CN111799973B - 具有转子电磁体的摆线磁阻马达 - Google Patents

具有转子电磁体的摆线磁阻马达 Download PDF

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Abstract

摆线磁阻机器包括环绕转子的定子。定子绕组和转子绕组形成相应同心转子和定子电磁体。转子相对于定子偏心定位，以利用两个自由度(2DOF)移动，包括围绕转子的旋转轴线的旋转运动和围绕定子的中心轴线的绕轨运动。转子约束机构(RCM)约束转子的运动，使得转子能够在2DOF中的至少一个中产生输出转矩，并且将输出转矩传递到联接负载。相应定子和转子的定子磁极和/或转子磁极的磁场极性在多相电压的一个电气循环内改变。在一些实施例中，联接负载可为交通工具的驱动轴。在其它实施例中，定子和转子绕组经由不同功率逆变器驱动。

Description

具有转子电磁体的摆线磁阻马达
背景技术
旋转电机当被配置为马达或发电机时通常包括旋转构件（“转子”）和固定构件（“定子”）。转子可径向地被设置在定子内或径向地在定子外部，使得定子分别环绕转子或由转子环绕。在永磁机器中，一组稀土磁体被布置在转子的层压层上，和/或嵌入在转子的层压层内，以提供转子磁场。围绕定子芯的周界等距间隔的径向凹槽缠绕有一定长度的导线或条形导体区段。在交流(AC)机器配置中，多相输入电压被施加到定子绕组的相引线，以相对于定子芯产生旋转磁场。
转子和定子场之间的所导致的推挽作用最终将旋转力赋予到转子。由此类旋转赋予的转矩可例如使用齿轮组和/或滑轮而被利用，并且此后用于在系统中产生有用功。例如，马达转矩可经由驱动轴递送到联接负载。可选地，当电机操作为发电机时，内燃机、涡轮机或其它原动机可为转子提供动力，并且由此在定子绕组中产生所导致的电流。所产生的电流此后穿过功率逆变器，并且用于为直流(DC)电池组的组成电池单元充电。
磁阻机器（其为特定类型的电机，其特征在于，缺少上文提到的永磁体）有益地用于相对高功率/高转矩应用中。例如，在同步磁阻马达中，当定子绕组由所施加的AC电压顺序通电时，在铁质转子中感应产生磁极。转子构造以及转子相对于定子磁极的邻近放置导致转子与旋转定子场对准并且同步。在一些机器配置中，均匀间隔的转子突出部作用为凸极。磁通量将倾向于遵循最小磁阻路径，并且因此最近转子磁极将倾向于移动朝向与定子场对准的位置。然而，由于定子场继续旋转，因此转子的移动是连续的，其中，定子磁极领先于转子磁极，以产生机器旋转。
发明内容
本公开总体上涉及径向磁通型旋转电机，并且特别地涉及具有定子和偏心定位的转子的摆线磁阻机器。如上文提到的，磁阻机器通常缺少可控转子场。此类特征在偏心磁阻机器（即，其中转子径向地偏心定位在定子内的摆线机器）中可具有问题。为了克服当前公开的摆线磁阻机器中的此潜在性能问题，通过使用一组转子电磁体而引入单独并且完全可控的多相转子场。共同地，转子电磁体增大电机的磁阻转矩，以有效地增加输出转矩。
相对于机器偏心度，本文设想的转子由空气间隙从环绕定子径向分隔，其中，空气间隙的大小与转子相对于定子的绕轨位置结合改变。因此，本文描述的电机是“摆线”的意义在于，转子被约束，以利用两个自由度(2DOF)移动：(1) 围绕转子的旋转轴线的旋转运动，以及(2)围绕定子的轴线的绕轨运动。对于典型旋转电机，可根据以下等式[1]得出上文提到的空气间隙内存在的电磁转矩，其中，t和r分别表示示例圆柱形坐标系统中的径向和切向转矩分量：
Figure 812023DEST_PATH_IMAGE001
[1]
