CN105993126A - 磁齿轮***和用于减小扭矩脉动传送的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种***，包括：输入部件、输出部件、用于将所述输入部件连接至所述输出部件的磁齿轮，以及被设置成控制从所述输入部件到所述输出部件的动力流的控制装置。所述磁齿轮包括第一组磁极、第二组磁极、以及设置成对所述第一组磁极与所述第二组磁极之间的磁场进行调制的一组磁极片。所述控制装置包括用于减少从所述输入部件到所述输出部件的扭矩脉动和/或振荡的传送的装置。

Description

磁齿轮***和用于减小扭矩脉动传送的方法

技术领域

本公开涉及其中磁齿轮被布置和/或控制以减小从例如内燃机将扭矩脉动传送到车辆其它部件的***和方法。

背景技术

所有的车辆都要求例如速度和扭矩的可变道路负载需求与引擎的输出相匹配。引擎工作曲线具有更高和更低效率区域，并且能够以给定功率水平(其是扭矩和速度的乘积)给出引擎扭矩和速度的许多不同组合,该许多不同组合能够给出更高或更低效率并因此而得到更高或更低燃料消耗和排放。以往通过两种方式实现这一点：利用司机人工地或者通过控制机构自动地接合的离散数量的齿轮；或者利用采用例如锥轮传动之类机械部件的无级变速器(CVT)***。后者在齿轮装置中没有固定的级。

电力混合车辆致力于提高燃料效率和降低排放的方法之一是使用能源的组合(即电池和油箱)以及电力和机械驱动的组合，来确保主引擎在最适当的扭矩/速度组合下工作。随后利用电动力传动系(能量存储部、逆变器和电机)解决动力的过剩/不足。可以实现的有利方式之一是使用“动力分配(power-split)”，如图1中所示已有的“混和”电力混合动力。动力分配单元11是与电动机/发电机13组合的行星齿轮12。该电动机/发电机用于控制内恒星齿轮的旋转以改变行星齿轮的齿轮比，而引擎14的输出以及到最终驱动的输出连接至环形齿轮和行星齿轮支座。

应当理解的是，行星齿轮具有三个元件。如果这三个元件中的任意一个保持静止，则在另外两个元件之间存在固定齿轮比，并且可以在任何齿轮中实现三个不同的比。通过使第三个元件转动，可以改变其它两个转子之间的比。

通过旋转并将扭矩作用于恒星齿轮，电动机/发电机从机械动力传动系输入或输出电力。例如，当存在超过所需道路负载的过剩引擎动力时，经由逆变器17将动力电提取并存储在能量存储***15中。随后可以由通过逆变器17和通过动力分配***送还动力的动力分配电动机，或者经由第二逆变器18和用于驱动车轮的辅助牵引电动机16，在以后的一个时间使用该能量。因此，设置有“变换器(variator)”，使得引擎动力能够通过不同路径作用于车轮，并且引擎动力需求在某种程度上与所需道路动力断开。

这些动力分配***能够有效地提供齿轮比的无限可变控制，并且能够将引擎停止运转至引擎具有有限速度而车轮具有零速度的点。这一功能以往通过使用脱开离合器(disengaging clutch)实现，该脱开离合器本身联接至同样用于滤除往复式引擎的扭矩脉动的(ICE曲柄上的)惯性飞轮。然而，飞轮减小了由于所增加的惯性导致的车辆动态性能。现在可以将该离合器和飞轮从***中去除，并且引擎曲柄现在可以通过动力分配设备直接联接至动力传动系。

然而，在引擎与传动系之间去除离合器并采用直接联接导致引擎扭矩脉动的更直接传动。而该引擎扭矩脉动通常可以通过离合器(通过滑动/微运动)和惯性飞轮极大地衰减。这会对NVH(噪声、振动和非平顺性)产生影响并因此对“驱动轮”产生影响，并使传动***部件磨损。通过使用双质量飞轮(DMF)已经解决了这一问题。

双质量飞轮(DMF)通常安装在柴油引擎车辆上，因为其消除了过多的传动噪声，保护变速箱不被破坏，并减少了档位改变/变换。在DMF中，常规飞轮的质量被分为两部分。一部分增加到引擎的惯性动量上，而另一部分增加了传动的惯性动量。这两部分分离的质量由弹簧/阻尼***链接起来，并且DMF充当变速箱上曲柄轴与输入轴之间的阻尼器。其还具有***两个旋转质量体之间的一组弹簧；滑动被将来自引擎的不规则扭矩脉动变得平滑的一组扭转弹簧减震。这些弹簧被设置尺寸以吸收在负载条件下来自引擎的共振振动。

该设备向传动系引入了增加的成本和复杂度并具有多处磨损部分。由于其位于引擎和传动之间的位置因此替换复杂且成本高昂。

此外，上述机械***迫于机械齿轮的基本限制。行星齿轮必须遵循大轮/小轮原理，且最低扭矩最高速度部件总是最内侧的中心齿轮(而环形齿轮和行星齿轮支座是高扭矩低速度部件)。有利的是使得机械动力流承载于最高扭矩外部件并利用电动发电机驱动最低扭矩最高速度部件(因为这样可以减小电动机械尺寸并提高其效率)。

然而，这导致复杂的轴布置，因为需要在共轴线传动轴的限制下接入最内侧齿轮。

针对这些问题的解决方案是期望的。

发明内容

因此，本公开涉及例如在车辆动力传动系中使用的三转子磁动力分配和二转子磁动力分配概念。具体而言，其包括如何将磁齿轮部件的特性应用于从车辆动力传动系中去除双质量飞轮(具有简化和成本优点)同时符合所需NVH(噪声、振动和非平顺性)规格。该***可以扩展为允许主动消除和/或滤除引擎扭矩脉动。

