电机和用于由电机提供动力的车辆的控制系统的制作方法

1.本公开涉及电机和用于由电机提供动力的混合动力/电动车辆的控制系统。


背景技术：

2.电动车辆和混合动力车辆可以包括被配置为推进车辆的电机。


技术实现要素：

3.一种车辆包括电机和控制器。电机被配置为推进车辆。电机具有转子和围绕转子径向设置的定子。定子具有芯、绕组和磁性材料。绕组设置在围绕芯的内径限定的第一阵列的孔口内。磁性材料被配置为前进到限定在芯内的从第一阵列的孔口径向向外的第二阵列的孔口中和从所述第二阵列的孔口缩回。控制器被编程为：响应于将在转子与定子之间限定的气隙内的磁通量从第一值减小的命令，而按顺序将电机的扭矩减小到零，控制绕组内的电流以将电机的磁通量和电压减小到零，在扭矩、磁通量和电压为零时从第二阵列的孔口缩回磁性材料，并且控制绕组内的电流以增加电压并将磁通量增加到小于第一值以将电机的扭矩驱动到期望的扭矩值。
4.电机包括转子和定子。转子被配置为产生旋转运动。定子围绕转子径向设置。定子具有芯和绕组。芯限定围绕芯的内径的第一阵列的孔口和从第一阵列的孔口径向向外的第二阵列的孔口。绕组设置在第一阵列的孔口内。磁性材料被配置为前进到第二阵列的孔口中和从第二阵列的孔口缩回，以调整在转子与定子之间限定的气隙内的磁通量。
5.一种车辆包括电机和控制器。电机被配置为推进车辆。电机具有转子和围绕转子径向设置的定子。定子具有芯、绕组和磁性材料。绕组设置在围绕芯的内径限定的第一阵列的孔口内。磁性材料被配置为前进到限定在芯内的从第一阵列的孔口径向向外的第二阵列的孔口中和从所述第二阵列的孔口缩回。控制器被编程为将磁性材料推进到第二阵列的孔口中，并且控制绕组内的电流以将电机的扭矩驱动到第一命令扭矩。
附图说明
6.图1是混合动力电动车辆的示例性动力传动系统的示意图；
7.图2是电机的一部分的平面图；
8.图3是包括来自图2的区域a的电机的一部分的平面图；
9.图4是用于在车辆中操作时调整电机的状态的流程图；
10.图5是将电机的扭矩能力与基本模型进行比较的一系列曲线图；
11.图6是示出在推入状态和推出状态两者下电机的反向电磁场电压的一系列曲线图；以及
12.图7和图8分别是基本模型和电机的各种谐波处的径向力的曲线图。
具体实施方式
13.本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅是示例并且其他实施例可以采用不同和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而仅应解释为用于教导本领域技术人员以不同方式采用实施例的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任何一个示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征进行组合，以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实施方式，可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。
14.参考图1，示出了根据本公开的实施例的混合动力电动车辆(hev)10的示意图。图1示出了部件之间的代表性关系。部件在车辆内的实体布局和取向可以变化。hev 10包括动力传动系统12。动力传动系统12包括驱动变速器16的发动机14，所述变速器可称为模块化混合动力变速器(mht)。如下文将进一步详细描述的，变速器16包括电机(诸如电动马达/发电机(m/g)18)、相关联的牵引电池20、变矩器22以及多级传动比自动变速器或齿轮箱24。
15.发动机14和m/g 18都是hev 10的驱动源。发动机14通常表示动力源，所述动力源可以包括内燃发动机(诸如汽油、柴油或天然气动力发动机)或燃料电池。当发动机14与m/g 18之间的分离离合器26至少部分地接合时，发动机14产生发动机动力和对应的发动机扭矩，所述发动机扭矩被供应到m/g 18。m/g 18可以通过多种类型的电机中的任何一种来实施。例如，m/g 18可以是永磁同步马达。电力电子装置按照m/g 18的要求调节由电池20提供的直流(dc)电力，如下文将描述。例如，电力电子装置可以向m/g 18提供三相交流电(ac)。