在等式[1]中，Te是以牛顿-米为单位的电磁转矩，R是以米为单位的空气间隙的平均半径，Lef是也以米为单位的电机的活性材料的有效堆叠长度，并且Ft是以牛顿为单位的在空气间隙内存在的切向力。切向力Ft被限定为：
Figure 198005DEST_PATH_IMAGE002
[2]
其中，P是电机的磁极的数量，ft表示每单位长度的空气间隙力密度的切向分量，并且ϕr是以弧度为单位的覆盖每个磁极对的电角度。
根据在上文提到的等式[1]和[2]中表达的关系，径向空气间隙力（比机器的切向力更大若干倍）不有助于电机的输出转矩。因此，摆线电机的所公开实施例将以其它方式未使用的径向空气间隙力并入到机器的输出转矩中，从而实现某些性能优点，包括以更低马达速度实现更高水平的马达转矩的输出。
相对于添加可控转子场，本教导旨在优化摆线磁阻机器中的转矩控制。所公开磁阻机器借助于其有意定位的电磁体而在转子中经受旋转多相磁场。如本文公开的，旋转磁场用于增加输出转矩，并且实现多相功率逆变器的使用。本文还公开了包括功率逆变器的电气系统，所述功率逆变器连接到电池，并且被配置为输出多相电压。电气系统还包括摆线磁阻马达和转子约束机构(RCM)。转子和定子的绕组形成相应同心转子和定子电磁体。转子和定子电磁体电连接到功率逆变器，例如，在可能实施例中的单独逆变器。
定子和/或转子磁极的相应磁场极性在多相电压的一个电气循环内改变。
定子和转子的相应绕组可选地可被实施为集中式非重叠绕组。在此类实施例中，定子磁极的磁场极性在多相电压的一个电气循环内改变，并且转子磁极的磁场极性不在相同电气循环内改变。可选地，转子磁极的磁场极性可在多相电压的一个电气循环内改变，而定子的磁场极性不改变。
在可能配置中，磁阻机器具有四个或更多个凸极。
在其它实施例中，定子和转子绕组每个可为分布式重叠绕组。在此类实施例中，定子磁极的磁场极性和转子磁极的磁场极性两者可在多相电压的上文提到的一个电气循环内改变。
可选地，磁阻机器可被实施为两极三相电机。当使用此类配置时，第一功率逆变器可连接到定子绕组，并且第二功率逆变器可连接到转子的绕组，使得可单独控制定子和转子。
本发明还公开了以下技术方案。
1. 电气系统，包括：
电池；
功率逆变器，连接到所述电池，并且输出多相电压；
摆线磁阻机器，具有由定子环绕的转子，其中：
所述转子和定子的绕组形成相应同心转子和定子电磁体，其中，所述转子和定子电磁体电连接到所述功率逆变器；
所述摆线磁阻机器被配置为使得所述定子和/或所述转子的相应磁极的磁场极性在所述多相电压的一个电气循环内改变；以及
所述转子相对于所述定子偏心定位，以利用两个自由度(2DOF)移动，所述2DOF包括围绕所述转子的旋转轴线的旋转运动和围绕所述定子的中心轴线的绕轨运动；以及
转子约束机构(RCM)，被配置为约束所述转子的运动，使得所述转子能够在所述2DOF中的至少一个中产生输出转矩，并且将输出转矩传递到联接负载。
2. 根据技术方案1所述的电气系统，其中，所述定子的所述绕组和所述转子的所述绕组是集中式非重叠绕组。
3. 根据技术方案2所述的电气系统，其中，所述定子磁极的所述磁场极性在所述多相电压的所述一个电气循环内改变，并且所述转子磁极的所述磁场极性不在所述多相电压的所述一个电气循环内改变。
4. 根据技术方案2所述的电气系统，其中，所述转子磁极的所述磁场极性在所述多相电压的所述一个电气循环内改变，并且所述定子磁极的所述磁场极性不在所述多相电压的所述一个电气循环内改变。
5. 根据技术方案2所述的电气系统，其中，所述磁阻机器具有三个或更多个凸极。
6. 根据技术方案1所述的电气系统，其中，所述定子的所述绕组和所述转子的所述绕组是分布式重叠绕组。
7. 根据技术方案6所述的电气系统，其中，所述定子的定子磁极和所述转子的转子磁极的相应磁场极性在所述多相电压的所述一个电气循环内改变。