在一般术语中，本公开的实施方式提供了包括磁齿轮的***，在该***中可以视为“虚拟”转子或者替代地可以是例如承载永磁体的物理转子的旋转磁极组与绕组耦合以响应于这些绕组中的电流而旋转，或者旋转并在这些绕组中感应出电流。齿轮的另两个转子(其中一个承载磁极而另一个承载一组磁极片)联接至输入部件和输出部件(一个联接至另一个)。该***设置为按照如下方式操作绕组：例如通过在定子中维持基本恒定的反作用扭矩而使得脉动扭矩不会从输入部件传送(通过反作用)到输出部件。扭矩脉动例如可以是来源于输入部件所联接的内燃机中的单个燃烧事件。通过这种方式，与另选设置相比，实施方式能够通过车辆的传动系减少来自引擎的扭矩脉动传送。因此，在无需例如双质量飞轮(DMF)之类昂贵和复杂部件的情况下可以改善车辆的精细性。或者，可以保留DMF并使用本发明的实施方式进一步改善精细性。

根据本发明的一个方面，提供了一种***，该***包括：输入部件、输出部件、用于将所述输入部件连接至所述输出部件的磁齿轮，以及被设置成控制从所述输入部件到所述输出部件的动力流的控制装置，其中，所述磁齿轮包括第一组磁极、第二组磁极、以及设置成对所述第一组磁极与所述第二组磁极之间的磁场进行调制的一组磁极片，并且其中，所述***进一步包括用于减少从所述输入部件到所述输出部件的扭矩脉动和/或振荡的传送的装置。

可选地，所述第一组磁极包括第一组永磁体。

可选地，所述第一组磁极与第一可移动部件相关联。

可选地，所述一组磁极片与第二可移动部件相关联。

可选地，所述第一可移动部件连接至所述输入部件。

可选地，所述第一可移动部件连接至所述输出部件。

可选地，所述第二可移动部件连接至所述输入部件。

可选地，所述第二可移动部件连接至所述输出部件。

可选地，所述第二组磁极是通过所述第一组磁极与所述磁极片之间的相互作用而产生的伴随磁极组。存在通过与伴随磁场相互作用的绕组产生的磁场。

可选地，所述绕组安装在定子上。

可选地，所述绕组由所述控制装置进行控制。

可选地，所述第二组磁极包括第二组永磁体。

可选地，所述第二组永磁体安装在所述磁齿轮的第三可移动部件上。

可选地，所述控制装置布置成对所述第三可移动部件的移动进行控制。可以对分别作为电动机-发电机的定子和转子的绕组和第三可移动部件进行操作。

可选地，所述***进一步包括能量存储***，其中，所述控制装置被设置成，如果所述输出部件处的所需动力与所述输入部件处的动力不同，则对从所述输入部件到所述能量存储***或者从所述能量存储***到所述输出部件的动力流进行控制。

所述输入部件可以联接至内燃机的曲轴。扭矩脉动和/或振荡可能由于引擎的单个燃烧事件而引起。扭矩脉动和/或振荡具有大于输入部件的每旋转的一个周期的频率。扭矩脉动和/或振荡可以具有介于10Hz与300Hz之间的频率。

根据本发明的第二方面，提供了一种***，包括：输入部件、输出部件、能量提供装置、能量槽装置和将所述输入部件连接至所述输出部件的磁齿轮，其中，所述磁齿轮包括一组永磁体、一组绕组和被设置成对该组永磁体与该组绕组之间的磁场进行调制的一组磁极片；所述***进一步包括控制装置，该控制装置被设置成，如果所述输出部件处的所需动力不同于所述输入部件处的动力，则对所述绕组中的电流进行控制，并由此控制从所述输入部件到所述能量槽装置或者从所述能量提供装置到所述输出部件的动力流，其中所述***进一步包括用于减少扭矩脉动和/或振荡从所述输入部件到所述输出部件的传送的装置。