16.当分离离合器26至少部分地接合时，从发动机14到m/g 18的动力流或从m/g 18到发动机14的动力流是可能的。例如，分离离合器26可以被接合，并且m/g 18可以充当发电机操作以将由曲轴28和m/g轴30提供的旋转能量转换为电能以存储在电池20中。分离离合器26也可以脱离以将发动机14与动力传动系统12的其余部分隔离，使得m/g 18可以充当hev 10的唯一驱动源。轴30延伸穿过m/g 18。m/g 18连续地可驱动地连接到轴30，而发动机14仅在分离离合器26至少部分地接合时可驱动地连接到轴30。
17.m/g 18经由轴30连接到变矩器22。因此，当分离离合器26至少部分地接合时，变矩器22连接到发动机14。变矩器22包括固定到m/g轴30的泵轮和固定到变速器输入轴32的涡轮。变矩器22因此在轴30与变速器输入轴32之间提供液压联接。当泵轮比涡轮旋转得更快时，变矩器22将动力从泵轮传输到涡轮。涡轮扭矩和泵轮扭矩的量值通常取决于相对转速。当泵轮转速与涡轮转速的比足够高时，涡轮扭矩是泵轮扭矩的若干倍。还可以提供变矩器旁通离合器(也称为变矩器锁止离合器)34，所述变矩器旁通离合器在接合时将变矩器22的泵轮与涡轮摩擦地或机械地联接，从而允许更高效的动力传递。变矩器旁通离合器34可以作为起步离合器操作以提供平稳的车辆起步。替代地或组合地，可以在m/g 18与齿轮箱24之间提供类似于分离离合器26的起步离合器，以用于不包括变矩器22或变矩器旁通离合器34的应用。在一些应用中，分离离合器26通常称为上游离合器，并且起步离合器34(其可以是变矩器旁通离合器)通常称为下游离合器。
18.齿轮箱24可以包括齿轮组(未示出)，所述齿轮组通过诸如离合器和制动器(未示出)的摩擦元件的选择性接合而选择性地置于不同的齿轮比，以建立期望的多个离散传动
比或分级传动比。摩擦元件可以通过换挡计划来控制，所述换挡计划连接和断开齿轮组的某些元件以控制变速器输出轴36与变速器输入轴32之间的比。齿轮箱24基于各种车辆和环境工况而通过相关联的控制器(诸如动力传动系统控制单元(pcu))自动从一个比率换挡到另一个比率。来自发动机14和m/g18两者的功率和扭矩可输送到齿轮箱24并由齿轮箱24接收。齿轮箱24然后将动力传动系统输出功率和扭矩提供到输出轴36。
19.应当理解，与变矩器22一起使用的液压控制的齿轮箱24仅仅是齿轮箱或变速器布置的一个示例；接受来自发动机和/或马达的输入扭矩然后以不同的比率向输出轴提供扭矩的任何多传动比齿轮箱都可被接受与本公开的实施例一起使用。例如，齿轮箱24可通过自动化机械(或手动)变速器(amt)来实现，所述变速器包括一个或多个伺服马达以使换挡拨叉沿着换挡导轨平移/旋转来选择期望的齿轮比。如本领域普通技术人员通常所理解的，amt可以用于例如具有较高扭矩需求的应用中。
20.如图1的代表性实施例所示，输出轴36连接到差速器40。差速器40经由连接到差速器40的相应车桥44驱动一对车轮42。差速器向每个车轮42传输大致相等的扭矩，同时诸如当车辆转弯时允许轻微的转速差异。可以使用不同类型的差速器或类似装置来将扭矩从动力传动系统分配到一个或多个车轮。在一些应用中，扭矩分配可以根据例如特定的操作模式或工况而变化。
21.动力传动系统12还包括相关联的控制器50，诸如动力传动系统控制单元(pcu)。尽管被示出为一个控制器，但控制器50可以是较大控制系统的一部分，并且可由遍及车辆10的各种其他控制器(诸如车辆系统控制器(vsc))来控制。因此应当理解，动力传动系统控制单元50和一个或多个其他控制器可以统称为“控制器”，所述控制器响应于来自各种传感器的信号而控制各种致动器，以控制诸如起动/停止发动机14、操作m/g 18的功能以提供车轮扭矩或对电池20充电、选择或安排变速器换挡等。控制器50可以包括与各种类型的计算机可读存储装置或介质通信的微处理器或中央处理单元(cpu)。计算机可读存储装置或介质可以包括例如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)和保活存储器(kam)中的易失性和非易失性存储装置。kam是可用于在cpu断电时存储各种操作变量的持久性或非易失性存储器。计算机可读存储装置或介质可以使用许多已知存储器装置中的任一种来实现，所述存储器装置诸如prom(可编程只读存储器)、eprom(电prom)、eeprom(电可擦除prom)、快闪存储器或能够存储数据的任何其他电、磁性、光学或组合存储器装置，所述数据中的一些表示由控制器用于控制发动机或车辆的可执行指令。
