DE102018111951A1

DE102018111951A1 - Veränderliche flussbrücke für den rotor einer elektrischen maschine

Info

Publication number: DE102018111951A1
Application number: DE102018111951.8A
Authority: DE
Inventors: Jacob Krizan
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-05-23
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2018-11-29
Also published as: US10312783B2; US20180342936A1; CN108933509A

Abstract

Eine elektrische Maschinenbaugruppe für ein elektrifiziertes Fahrzeug, welche einen Statorkern, einen Rotor, ein erstes Paar von Magneten, ein zweites Paar von Magneten und einen Magneten mit veränderlichem Fluss beinhaltet, wird bereitgestellt. Der Statorkern definiert einen Hohlraum. Der Rotor ist innerhalb des Hohlraums zur Drehung angeordnet und beinhaltet eine Brücke. Jedes des ersten Paares von Magneten kann am Rotor montiert und auf jeder Seite einer ersten D-Achse voneinander beabstandet sein. Jedes des zweiten Paares von Magneten kann am Rotor montiert und auf jeder Seite einer zweiten D-Achse voneinander beabstandet sein. Die erste D-Achse und die zweite D-Achse sind auf jeder Seite einer Q-Achse voneinander beabstandet. Der Magnet mit veränderlichem Fluss ist in der Brücke eingebettet und befindet sich an dem Rotor, um Strom zu beeinflussen, der der Q-Achse zugeordnet ist, um die Drehmomentausgabe des Rotors zu steuern und den Strom der D-Achse zu pulsen, um eine Magnetisierung der Brücke zu steuern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine elektrische Maschinenbaugruppe eines elektrifizierten Fahrzeugs.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Technologie für einen verlängerten Fahrbereich für elektrifizierte Fahrzeuge, wie etwa Batterieelektrofahrzeuge (battery electric vehicle - BEV), Hybridelektrofahrzeuge (hybrid electric vehicle - HEV) und Plug-in-Hybridfahrzeuge (plug in hybrid vehicles - PHEV), verbessert sich zunehmend. Das Erreichen dieser Bereiche erfordert jedoch oftmals Traktionsbatterien und elektrische Maschinen, um höhere Leistungsabgabe und damit verbundene Wärmemanagementsysteme mit erhöhten Kapazität im Vergleich zu früheren BEV und PHEV aufzuweisen. Das Verbessern der Effizienz zwischen Statorkernen und Rotoren der elektrischen Maschine können Leistungsabgaben der elektrischen Maschine erhöhen.
KURZDARSTELLUNG
Eine elektrische Maschinenbaugruppe für ein elektrifiziertes Fahrzeug beinhaltet einen Statorkern, einen Rotor, ein erstes Paar von Magneten, ein zweites Paar von Magneten und einen Magneten mit veränderlichem Fluss. Der Statorkern definiert einen Hohlraum. Der Rotor ist innerhalb des Hohlraums zur Drehung angeordnet und beinhaltet eine Brücke. Jedes des ersten Paares von Magneten ist am Rotor montiert und auf jeder Seite einer ersten D-Achse voneinander beabstandet. Jedes des zweiten Paares von Magneten ist am Rotor montiert und auf jeder Seite einer zweiten D-Achse voneinander beabstandet. Die erste D-Achse und die zweite D-Achse sind auf jeder Seite einer Q-Achse voneinander beabstandet. Der Magnet mit veränderlichem Fluss ist in der Brücke eingebettet und befindet sich an dem Rotor, um Strom zu beeinflussen, der der Q-Achse zugeordnet ist, um die Drehmomentausgabe des Rotors zu steuern und den Strom der D-Achse zu pulsen, um eine Magnetisierung der Brücke zu steuern. Die Magneten des ersten Paars von Magneten oder des zweiten Paars von Magneten können zueinander angeordnet sind, um eine umgekehrte V-Form zu definieren. Die Baugruppe kann ferner eine erste seitliche Flusssperre, die an einer ersten Seite des Magneten mit veränderlichem Fluss angeordnet ist, und eine zweite seitliche Flusssperre, die an einer zweiten Seite des Magneten mit veränderlichem Fluss angeordnet ist, beinhalten. Die seitlichen Flusssperren können mit dem Magneten mit veränderlichem Fluss angeordnet sein, um zu verhindern, dass vertikaler Strom oder Fluss, welcher der Q-Achse zugeordnet ist, die Magnetisierung des Magneten mit veränderlichem Fluss beeinflusst. Die erste seitliche Flusssperre und die zweite seitliche Flusssperre können jeweils positioniert sein, um den magnetischen Fluss derart zu beeinflussen, dass er in einem wesentlich horizontalen Weg durch den Magneten mit veränderlichem Fluss fließt. Der Magnet mit veränderlichem Fluss kann eines von AlNiCo, Ferrit und einem niederenergetischen Seltenerdmetall sein. Der Magnet mit veränderlichem Fluss kann mit dem ersten Paar von Magneten und dem zweiten Paar von Magneten angeordnet sein, sodass der magnetische Fluss, welcher der Q-Achse zugeordnet ist, um den Magneten mit veränderlichem Fluss umgelenkt wird, um die Drehmomentausgabe des Rotors zu steuern.
Eine elektrische Maschinenbaugruppe für ein elektrifiziertes Fahrzeug beinhaltet einen Statorkern, einen Rotor, ein erstes Paar von Magneten, ein zweites Paar von Magneten und einen trapezförmigen Magneten mit veränderlichem Fluss. Der Statorkern definiert einen Hohlraum. Der Rotor ist innerhalb des Hohlraums angeordnet und beinhaltet eine Brücke. Das erste Paar von Magneten ist jeweils zueinander angeordnet, um Strom entlang einer ersten D-Achse zu generieren, wenn sich der Rotor dreht und der Statorkern aktiviert ist. Das zweite Paar von Magneten ist jeweils zueinander angeordnet, um Strom entlang einer zweiten D-Achse zu generieren, wenn sich der Rotor dreht und der Statorkern aktiviert ist. Der trapezförmige Magnet mit veränderlichem Fluss ist in der Brücke eingebettet und mit dem ersten und zweiten Paar von Magneten angeordnet, sodass Strom, der einer Q-Achse zugeordnet ist, die den Magneten mit veränderlichem Fluss zweiteilt, sich in einem wesentlich horizontalen Weg durch den Magneten mit veränderlichem Fluss bewegt. Der Magnet mit veränderlichem Fluss beinhaltet eine erste Seite und eine zweite Seite. Die erste Seite ist näher an einer äußeren Oberfläche des Rotors und weist eine kürzere Länge als eine Länge der zweiten Seite auf. Die Trapezform des Magneten mit veränderlichem Fluss kann einen ersten Weg und einen zweiten Weg, der dicker als der erste Weg ist, erzeugen, um den magnetischen Fluss zu beeinflussen, sich entlang des wesentlich horizontalen Wegs zu bewegen. Die Baugruppe kann ferner eine erste seitliche Flusssperre und eine zweite seitliche Flusssperre aufweisen, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Magneten mit veränderlichem Fluss angeordnet sind, um den magnetischen Fluss, der sich in einem wesentlich vertikalen Strömungsweg bewegt, zu blockieren oder zu minimieren.