在第二方面中，该组永磁体可选地安装在与输入部件和输出部件中的一个相关联的转子上，并且该组磁极片安装在与输入部件和输出部件中的另一个相关联的转子上。

在第二方面中，所述控制装置可选地配置为控制绕组中的电流，使得所述绕组产生的磁场与通过该组磁极片对该组永磁体产生的磁场进行调制而产生的伴随磁场相互作用。

在第二方面中，控制装置可选地配置为对绕组中的电流进行控制，使得绕组产生的磁场旋转。

在第二方面中，控制装置可选地配置为改变绕组中电流的幅度以产生所需扭矩。

可选地，在第二方面的***中，能量提供装置和能量槽装置包括能量存储***。

在第二方面中，能量槽装置可选地包括电力消耗装置。

在第二方面中，能量槽装置可选地包括牵引电动机。

在第二方面中，能量槽装置可选地包括车辆的旅馆负载(hotel load)。

下面的可选特征涉及第一方面的***和第二方面的***，并且每一种均为可选的特征。

可选地，用于减少扭矩脉动和/或振荡传送的装置包括阻尼装置。

可选地，所述阻尼装置包括阻尼器条。

可选地，所述阻尼装置包括阻尼器绕组。

可选地，所述控制装置包括用于减少扭矩脉动和/或振荡的传送的装置，该控制装置被设置为用于抵消扭矩。

可选地，所述抵消扭矩被用于对输入部件的位置、速度或加速的测量的响应。

可选地，使用输入部件扭矩脉动的预测来确定抵消扭矩。

可选地，使用连接至所述输入部件的引擎的几何和燃烧参数来计算输入部件扭矩脉动的预测。

可选地，用于减少扭矩脉动和/或振荡传送的装置包括其上安装该组磁极片的悬臂式开放杯转子。

可选地，所述悬臂式开放杯转子在无负载时反向扭曲。

可选地，所述悬臂式开放杯转子在负载扭矩下不扭曲。

可选地，用于减少扭矩脉动和/或振荡传送的装置包括由柔性材料形成的磁极片支撑结构。

可选地，所述柔性材料是合成塑料或工程塑料。

可选地，所述输入部件连接至引擎。

可选地，所述***形成了车辆传动系的一部分。

可选地，所述能量存储***是电池。

根据本发明的第三方面，提供了一种***，包括：输入部件、输出部件、将所述输入部件连接至所述输出部件的磁齿轮，以及被设置成控制从所述输入部件到所述输出部件的动力流的控制装置，其中，所述磁齿轮包括第一组磁极、第二组磁极、以及设置成对所述第一组磁极与所述第二组磁极之间的磁场进行调制的一组磁极片，并且其中，选择第一和第二组磁极中的数个磁极、该组磁极片中的数个磁极片以及所述磁齿轮中的可移动部件的惯性来衰减频率带宽下的扭矩脉动和/或振荡。

根据本发明的第四方面，提供了一种对根据第一方面或第二方面的***进行控制的方法，其中，所述控制装置包括：用于减小扭矩脉动和/或振荡传送的装置，所述方法包括所述控制装置操作用于施加抵消扭矩的步骤。

可以应用抵消扭矩来至少部分地抵消扭矩脉动和/或振荡从输入部件到输出部件的传送。

[例如二转子型的方法权利要求]

根据本发明的第五方面，提供了一种对第一方面中限定的***进行操作的方法，其中，第二组磁极由安装在磁齿轮的定子上的一组绕组产生，该绕组中的电流可以由控制装置进行控制，该方法包括由所述控制装置执行如下操作：

(a)接收表示所述输入部件的速度的第一信号；

(b)接收表示所述输出部件的期望速度的第二信号；

(c)基于所述第一信号和所述第二信号，识别所述绕组中的电流值以给出所述输出部件的期望速度；以及

(d)将所述绕组中的电流控制为在所述值基本恒定而与输入部件的速度和扭矩的周期变化无关。

该电流的值可以是电流的幅度和/或频率。

类似地，步骤(d)可以包括将所述绕组中的电流控制为幅度和频率基本恒定。

所述电流可以被控制为基本恒定而与所述输入部件联接的内燃机的单个燃烧事件引起的所述输入部件的的速度和扭矩的周期变化无关。该周期变化可以是在输入部件的一个旋转期间输入部件的速度和扭矩的变化。

输入部件的速度可以是转速。该第一信号还可以表示输入部件的旋转位置。该第一信号可以表示例如在一个或至少一个旋转期间输入部件的平均转速。步骤(d)可以包括：只要所述第一信号和所述第二信号基本恒定，则保持所述电流基本恒定。步骤(c)可以包括：查询至少表示(i)输入部件的速度，(ii)输出部件的期望速度以及(iii)与(i)和(ii)相对应的绕组中电流之间关系的记录。绕组中的电流可以用于估计扭矩。该方法还可以包括：接收表示输入部件的扭矩的信号。该扭矩还可以在步骤(c)中用作识别电流的基础。该扭矩还形成了在该记录中所记录的关系的一部分。该记录可以是查找表，例如图。

[例如三转子型的方法权利要求]

根据本发明的第六方面，提供了一种对第一方面中限定的***进行操作的方法，其中所述第二组磁极包括安装在磁齿轮的第三可移动部件上的第二组永磁体，所述第三可移动部件是电动机-发电机的转子，该电动机-发电机具有所述控制装置可以对其中电流进行控制的一组绕组，所述方法包括由所述控制装置执行的如下操作：

(a)接收表示所述输入部件的速度和位置的第一信号；

(b)接收表示所述输出部件的期望速度的第二信号；

(c)基于所述第一信号和所述第二信号，识别要在所述绕组中形成的目标电流，所述目标电流包括周期性变化校正电流，用于加速或减速所述第三可移动部件以至少减少速度和扭矩的周期变化从所述输入部件到所述输出部件的传送；以及

(d)将绕组中的电流基本控制为目标电流。

该方法可以包括：所述控制装置接收例如油门位置指示形式的引擎扭矩的指示。应当理解的是，该指示可以是后续扭矩脉冲的大小。该方法可以包括使用步骤(c)中引擎扭矩的指示来识别目标电流。

该周期变化可以是在输入部件的一个旋转期间输入部件的速度和扭矩的变化。

输入部件的速度和扭矩的周期变化可以是所述输入部件联接的内燃机的单个燃烧事件引起，该周期变化可以是在输入部件的一个旋转期间输入部件的速度和扭矩的变化。

输入部件的速度可以是转速。该第一信号还可以表示输入部件的旋转位置。该第一信号可以表示例如在一个或至少一个旋转期间输入部件的平均转速。步骤(d)可以包括：只要在大于一个或至少一个旋转期间的所述输入部件的平均转速且所述第二信号基本恒定，则维持所述目标电流。步骤(c)可以包括：查询至少表示(i)输入部件的速度，(ii)输出部件的期望速度以及(iii)与(i)和(ii)相对应的绕组中电流之间关系的记录。步骤(c)可以包括使用表示输入部件的旋转位置的信息和/或表示其旋转速度的信息来给出校正电流的频率。该方法还可以包括：接收表示输入部件的扭矩的信号。该扭矩还可以在步骤(c)中用作识别电流的基础。该扭矩还形成了在该记录中所记录的关系的一部分。