8. 根据技术方案7所述的电气系统，其中，所述磁阻机器是两极三相电机。
9. 根据技术方案8所述的电气系统，其中，所述功率逆变器包括连接到所述定子的所述绕组的第一功率逆变器和连接到所述转子的所述绕组的第二功率逆变器。
10. 根据技术方案1所述的电气系统，其中，所述联接负载是交通工具的驱动轴。
11. 摆线磁阻机器，可连接到多相电压，并且包括：
定子，具有定子绕组；
转子，由所述定子环绕，并且具有转子绕组，其中，所述定子绕组和所述转子绕组形成相应同心定子和转子电磁体，以及其中，所述转子相对于所述定子偏心定位，以利用两个自由度(2DOF)移动，所述2DOF包括围绕所述转子的旋转轴线的旋转运动和围绕所述定子的中心轴线的绕轨运动；以及
转子约束机构(RCM)，被配置为约束所述转子的运动，使得所述转子能够在所述2DOF中的至少一个中产生输出转矩，并且将输出转矩传递到联接负载；
其中，所述摆线磁阻机器被配置为使得相应定子和转子的定子磁极和/或转子磁极的磁场极性在所述多相电压的一个电气循环内改变。
12. 根据技术方案11所述的摆线磁阻机器，其中，所述定子绕组和所述转子绕组是集中式非重叠绕组。
13. 根据技术方案12所述的摆线磁阻机器，其中，所述定子磁极的所述磁场极性在所述多相电压的所述一个电气循环内改变，并且所述转子磁极的所述磁场极性不在所述多相电压的所述一个电气循环内改变。
14. 根据技术方案12所述的摆线磁阻机器，其中，所述转子磁极的所述磁场极性在所述多相电压的所述一个电气循环内改变，并且所述定子磁极的所述磁场极性不在所述多相电压的所述一个电气循环内改变。
15. 根据技术方案11所述的摆线磁阻机器，其中，所述磁阻机器具有四个或更多个凸极。
16. 根据技术方案11所述的摆线磁阻机器，其中，所述定子绕组和所述转子绕组是分布式重叠绕组。
17. 根据技术方案11所述的摆线磁阻机器，其中，所述定子的定子磁极和所述转子的转子磁极的相应磁场极性在所述多相电压的所述一个电气循环内改变。
18. 根据技术方案17所述的摆线磁阻机器，其中，所述磁阻机器是两极三相电机。
上文的发明内容不旨在表示本公开的每个可能实施例或每个方面。相反地，前述发明内容旨在示例本文公开的一些新颖方面和特征。当与所附附图和所附权利要求结合时，本公开的上文的特征和优点以及其它特征和优点将从用于执行本公开的代表性实施例和模式的以下详细描述容易地显而易见。
附图说明
图1是具有摆线电动马达的示例电气系统的示意性图示，如本文描述的。
图2是具有经由插图显示的整体或单独摆线齿轮组特征的电机的示意性图示，所述电机可用作图1中显示的电气系统的一部分。
图3和图4是图2的摆线电机的转子的相应旋转和绕轨运动的示意性截面图示。
图5是具有集中式非重叠绕组的图2的摆线电机的实施例的示意性截面侧视图图示。
图6和图7是对于图5中显示的摆线电机的转子磁极定向的示意性截面图示。
图8是具有分布式重叠绕组的图2的摆线电机的实施例的示意性截面侧视图图示。
图9是可能的双功率逆变器配置的示意性图示，用于单独地控制图8中描绘的摆线电机的定子和转子场。
本公开可具有修改和可选形式，其中，代表性实施例通过示例的方式在附图中显示并且在下文详细描述。本公开的发明性方面不限于所公开实施例。相反地，本公开旨在覆盖落入本公开的范围内的修改、等同例、组合和可选例，如由所附权利要求限定的。
具体实施方式