Eine elektrische Maschinenbaugruppe beinhaltet einen Rotor, einen Magneten mit veränderlichem Fluss und einen ersten und zweiten Magneten. Der Rotor ist innerhalb eines Statorkerns angeordnet und beinhaltet eine Brücke. Der Magnet mit veränderlichem Fluss ist in der Brücke eingebettet. Der erste und zweite Magnet sind angeordnet, um eine D-Achse dazwischen zu definieren und eine umgekehrte Neigung zu definieren, um den magnetischen Fluss, der der D-Achse zugeordnet ist, in den Magneten mit veränderlichem Fluss zu richten und einen Stromeffekt, der der D-Achse zugeordnet ist, bei Magnetisierung des Magneten mit veränderlichem Fluss zu erhöhen. Die Baugruppe kann ferner eine Tangentialachse, die von einer äußeren Oberfläche des Rotors definiert wird, und eine Versatzachse, die parallel von der Tangentialachse beabstandet ist, beinhalten. Einer der Magneten kann eine Kantenachse definieren und ein Winkel der Kantenachse relativ zur Versatzachse kann ausgewählt werden, um einen Betrag des magnetischen Flusses zu beeinflussen, welcher der D-Achse zugeordnet ist und in den Magneten mit veränderlichem Fluss übertragen wird, um eine Magnetisierung des Magneten mit veränderlichem Fluss zu beeinflussen. Der Winkel der Kantenachse relativ zur Versatzachse kann zwischen fünfundzwanzig und fünfunddreißig Grad betragen. Der Winkel der Kantenachse relativ zur Versatzachse kann ungefähr dreißig Grad betragen. Der erste Magnet und der zweite Magnet können zueinander angeordnet sein, um ein umgekehrtes V zu bilden. Die Baugruppe kann ferner eine erste seitliche Flusssperre und eine zweite seitliche Flusssperre beinhalten, die jeweils an einer der gegenüberliegenden Seiten des Magneten mit veränderlichem Fluss angeordnet sind, um den Fluss des Magneten mit veränderlichem Fluss dazwischen beizubehalten.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel für ein elektrifiziertes Fahrzeug veranschaulicht.
2 ist eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht eines Beispiels für einen Abschnitt einer elektrischen Maschine.
3 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel für eine Drehmomentdrehzahlkurve für eine elektrische Maschine zeigt.
4 ist eine partielle Vorderansicht im Querschnitt eines Abschnitts eines Beispiels für einen Rotor für eine elektrische Maschine.
5 ist ein Diagramm, welches ein weiteres Beispiel für eine Drehmomentdrehzahlkurve für eine elektrische Maschine zeigt.
6 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Beziehung zwischen einer Feder und einer beweglichen Brücke eines Rotors zeigt.
7A ist eine partielle Vorderansicht im Querschnitt eines Abschnitts eines Beispiels für einen Rotor und Stator für eine elektrische Maschine, die eine Brücke in einer ersten Position zeigt.
7B ist eine partielle Vorderansicht im Querschnitt des Abschnitts des Beispiels für den Rotor und den Stator für eine elektrische Maschine aus 5, die die Brücke in einer zweiten Position zeigt.
7C ist eine partielle Vorderansicht im Querschnitt des Abschnitts des Beispiels für den Rotor und den Stator für eine elektrische Maschine aus 5, die die Brücke in einer dritten Position zeigt.
8 ist eine partielle Vorderansicht im Querschnitt eines Abschnitts für ein weiteres Beispiel für einen Rotor für eine elektrische Maschine, die Orientierungsachsen und magnetische Flusswege für verschiedene Komponenten der elektrischen Maschine zeigt.
9 ist eine partielle Vorderansicht im Querschnitt eines Abschnitts für ein weiteres Beispiel für einen Rotor für eine elektrische Maschine, die ein Beispiel für magnetische Flussstromwege zeigt, die von verschiedenen Komponenten der elektrischen Maschine beeinflusst werden.
10 ist eine partielle Vorderansicht im Querschnitt eines Abschnitts für ein noch weiteres Beispiel für einen Rotor für eine elektrische Maschine, die ein weiteres Beispiel für magnetische Flussstromwege zeigt, die von verschiedenen Komponenten der elektrischen Maschine beeinflusst werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hier werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Dabei versteht es sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale sind eventuell vergrößert oder verkleinert dargestellt, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Offenbarung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
1 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel für ein elektrifiziertes Fahrzeug veranschaulicht. In diesem Beispiel ist das elektrifizierte Fahrzeug ein PHEV, welches hierin als ein Fahrzeug 12 bezeichnet wird. Das Fahrzeug 12 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 14 beinhalten, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Jede der elektrischen Maschinen 14 kann in der Lage sein, als Elektromotor oder Generator betrieben zu werden. Außerdem ist das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 18 verbunden. Das Hybridgetriebe 16 ist zudem mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden, die mechanisch mit den Rädern 22 verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 14 können Vortriebs- und Verlangsamungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 18 an- oder ausgeschaltet wird. Die elektrischen Maschinen 14 können zudem als Generatoren betrieben werden und können Kraftstoffeffizienzvorteile bereitstellen, indem Energie zurückgewonnen wird, die normalerweise in dem Reibungsbremssystem als Wärme verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 14 können auch reduzierte Schadstoffemissionen bereitstellen, da das Fahrzeug 12 unter bestimmten Bedingungen in einem Elektromodus betrieben werden kann.