该记录可以是查找表，例如图。

设想本发明的任何***方面的可选特征也是本发明的任何方法方面的可选特征，反之亦然。

根据本发明的第七方面，提供了一种车辆的传动系，该传动系包括内燃机和根据本发明的第一至第六方面中任意一个方面的***，内燃机的曲轴联接至该***的输入部件，该***的输出部件联接至该传动系的驱动轮。

根据本发明的第八方面，提供了包括第七方面的传动系的车辆。

根据本发明的第九方面，提供了一种计算机程序产品，其包括使得计算机执行以上限定的任意方法的步骤的计算机可执行指令。

根据本发明的第十方面，提供了一种车辆传动系的电控单元，该电控单元设置为执行以上限定的任意方法的步骤。

[动力辅助部件]

以下是在任何方面中如上所述限定的***的可选特征。这些特征涉及使用该***对车辆的设备的例如加热、通风和空调压缩机之类辅助部件提供动力。

可选地，该输入部件包括带轮。

可选地，该输入部件包括磁齿轮的外转子，该带轮设置为相对于所述外转子同心。

可选地，所述输入部件由带驱动。可选地，所述带由引擎驱动。

可选地，所述输出部件连接至车辆的辅助部件或设备。可选地，所述输出部件连接至供热、通风和空调压缩机。可选地，所述输出部件连接至冷却液压缩机、油泵、水泵或者空气压缩机。

可选地，该输出部件包括带轮。

可选地，该输出部件包括磁齿轮的外转子，该带轮设置为相对于所述外转子同心。

可选地，所述输入部件连接至引擎。

可选地，所述输出部件对带进行驱动。可选地，所述带对车辆的至少一个辅助部件或设备进行驱动。可选地，所述带对加热、通风和空调压缩机进行驱动。可选地，所述带对冷却液压缩机、油泵、水泵或者空气压缩机中的一个或更多个进行驱动。

可选地，所述绕组安装在外部定子上。可选地，所述绕组安装在内部定子上。

可选地，所述***包括用于向所述输出部件施加制动扭矩的制动装置。可选地，所述制动扭矩防止所述输出部件旋转。可选地，所述制动扭矩防止所述输出部件加速。

可选地，所述控制装置进一步配置为从所述能量存储***到所述输入***的动力流进行控制。

附图说明

下面将参照附图并仅作为例子来描述本发明的具体实施方式，在附图中：

图1示出了具有动力分配设备的混和式电力混合动力传动系；

图2示出了机械行星齿轮和等效的磁齿轮；

图3示出了通过对来自磁极片阵列的内永磁体阵列的磁通量进行调制而产生的伴随场；

图4示出了设置外磁场，其与固定比磁齿轮中的伴随场相互作用；

图5示出了在输入速度ω_pp为1300rpm的例子中给出的参数情况下对于固定输入速度而言在输出转子速度与控制部件速度之间的关系；

图6示出了不同输入速度特性的范围；

图7示出了由通用外电动机控制的磁齿轮；

图8示出了由外永磁体机器(在转子的外表面上具有第三PM阵列)驱动的外控制转子；

图9示出了具有包括单个PM阵列的低惯性控制转子的三转子磁动力分配，该单个PM阵列用作磁齿轮外转子和用于外控制定子的PM转子；

图10示出了三转子***的低惯性控制转子；

图11示出了以输入和输出轴的两个可能组合示出的具有PM控制转子和外定子的混合动力分配；

图12解释了产生合适的磁极对数量的定子如何与PM阵列产生的伴随场耦合以及对磁极片转子(例如12槽三相集中绕组产生旋转的4磁极对模式)进行调制；

图13示出了与伴随场相互作用产生二转子动力分配磁极对模式的组合齿轮部件和定子；

图14示出了具有分布式绕组的二转子变型；

图15示出了具有包含内永磁体阵列的PM转子的二转子***，其中在圆周方向上排列的磁体和铁磁磁极将磁通量径向地聚焦于空气隙中；

图16示出了具有二转子***的动力分配混合***；

图17示出了利用DMF减少常规引擎NVH；

图18示出了具有附加的主动扭转振动消除/衰减设备的DMF；

图19示出了结合有简化架构和DMF功能的磁动力分配；

图20示出了具有全支撑的磁极片转子的全轴承***；

图21示出了悬臂式开口杯转子结构；

图22示出了磁极片转子笼(预模制或者示出二次注塑成型材料)；以及

图23示出了预扭绞的磁极片转子笼；

图24示出了具有到外转子的带输入件的可变齿轮；

图25示出了具有到辅助带的引擎输入传送控制的速度输出的可变齿轮，其中25a示出了直列型带轮，图25b示出了同心型带轮；以及

图26示出了到具有内定子的辅助带的引擎输入传送控制的速度输出的可变齿轮的一个例子。

具体实施方式

使用磁齿轮装置的动力分配***的描述

提供以下说明作为技术背景。

通过利用广义等效的机械式行星齿轮组旁边的图2中右侧所示非接触式磁齿轮代替图1中所示***中的机械行星齿轮而获得了很多优点。磁齿轮具有：与行星齿轮的恒星齿轮相对应的高速磁转子21；与行星齿轮支架相对应的钢磁极转子22；以及与环形齿轮相对应的低速磁转子23。

