达、专用发电机和在作为马达操作与发电机操作之间切换的那些。本公开适用于所有这样的电机。在图3中，示出了电动轻便摩托车。但是，本公开涉及所有机动车辆：汽车、电动自行车等并且甚至更广泛地涉及所有永磁电机。

在图4中示出了根据本公开的实施例的电动马达50的截面细节。马达50具有由空气间隙56分离开的转子52与定子54。为了便于图示，转子52与定子54被图示为线性元件。但是，更通常地，转子52相对于定子54旋转。在一个配置中，转子自旋所围绕的轴线为60并且转子52和定子54在箭头62的方向上弯曲。在被称作外转子、或者有时被称作内-外马达的替代配置中，转子自旋所围绕的轴线为64并且转子52和定子54在箭头66的方向上弯曲。

继续参考图4，转子52具有固定背铁70和固结到靠近着定子54的固定背铁70表面71上的多个永磁体72。相邻永磁体72具有相反的极性，即，磁体的北极靠近相邻磁体的南极。转子52还具有与远离定子54的固定背铁70的后表面75相邻定位的多个可移动的背铁区段74。如将在下文中更详细地描述，可移动的背铁区段74可以被可移动地附连到固定背铁70。在另一实施例中，电动马达50具有相对较薄的固定背铁72或完全并不具有固定背铁，在此情况下，可移动的背铁区段74被定位成与永磁体72或非磁性支承结构相邻。

如在图4中进一步示出，定子54具有多个槽或通道78。槽或通道78在远端79处更宽，因为槽78远离空气间隙56延伸并且槽78在靠近于空气间隙56处更窄。T形柱80被形成于槽78之间。线84的许多缠绕是围绕T形柱80从而使得线84从定子背铁82穿过槽78向外延伸。线绕组84的许多缠绕在截面图中被示出在槽78内。在图4中还示出磁通量线88。

在图5中，电动马达根据图4被示出整合到轮90内。轮毂92具有支承着定子94的辐条93并且绕轴线或轴96旋转。空气间隙98分离开定子94与转子100。转子100就有固定背铁102以及可移动的背铁区段104。可移动的背铁区段104被示出在第一位置，在第一位置，它们与固定背铁102相接触。在一实施例中，可移动的背铁区段104通过磁性吸引而被保持到固定背铁102上。替代地，可移动的背铁区段104通过弹性加载的系绳或弹簧而朝向固定背铁102被偏压。当转子100旋转时，当离心力克服磁力或弹簧力时所述可移动的背铁区段104从固定背铁102分离开或者移动一定距离。设置了托盘106以当与固定背铁102分离开时包含可移动的背铁区段104。托盘106的外表面108形成了边沿以用于安装一种轮胎110。

在图6和图7中，示出了轴向磁通马达配置的转子120。如图6和图7所示，转子具有固定背铁122和联接到固定背铁122的可移动的背铁区段124，具有定位装置以防止可移动的背铁区段124从固定背铁122移动超过预定最大距离。定位装置可包括至少一个系绳126。在一实施例中，系绳126可被偏压或弹簧加载。在另一替代方案中，可移动的背铁区段124可由系绳126拴系，而不会被偏压从而允许可移动的背铁区段124利用离心力而相对于背铁区段142在径向向外浮动。系绳126防止可移动的背铁区段124向外移动超过较小距离。

如图6和图7所示，系绳126在接头126a处联接到可移动的背铁区段124并且在接头126b处联接到固定背铁122。在图7中示出了由空气间隙128与定子130分离开的转子120的侧视图。在图7中，可移动的背铁区段124与固定背铁122相接触。但在图8中，转子120自旋从而使得可移动的背铁区段124由于离心力而与背铁122分离开一定距离，由此在它们之间形成空气间隙。定子130包括了在图6和图7中未示出的线圈。