Eine Traktionsbatterie 24 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 stellt typischerweise einen Hochspannungsgleichstromausgang aus einem oder mehreren Batteriezellenarrays, mitunter als Batteriezellenstapel bezeichnet, innerhalb der Traktionsbatterie 24 bereit. Die Batteriezellenarrays können eine oder mehrere Batteriezellen beinhalten. Die Traktionsbatterie 24 ist durch ein oder mehrere Schütze (nicht gezeigt) elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 verbunden. Das eine oder die mehreren Schütze isolieren die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten, wenn sie geöffnet sind, und verbinden die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten, wenn sie geschlossen sind. Das Leistungselektronikmodul 26 ist zudem elektrisch mit den elektrischen Maschinen 14 verbunden und stellt die Fähigkeit bereit, elektrische Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 zu übertragen. Zum Beispiel kann eine typische Traktionsbatterie 24 eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 eine Dreiphasenwechselspannung erfordern können, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandeln, wie durch die elektrischen Maschinen 14 erfordert. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 26 die Dreiphasenwechselspannung aus den elektrischen Maschinen 14, die als Generatoren fungieren, in die Gleichspannung umwandeln, die durch die Traktionsbatterie 24 erfordert wird. Abschnitte der hier bereitgestellten Beschreibung gelten gleichermaßen für ein reines Elektrofahrzeug. Bei einem reinen Elektrofahrzeug kann es sich bei dem Hybridgetriebe 16 um einen Getriebekasten handeln, der mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist, und bei dem der Verbrennungsmotor 18 möglicherweise nicht vorhanden ist.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein typisches System kann ein Gleichspannungswandlermodul 28 beinhalten, das den Hochspannungsgleichstromausgang der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umwandelt, die mit anderen Fahrzeuglasten kompatibel ist. Andere Hochspannungslasten, wie etwa Verdichter und elektrische Heizvorrichtungen, können ohne die Verwendung eines Gleichspannungswandlermoduls 28 direkt mit der Hochspannung verbunden sein. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. einer 12-Volt-Batterie) verbunden.
Ein elektrisches Batteriesteuermodul (battery electrical control module - BECM) 33 kann mit der Traktionsbatterie 24 in Verbindung stehen. Das BECM 33 kann als Steuerung für die Traktionsbatterie 24 fungieren und kann zudem ein elektronisches Überwachungssystem beinhalten, das die Temperatur und den Ladestatus für jede Batteriezelle der Traktionsbatterie 24 verwaltet. Die Traktionsbatterie 24 kann über einen Temperatursensor 31, wie etwa einen Thermistor oder anderen Temperaturanzeiger, verfügen. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 in Verbindung stehen, um Temperaturdaten in Bezug auf die Traktionsbatterie 24 bereitzustellen.
Das Fahrzeug 12 kann durch eine externe Stromquelle 36, wie etwa einen Stromanschluss, wieder aufgeladen werden. Die externe Leistungsquelle 36 kann elektrisch mit einer Elektrofahrzeugversorgungsausrüstung (electric vehicle supply equipment - EVSE) 38 verbunden sein. Die EVSE 38 kann eine Schaltung und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Leistungsquelle 36 und dem Fahrzeug 12 zu regulieren und zu verwalten. Die externe Leistungsquelle 36 kann der EVSE 38 elektrische Leistung als Gleichstrom oder Wechselstrom bereitstellen. Die EVSE 38 kann einen Ladestecker 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann jede Art von Anschluss sein, der dazu konfiguriert ist, Leistung von der EVSE 38 an das Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann elektrisch mit einer Ladestation oder einem fahrzeugseitigen Leistungsumwandlungsmodul 32 verbunden sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann die Leistung konditionieren, die von der EVSE 38 bereitgestellt wird, um der Traktionsbatterie 24 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann mit der EVSE 38 eine Schnittstelle bilden, um die Abgabe von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der Ladestecker 40 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 34 zusammenpassen.
Die verschiedenen vorstehend erörterten Komponenten können eine oder mehrere zugeordnete Steuerungen aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über diskrete Leiter kommunizieren.
Die Batteriezellen der Traktionsbatterie 24, wie etwa eine prismatische oder Pouch-Zelle, können elektrochemische Elemente beinhalten, die gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Prismatische oder Pouch-Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) beinhalten. Ein Elektrolyt kann ermöglichen, dass Ionen sich während des Entladungsbetriebs zwischen der Anode und Kathode bewegen und dann während des Wiederaufladungsbetriebs zurückkehren. Anschlüsse können ermöglichen, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus den Batteriezellen fließt. Bei einer Positionierung in einem Array mit mehreren Batteriezellen können die Anschlüsse jeder Batteriezelle mit Gegenanschlüssen (positiv und negativ) benachbart zueinander ausgerichtet sein, und eine Stromschiene kann bei dem Vereinfachen einer Reihenschaltung zwischen den mehreren Batteriezellen behilflich sein. Die Batteriezellen können ebenfalls parallel derart angeordnet sein, dass ähnliche Anschlüsse (positiv und positiv oder negativ und negativ) benachbart zueinander liegen.
2 ist eine teilweise auseinandergezogene Ansicht, die ein Beispiel für Abschnitte einer elektrischen Maschine für ein elektrifiziertes Fahrzeug veranschaulicht, welches hierin im Allgemeinen als eine elektrische Maschine 100 bezeichnet wird. Die elektrische Maschine kann einen Statorkern 102 und einen Rotor 106 beinhalten. Wie vorstehend erwähnt, können elektrifizierte Fahrzeuge zwei elektrische Maschinen beinhalten. Eine der elektrischen Maschinen kann primär als ein Motor fungieren und die andere kann primär als ein Generator fungieren. Der Motor kann betrieben werden, um Elektrizität in mechanische Leistung umzuwandeln, und der Generator kann betrieben werden, um mechanische Leistung in Elektrizität umzuwandeln. Der Statorkern 102 kann eine innere Oberfläche 108 und einen Hohlraum 110 definieren. Der Rotor 106 kann zur Anordnung und zum Betrieb innerhalb des Hohlraums 110 bemessen sein. Eine Welle 112 kann mit dem Rotor 106 wirkverbunden sein und an andere Fahrzeugkomponenten gekoppelt sein, um mechanische Leistung davon zu übertragen.
Wicklungen 120 können innerhalb des Hohlraums 110 des Statorkerns 102 angeordnet sein. In einem Beispiel für einen Elektromaschinenmotor kann Strom zu den Wicklungen 120 geleitet werden, um eine Drehkraft an dem Rotor 106 zu erhalten. In einem beispielhaften Elektromaschinengenerator kann Strom, der in den Wicklungen 120 durch eine Drehung des Rotors 106 erzeugt wurde, verwendet werden, um Fahrzeugkomponenten anzutreiben. Abschnitte der Wicklungen 120, wie etwa Wickelköpfe 126, können aus dem Hohlraum 110 hervorragen. Während des Betriebs der elektrischen Maschine 100 kann Hitze entlang der Wicklungen 120 und der Wickelköpfe 126 erzeugt werden. Der Rotor 106 kann Magneten beinhalten, sodass die Drehung des Rotors 106 gemeinsam mit einem elektrischen Strom, der durch die Wickelköpfe 126 fließt, ein oder mehrere Magnetfelder erzeugt. Zum Beispiel erzeugt elektrischer Strom, der durch die Wickelköpfe 126 fließt, ein rotierendes Magnetfeld. Die Magneten des Rotors 106 magnetisieren und drehen sich mit dem rotierenden Magnetfeld, um die Welle 112 für mechanische Leistung zu drehen.