磁齿轮的优点包括：

·无需润滑(因为没有磨损部件，仅需要轴承润滑)

·高效率(因为没有摩擦损失)

·没有磨损部件从而提高了可靠性(减少了维护时间并且MTBF降低)

·如下所示，磁齿轮可以反转(因无需遵循功当量的大轮/小轮原理，从而具有高度的灵活性)。

此外，磁齿轮在输入和输出转子/惯性(通过磁场耦合)之间具有固有扭力柔性性能，本公开中将对此进行探究。

对于功当量，通过使第三转子保持静止而在这些转子的两个之间实现固定齿轮比。通过使第三转子旋转，可以如下所述地改变转子之间的速度关系。

例如，(ICE曲柄轴驱动的)输入转子是具有对(连接至到车轮的最终驱动的)通常为PM阵列的第二输出转子的磁场进行调制的多个铁磁磁极片的中间转子。这产生了伴随调制磁场，如图3所示，磁极对数量等于磁极片数量减去输出转子上的磁极对数量。在如图所示例子中，设有在内PM阵列上的23个磁极对以及27个磁极片，这产生了从这些磁极片呈放射状向外的4磁极伴随场。与磁齿***作一致，具有数量与该“伴随”场相同的磁极对的外部创建磁场与该伴随场相互作用/磁耦合。例如，4磁极永磁阵列置于调制转子外侧，如图4所示。通过与外部产生的场和伴随场相互作用，扭矩可以作用于输入/磁极片转子和输出转子二者。

如果外部产生的场保持不变(即具有在时间和空间上固定的一系列空间布置磁极)，则输入轴的任何旋转导致输出轴的齿轮传动旋转，这与第三场(或转子)保持不变的任何磁齿轮传动***一致。这类似于内恒星齿轮旋转而外环形齿轮保持静止从而使得行星齿轮支架通过行星齿轮旋转的机械行星齿轮。扭矩值比和速度的反比是固定的，并且由输入和输出转子上的磁极数量/磁极片的比决定，如下等式[1]和[2]所示。

$\frac{T_{pp}}{T_{op}}=\frac{N_{pp}}{N_{op}}=Gr---\[1\]$

$\frac{{\mathrm{\ω}}_{pp}}{{\mathrm{\ω}}_{op}}=\frac{N_{op}}{N_{pp}}=\frac{1}{Gr}---\[2\]$

其中，N_pp是输入转子上的磁极片的数量，N_op是输出转子上的磁极对的数量，T_pp和ω_pp分别是输入转子的扭矩和速度，T_op和ω_op分别是输出转子的扭矩和速度。Gr是齿轮比。

在上面的例子中，外部场(与伴随场相互作用)保持不变以实现输入转子与输出转子之间的固定齿轮比。然而，如果使得外面的外部场也旋转，则两个主输入和输出转子之间的速度比遵循等式[3]中给出的关系，其中N_cr是该场的外部源上的磁极对数量，ω_cr是转速。该场称为控制场。注意的是控制场磁极如上所述地相对于彼此空间地布置，并且整个磁极阵列旋转。

N_crω_cr＝N_{p p}ω_pp-N_opω_op [3]

输出转子的速度是控制转子的函数，由下式给出：

${\mathrm{\ω}}_{op}=\frac{N_{pp}{\mathrm{\ω}}_{pp}-N_{cr}{\mathrm{\ω}}_{cr}}{N_{op}}---\[4\]$

例如，如果N_cr＝8,N_pp＝19,N_OP＝11,且ω_pp＝1300rpm，则输出转子由下式给出

${\mathrm{\ω}}_{op}=\frac{19\×1300-8\×{\mathrm{\ω}}_{cr}}{11}---\[5\]$

这展示了利用固定输入速度实现可变速度输出。例如，图5示出了在固定输入速度为1300rpm并从-200rpm到4000rpm改变控制场的情况下使用等式[5]中给出的参数能够实现的速度范围，其展示了将速度提高到2245rpm的静态点以上并将速度一直减小到零直至反向速度的能力。(ω_cr＝0的静态点由以上等式[2]控制为N_pp/N_op＝19/11＝1.727,并且1.727×1300rpm＝2245rpm)。输入速度也可以是可变的(例如由于引擎工作点在工作图中移动到更高效率工作点)，如图6a所示，利用连续范围的输入和控制部件速度可以获得给定输出速度。

以上展示了如何对速度以及由此对速度齿轮比进行控制。

然而，如下所证实的，扭矩比保持固定。在无损***中，所有轴上的动力和扭矩之和加起来应当为零，即

P_cr+P_pp+P_op＝0 [6]

T_cr+T_pp+T_op＝0 [7]

因此

-P_cr＝P_pp+P_op [8]

由于动力＝速度×扭矩，根据等式[8]

-T_crω_cr＝T_ppω_pp+T_opω_op [9]

通过检查等式[3]和[9]

N_crα-T_cr [10a]

N_pp∝T_pp [10b]

N_op∝-T_op [10c]

因此

$\frac{N_{cr}}{N_{pp}}=\frac{T_{cr}}{T_{pp}}---\[11a\]$

$\frac{N_{pp}}{N_{op}}=\frac{T_{pp}}{T_{op}}---\[11b\]$

其展示了扭矩之比是固定的并且仅由几何结构决定。仅速度比响应于控制场速度的变化而改变。

注意，根据等式[3]，如果ω_cr＝0

N_ppω_{p p}＝N_opω_op [12]