22.控制器经由输入/输出(i/o)接口(包括输入和输出通道)与各种发动机/车辆传感器和致动器进行通信，所述接口可以实现为提供各种原始数据或信号调节、处理和/或转换、短路保护等的单个集成接口。替代地，可以在将特定信号供应给cpu之前使用一个或多个专用硬件或固件芯片来调节和处理所述特定信号。如图1的代表性实施例中大体上所示，控制器50可以与发动机14、分离离合器26、m/g 18、电池20、起步离合器34、变速器齿轮箱24以及电力电子装置56互相传送信号。尽管未明确示出，但本领域普通技术人员将认识到在上文标识的子系统中的每一者内可以由控制器50控制的各种功能或部件。可以使用由控制器执行的控制逻辑和/或算法直接或间接致动的参数、系统和/或部件的代表性示例包括：燃料喷射正时、速率和持续时间、节气门位置、火花塞点火正时(用于火花点火发动机)、进气门/排气门正时和持续时间、前端附件驱动(fead)部件(诸如交流发电机、空调压缩机)、
电池充电或放电(包括确定最大充电和放电功率极限)、再生制动、m/g操作、分离离合器26、起步离合器34以及变速器齿轮箱24的离合器压力等。通过i/o接口传送输入的传感器可用于指示例如涡轮增压器增压压力、曲轴位置(pip)、发动机转速(rpm)、车轮转速(ws1、ws2)、车辆速度(vss)、冷却剂温度(ect)、进气歧管压力(map)、加速踏板位置(pps)、点火开关位置(ign)、节气门位置(tp)、空气温度(tmp)、排气氧(ego)或其他排气成分浓度或存在性、进气流量(maf)、变速器挡位、传动比或模式、变速器油温(tot)、变速器涡轮转速(ts)、变矩器旁通离合器34状态(tcc)、减速或换挡模式(mde)、电池温度、电压、电流或荷电状态(soc)。
23.由控制器50执行的控制逻辑或功能可以由一个或多个附图中的流程图或类似图示来表示。这些附图提供了可以使用一个或多个处理策略(诸如，事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)来实现的代表性控制策略和/或逻辑。因此，示出的各种步骤或功能可以按示出的序列执行、并行地执行，或者在一些情况下被省略。尽管没有总是明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到，根据所使用的特定处理策略，可以重复执行示出的步骤或功能中的一个或多个。类似地，所述处理次序不一定是实现本文描述的特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。控制逻辑可以主要以由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系统控制器(诸如控制器50)执行的软件来实施。当然，根据特定应用，控制逻辑可以在一个或多个控制器中以软件、硬件或软件与硬件的组合实施。当以软件实施时，控制逻辑可以提供在一个或多个计算机可读存储装置或介质中，所述计算机可读存储装置或介质存储有表示由计算机执行以控制车辆或车辆子系统的代码或指令的数据。计算机可读存储装置或介质可以包括利用电存储、磁性存储和/或光学存储来保存可执行指令和相关联的校准信息、操作变量等的若干已知物理装置中的一者或多者。
24.加速踏板52由车辆的驾驶员使用来提供所需的扭矩、动力或驱动命令以推进车辆。通常，踩下和释放加速踏板52产生加速踏板位置信号，所述加速踏板位置信号可以由控制器50分别解译为需要增加动力或减少动力。制动踏板58也由车辆的驾驶员使用来提供所需的制动扭矩以使车辆减速。通常，踩下和释放制动踏板58产生制动踏板位置信号，所述制动踏板位置信号可以由控制器50解译为需要减小车辆速度。基于来自加速踏板52和制动踏板58的输入，控制器50命令到发动机14、m/g 18和摩擦制动器60的扭矩。控制器50还控制齿轮箱24内的换挡的正时，以及分离离合器26和变矩器旁通离合器34的接合或脱离。与分离离合器26一样，变矩器旁通离合器34可以在接合位置与脱离位置之间的范围内调节。除了由泵轮与涡轮之间的液力联接产生的可变滑移之外，这还在变矩器22中产生可变滑移。替代地，根据特定应用，变矩器旁通离合器34可在不使用调节后的操作模式的情况下操作为锁定或打开。