3 zeigt ein Diagramm, welches ein Beispiel für eine Drehmomentdrehzahlkurve für eine elektrische Maschine veranschaulicht, welches hierin im Allgemeinen als ein Diagramm 200 bezeichnet wird. Eine X-Achse 204 repräsentiert eine Drehzahl der Rotordrehung und eine Y-Achse 206 repräsentiert Drehmoment für den Betrieb der elektrischen Maschine. Die Drehmomentdrehzahlkurve 210 repräsentiert eine typische Drehmomentausgabe im Vergleich zur Rotordrehzahl für eine elektrische Maschine. Die Region 212 repräsentiert einen Bereich mit hoher Drehmomentleistungsanforderung und die Region 214 repräsentiert einen Bereich mit niedrigen Drehmomentfahrzykluspunkten. Die Funktion der elektrischen Maschine in Automobilantriebsanwendungen kann hohes Drehmoment für die Leistung relativ zu einem Betrag des Drehmoments, welcher erforderlich ist, um bei den meisten EPA-Effizienzzyklen zu arbeiten, erfordern. Dauermagnetmotoren werden oftmals aufgrund ihrer hohen Effizienz verwendet, die durch „freie“ Magnetfelder des Rotors, die Dauermagnet zugeordnet sind, bereitgestellt wird. Allerdings besteht ein Nachteil darin, dass dieses freie Magnetfeld des Rotors stets „an“ ist und der Statorkernverlust in der elektrischen Maschine eine Funktion des Magnetfeldes ist. Für hohe Drehmomentpunkte muss ein großes Rotorfeld einen großen Betrag an Drehmoment mit niedrigem Strom produzieren. Für geringe bis keine Drehmomentpunkte allerdings kann ein großes Rotorfeld einen hohen Statorkernverlust erzeugen. Demzufolge ist das konstante Dauermagnetfeld des Rotors für elektrische Maschinen, die hohes maximales Drehmoment und niedriges Antriebszyklusdrehmoment erfordern, typischerweise nur für eine der gewünschten Bedingungen optimiert.
4 ist eine partielle Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Abschnitt eines Rotors einer elektrischen Maschine veranschaulicht, welcher hierin als ein Rotor 230 bezeichnet wird. Die elektrische Maschine kann mit einem elektrifizierten Fahrzeug oder einem Fahrzeug, welches nur einen Verbrennungsmotor beinhaltet, arbeiten. Der Rotor 230 beinhaltet eine Baugruppe, um eine Dauermagnetmaschine mit veränderlichem Rotorfluss zu erzeugen, und zwar unter Verwendung einer beweglichen Brücke, um ein Rotorflussfeld zu erzeugen, welches mit der Drehgeschwindigkeit des Rotors 230 und einer Position einer Brücke variiert. Das Erzeugen von veränderlichem Rotorfluss stellt sowohl hohe als auch niedrige Drehmomentausgaben bereit, um variierte Drehmomentbedarfe in einem Fahrzeugantriebszyklus unterzubringen. Mit veränderlichem Rotorfluss kann eine Drehmomentausgabe einer Welle, die an den Rotor 230 gekoppelt ist, auf Grundlage einer Drehgeschwindigkeit des Rotors 230 optimiert werden. Zum Beispiel kann der Rotor 230 ein Paar von ersten Magneten 232, ein Paar von zweiten Magneten 234 und einen Kanal 236, der zwischen jedem des Paars von Magneten angeordnet ist, beinhalten. Jeder der Magneten kann zum Beispiel ein Seltenerdmagnet, wie etwa ein Neodymium-Magnet, sein. Der Kanal 236 kann im Wesentlichen äquidistant von den Magneten beabstandet sein. Ein erstes Ende des Kanals 236 kann von einer äußeren Oberfläche des Rotors 230 um einen Abstand auf Grundlage von vorbestimmten Belastungsbetriebsparametern des Rotors 230 beabstandet sein. Eine Brücke 238 kann innerhalb des Kanals 236 zur Umsetzung zwischen mindestens ersten und zweiten Positionen angeordnet sein. Zum Beispiel kann eine Zentrifugalkraft, die durch Drehung des Rotors 230 erzeugt wird, die Bewegung der Brücke 238 innerhalb des Kanals 236 beeinflussen. Die Brücke 238 kann aus einem weichen ferromagnetischen Material bestehen, welches eine hohe Anfälligkeit für Magnetismus und hohe Durchlässigkeitscharakteristika aufweist. Beispiele für Materialien für die Brücke 238 beinhalten Silikonstahl, Eisen, Kobalt und Ferrit.
Durch das vorhersagende Steuern einer Position der Brücke 238 innerhalb des Kanals 236 kann die Nebenschlussflusswegdicke in Abhängigkeit von der Positionierung der Brücke 238 verändert werden. Eine erste nicht magnetische Führung 242 und eine zweite nicht magnetische Führung 244 können jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Kanals 236 an oder nahe einer im Wesentlichen zentralen Kanalregion angeordnet sein. Die erste nicht magnetische Führung 242 und die zweite nicht magnetische Führung 244 können aus einem Material bestehen, welches einen geringen Reibungskoeffizienten und nicht magnetische Charakteristika aufweist, wie etwa einem Polymer. Zum Beispiel kann der geringe Reibungskoeffizient beim Beeinflussen einer einfacheren Umsetzung der Brücke 238 im Vergleich zu einem Material des Rotors 230 oder anderen Materialien mit höherem Reibungskoeffizienten unterstützen. Die Brücke 238 kann in einer Ruheregion 246 positioniert sein, wenn der Rotor 230 ruht. Aufgrund der Zentrifugalkraft kann die Brücke 238 durch eine Übergangsregion zu einer aktiven Nebenschlussflussregion 248 gleiten, wenn sich der Rotor 230 dreht. Die Brücke 238 befindet sich in einer vollständigen Nebenschlussregion, wenn sie an oder nahe einer oberen Wand des Kanals 236 positioniert ist. Die Brücke 238 kann innerhalb des Kanals 236 angeordnet sein, sodass Luftpolster an jeder Seite der Brücke 238 definiert werden. Die Luftpolster können als Flusssperren fungieren, um eine Rotorflussleckage zu blockieren, bis sich die Brücke 238 in der aktiven Nebenschlussflussregion 248 befindet.