其是***的固有或静态齿轮比

$\frac{{\mathrm{\ω}}_{pp}}{{\mathrm{\ω}}_{op}}=\frac{N_{op}}{N_{pp}}---\[13\]$

同样根据等式[8]，如果控制场保持静止，则与控制转子相关联的动力为零，因此

P_pp＝-P_op [14]

以上展示了速度比可变(通过对控制场的速度进行控制)，但扭矩比总是由磁极对数量与磁极片数量之比限定，并且由转子几何结构/磁极组合而固定，并在设计阶段进行选择。然而，重要的是注意到扭矩比与转子参数无关。与必须遵循齿轮的齿必须具有相同节距以进行啮合的“大轮/小轮”原理的机械齿轮相比，这是较大优点，实现齿轮比的唯一方式是通过具有更大和更小的齿轮/嵌齿以容纳不同数量的齿。在磁齿轮中的齿轮比与齿轮参数的脱离允许在设计时能够具有更高自由度以及确保适当惯性的能力。

典型的设计选择可以使一个转子具有高扭矩(即输出)并且使一个转子具有低扭矩(通常为输入)，以使得齿轮传动/机械优点达到有益水平。等式[7]中的第三转子的扭矩等于最高扭矩减去最低扭矩，因此也是高扭矩。

以上等式还可以用于证明，由于N_pp是***中的最大数量(N_pp＝N_op+N_or)，因此该转子承担了***中的最大扭矩，即中间转子将总是优选地承载引擎或输出扭矩的高扭矩部件。随后可以使位于内或外位置处的最低扭矩转子到该磁极片转子。有利的是设置使用PPR和第二高扭矩转子(即具有最大数量磁极对的转子)的完全动力(through-power)(机械传动系)。这使得外部件(将用于提供控制)称为最低扭矩部件。这样有利的是，因为该部件利用电流激活，并且高扭矩需要高电流，因此损失导致的效率降低。

根据上面的数学公式和图，这与上面给出的例子是一致的，在该例子中伴随场具有最低磁极数量(因此与***中最低扭矩部件相关联)并用于提供对两个主转子的速度控制。

对于介绍中描述的机械动力分配***，控制部件形成控制场且与扭矩发生作用并旋转，由此形成动力。如果使用电动机械施加扭矩和速度控制，这其用作发电机或电动机，并从机械动力传动系输出或输入动力作为电能(通过电动机/发电机机电能量转换)。该能量随后短暂存储在能量存储部(即电池)中和/或提供给电能的消费者，例如向车轮提供动力的牵引式电动机。

然而，通过比机械式现有技术更集成的方式可以实现提供外部控制场与伴随场相互作用并提供控制其旋转的方法，如以下两个实施方式所述的。

下面将描述提供包括磁齿轮的***的几个实施方式。根据以上“使用磁齿轮装置的动力分配***的说明”中描述的原理设置磁齿轮，提供该背景信息以帮助本领域技术人员理解本公开。

在描述可以实施本发明的替代***之后，接下来将描述对这些***进行操作的方法。应当理解的是，那些示例性方法在数量上等于实施方式。

实施方式1：三转子设备

参照图7和图8，在该实施方式中，由附接至转子的(永磁体)PM阵列产生的与伴随场相互作用的外控制场。该转子借助外部装置旋转，该外部装置优选地承载绕组的定子，该绕组包围定子并与齿轮转子同心以便于封装，如图7所示。图7示出了具有用作控制转子的绕组的电动机/发电机定子71、电动机/发电机转子72、磁齿轮外PM转子73、磁极片转子(输入或输出)74以及磁齿轮PM转子75(输入或输出)。

对于该外控制转子有很多种选择。例如：

A.PM内和外-每个阵列具有数量与护铁不同的磁极。这使得能够独立优化齿轮和电动机/发电机，如图8所示。

B.PM内和外具有数量与护铁相同的磁极，护铁不是必须为磁性的(虽然其提供了支撑)

C.与B相同但本选项中去除了护铁。随后，磁体可以是单阵列，其内表面朝向齿轮磁极片，而外表面朝向定子。磁体本身并不具有任何结构整体性，并且优选地保持于非磁性轴套上(即CF管/套的组合)。这是显著的优点，由于消除了铁损失源和涡电流，因此实现了极低惯性以实现高动力学和低损失。

D.与上述B相同，但具有埋入/内部永磁体(IPM)转子。永磁体优选地容纳于层叠结构中。可以使用磁通量聚焦。

典型地，通过将磁体安装于层叠或固体钢结构上来提供机械强度(因为其承载负载扭矩)并提供磁通量的返回路径而形成用于电动机或发电机的PM转子。如果内表面和外表面上的磁极数量相同(即磁齿轮外转子和外控制机器转子具有相同的磁极数量)，则不再需要“护铁”并且可以在磁性上将其省略。其中控制转子是支撑于非磁性结构上的永磁体单个阵列的变型C具有明显的工作优点，因为控制转子是低惯性部件，并且使得***能够快速响应。图9中示出了其示例。

然而，由于永磁体本身易碎且结构强度较低，因此它们仍需要支撑结构。图10示出了低惯性控制转子的可能布置。支撑组合管可以由玻璃纤维或碳纤维管制成。图10a)和b)中所示例子可以是磁体102结合于内表面或外表面上的预缠绕/预形成CF管101。图10c)中所示例子例如可以通过将磁体结合于预形成管上并随后利用树脂包裹(湿法缠绕)一层CF/GF并进行硬化而制成。另选地，预缠绕管可以推动到内管和磁体组件上方。实现这种结构的另一种方法是使用树脂传递模塑工艺(RTM)形成转子，在RTM工艺中磁体和CF/GF垫层夹紧和保持在模具腔中，在利用热进行固化之前在压力下注入低粘度树脂/环氧树脂以生成高度集成部件。