25.为了用发动机14驱动车辆，分离离合器26至少部分地接合以将发动机扭矩的至少一部分通过分离离合器26传递到m/g 18，然后从m/g 18传递通过变矩器22和齿轮箱24。m/g 18可以通过提供附加的动力使轴30转动来辅助发动机14。所述操作模式可称为“混合动力模式”或“电动辅助模式”。
26.为了用m/g 18作为唯一动力源来驱动车辆，除了分离离合器26将发动机14与动力传动系统12的其余部分隔离之外，动力流保持相同。在此期间可以停用或以其他方式关闭发动机14中的燃烧以节省燃料。牵引电池20通过接线54将存储的电能传输到可以包括例如逆变器的电力电子装置56。电力电子装置56将来自电池20的dc电压转换为待由m/g 18使用
的ac电压。控制器50命令电力电子装置56将来自电池20的电压转换为提供到m/g 18的ac电压以向轴30提供正扭矩或负扭矩。该操作模式可称为“纯电动”或“ev”操作模式。
27.在任何操作模式中，m/g 18可以充当马达并且为动力传动系统12提供驱动力。替代地，m/g 18可以充当发电机并将来自动力传动系统12的动能转换为电能以存储在电池20中。例如，在发动机14正在为车辆10提供推进动力时，m/g 18可以充当发电机。m/g 18还可以另外在再生制动期间充当发电机，在再生制动中，来自旋转车轮42的扭矩和旋转能量(或动能)或动力通过齿轮箱24、变矩器22(和/或变矩器旁通离合器34)传递回来并且被转换成电能以存储在电池20中。
28.车辆10可以包括泵62，所述泵被配置为将磁性材料泵送入和泵送出限定在m/g 18的定子内的孔口。泵62可以与控制器50通信，并且可以由本文描述的任何源供电。例如，泵62可以是从电池20和/或m/g 18汲取电力的电动泵。
29.应当理解，图1中所示的示意图仅仅是示例性的，而不意图是限制性的。可以设想利用发动机和马达两者的选择性接合以通过变速器进行传输的其他配置。例如，m/g 18可以偏离曲轴28，可以提供附加马达来起动发动机14，和/或m/g 18可以提供在变矩器22与齿轮箱24之间。在不脱离本公开的范围的情况下，可设想其他配置。
30.应理解，本文中所描述的车辆配置仅仅是示例性的而不意图受限制。其他电动或混合动力车辆配置应如本文所公开的进行解释。其他车辆配置可以包括但不限于串联混合动力车辆、并联混合动力车辆、串并联混合动力车辆、插电式混合动力电动车辆(phev)、燃料电池混合动力车辆、电池电动车辆(bev)或本领域普通技术人员已知的任何其他车辆配置。
31.稀土永磁体可以用于在混合动力和电动车辆中使用的电机的设计中实现高扭矩/功率密度，因为这些磁体可以在电机气隙(即，定子的内径与转子的外径之间的间隙)中不断产生强磁通量。然而，磁体还在电机的定子的绕组中感应出反向emf(电磁场)电压，所述电压与电机的转子转速成比例。应当注意，在高速下过高的电压是不期望的并且对电机驱动逆变器是不利的。为了降低电压，控制磁通弱化电流以流入定子的绕组，从而在电机中产生功率输出损耗和热量。另外，磁通量还可能在形成电机定子的钢叠片中引起过度的铁损。在转子的较高转速下，铁损可能更严重。
32.确定气隙磁通量的重要设计因素是电机气隙长度(即，定子的内径与转子的外径之间的间隙的长度)。较大的气隙可以减小磁通量，使得在高转速下电压较低，并且损耗减小。然而，增大气隙以减小磁通量又可能牺牲电机在较低转速下的峰值扭矩能力。另一方面，较小的气隙在较低的转速下提供更强的磁通量和较高的扭矩能力，但是在较高的转速下，上述相关联的负面影响变得不可避免。具有固定气隙长度的电机的设计通常需要考虑这些高速与低速性能之间的权衡。