Die erste nicht magnetische Führung 242 und die zweite nicht magnetische Führung 244 können beim Blockieren der magnetischen Flussleckage, die sich in einer Richtung von der Brücke 238 zu einem der Paare von Magneten bewegen, was durch die Pfeile 245 repräsentiert wird, unterstützen. Eine Form jeder der ersten nicht magnetischen Führung 242 und der zweiten nicht magnetischen Führung 244 kann auf Grundlage eines Winkels oder einer Ausrichtung der Magneten, die am Rotor 230 montiert sind und sich benachbart dazu befinden, variieren. Zum Beispiel kann jede der nicht magnetischen Führungen eine Führungskante beinhalten, die im Wesentlichen parallel zu einer Magnetkante eines der benachbarten Magneten 232 oder 234 ist. In diesem Beispiel weist jede der nicht magnetischen Führungen der Darstellung nach eine im Wesentlichen längliche dreieckige Form auf, jedoch ist vorgesehen, dass die nicht magnetischen Führungen andere Formen aufweisen können, wie etwa eine im Wesentlichen rechteckige Form in einer Ausführungsform, in der benachbarte Magneten ausgerichtet sind, um eine Kante oder Ebene parallel zu einer rechteckigen Seite der nicht magnetischen Führungen zu definieren.
Optional kann eine Feder 250 innerhalb des Kanals 236 angeordnet sein, um die Bewegung der Brücke 238 in einer vorhersagbaren Weise vorzuspannen. Zum Beispiel kann die Feder 250 innerhalb des Kanals 236 ausgerichtet sein, um die Zentripetalkraft vorhersagbar zu beeinflussen, um der Zentrifugalkraft, die an der Brücke 238 wirkt, wenn sich der Rotor 230 wie vorstehend erwähnt dreht, entgegenzuwirken. Zusätzlich kann die Feder 250 arbeiten, um die Brücke 238 in der Ruheregion 246 zu halten, wenn sich der Rotor 230 nicht dreht. Die Feder 250 kann an einem Ende der Brücke 238 und an einer Innenfläche des Kanals 236 gesichert sein. Die Feder 250 kann arbeiten, um vorhersagbar zu beeinflussen, dass die Brücke 238 unter bestimmten Bedingungen, wie etwa Drehzahl, bei der sich der Rotor 230 dreht, innerhalb der aktiven Nebenschlussflussregion 248 positioniert wird. Die Vorspannung der Feder 250 kann auf Grundlage einer Größe des Rotors, eines Zentrifugalkraftbereichs auf Grundlage der Betriebsbedingungen des Rotors 230 und von Motordrehmomentdrehzahlspezifikationen optimiert werden.
Die 5 und 6 veranschaulichen ein Beispiel für eine mechanische Beziehung zwischen einer Feder, einer Brücke und einem Rotor, wie etwa der Feder 250, der Brücke 238 und dem Rotor 230. In 5 repräsentiert eine X-Achse 251 Umdrehungen pro Minute (revolutions per minute - RPM) und eine Y-Achse 252 repräsentiert Drehmoment. Die Linie 253 repräsentiert eine Drehmomentdrehzahlkurve. Die Drehgeschwindigkeit des Rotors wird an der Linie 254 für RPM1, an der Linie 255 für RPM2 und an der Linie 256 für RPM3 repräsentiert. Wie vorstehend erwähnt, kann eine Zentrifugalkraft (in 6 durch den Pfeil F_c für die Kraft repräsentiert), die durch die Drehung des Rotors 230 erzeugt wird, die Bewegung der Brücke 238 innerhalb des Kanals 236 beeinflussen. Die Brücke 238 kann sich in der Ruheposition befinden, wenn sich der Rotor 230 bei RPM1 dreht. Die Brücke 238 kann sich zwischen der Übergangsregion und der aktiven Nebenschlussregion befinden, wenn sich der Rotor 230 bei RPM2 dreht. Die Brücke 238 kann sich in einer vollen Nebenschlussposition befinden, wenn sich der Rotor 230 bei RPM3 dreht.
Um das Positionieren der Brücke 238 innerhalb des Kanals 236 zu beeinflussen, kann eine Federkonstante der Feder 250 auf einer Masse der Brücke 238 und einer gewünschten Bewegung der Brücke 238 beruhen. 6 zeigt eine schematische Darstellung des Rotors 230, der Brücke 238 und der Feder 250. Linie 257 bei X1 kann der Ruheposition der Brücke 238 entsprechen. Linie 258 bei X2 kann einer Position der Brücke 238 zwischen der Übergangsregion und der aktiven Nebenschlussregion entsprechen. Linie 259 bei X3 kann der vollen Nebenschlussposition der Brücke 238 entsprechen.
Eine Gleichung für die Kraft der Feder 250 kann folgendermaßen dargestellt werden: $F_{s} = k x .$
Eine Gleichung für die Kraft der Masse der sich bewegenden Brücke 238 unter Beschleunigung kann folgendermaßen dargestellt werden: $F_{c} = m r ω^{2} = m r π R P M^{2} / 30.$
Eine Gleichung des Systems kann folgendermaßen dargestellt werden: $k = \frac{m r π R P M^{2}}{30 x} oder x = \frac{m r π R P M^{2}}{30 k} .$
Um eine Federkonstante der Feder 250 und die Verformung zu identifizieren, werden die gewünschten Drehzahlen für die Übergänge RPM1, RPM2 und RPM3 auf Grundlage der Leistungsanforderungen des Rotors 230 definiert. X1 kann dann ausgewählt werden und k kann für RPM1 gelöst werden. Unter Verwendung von k kann X2 für RPM2 gelöst werden und X3 kann für RPM3 gelöst werden.