另选地，可以使用RTM技术预先形成支撑管并随后附接/***磁体。图9还示出了内PM阵列的另一个变型，其中通过将磁通量聚焦于磁极片的圆周排列磁体形成磁极。

另选地，可以通过不同的机械技术驱动控制转子，例如：

E.感应电机笼外(控制转子在一侧具有PM阵列)以及感应电机笼(缠绕场或实心棒)转子

F.切换磁阻

G.缠绕场同步

以上的优点是减少所需永磁体材料，但将不会具有那么高的扭矩密度/效率。

图11示出了混合车辆动力传动系中磁动力分配的该实施方式的两组可能布置。IC引擎111连接至内PM转子112或磁极片转子113，而另一个连接至最终驱动114。与具有电动力输入/输出116的定子绕组115相互作用的PM控制转子117没有连接至任何一个轴(但机械地支撑在轴承上以使得其能够自由旋转)。

实施方式2：二转子设备

在该实施方式中，控制部件不是物理转子，而是通过将伴随场与控制定子的场耦合而实现。当前动力分配部件由一个永磁体阵列(通常是输出转子)和磁极片调制阵列(通常是输入转子)构成。通过PM产生的磁场与磁极片相互作用而产生的伴随场与一组绕组产生的空间场耦合，以生成扭矩并因此而实现齿轮传动操作，如图12所示。如果绕组中的电流是固定的，则齿轮以固定的齿轮比工作。通过对空间分布绕组(通常为三相120度移位绕组)提供暂时移位电流(通常为三相120度移位电流)，外部场旋转。随后如上所述地改变齿轮比。

对此加以解释的一种可能方式是设想上述控制转子上的内和外阵列具有相同磁极数量并进行排列。然后，它们不需要护铁来承载磁通量，并且可以将其去除。随后，将这些阵列的径向厚度逐渐减小。它们趋向于零并且最终消失-但伴随场具有与控制定子产生的磁场相同的磁极数量和布置，因此将发生耦合。因此，不需要中间控制转子。

图13中示出了所得到的两个转子设备。还可以有定子和PM转子的其它变型。例如，图14示出了与图13中聚集式绕组相反的具有分布式绕组的不同定子的变型。图14示出了内PM转子是埋入式磁体/内磁体设计的变型，其具有将磁通量聚焦于铁磁磁极中的圆周排列磁体，该铁磁磁极将磁通量径向引入到空气隙中。

该实施方式具有超过前述情形的几个突出优点。例如：

·通过去除物理控制转子，控制***具有零惯性，其响应由快得多的电磁时间常数确定。这提供了更高的控制带宽，并且能够显著改善传动系动力学。

·齿轮的扭矩能力不再是固定的(如上述具有两个永磁阵列的情形)，并且扭矩与电流成比例。在高瞬时***中，这使得能够减小设备尺寸，因为可以短时增大电流以应对尖峰需求，而设备在热力学上标定为处理较低平均扭矩要求。

·去除通常为高速转子的物理控制转子消除了其关联的轴承，消除和减少了噪声(通过去除大型物理旋转部件)。

·体积/质量显著减小，因此节省了永磁材料的成本。

图16示出了在混合车辆动力传动系中的二转子***的两种可能布置。在第一布置中，ICE161联接至磁极片转子162，最终驱动163联接至内PM转子164，绕组设置在与电动力输入/输出166相连的控制定子165上。在第二布置中，ICE161联接至内PM转子164，最终驱动163联接至磁极片转子162，而控制定子165和绕组不变。

磁齿轮特性允许无飞轮传送

在上述实施方式的两个主要组的每一个中，磁齿轮将柔性度引入传动系中。为此，可以用磁动力分配来代替动力分配混合结构和DMF两者的功能，因此可以从***中去除DMF。这可以通过两种方式实现，被动方式单独使用齿轮的扭力柔性，或者另外对齿轮进行主动控制，如下所述。

通过磁齿轮柔性的被动消除

通过磁场实现磁齿轮***中的转子的耦合。这将扭力柔性度引入到***中，该***类似于双质量飞轮(DMF)的耦合，其中通过机械弹簧和阻尼器将惯性连在一起。在传动中引入磁齿轮能够代替对DMF的需求，并使得单自由度调节***能够消除来自传动系的频率范围，从而能够减少扭矩脉动。如前所述，在某种程度上惯性与所需齿轮比脱开，并且可以将惯性调节为实现所需频带衰减。这可以视为被动***。***的刚性由磁齿轮中的磁极数量决定，然而可以选择参数来实现给定质量。通过***中的电磁损耗(磁体中的涡流损耗，绕组中的损耗等)包括了惯性阻尼，但可以根据需要通过包含阻尼器绕组或者阻尼条(它们是导电部件，在由于瞬时转子振荡期间发生的任何异步场的磁通量改变导致在其中出现感应电流从而经常出现短路)而增强。

通过借助磁齿轮引入DMF功能，可以减少任何附加的飞轮惯性，这使得能够在为此平顺引擎输出并减小NVH的同时实现快速车辆状态变换。

虽然可以使用上述特征消除DMF(具有成本和简化的优点)，还可能的是，该***与DMF一起使用来实现2自由度(2-DOF)***，其能够衰减更宽的频带(例如在豪华级车辆中可以采用)。