33.本公开提出了一种允许在运行时间期间调整电机的等效气隙长度的电机设计。所提出的设计包括向定子背铁部分添加中空通道，所述定子背铁部分与容纳定子绕组的定子狭槽中的每一个相邻。添加的中空通道有效地扩大了机器气隙长度。中空通道被配置为接收导磁颗粒或材料。导磁颗粒或材料可以被配置为前进到中空通道中和从中空通道缩回。磁性颗粒材料可以是液体形式，可以是无限小的固体形状，或两者的组合。颗粒应显著小于中空通道的尺寸，使得它们可以容易地填充中空通道。
34.可以利用特殊的控制序列来在车辆运行时间期间将磁性颗粒推进到中空通道中和从中空通道缩回。因此，可以调整电机气隙长度。因此，气隙磁通量和反向emf电压可在车辆运行时间期间经由这种控制方法进行调整。有效气隙长度由中空通道的填充状态决定。中空通道可以在任何时间填充到任何期望的百分比。
35.这种设计的优点包括：反向emf电压和铁损降低(这提高了较高操作转速下的电机效率)；逆变器在车辆拖挂期间由于反向emf电压降低而不太容易出现过电压问题；没有主动控制需要保持一定的气隙磁通量；所述设计可以在现有的电机占用面积内实施(即，需要对现有的电机设计进行的修改最小)，并且添加中空通道对冲压层压过程引入的额外制造成本几乎为零。
36.参考图2和图3，分别示出了电机100的一部分(例如，m/g 18)和来自图2的区域a的平面图。图2中的部分可以表示电机100的单个磁极。电机100的其余磁极可以与图2中的磁极相同。图2表示具有六个磁极的电机的一个磁极。然而，本公开不应限于具有六个磁极的电机，而是应被解释为包括具有任何数量的磁极的电机。
37.电机100包括转子102，所述转子被配置为围绕轴线104旋转以产生旋转运动。转子102(或更具体地，转子芯106)可以限定空腔108，并且永磁体110可以设置在空腔108内。电机包括围绕转子102设置的定子112。定子112(或更具体地，定子芯114)围绕定子芯114的内径118限定第一阵列的孔口116。定子112(或更具体地，定子芯114)还限定从第一阵列的孔口116径向向外的第二阵列的孔口120。绕组122设置在第一阵列的孔口116中的孔口内。磁性材料124被配置为前进到第二阵列的孔口120中和从所述第二阵列的孔口缩回，以调整在转子102与定子112之间限定的气隙内的磁通量。
38.第二阵列的孔口120形成多组相邻孔口126，其中每组相邻孔口126沿从第一阵列的孔口116中的一个孔口朝向定子芯114的外径128径向向外延伸的方向布置。每组相邻孔口126内的孔口由桁架130分开。每组相邻孔口126内的孔口的形状可以为三角形。替代地，每组相邻孔口126内的孔口可以具有任何期望的形状，使得桁架130被布置成提供结构支撑。每组相邻孔口126可以与第一阵列的孔口116中的一个孔口径向对准。磁性材料124可以是磁性粉末、铁磁流体、铁流体、溶剂内的磁性粉末(其中溶剂是油基的、铁磁流体、铁流体)等。磁性材料124的磁导率显著大于空气，并且磁性材料124(如果呈液体形式)在无磁场环境中具有低粘度。磁性材料124可以经由泵62、致动器(例如，如果磁性材料124是固态形式，则伺服马达、电气螺线管、液压缸、气动缸、或任何其他类型的致动器可以连接到磁性材料124，并且可以被配置为将磁性材料124推进到孔口120中或从所述孔口缩回)或穿过孔口120的传送带管而前进到第二阵列的孔口120中或从所述第二阵列的孔口缩回。
39.第二阵列的孔口120限定在定子背铁(即，定子芯114)中。通过定子背铁的磁通量必须通过第二阵列的孔口120中的空气，从而导致低磁导率路径和等效气隙的增大。为了使这种效果最大化，必须使第二阵列的孔口120在径向方向上占据尽可能多的空间。也可以调节这些通道的厚度以获得最佳机器性能。
40.为了实现期望的“扩大气隙”结果，在中空通道内应存在最小量的铁以更好地阻挡磁通传导。然而，在实际设计中，必须考虑来自机械应力的约束。出于这个原因，可以包括桁架框架(即，桁架130)。这使通道内的铁使用量最小化，同时保持结构完整性。
41.就电磁性能而言，填充第二阵列的孔口120的颗粒材料(即，磁性材料124)的磁导