参考附图，其中，在若干附图中，类似的附图标记指代相同或类似的部件，电气系统15示意性地显示在图1中。电气系统15可用作具有交通工具主体11的交通工具10的一部分，例如，具有与道路表面14滚动接触的一组道路轮12的机动交通工具。电气系统15还可用于其它类型的交通工具10中（例如，飞机、船只和轨道交通工具），或用于其它移动非交通工具应用中（例如，机器人和移动平台）。固定应用可同样地受益于电气系统15的使用，如下文阐述的，并且因此图1的交通工具10仅是本教导的一个可能有益应用。
电气系统15包括旋转摆线电机(ME) 20，所述旋转摆线电机(ME) 20具有联接到平衡转子30的输出构件25（参见图2）。如本文使用的，相对于转子30和电机20的术语“平衡”总体上可被限定为在转子30持续操作期间的阈值低水平的噪声、振动和粗糙度(NVH)，使得转子30不可察觉地摆动或振动超过本文详述的所约束的两个自由度(2DOF)。
本公开的电机20是上文总体上描述的类型的磁阻机器。如将由本领域普通技术人员理解的，磁阻机器（例如，同步、切换或可变磁阻机器）的特征在于，在转子30上缺少永磁体，并且相反地，经由在转子30上产生非永磁体磁极而操作。因此，经由磁阻原理产生马达输出转矩（箭头TO）。然而，本转子30是有意修改的变型，其中，以下文阐述的方式提供可控转子场，用于选择性地增大电机20的磁阻转矩的目的。
图1-3的摆线电机20是可操作的，用于为运动提供2DOF（即，旋转和绕轨运动），如分别在图3和图4中详述的。对于摆线电机20的某些增强可被包括在本公开的范围内，其中，下文特别参考图5-9描述了示例多转子实施例。共同地，本教导旨在在此类摆线电机20的输出转矩（箭头TO）的总体组成中有益地使用以其它方式大量未使用的径向空气间隙力，并且经由单独完全可控的转子电磁场的使用而优化输出转矩（箭头TO）的产生和递送，如下文描述的。
在图1的所示出示例实施例中，电气系统15包括电池(BHV) 22和功率逆变器模块(PIM) 24。下文参考图9进一步详细描述了对于PIM 24的结构和控制的选项。根据实施例，电池22可具有相对高电压容量，例如，60伏或更多，其中，“高压”由下标“HV”指示。摆线电机20可被实施为多相电动马达，并且因此电连接到AC总线123，其中，电机20由来自PIM 24的AC电压(VAC)通电。PIM 24转而经由DC电压总线23连接到电池22，其中，根据摆线电机20作用为马达或作用为发电机，DC电压(VDC)由DC电压总线23供应到PIM 24，并且反之亦然。
当通电时，摆线电机20产生上文提到的输出转矩（箭头TO），并且经由输出构件25将输出转矩输出到从动负载，例如，到交通工具10的连接驱动轴和/或驱动轮12。电气系统15的操作可由控制器(C) 50经由控制信号（箭头CCO）调整。控制器50可包括处理器(P)和有形非暂时性存储器(M)，包括呈光学、磁性或闪速存储器形式的只读存储器。控制器50还可包括足够量的随机存取存储器和电可擦除可编程只读存储器以及高速时钟、模数和数模电路系统以及输入/输出电路系统和装置以及适当信号调节和缓冲电路系统。
参考图2，摆线电机20的转子(RTR) 30偏心定位。转子30相对于定子(STR) 32径向地被设置，所述定子32可接地到固定构件42，如所显示的。电机20可包括壳体（未显示），转子30、定子32和其它部件被设置并且结构性支撑在所述壳体中。定子32可由空气间隙(G1、G2)从转子30分隔，或定子32可在瞬时运动中心处与转子30连续接触，而不滑动抵靠转子30的外表面35。转子30的偏心定位为转子30提供上文提到的2DOF，即，旋转运动和绕轨运动。