图8示出了用于轴向磁通电动马达的转子138的截面图，轴向磁通电动马达具有由定位装置联接在一起的固定背铁140和可移动的背铁区段142，定位装置包括弹簧144和引导销145。弹簧144可使可移动的背铁区段142远离固定背铁140偏压，或者也可提供偏压力以使可移动的背铁区段142朝向固定背铁140返回。在图8中示出了当转子138为固定的或者以一定速度旋转时的情形，在此速度，作用于可移动的背铁区段142上的离心力小于作用于背铁区段142上的弹簧张力。

图9为转子138高于阈值速度旋转从而使得背铁区段142由于离心力而远离固定背铁140在径向移动的图。固定背铁140和可移动的背铁区段142略微成角度从而使得当可移动的背铁区段142在径向向外移动时，在固定背铁140与可移动的背铁区段142之间形成了较小轴向间隙。为了形成间隙，联接到固定背铁140的引导销145在可移动背铁区段142内在套筒中滑动。

在图10中，在径向磁通外转子机器中的转子148的一部分被示出具有固定背铁150和可移动的背铁区段组152、154和156。三组可移动的背铁区段152、154和156可具有不同的厚度或重量从而使得一组可移动的背铁区段以小于其它可移动的背铁区段的速度从固定背铁150分离开。通过分步改变背铁的磁阻，当速度经过过渡范围时，磁场更逐渐地变化。在其它替代方案中，各种可移动的背铁区段组由不同密度的材料制成从而使得可移动的背铁区段具有不同重量。在另一替代方案中，背铁区段利用弹簧加载系绳或弹簧而拴系。不同组的弹簧张力不同以提供所希望的响应，即，组以不同速度范围的分开。

在上文中描述了用于更改转子的背铁的磁阻的替代方案，其中，离心力作用于可移动的背铁区段上，因而基于转子旋转速度而移动。替代地，可调整定子环的磁阻以影响场强度。但是，因为定子并不旋转，并无离心力作用于可移动的定子区段和因而促动器用于提供定子区段的移动。

在图11中，在外转子径向磁通机器中的定子160被示出具有固定的定子环162。可移动的定子区段164被示出与固定的定子环162相接触。柱166具备螺纹165。左旋螺纹165设置于一端，右旋螺纹165设置于相对端，并且齿轮齿168可由小电动马达170、诸如步进马达接合。通过在一个方向旋转柱166，可移动的背铁区段164与固定的定子环162分离开。通过在另一方向上旋转柱166，可移动的定子区段164返回到图11所示的位置，在此位置，它们与固定的定子环162接触。在定子160中的线圈和包围着定子160的永磁体转子在图11中未示出。

电子控制单元(ECU)172命令了马达170的操作。ECU172从各种传感器接收输入174，传感器提供信号，可利用传感器提供信号来确定下列中的一个或多个：马达速度、在马达绕组中流动的电流、跨越马达两端上的电压、由机动车辆的操作者所需的速度、操作者需求的扭矩、操作者需求的制动力、系统温度、电池178的充电状态、地理位置等。ECU172也可基于输入174来命令各种功能，即，提供控制输出176。

在图12中，轴向磁通机器的定子具有固定的定子环180，固定的定子环180具有浅斜坡182，在边缘图中示出。固定的定子环180为圆盘形。与固定的定子环180相接触的是可移动的定子环184，可移动的定子环184联接到步进马达186或其它/另一促动器。可移动的定子环184具有与斜坡182相联接的向内的斜坡188。当可移动的定子环184通过马达186的作用而在箭头所示的方向上旋转时，通过顺着斜坡182向上的斜坡188使可移动的定子环184与固定的定子环180分离开。一系列这样的斜坡设于周围上以适当地支承着可移动的定子环。