率可能需要显著大于空气。就机械性质而言，还期望颗粒材料(即，磁性材料124)在某些情况下应具有低粘度，使得在推入填充状态与推出填充状态之间切换将需要的力气/能量最小，其中推入状态是指磁性材料124已经填充第二阵列的孔口120的状态，并且其中推出状态是指磁性材料124已经从第二阵列的孔口120缩回或排空的状态。若干候选者可能适合作为磁性材料124。第一候选者是铁流体或铁磁流体。铁流体或铁磁流体是在存在磁场的情况下变得被磁化的液体。铁流体或铁磁流体可以由磁铁矿、赤铁矿或一些其他含铁化合物的纳米级颗粒(直径通常为10纳米或更小)以及载液或溶剂组成。第二候选者是铁氧体固体材料，诸如电工钢或软磁性复合材料。可能期望具有小形状和尺寸的磁性材料，优选地为微小的球形或粉末。第三候选者是第一候选者和第二候选者的组合。
42.当磁性材料124处于推入状态时，围绕第二阵列的孔口120的区域的带形状具有与定子芯114的叠片类似或更大的磁导率。当需要大的磁通量和反向emf电压时，处于推入状态的电机100的磁性质可能有利于电机100的高扭矩和低至中速操作。当磁性材料124处于推出状态时，围绕第二阵列的孔口120的区域的带形状具有与空气类似的低磁导率，并且充当添加的气隙。当相对较小的磁通量和反向emf电压是优选的时，电机100在推出状态下的磁性质可能有利于电机100的低扭矩和高速操作，使得过压和铁损可以减轻。
43.无需特别努力，电机可以默认被磁化。这可能使得难以调整磁性材料124的填充状态，因为磁性颗粒材料124倾向于被磁通量捕获并粘附到第二阵列的孔口120内的定子芯114。可以遵循特殊的控制序列以在推入状态与推出状态之间进行调整，如图4所示。
44.参考图4，示出了用于在车辆(例如，车辆10)中操作时调整电机100的状态的方法200的流程图。方法200可以作为控制逻辑和/或算法存储在控制器50内。控制器50可以通过控制车辆10的各个部件来实施方法200。方法200可以通过将车辆10的起动钥匙或点火装置转动到“开启”位置来发起。
45.方法200在框202处在电机100的当前填充状态下在正常操作下操作电机。电机的当前填充状态可以是推入状态或推出状态，其中推入状态是指磁性材料124已经填充(或部分填充)第二阵列的孔口120的状态，并且其中推出状态是指磁性材料124已经从第二阵列的孔口120缩回或排空的状态。
46.接下来，方法200移至框204，其中确定电机100的期望的转速和/或扭矩值是否需要改变电机100的填充状态。更具体地，在框204处，确定是否已生成命令以通过使磁性材料124从第二阵列的孔口120缩回或排空来将在转子102与定子112之间限定的气隙(或有效气隙)内的磁通量从第一值减小，或者如果已经生成命令以通过将磁性材料124推进到第二阵列的孔口120中以填充或部分地填充第二阵列的孔口120来将在转子102与定子112之间限定的气隙(或有效气隙)内的磁通量从第二值增加。
47.用于使气隙内的磁通量从第一值减小的命令可以对应于对电机100的减小到小于扭矩阈值的期望的扭矩命令，或对电机100的增大到大于转速阈值的期望的转速命令。用于使气隙内的磁通量从第二值增加的命令可以对应于对电机100的增大到大于扭矩阈值的期望的扭矩命令，或对电机100的减小到小于转速阈值的期望的转速命令。可以通过踩下或释放加速踏板52和/或制动踏板58来产生增加或减小电机100的转速或扭矩的命令。用于生成相对于电机100的扭矩和/或转速增加或减小气隙内的磁通量的命令的控制逻辑可以基于包括磁滞带逻辑、模糊逻辑或预校准的查找表的控制逻辑。
48.方法200接下来移至框206，其中确定期望的新填充状态。期望的新填充状态可以是磁性材料124从第二阵列的孔口120缩回或排空以减小气隙内的磁通量的状态，或者期望的新填充状态可以是磁性材料124被推进到第二阵列的孔口120中以填充或部分地填充第二阵列的孔口120以增加气隙内的磁通量的状态。
49.一旦确定了期望的新的填充状态，便在框208处将电机100的扭矩减小到零。可以通过将零电流或最小d轴电流递送到电机100的绕组122来实现在框208处电机100的零扭矩。一旦电机100的扭矩减小到零，便在框210处控制绕组122中的电流以将电机100的磁通量和电压减小到零。电机100的电流将被控制为电机100的短路电流(d轴电流等于负特性电流)。这是实现马达的完全磁通弱化的电流，这意味着基波磁通变为零或可忽略不计，并且马达端子电压变为零。这是调整填充状态的最简单条件，因为当磁性材料124进入或离开第二阵列的孔口120时，将不存在磁场(或足够的磁场)来干扰磁性材料124。然后，在框212处，电机100的电压被锁定为零，使得磁通量保持为零。