转子30偏心定位并且径向地被设置在定子32内，即，在图2的示意性示出的示例圆柱形实施例中，由定子32环绕或包围。转子30以围绕转子轴线144的旋转运动和围绕定子32的中心轴线32A的绕轨运动移动，其中，中心轴线32A在本文也被称为定子轴线32A。在一些配置中，转子30和定子32可由空气间隙（G1或G2）从彼此相互分隔。即，根据转子30在定子32内的绕轨位置，转子30可更靠近于最顶部内周向表面132（在图2中显示为对应空气间隙G1），在所述位置处，转子30利用更大对应空气间隙G2更远离定子32的内周向表面132的最底部部分（即，232）。随着转子30在定子32内绕轨，空气间隙G1和G2的相对大小将改变，即，每当转子30远离图2中描绘的位置绕轨180度时，空气间隙G2变得比空气间隙G1更小。在其它实施例中，例如，当多凸叶摆线盘56集成到转子30的结构中时，如下文描述的，空气间隙G1、G2可为零。
电机20连接到或包括转子约束机构(RCM) 40。RCM 40被配置为约束转子30的运动，使得转子30能够在联接负载上产生有用的具体对于应用的转矩。在某些实施例中，RCM40的部分可与转子30的结构一体地形成，而在其它实施例中，RCM 40可被实施为一组外部部件，例如，摆线齿轮组52的为输出轴58提供动力的部分。
可参考被显示为图2的左上角中的插图的摆线齿轮组52而理解电机20的总体操作。摆线齿轮组52具有在其内设置摆线盘56的接地/固定外环形齿轮元件54。摆线盘56限定等距间隔的孔59。销钉53（例如，圆柱形柱，如所显示的）可从齿轮元件57轴向延伸。由摆线齿轮组52实现的特定2DOF运动将由本领域普通技术人员理解为例如减速机构。
图1中显示的电气系统15可将示例摆线齿轮组52的某些结构功能方面整体地并入到其组成结构中，而不将摆线齿轮组52自身整体地并入。例如，固定外环形齿轮元件54和摆线盘56的功能可组合到RCM 40的结构和功能中，其中，转子30的输入构件43螺栓连接到对应于摆线盘56的RCM 40的结构。此类结构使得转子30能够被约束，从而围绕转子轴线144旋转，并且同时围绕定子轴线32A绕轨。
所公开布置实现了来自电机20的更高水平的输出转矩（箭头TO），特别是当电机20被实施为非永磁电机时（例如，切换磁阻马达）时，其中，运动对于所产生的磁场被修整，并且其中，图1的控制器50可能控制此类场。在某些实施例中，RCM 40的至少一部分可与转子30一体地形成。例如，转子30的轮廓可被构造为近似或匹配示例摆线齿轮组52的所示出摆线盘56的轮廓，其中，定子32被类似地构造为形成外环形齿轮元件54的配合轮廓。
转子30和/或电机20可选地可连接到联接机构(CPL) 60。CPL 60被配置为将转子30的旋转从转子轴线144转换到从动负载。CPL 60可定位在转子30的下游，即，联接到转子30的输出构件44，并且被配置为将转子30的2DOF运动转换到1DOF运动中。如本文使用的，术语“1DOF运动”描述了输出构件25和连接从动负载的旋转，而没有绕轨运动。因此，当从动负载是图1中显示的代表性交通工具10的上文提到的驱动轴或驱动轮12时，转子30的1DOF运动为驱动轴提供动力。
可设想各种实施例，用于实施CPL 60，包括但不限于欧氏（Oldham）联接机构。如将理解的，欧氏联接利用紧凑盘布置，即，输入联接盘、输出联接盘以及通过配合的榫部和凹槽连接而结合到输入和输出联接盘的旋转中间盘。可选地，可使用图2的摆线齿轮组52中显示的柱和孔配置，或为了相同目的，可采用由多个正齿轮构造的齿轮系，其中，这些仅是实施CPL 60的几个可能方式。
如上文公开的，CPL 60在图1的示例电气系统15内的使用是可选的。即，可容易地设想有益地使用输出构件25的绕轨运动的某些应用。示例是其中可期望同时旋转和绕轨运动的混合操作，例如，当为用于混合水泥或掺合食物产品类型的搅拌器提供动力时。其它可能应用可认为此类2DOF运动是有益的，例如，在无人操纵探测器或其它具体用途的交通工具的推进系统中，或在研磨机、混合器和洗衣机中。