磁性系统可被示出并且通过如图14中所示的简化等效电路模型进行分析，其中，转子200具有固定背铁202和可移动的背铁区段204，并且磁阻被建模为电阻。定子206具有固定背铁或环208和可移动的背铁区段或环210。马达可不具有可移动的背铁区段204和210，但二者都包括于图4中，为了说明该模型。永磁体212设于固定背铁202的表面上。定子206具有一系列槽或通道214，绕组缠绕于这一系列槽或通道214中。空气间隙216被维持在转子200与定子206之间。固定背铁202被建模为电阻R_Rf的电阻器220。由于可移动的背铁区段204并不与固定背铁202相接触，它们可忽略地有贡献于/造成电流的流动。但是，当元件202与204接触时，电阻器220具有与可移动的背铁的电阻并联的固定背铁的电阻以得到更低的总电阻。同样，当固定的定子环208和可移动的定子环210分离开时，定子206被建模为电阻R_Sf的电阻器。相邻磁体212为电压源V₁和V₂。空气间隙216被建模为电阻R_A1和R_A2。可移动的背铁区段204可被建模为电阻R_Rm，电阻R_Rm与固定背铁的电阻R_Rf并联。但是，如图14中所示，可移动的背铁区段204并不与固定背铁202相接触。为了将这样的配置建模，在图14中示出了开放的开关，S_WR。当可移动的背铁区段204与固定背铁202相接触时，开关S_WR闭合。类似地，可移动的定子背铁210被建模为电阻器，R_Sm，与建模为固定的定子环208的电阻器R_Sf并联。但是，如图所示，可移动的定子环210与固定的定子环208接触，并且因而，开关S_wS如图14所示为打开的。

在附图中所示的示例中，永磁体被示出固结到转子上。但是，在某些应用中，永磁体被铸造到转子的开口内，诸如利用烧结材料，以由此俘获磁体来防止它们变得脱离转子并且改变磁体和转子组件的磁性，本公开也可适用于这些内部永磁体转子配置。

在图15中，内转子径向磁通电动马达250的一部分的截面示出了其中可移动的背铁区段可被促动的实施例。轴252被支承于轴承组件256中的滚珠轴承254上。在一端处具有凸缘部的促动器杆258安装于轴252内。在图15中，电缆260联接到促动器杆258上。通过在电缆260上施加或释放张力，使杆258相对于轴252移动。马达250具有带绕组262的定子。转子包括固定背铁264，磁体266被固结到固定背铁264上。固定背铁264联接到转子的支承件265上，转子在轴承组件256上旋转。可移动的背铁区段270具备如图15中所示的仅一个这样的可移动的背铁区段270。双臂曲柄272经由枢转接头274联接到固定背铁264并且经由枢转接头276固定到可移动的背铁区段270。双臂曲柄272接触着促动器杆258的凸缘端部。在图15中，可移动的背铁区段270抵接着固定背铁264。

现参考图16，促动器杆已相对于轴252向左移位。由于向左移动的促动器杆258的凸缘端，双臂曲柄272绕枢转接头274顺时针旋转，由此向下拉可移动的背铁区段270。空气间隙278现存在于固定背铁264与可移动的背铁区段270之间。空气间隙278减弱了场强度。可移动的背铁区段306被定位在合适位置成具有空气间隙308。一个双臂曲柄272可设置为用以促动每个可移动的背铁区段270。双臂曲柄272也可联接到轴。

关于图15至图16的内转子马达的讨论是针对于转子的一示例，其中，可在外部控制下促动可移动的背铁区段。在图示示例中，示出了电缆。但是，可以可替代地使用经由线性促动器的电促动、液压促动或许多其它促动计划/机制。促动器可在操作者控制下或者由电子控制单元控制。例如，电控制单元可被提供关于车辆和马达参数的信号，并且命令可移动的背铁区段相应地移动。而且，具有经由促动器杆而移动的双臂曲柄的特定机械配置预期并无限制意义。可替代地使用许多其它合适的配置。