50.方法200接下来移至框214，其中在电机的扭矩、磁通量和电压为零时调整电机100的填充状态。在框214处的步骤可以包括通过使磁性材料124从第二阵列的孔口120缩回或排空来将在转子102与定子112之间限定的气隙(或有效气隙)内的磁通量从第一值减小，或者通过将磁性材料124推进到第二阵列的孔口120中以填充或部分地填充第二阵列的孔口120来将在转子102与定子112之间限定的气隙(或有效气隙)内的磁通量从第二值增加。
51.然后，方法200移至框216，其中控制绕组112内的电流以调整电机的电压和磁通量，同时维持电机的零扭矩。可以通过将零电流或最小d轴电流递送到电机100的绕组122来实现在框216处电机100的零扭矩。然后，方法200移至框218，其中在新的填充状态下控制电机100的扭矩。
52.更具体地，在框218处，控制绕组122内的电流以增加电机100的电压并增加所述电机的磁通量，以在新的填充状态下将电机的扭矩或转速驱动到期望的扭矩值或期望的转速值。如果在框214处发生的状态变化包括通过使磁性材料124从第二阵列的孔口120缩回或排空来使气隙(或有效气隙)内的磁通量从第一值减小，则磁通量可以在框218处增加到小于第一值的值以将电机的扭矩或转速驱动到期望的扭矩值或期望的转速值。如果在框214处发生的状态变化包括通过将磁性材料124推进到第二阵列的孔口120中来使气隙(或有效气隙)内的磁通量从第二值增大，则磁通量可以在框218处增加到大于第二值的值以将电机的扭矩或转速驱动到期望的扭矩值或期望的转速值。
53.接下来，方法移至框220，其中方法200在电机100的新的填充状态下在正常操作下操作电机。基于在框214处发生的填充状态的变化，电机的新填充状态是推入状态或推出状态。
54.应当理解，图4中的流程图仅用于说明目的，并且方法200不应被解释为限于图4中的流程图。方法200的一些步骤可以被重新布置，而其他步骤可以完全被省略。还应当理解，对于本文所述的任何部件、状态或状况的第一、第二、第三、第四等的标注可以在权利要求中重新布置，使得它们关于权利要求是按时间顺序排列。
55.参考图5，示出了电机100的扭矩能力(在图5中被称为所提出的模型)与基本模型比较的一系列曲线图。基本模型可以对应于包括电机100的所有属性的模型，除了不存在第二阵列的孔口120并且构成定子芯114的材料本身相对于第二阵列的孔口120由电机100限
定的情况占据空间以外。假设将50％的磁性材料填充到第二阵列的孔口120中，则可以实现相对于基本模型的92％的扭矩。这些结果表明，可以根据设计要求进一步优化和调节性能。
56.返回图6，示出了在推入状态和推出状态两者下电机100的反向电磁场电压的一系列曲线图。图6提供了两种不同状态之间的瞬时反向emf波形的比较。结果表明，通过从推入状态切换到推出状态，可以有效地降低反向emf电压。相对于推入状态，在推出状态下的波形基波分量有效地减小到65％。应注意，不需要主动控制来维持该填充状态水平，因此也不会引起主动损失。
57.图7和图8分别是基本模型和电机100(在图8中称为提出的模型)的各种谐波(即，转子的旋转频率)处的径向力的曲线图。径向力与在较低阶谐波处相对于电机100具有一些增加的径向力量值的基本模型相当。期望减小径向力，因为径向力导致能量传递到定子112的齿中而不传递到转子102的旋转运动中。
58.在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以做出各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被组合以形成可能未明确描述或示出的另外的实施例。尽管各个实施例可能已经被描述为就一个或多个所期望特性而言相较其他实施例或现有技术实现方式来说提供优点或是优选的，但是本领域的普通技术人员将认识到，一个或多个特征或特性可以折衷以实现期望的总体系统属性，这取决于特定应用和实施方式。因此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实施方式理想的实施例处在本公开的范围内，并且对于特定应用来说可能是期望的。