Die 7A bis 7C veranschaulichen Beispiele für Positionen der Brücke 238, um verschiedene magnetische Flusswege relativ zu einem Statorkern 260 mit Wickelköpfen 262 zu erzeugen. Der magnetische Nebenschlussfluss, der durch einen der Magneten 232 und einen der Magneten 234 benachbart zueinander erzeugt wird, wird durch den Flussweg 261 repräsentiert. Der magnetische Fluss, der von dem Statorkern 260 erzeugt wird, ist durch den Flussweg 263 repräsentiert. In 7A steht die Brücke 238 der Darstellung nach nicht in Eingriff mit dem Flussweg 261 und in der Ruheposition in der Ruheregion 246. In dieser Position fördert die Brücke 238 einen Strom von magnetischem Fluss zum Statorkern 260. In 7B steht die Brücke 238 der Darstellung nach teilweise in Eingriff mit dem Flussweg 261 in der Übergangsregion auf dem Weg zur aktiven Nebenschlussflussregion 248. In 7C steht die Brücke 238 der Darstellung nach in Eingriff mit dem Flussweg 261 und in der aktiven Nebenschlussposition in der aktiven Nebenschlussflussregion 248. In dieser Position fördert die Brücke 238 den magnetischen Flussstrom, der von den Magneten 232 und den Magneten 234 erzeugt wird, um induzierte Spannung und magnetischen Verlust durch Beibehalten des magnetischen Flusses innerhalb des Rotors 230 zu minimieren, während die Interaktion mit den Wickelköpfen 262 minimiert wird.
Die 8 bis 10 sind partielle Querschnittsansichten, die ein anderes Beispiel für einen Rotor veranschaulichen, welcher hierin im Allgemeinen als ein Rotor 300 bezeichnet wird. Der Rotor 300 kann innerhalb einer elektrischen Maschine eines elektrifizierten Fahrzeugs oder eines Fahrzeugs mit nur einem Verbrennungsmotor arbeiten. Der Rotor 300 beinhaltet eine Baugruppe, um eine Dauermagnetmaschine mit veränderlichem Rotorfluss zu erzeugen. Zum Beispiel kann der Rotor 300 ein Paar von ersten Magneten 304, ein Paar von zweiten Magneten 306 und einen Magneten mit veränderlichem Fluss 310, der in einer Brücke 312 eingebettet ist, beinhalten. Jedes des Paares von ersten Magneten 304 und des Paares von zweiten Magneten 306 kann zum Beispiel ein Seltenerdmagnet, wie etwa ein Neodymium-Magnet, sein. Der Magnet mit veränderlichem Fluss 310 kann zum Beispiel ein Magnet mit niedrigeren Koerzitivkrafteigenschaften sein, wie etwa AlNiCo, Ferrit oder ein niederenergetisches Seltenerdmetall, wie hierin ferner beschrieben. Jedes des Paares von ersten Magneten 304 kann zueinander angeordnet sein, um ein umgekehrtes V zu bilden. Jedes des Paares von zweiten Magneten 306 kann zueinander angeordnet sein, um ein umgekehrtes V zu bilden. Die Abstände 316 können durch den Rotor 300 an jeder Seite jedes der Magneten 304 definiert sein und die Abstände 318 können durch den Rotor 300 an jeder Seite jedes der Magneten 306 definiert sein. Die Abstände 316 und die Abstände 318 stellen eine Struktur bereit, um beim Ausrichten der Magneten 304 und der Magneten 306 relativ zum Magneten mit veränderlichem Fluss 310 zu unterstützen.
Der magnetische Nebenschlussfluss, der durch einen der Magneten 304 und einen der Magneten 306 benachbart zueinander erzeugt wird, wird durch den Flussweg 315 repräsentiert. Der magnetische Fluss, der von einem Statorkern (nicht gezeigt) erzeugt wird, ist durch den Flussweg 317 repräsentiert.
Das Einbetten des Magneten mit veränderlichem Fluss 310 innerhalb der Brücke 312 unterstützt beim Nebenschließen des magnetischen Flusses, wenn hohes Drehmoment nicht benötigt wird, indem verhindert wird, dass überschüssiger magnetischer Fluss den benachbarten Statorkern erreicht. In Abhängigkeit von einem Magnetisierungszustand des Magneten mit veränderlichem Fluss 310 kann Fluss von einem primären Weg entlang einer Q-Achse vom Rotor 300 zu einem Stator addiert, subtrahiert oder ignoriert werden. Der Magnet mit veränderlichem Fluss 310 kann Charakteristika aufweisen, um dem magnetischen Fluss vom primären Weg standzuhalten, während er ebenfalls mit einem akzeptablen Strom der D-Achse gesteuert wird. Zum Beispiel ist AlNiCo ein Material, welches aufgrund niedrigerer Koerzitivkraftcharakteristika und einer höheren Temperaturunempfindlichkeit verwendet werden kann. Ferrit oder ein schwächeres/dünneres Seltenerdmaterial kann ebenfalls verwendet werden.
Der Magnet mit veränderlichem Fluss 310 kann keilförmig sein, um beim Steuern des magnetischen Flusses zu unterstützen, wenn der Rotor 300 in Betrieb ist. Zum Beispiel kann der Magnet mit veränderlichem Fluss 310 eine Trapezform aufweisen, in der eine äußere Seite 319 eine Länge aufweist, die geringer als eine innere Seite 321 ist, wie in 8 gezeigt. Es ist außerdem vorgesehen, dass in einem anderen Baugruppenbeispiel die äußere Seite 319 eine Länge aufweisen kann, die größer als die innere Seite 321 ist. Diese Trapezform kann beim Bereitstellen von magnetischen Flusswegen mit variierter Länge unterstützen, um Magnetisierungscharakteristika zu steuern, da die Systemeffizienz mit erhöhter Steuerung von wechselnden Nord- und Südpolen des Magneten mit veränderlichem Fluss 310 verbessert werden kann. Zum Beispiel können dünnere Wege ein kleineres Feld erfordern, um den Magneten mit veränderlichem Fluss 310 zu magnetisieren oder zu entmagnetisieren, um einen kleineren Strom der D-Achse zu erzeugen. Dickere Wege können ein größeres Feld erfordern, um den Magneten mit veränderlichem Fluss 310 zu magnetisieren oder zu entmagnetisieren, um einen größeren Strom der D-Achse zu erzeugen. Der Strom der D-Achse kann gepulst werden, um beim Steuern der Magnetisierung der Brücke 312 zu unterstützen. Zum Beispiel kann der Strom der D-Achse bei einem Übergang zwischen einer geringen Drehmomentausgabe zu einer hohen Drehmomentausgabe (oder umgekehrt) gepulst werden, um die Brückenmagnetisierung zu steuern, die einem Betrag des erforderlichen Nebenschließens des magnetischen Flusses entspricht.
Eine erste D-Achse 324 kann zwischen dem Paar von Magneten 304 definiert sein und äquidistant von den Kanten jedes der benachbarten Abstände 316 beabstandet sein. Eine zweite D-Achse 326 kann zwischen dem Paar von Magneten 306 definiert sein und äquidistant von den Kanten jedes der benachbarten Abstände 318 beabstandet sein. Jede der ersten D-Achse 324 und der zweiten D-Achse 326 repräsentiert eine Mittellinie eines magnetischen Pols. Zum Beispiel kann das erste Paar von Magneten 304 einen Südpol repräsentieren und das zweite Paar von Magneten 306 kann einen Nordpol repräsentieren. Es ist vorgesehen, dass ähnliche D-Achsen über den Rotor 300 an ähnlichen Positionen relativ zu anderen benachbarten Paaren von Magneten verteilt sein können.