简要地参考图3和图4，上文提到的2DOF运动经由在时间t=0时开始并且继续直到未来时间点t=t+1时的一系列运动而示意性地表示。图3显示了摆线运动的示例，使得转子30（为了图示清楚性，被显示为具有周向间隔的参考点30X）在环绕定子32内径向地具有旋转运动。此类运动由代表性参考点30X*在t=0和t=t+1之间的变化位置指示。图4显示了绕轨运动，使得转子30围绕定子32的内周向表面132“滑动”。在不同应用中，可使用纯旋转运动、纯绕轨运动或旋转和绕轨运动的组合，如上文提到的。
虽然2DOF运动由摆线电机20实现，但在噪声、振动和粗糙度(NVH)的方面上，此类运动可不是优选的。即，可由所公开摆线电机20提供不平衡的机械力和磁力，这可导致多余负载被传递通过转子30的轴承，并且将多余负载赋予到定子32。为了使电机20的操作平顺，并且降低不期望的NVH作用，可采用各种方法，以帮助平衡电机20。
与图6和图7结合参考图5，描绘了电机20的实施例，其中，定子32包围转子30。电机20被划分成在图5中标记为TH和BH的两个对称半部，其中，如将理解的，半部TH和BH表示对称半平面。转子30将三个或更多个转子突出部36限定为对应数量的凸极，其中，四个此类转子突出部36和凸极P1、P2、P3、P4在图5中显示，即，在所示出瞬间时，磁极P1和P4位于半部/对称半平面TH处，并且磁极P2和P3位于半部/对称半平面BH中。
转子30在绕轨位置中，其中，位于邻近凸极P1和P2的空气间隙G1比被显示邻近凸极P3和P4的空气间隙G2更小。如本领域中将理解的，所示出实施例需要使用集中式非重叠绕组。如将理解的，通过将导体缠绕围绕定子芯34的径向突出部，形成了定子电磁体32M，其中，此类突出部从内周向表面132径向向内凸出，如所显示的。类似地，转子电磁体30M相对于转子突出部36形成例如为转子线圈。箭头MS和MR分别表示定子32和转子30的磁化方向。箭头RR是转子30围绕转子轴线144的旋转方向。
在典型电机中，由相应箭头MS和MR指示的两个磁化方向将垂直于彼此（即，分开90°），并且因此将在定子32和转子30之间的径向空气间隙中产生上文描述的切向力，以排除潜在有益径向力。当磁化方向完全对准（即，分开0°）时，相对情况成立，其中，产生径向力，以排除切向力。转子30的所提供偏心度实现了此类径向力的有益使用，其中，0°（完全径向）和90°（完全切向）之间的MMF对准的变型并入到电机20的配置中，以提供具体对于应用的性能优点。
如图5中显示的电机20的半部TH和BH在相同瞬间时的激励分别在图6和图7中描绘，其中，“X”和“O”分别表示流动到和流动出页面的电流的方向。如图6中表示的，在根据惯例将转子30显示在定子32上方的情况下，如所显示的，转子电磁体30M和定子电磁体32M的激励导致转子和定子磁极的磁性吸引。此磁性吸引状态由相同方向的箭头MS和MR指示。相反地，图7表示通电状态，其中，定子和转子磁极彼此排斥，如由相对方向的箭头MS和MR指示的。可选地，定子32和转子30的一个半侧可基于图6和图7的所示出激励而被激励。
图5-7的实施例可通过将转子绕组（即，形成转子电磁体30M的导体）电连接到图1的PIM 24而实现。例如，当电机20是刷式机器时，连接可通过换向器和刷（未显示）。在可选例中，可使用无刷激励机方案。转子电磁体30M的激励可被执行，从而在转子30或定子32的铁质芯中导致单向磁通路径。此类转子电磁体30M的使用将允许转子磁动势(MMF)的完全控制，用于从上文描述的径向力以及（如果适用）在图2的转子30和定子32之间的空气间隙G1、G2中存在的切向力产生转矩。为了使用切向力而产生转矩，参考点应从定子32的内直径（即，图2的内周向表面132）朝向定子32的中心移位。同样地，定子32的MMF和转子30的MMF之间的角度可用于优化来自切向力和径向力两者的转矩产生。