在图17中示出了根据本公开的一实施例，根据马达RPM的扭矩的曲线图。实曲线320示出了其中需要较大速度范围的具有固定场强度的马达的情形。在较宽的速度范围出现恒定扭矩区域。但是，这种操作存在两个问题。限制了最大扭矩。而且，这种操作远不及在特定速度范围所希望的那样高效。曲线322示出了其中场强度更大的情形。最大扭矩更大，但速度限于如324所示的速度。具有甚至更大场强度的马达具有曲线326的特征，并且在更低的马达速度具有更大的扭矩，但是很有限的速度范围。速度限制是由于在马达中的反电动势变得过大。通过提供三个场强度范围，马达动态范围显著地改进并且具有良好的效率。因而，如果从点A开始请求马达速度的增加，在点A，马达速度较低并且所希望的扭矩较高，高场强度能适应接近点B，其提供高扭矩。超过点B，扭矩必须降低，但功率恒定，即，沿着B到C。但是，马达速度的很小的进一步增加是可能的，除非场强度减弱，诸如由曲线322所示。通过这样做，点D、E和F是可接近的，并且D至E为恒定扭矩/增加的功率，并且点E至F处于恒定功率/减小的扭矩。同样，场强度的进一步减小允许接近点G和H。通过提供三个水平的场强度，高扭矩可以在低速度以及较宽速度范围而被提供并且接近于整个速度范围上的峰值效率条件。

希望以最小电流/高电压点操作马达以生成所需的功率，因为电阻损耗与电流平方值有关并且因而损耗在低电流下被最小化。因此，马达效率得到改进并且减小了马达的不希望的加热。额外益处在于与马达相关联的功率电子器件并不同样多地逐步降低电池电压，因此电子器件可更简单并且更高效。通过选择在所希望的范围中的场强度数据，可生成在一定功率和速度范围的曲线系列，如图18中所示。因而，为了以特定速度和功率在高效条件下操作马达，场强度根据图18中所示的关系而改变，即取决于马达旋转速度。

现参考图18，以曲线图示出了控制策略。对于一定功率水平范围，图18示出了根据电流的电压的曲线图。曲线322可表示例如25W；曲线334表示50W；以及，曲线336可表示100W。限制了电压从而使得高于线338的操作是不可能的。例如，如果联接到马达的电池为12V电池，则线338的极限为12V。在最低可能的电流更高效操作。因而，所希望的操作范围在图18中被示出为高效率区340。当马达速度变化时，控制系统用于改变场强度以维持在此高效率区340中的操作。

在图19中，对于正常操作模式，例如在72V，曲线350，示出了根据马达速度的最佳场强度。当电池变低时，电池电压降低并且最佳场强度降低，如在曲线352中所示。在电池再生模式中，例如，在电动车辆中的再生制动期间，电压高于电池电压并且最佳场强度更高，被示出为曲线354。在场强度持续可变的实施例中，基于马达RPM和操作模式(正常、低电池、再生等)来选择了场强度。在场强度逐步可变的实施例中，选择了场强度步骤为尽可能接近于根据马达RPM和操作模式的最佳场强度。

通过维持场强度在根据需要而标记的带内，最小化了损耗。这可通过持续地改变场强度，诸如，一种连续/持续促动器移动一个或多个可移动的背铁区段远离固定背铁或者通过如所指示那样促动这些区段中的许多区段逐步移动以提供所希望的场强度，来实现这个目的，即，所希望的场强度允许电流处于或接近最小值。上文的描述也适用于作为发电机而操作的电机。

虽然在上文中描述了各种实施例，这些实施例并无描述本发明的所有可能形式的意图。而是，在说明书中所使用的词语为描述性而不是限制性的词语，并且应了解在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以做出各种变化。此外，可组合各种实施例的实施例的特征以形成本发明的再一实施例。

Claims (19)

1.一种电机，包括：

定子，具有多个绕组；以及

具有永磁体的转子，由空气间隙与所述定子分离开，所述转子具有可在第一位置与第二位置之间移动的多个可移动的背铁区段，在第二位置，所述可移动的背铁区段比所述第一位置中离所述磁体移动更远的距离，