Eine Q-Achse 332 kann zwischen einem der Magneten 304 und einem der Magneten 306 definiert sein, äquidistant von den Kanten des Abstands 316 und des Abstands 318 benachbart zueinander beabstandet sein und zwischen der ersten D-Achse 324 und der zweiten D-Achse 326 angeordnet sein. Es ist vorgesehen, dass ähnliche Q-Achsen über den Rotor 300 an ähnlichen Positionen relativ zu anderen benachbarten Magneten verteilt sein können. Der Magnet mit veränderlichem Fluss 310 kann von der Q-Achse 332 zweigeteilt werden oder kann in jeder Richtung von der Q-Achse 332 versetzt sein. Strom, der entlang der Q-Achse 332 fließt, kann beim Steuern der Drehmomentausgabe des Rotors 300 unterstützen.
Die erste D-Achse 324 kann senkrecht zu einer ersten Tangentialachse 340 sein. Die erste Tangentialachse 340 kann eine Tangente einer äußeren Oberfläche des Rotors 300 repräsentieren. Die zweite D-Achse kann senkrecht zu einer zweiten Tangentialachse 342 sein. Die zweite Tangentialachse 342 kann eine andere Tangente der äußeren Oberfläche des Rotors 300 repräsentieren. Die Q-Achse kann senkrecht zu einer dritten Tangentialachse 344 sein. Die dritte Tangentialachse 344 kann eine weitere Tangente der äußeren Oberfläche des Rotors 300 repräsentieren.
Eine erste Versatzachse 350 kann parallel von der ersten Tangentialachse 340 und senkrecht zur ersten D-Achse 324 beabstandet sein. Die erste Versatzachse 350 kann eine Ecke jedes des Paares von Magneten 304 kreuzen. Jedes des Paares von Magneten 304 kann eine Kante 352 beinhalten, die eine erste Kantenachse 354 definiert. Jede der ersten Kantenachsen 354 kann relativ zur ersten Versatzachse 350 bei einem Winkel zwischen null und neunzig Grad angeordnet sein, was durch den Winkel 358 repräsentiert wird. In einem Beispiel ist jede der ersten Kantenachsen 354 bei einem Winkel von neunzig Grad relativ zur ersten Versatzachse 350 angeordnet.
Eine zweite Versatzachse 360 kann parallel von der zweiten Tangentialachse 342 und senkrecht zur zweiten D-Achse 326 beabstandet sein. Die zweite Versatzachse 360 kann eine Ecke jedes des Paares von Magneten 306 kreuzen. Jedes des Paares von Magneten 306 kann eine Kante 362 beinhalten, die eine zweite Kantenachse 364 definiert. Jede der zweite Kantenachsen 364 kann relativ zur zweiten Versatzachse 360 bei einem Winkel zwischen null und neunzig Grad angeordnet sein, was durch den Winkel 368 repräsentiert wird. In einem Beispiel ist jede der zweiten Kantenachsen 364 bei einem Winkel von neunzig Grad relativ zur zweiten Versatzachse 360 angeordnet.
Jede der umgekehrten V-Formen, die von dem ersten Paar von Magneten 304 und dem zweiten Paar von Magneten 306 definiert wird, unterstützt beim Richten des Flusses der D-Achse in den Magneten mit veränderlichem Fluss 310, um eine Vergrößerung der Stromwirkung der D-Achse auf die Magnetisierung zu ermöglichen. In 9 ist jedes des Paares von Magneten 304 und des Paares von Magneten 306 derart angeordnet, dass es den magnetischen Fluss, der von dem Statorkern erzeugt wird und durch den Flussweg 365 repräsentiert wird, nicht beeinträchtigt. Diese Anordnung unterstützt beim Leiten des Flusswegs 365 in den Magneten mit veränderlichem Fluss 310.
Verschiedene Ausrichtungen von jedem des Paares von Magneten 304 und des Paares von Magneten 306 sind verfügbar, um die Magneten derart anzuordnen, dass sie beim Leiten des Flusswegs 365 in den Magneten mit veränderlichem Fluss 310 unterstützen können. Zum Beispiel können eine obere äußere Ecke 370 von einem des Paares von Magneten 304 und eine obere äußere Ecke 372 von einem des Paares von Magneten 306 von der äußeren Oberfläche des Rotors 300 bei einem Abstand auf Grundlage von vorbestimmten Belastungsbetriebsparametern des Rotors 300 beabstandet sein. Eine obere innere Ecke 374 von einem des Paares von Magneten 304 und eine obere innere Ecke 376 von einem des Paares von Magneten 306 können von der äußeren Oberfläche des Rotors 300 bei einem Abstand auf Grundlage von vorbestimmten Belastungsbetriebsparametern des Rotors 300 beabstandet sein.
Jede einer ersten seitlichen Flusssperre 380 und einer zweiten seitlichen Flusssperre 382 kann am Rotor 300 an gegenüberliegenden Seiten des Magneten mit veränderlichem Fluss 310 montiert sein. Die erste seitliche Flusssperre 380 und die zweite seitliche Flusssperre 382 können beim Verhindern unterstützen, dass der Strom oder Fluss der Q-Achse einen Magnetisierungszustand des Magneten mit veränderlichem Fluss 310 beeinflusst. Zum Beispiel können die erste seitliche Flusssperre 380 und die zweite seitliche Flusssperre 382 den magnetischen Fluss, der durch den Magneten mit veränderlichem Fluss 310 strömt, derart beeinflussen, dass er im Wesentlichen horizontal (wie durch den Flussweg 390 in 10 repräsentiert) im Vergleich zu im Wesentlichen vertikal (wie durch die Flusswege 392 in 10 repräsentiert) ist. Die erste seitliche Flusssperre 380 und die zweite seitliche Flusssperre 382 können außerdem ein Maß der Trennung vom Fluss der D-Achse vom Stator und vom Fluss der D-Achse vom ersten Paar von Magneten 304 und vom zweiten Paar von Magneten 306 bereitstellen, um beim Erleichtern einer besseren Magnetisierungssteuerung des Magneten mit veränderlichem Fluss 310 zu unterstützen. Während die erste seitliche Flusssperre 380 und die zweite seitliche Flusssperre 382 in diesem Beispiel der Darstellung nach drei Sperren mit einer im Wesentlichen geraden Form aufweisen, ist es vorgesehen, dass eine größere Anzahl an Sperren mit einer gekrümmten Form verwendet werden kann.
Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften beeinträchtigt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können unter anderem folgende beinhalten: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Von daher liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Elektrische Maschinenbaugruppe für ein elektrifiziertes Fahrzeug, umfassend: einen Statorkern, der einen Hohlraum definiert; einen Rotor, der innerhalb des Hohlraums zur Drehung angeordnet ist und eine Brücke beinhaltet; ein erstes Paar von Magneten, die am Rotor montiert sind und auf jeder Seite einer ersten D-Achse voneinander beabstandet sind; ein zweites Paar von Magneten, die am Rotor montiert sind und auf jeder Seite einer zweiten D-Achse voneinander beabstandet sind, wobei die erste D-Achse und die zweite D-Achse auf jeder Seite einer Q-Achse voneinander beabstandet sind; und einen Magneten mit veränderlichem Fluss, welcher in der Brücke eingebettet ist und sich an dem Rotor befindet, um Strom zu beeinflussen, der der Q-Achse zugeordnet ist, um die Drehmomentausgabe des Rotors zu steuern und den Strom der D-Achse zu pulsen, um eine Magnetisierung der Brücke zu steuern.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Magneten des ersten Paars von Magneten oder des zweiten Paars von Magneten zueinander angeordnet sind, um eine umgekehrte V-Form zu definieren.
Baugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend eine erste seitliche Flusssperre, die an einer ersten Seite des Magneten mit veränderlichem Fluss angeordnet ist, und eine zweite seitliche Flusssperre, die an einer zweiten Seite des Magneten mit veränderlichem Fluss angeordnet ist, wobei die seitlichen Flusssperren mit dem Magneten mit veränderlichem Fluss angeordnet sind, um zu verhindern, dass vertikaler Strom oder Fluss, welcher der Q-Achse zugeordnet ist, die Magnetisierung des Magneten mit veränderlichem Fluss beeinflusst.
Baugruppe nach Anspruch 3, wobei die erste seitliche Flusssperre und die zweite seitliche Flusssperre jeweils positioniert sind, um den magnetischen Fluss derart zu beeinflussen, dass er in einem wesentlich horizontalen Weg durch den Magneten mit veränderlichem Fluss fließt.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Magnet mit veränderlichem Fluss eines von AlNiCo, Ferrit und einem niederenergetischen Seltenerdmetall ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Magnet mit veränderlichem Fluss mit dem ersten Paar von Magneten und dem zweiten Paar von Magneten angeordnet ist, sodass der magnetische Fluss, welcher der Q-Achse zugeordnet ist, um den Magneten mit veränderlichem Fluss umgelenkt wird, um die Drehmomentausgabe des Rotors zu steuern.
Elektrische Maschinenbaugruppe für ein elektrifiziertes Fahrzeug, umfassend: einen Statorkern, der einen Hohlraum definiert; einen Rotor, der innerhalb des Hohlraums angeordnet ist und eine Brücke beinhaltet; ein erstes Paar von Magneten, die jeweils zueinander angeordnet sind, um Strom entlang einer ersten D-Achse zu generieren, wenn sich der Rotor dreht und der Statorkern aktiviert ist; ein zweites Paar von Magneten, die jeweils zueinander angeordnet sind, um Strom entlang einer zweiten D-Achse zu generieren, wenn sich der Rotor dreht und der Statorkern aktiviert ist; und einen trapezförmigen Magneten mit veränderlichem Fluss, der in der Brücke eingebettet ist und mit dem ersten und zweiten Paar von Magneten angeordnet ist, sodass Strom, der einer Q-Achse zugeordnet ist, die den Magneten mit veränderlichem Fluss zweiteilt, sich in einem wesentlich horizontalen Weg durch den Magneten mit veränderlichem Fluss bewegt.
Baugruppe nach Anspruch 7, wobei der Magnet mit veränderlichem Fluss eine erste Seite und eine zweite Seite beinhaltet und wobei die erste Seite näher an einer äußeren Oberfläche des Rotors ist und eine kürzere Länge als eine Länge der zweiten Seite aufweist.
Baugruppe nach Anspruch 7, wobei die Trapezform des Magneten mit veränderlichem Fluss einen ersten Weg und einen zweiten Weg, der dicker als der erste Weg ist, erzeugt, um den magnetischen Fluss zu beeinflussen, sich entlang des wesentlich horizontalen Wegs zu bewegen.
Baugruppe nach Anspruch 7, ferner umfassend eine erste seitliche Flusssperre und eine zweite seitliche Flusssperre, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Magneten mit veränderlichem Fluss angeordnet sind, um den magnetischen Fluss, der sich in einem wesentlich vertikalen Strömungsweg bewegt, zu blockieren oder zu minimieren.
Elektrische Maschinenbaugruppe, umfassend: einen Rotor, der innerhalb eines Statorkerns angeordnet ist und eine Brücke beinhaltet; einen Magneten mit veränderlichem Fluss, der in der Brücke eingebettet ist; und einen ersten und zweiten Magneten, die angeordnet sind, um eine D-Achse dazwischen zu definieren und eine umgekehrte Neigung zu definieren, um den magnetischen Fluss, der der D-Achse zugeordnet ist, in den Magneten mit veränderlichem Fluss zu richten und einen Stromeffekt, der der D-Achse zugeordnet ist, bei Magnetisierung des Magneten mit veränderlichem Fluss zu erhöhen.
Baugruppe nach Anspruch 11, ferner umfassend eine Tangentialachse, die durch eine äußere Oberfläche des Rotors definiert ist, und eine Versatzachse, die parallel von der Tangentialachse beabstandet ist, wobei einer der Magneten eine Kantenachse definiert und wobei ein Winkel der Kantenachse relativ zur Versatzachse ausgewählt ist, um einen Betrag des magnetischen Flusses, der der D-Achse zugeordnet ist, zu beeinflussen, der in den Magneten mit veränderlichem Fluss übertragen wird, um eine Magnetisierung des Magneten mit veränderlichem Fluss zu beeinflussen.
Baugruppe nach Anspruch 12, wobei der Winkel der Kantenachse relativ zur Versatzachse zwischen fünfundzwanzig und fünfunddreißig Grad beträgt.
Baugruppe nach Anspruch 12, wobei der Winkel der Kantenachse relativ zur Versatzachse ungefähr dreißig Grad beträgt.
Baugruppe nach Anspruch 12, wobei der erste Magnet und der zweite Magnet zueinander angeordnet sind, um ein umgekehrtes V zu bilden.