电机20的另一实施例在图8和图9中显示。不同于图5的实施例，定子32和转子30可以类似方式（例如，使用三相两极AC机器缠绕方案）缠绕。此类方法可与分布式重叠绕组使用，如该术语在本领域中被理解的。转子电磁体30M可例如通过电机20的滑动环和刷（未显示）连接到外部电源。
示例三相实施方案在图8中显示为电机20A，其中，定子32和转子30的电相按照惯例被标记为相A、B和C，其中，相A、B和C从彼此相差120°。即，相A超前于相B120°，并且超前于相C240°等。因此，如所显示的，电机20A是电机20的2极/3相变型，其中一个磁极凸性被最小化。如图5，箭头MS和MR分别表示定子32和转子30的MMF的方向，并且箭头RR是转子30的旋转方向。还描绘了电机20A的旋转中心(COR)，即，图2中显示的齿轮组52中的环形齿轮元件54的半径。转子30和定子32中的凹槽的数量可为如显示的，即，具有转子30的六十个凹槽30S和定子32的七十二个凹槽32S。可设想使用更少或更多此类凹槽的其它三相实施例，并且因此所示出实施例是本教导的非限制性和说明性实施例。
相应定子和转子电磁体32M和30M可经由对应PIM 24S和24R（如所显示的，作为图9中的可选电气系统150的一部分）而单独地被激励，使得转子30和定子32的所导致的MMF与彼此成直线，并且在每个瞬间时垂直于旋转中心(COR)。替代图9的单独PIM 24S和24R，可使用9切换逆变器或其它减少部件计数的功率逆变器。定子32的更高数量的相可与选择性相停用方法结合使用，以改进输出转矩(TO)。在考虑到前述公开的情况下，这些和其它益处将由本领域普通技术人员容易地理解。
因此，图5和图8提供了本电机20的两个可能实施方案。在图1的实施例中，每个定子磁极场由每个转子磁极场增大，其中，定子场在一个对称半平面（图8的TH或BH）中被增加，并且在另一对称半平面中被排斥。此类方法需要逐磁极激励。
在任一实施例中，可执行转子30和定子32的激励，从而分别在转子30或定子32的铁质芯中产生单向磁通路径。所公开电磁体30M和32M的使用实现转子30的MMF的完全控制，以从径向力以及（如果适用）从电机20的空气间隙中的切向力产生转矩。即，定子32和转子30的MMF之间的角度可用于优化来自径向力和切向力两者的转矩产生，如上文在其它位置提到的。在考虑到本公开的情况下，这些和其它益处将由本领域普通技术人员理解。
虽然已详细描述了最佳模式和其它实施例中的一些，但存在有各种可选设计和实施例，用于实践所附权利要求中限定的本教导。本领域技术人员将理解的是，可对于所公开实施例作出修改，而不从本公开的范围脱离。此外，本概念明确地包括所描述元件和特征的组合和子组合。详细描述和附图对于本教导是支持性和描述性的，其中，本教导的范围仅由权利要求限定。

Claims (18)

1.电气系统，包括：
电池；
功率逆变器，连接到所述电池，并且输出多相电压；
摆线磁阻机器，具有由定子环绕的转子，其中：
所述转子和定子的绕组形成相应同心转子和定子电磁体，其中，所述转子和定子电磁体电连接到所述功率逆变器；
所述摆线磁阻机器被配置为使得所述定子和/或所述转子的相应磁极的磁场极性在所述多相电压的一个电气循环内改变；以及
所述转子相对于所述定子偏心定位，以利用两个自由度移动，所述两个自由度包括围绕所述转子的旋转轴线的旋转运动和围绕所述定子的中心轴线的绕轨运动；以及