59.根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有：电机，其被配置为推进车辆，电机具有转子和围绕转子径向设置的定子，所述定子具有芯、绕组和磁性材料，其中绕组设置在围绕芯的内径限定的第一阵列的孔口内，并且其中磁性材料被配置为前进到限定在芯内从第一阵列的孔口径向向外的第二阵列的孔口中并从所述第二阵列的孔口缩回；以及控制器，其被编程为响应于将在转子与定子之间限定的气隙内的磁通量从第一值减小的命令，而按顺序将电机的扭矩减小到零，控制绕组内的电流以将电机的磁通量和电压减小到零，在扭矩、磁通量和电压为零时从第二阵列的孔口缩回磁性材料，并且控制绕组内的电流以增加电压并将磁通量增加到小于第一值以将电机的扭矩驱动到期望的扭矩值。
60.根据一个实施例，控制器还被编程为：响应于将在转子与定子之间限定的气隙内的磁通量从第二值增大的命令而按顺序将电机的扭矩减小到零，控制绕组内的电流以将电机的磁通量和电压减小到零；在扭矩、磁通量和电压为零时将磁性材料推进到第二阵列的孔口中；并且控制绕组内的电流以增加电压并将磁通量增加到大于第二值以将电机的扭矩驱动到期望的扭矩值。
61.根据一个实施例，控制器被编程为响应于期望的扭矩增加到大于阈值而将磁通量从第二值增加。
62.根据一个实施例，控制器被编程为响应于期望的扭矩减小到小于阈值而将磁通量从第一值减小。
63.根据一个实施例，控制器被编程为响应于电机增加到大于阈值的期望转速而将磁通量从第一值减小。
64.根据一个实施例，第二阵列的孔口形成多组相邻孔口，其中每组相邻孔口沿从第
一阵列的孔口中的一个孔口朝向芯的外径径向向外延伸的方向布置。
65.根据一个实施例，每组相邻孔口内的孔口由桁架分开。
66.根据一个实施例，每组相邻孔口可以与第一阵列的孔口中的一个孔口径向对准。
67.根据本发明，提供了一种电机，所述电机具有：转子，其被配置为产生旋转运动；以及定子，其径向地围绕转子设置，所述定子具有：芯，所述芯限定围绕芯的内径的第一阵列的孔口并且限定从第一阵列的孔口径向向外的第二阵列的孔口；绕组，所述绕组设置在第一阵列的孔口内；以及磁性材料，所述磁性材料被配置为前进到第二阵列的孔口中和从第二阵列的孔口缩回以调整在转子与定子之间限定的气隙内的磁通量。
68.根据一个实施例，其中所述第二阵列的孔口形成多组相邻孔口，其中每组相邻孔口沿从所述第一阵列的孔口中的一个孔口朝向所述芯的外径径向向外延伸的方向布置。
69.根据一个实施例，每组相邻孔口内的孔口由桁架分开。
70.根据一个实施例，每组相邻孔口内的孔口的形状为三角形。
71.根据一个实施例，每组相邻孔口与第一阵列的孔口中的一个孔口径向对准。
72.根据一个实施例，磁性材料是铁磁流体或磁性粉末。
73.根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有：电机，其被配置为推进车辆；电机具有转子和围绕转子径向设置的定子，所述定子具有芯、绕组和磁性材料，其中绕组设置在围绕芯的内径限定的第一阵列的孔口内，并且其中磁性材料被配置为前进到限定在芯内从第一阵列的孔口径向向外的第二阵列的孔口中并从所述第二阵列的孔口中缩回；以及控制器，其被编程为将磁性材料推进到第二阵列的孔口中并控制绕组内的电流以将电机的扭矩驱动到第一命令扭矩。
74.根据一个实施例，控制器还被编程为响应于第二命令扭矩小于扭矩阈值，而按顺序将电机的扭矩和磁通量减小到零，使磁性材料从第二阵列的孔口缩回，控制绕组内的电流以将电机的扭矩驱动到第二命令扭矩。
75.根据一个实施例，控制器还被编程为响应于第一命令转速值小于扭矩阈值，而按顺序将电机的扭矩和磁通量减小到零，将磁性材料推进到第二阵列的孔口中，并且控制绕组内的电流以将电机的转速驱动到第一命令转速值。
76.根据一个实施例，控制器还被编程为响应于第二命令转速值大于转速阈值，而按顺序将电机的扭矩和磁通量减小到零，使磁性材料从第二阵列的孔口缩回，并且控制绕组内的电流以将电机的转速驱动到第二命令转速值。
77.根据一个实施例，第二阵列的孔口形成多组相邻孔口，其中每组相邻孔口沿从第一阵列的孔口中的一个孔口朝向芯的外径径向向外延伸的方向布置。
78.根据一个实施例，控制器被编程为响应于电机的期望的转速减小到小于阈值而将磁通量从第二值增大。