其中当所述可移动的背铁区段处于所述第二位置时，所述电机的磁场减弱；

其中在所述第一位置，所述可移动的背铁区段与所述转子的所述永磁体或固定背铁中的至少一个相接触。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，在所述第一位置，所述可移动的背铁区段与远离所述定子的所述转子的表面相接触，并且所述磁体固结到靠近所述定子的所述转子的表面上。

3.根据权利要求1所述的电机，其中第一组可移动的背铁区段具有第一重量，并且第二组可移动的背铁区段具有第二重量，并且所述第二重量不同于所述第一重量。

4.根据权利要求1所述的电机，其中所述电机为外转子电机，其中所述定子位于中心并且所述转子在周向布置于所述定子外侧。

5.根据权利要求1所述的电机，其中所述电机为内转子电机，其中，所述转子位于中心并且所述定子在周向布置于所述转子外侧。

6.根据权利要求1所述的电机，还包括：

促动器，联接到所述可移动的背铁区段中的至少一个，所述促动器适于使所述可移动的背铁区段中的至少一个在所述第一位置与第二位置之间移动。

7.根据权利要求1所述的电机，其中所述可移动的背铁区段由于离心力而移动到所述第二位置，所述电机还包括：

定位装置，在周向设置于所述可移动的背铁区段的外侧以防止所述可移动的背铁区段移动超过预定最大距离。

8.根据权利要求7所述的电机，其中，所述可移动的背铁区段由于离心力从所述第一位置移动到所述第二位置，并且所述可移动的背铁区段由磁力或者来自所述定位装置的偏压力中的至少一个而从所述第二位置返回到所述第一位置。

9.根据权利要求1所述的电机，其中所述电机联接到车辆，所述车辆包括：

车辆框架；

联接到所述框架的轴，其中所述定子联接到所述轴并且所述转子在周向布置于所述定子的外侧；以及

在所述轴上可旋转的轮，

其中当所述轮不旋转时所述可移动的背铁区段处于所述第一位置，并且当所述轮以大于阈值速度的速度旋转时所述可移动的背铁区段由离心力而移动到所述第二位置。

10.一种电机，包括：

转子；以及

定子，由空气间隙与所述转子分离开，所述定子具有固定的背铁区段和多个可移动的背铁区段，所述可移动的背铁区段在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置，所述可移动的背铁区段与所述固定背铁接触，在所述第二位置，所述可移动的背铁区段从所述固定背铁移位，

其中当所述可移动的背铁区段处于所述第二位置时，所述电机的磁场减弱。

11.根据权利要求10所述的电机，其中所述可移动的背铁区段与远离所述定子的所述固定背铁的表面相接触。

12.根据权利要求10所述的电机，其中所述转子位于中心并且所述定子在周向布置于所述转子外侧。

13.一种控制永磁电机的方法，所述方法包括：

确定命令所述电机的功率水平；

确定所述电机的当前速度；

基于所述当前速度和所述功率水平来确定所述电机的所希望的场强度；以及

使转子的可移动的背铁区段移动到一定位置从而使得所述电机的所述场强度接近于所希望的场强度。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述所希望的场强度为允许所述电机以高效率条件操作的磁场强度。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电机作为马达操作并且所述功率水平由所述电机的操作者要求。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电机作为发电机操作并且所述希望的场强度由联接到所述发电机的荷载所需的电压来确定。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述荷载为电池。

18.根据权利要求13所述的方法，还包括：

接收所述电机作为发电机操作与所述电机作为马达操作之间的操作的变化请求；

基于所述变化请求来确定新操作功率水平；以及

基于所述当前速度和所述新操作功率水平来确定所述电机的所需场强度。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述电机联接到车辆，并且所述变化请求包括在推进动力模式与再生制动模式之间变化，在所述推进动力模式，所述电机作为马达操作，在所述再生制动模式，所述电机作为发电机操作。