转子约束机构(RCM)，被配置为约束所述转子的运动，使得所述转子能够在所述两个自由度中的至少一个中产生输出转矩，并且将输出转矩传递到联接负载，转子约束机构包括摆线齿轮组，摆线齿轮组具有齿轮元件和在其内设置摆线盘的固定外环形齿轮元件，摆线盘限定多个等距间隔的孔，多个销钉从齿轮元件轴向延伸到相应孔中。
2.根据权利要求1所述的电气系统，其中，所述定子的所述绕组和所述转子的所述绕组是集中式非重叠绕组。
3.根据权利要求2所述的电气系统，其中，所述定子磁极的所述磁场极性在所述多相电压的所述一个电气循环内改变，并且所述转子磁极的所述磁场极性不在所述多相电压的所述一个电气循环内改变。
4.根据权利要求2所述的电气系统，其中，所述转子磁极的所述磁场极性在所述多相电压的所述一个电气循环内改变，并且所述定子磁极的所述磁场极性不在所述多相电压的所述一个电气循环内改变。
5.根据权利要求2所述的电气系统，其中，所述磁阻机器具有三个或更多个凸极。
6.根据权利要求1所述的电气系统，其中，所述定子的所述绕组和所述转子的所述绕组是分布式重叠绕组。
7.根据权利要求6所述的电气系统，其中，所述定子的定子磁极和所述转子的转子磁极的相应磁场极性在所述多相电压的所述一个电气循环内改变。
8.根据权利要求7所述的电气系统，其中，所述磁阻机器是两极三相电机。
9.根据权利要求8所述的电气系统，其中，所述功率逆变器包括连接到所述定子的所述绕组的第一功率逆变器和连接到所述转子的所述绕组的第二功率逆变器。
10.根据权利要求1所述的电气系统，其中，所述联接负载是交通工具的驱动轴。
11.摆线磁阻机器，可连接到多相电压，并且包括：
定子，具有定子绕组；
转子，由所述定子环绕，并且具有转子绕组，其中，所述定子绕组和所述转子绕组形成相应同心定子和转子电磁体，以及其中，所述转子相对于所述定子偏心定位，以利用两个自由度移动，所述两个自由度包括围绕所述转子的旋转轴线的旋转运动和围绕所述定子的中心轴线的绕轨运动；以及
转子约束机构(RCM)，被配置为约束所述转子的运动，使得所述转子能够在所述两个自由度中的至少一个中产生输出转矩，并且将输出转矩传递到联接负载，转子约束机构包括摆线齿轮组，摆线齿轮组具有齿轮元件和在其内设置摆线盘的固定外环形齿轮元件，摆线盘限定多个等距间隔的孔，多个销钉从齿轮元件轴向延伸到相应孔中；
其中，所述摆线磁阻机器被配置为使得相应定子和转子的定子磁极和/或转子磁极的磁场极性在所述多相电压的一个电气循环内改变。
12.根据权利要求11所述的摆线磁阻机器，其中，所述定子绕组和所述转子绕组是集中式非重叠绕组。
13.根据权利要求12所述的摆线磁阻机器，其中，所述定子磁极的所述磁场极性在所述多相电压的所述一个电气循环内改变，并且所述转子磁极的所述磁场极性不在所述多相电压的所述一个电气循环内改变。
14.根据权利要求12所述的摆线磁阻机器，其中，所述转子磁极的所述磁场极性在所述多相电压的所述一个电气循环内改变，并且所述定子磁极的所述磁场极性不在所述多相电压的所述一个电气循环内改变。
15.根据权利要求11所述的摆线磁阻机器，其中，所述磁阻机器具有四个或更多个凸极。
16.根据权利要求11所述的摆线磁阻机器，其中，所述定子绕组和所述转子绕组是分布式重叠绕组。
17.根据权利要求11所述的摆线磁阻机器，其中，所述定子的定子磁极和所述转子的转子磁极的相应磁场极性在所述多相电压的所述一个电气循环内改变。
18.根据权利要求17所述的摆线磁阻机器，其中，所述磁阻机器是两极三相电机。
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