采用磁齿轮的另一个优点是其引入了扭矩限制。如果任何负载应用超过了磁场产生的空气隙剪应力的扭矩承载能力，则转子脱离并无损地滑脱(pole-slip)。一旦超过了过载扭矩，齿轮将自动地再次重新啮合。该“扭矩熔断”操作能够保护引擎和传动机械***防止在例如路缘撞击之类极端震动负载事件期间传动系中突然/快速的破坏性状态变换。

通过控制磁动力分配电流和扭矩的主动抵消

参照图17和图18，本发明人认识到，通过将适当的磁动力分配器182形式的电控部件引入到通过主动控制电流(与扭矩脉动反相)来主动应用消除扭矩183以减小或滤除外扭矩脉动184的传动装置185能够显著增强采用DMF181的常规动力传动系的衰减能力以及NVH，如图18所示。

通过在控制部件上形成反作用扭矩实现二和三转子***中的主扭矩传动。通过控制任一***中的电流，可以使用如图19中所示的磁动力分配191获得主动扭转振动/振荡消除***的功能。

对于三转子***的情形，控制部件是借助旋转部件上的永磁磁极在磁齿轮***中提供旋转磁场的控制转子。通过提供借助转子及其相应旋转磁场之间的相对电位置而实现的磁极之间的“负载角”而形成扭矩。这隐含的是通过改变可以借助短暂加速或减速控制转子而实现的***中的负载角可以完全控制磁齿轮中的负载和通过三转子***传送的扭矩。在该方式中，瞬时能量被存储并从能量存储***中返回，而不仅仅是被消耗掉而导致损失。然而，逆变器的VA标定必须容纳该尖峰功率，并且存在相关联的转换损失。

二转子***略微不同之处在于控制部件是通过在定子的相位移位绕组中顺序电流流动而产生的旋转磁场。在该情况下，负载角度总是维持在90度以在定子中给出每amp最大扭矩并实现最高效率(该控制方法类似于对其中定子场与伴随磁场同步的同步机器的控制)。在该情况下，通过对定子绕组中的电流幅度进行调制来控制通过磁齿轮传送的主扭矩(同样类似于对同步机器的控制)。这提供了将扭矩和速度振荡/脉动与引擎(或其它主源)隔离的进一步的能力。例如，如果输入转子具有高等级振动和扭矩振荡，则可以要求控制器保持恒定不变的电流幅值。这隐含着，传送到输出转子(即，车辆传动***)的扭矩也将是恒定的，并且振动将其自身作为输入转子(曲轴和飞轮)的速度振荡。速度振动的幅度是惯性的函数，但振动不传送到输出轴。

这具有第二个优点，其中，与经由工作在反相的电动机/发电机***提供反作用扭矩并响应于控制动作而产生损耗的其它主动电磁振动控制***不同，二转子***不引入电损耗或者不要求驱动VA标定的增大以提供振动衰减。

因此，二转子***具有显著优点，包括：

1、***具有极高带宽，因为响应由电磁***控制，仅该电磁***的时间常数的数量级低于机械***并且无需对机械惯性进行加速/减速。

2、该***提供真实衰减，因为定子不提供特定频率脉动的反作用扭矩，因此脉动本身不出现在第一例子的动力传动系中，而是随后要被该***或第二***(与振动消除***相反)衰减。

用于主动消除的控制***

下面将说明为了提供“主动”消除的上述***的操作。

不利的引擎扭矩脉动使曲轴向前加速，如果这些轴刚性或柔性联接(通过的量取决于柔性)则这将通过整个传动***而引起扭矩。然而，取决于所使用的磁动力分配，所提出的主动消除***以两种方式之一解决了这一问题。

在三转子***中，响应于通过控制转子与定子绕组电流的相互作用而使得驱动轴的潜在加速，使不直接连接至传动系的控制转子向前加速。使得磁齿轮中不产生负载，因此曲轴加速不传送到驱动轴。第三控制转子经历伴随加速而非传动系，因此有利的是具有低惯性(使得其能够响应于引擎脉动而快速加速)控制器响应于当轴速增大超过预期稳定状态扭矩时产生的错误信号而需要电流并因此而需要扭矩来加速控制转子。

二转子***的控制***与上述不同。在正常速度控制电动机驱动***中，(由于曲轴输入的加速导致的)速度错误将导致速度错误，因此导致速度控制器响应以及扭矩响应来限制该速度错误。这类似于将轴联接在一起并限制其间的不同速度。这同样导致损失并因此导致效率下降。在二转子转子***中，所提出的控制件主动忽略扭矩脉动，并使得伴随磁场加速且不对其进行控制，亦即，不响应于速度错误而增大扭矩的幅度。由于存在零惯性，因此在***中任何其它地方都不反映扭矩。

对于任一***，输入控制器通过响应于在驱动轴上检测到的轻微位置/速度/加速而采取动作控制振动。这可以通过使用到来振动的先验知识(例如，可以使用引擎的几何及燃烧参数知识主要确定活塞扭矩脉动导致的曲轴振荡)对此加以改善。使用模型预测控制，控制器随后以优先方式而非响应于错误信号施加所需动作。曲轴振荡是作用于活塞上的气缸压力的函数，活塞向曲轴施加扭矩并且是取决于引擎负载和速度的可预测循环，且能够映射/或存储为查找表。因此，任何控制器可以具有基于驾驶员输入和/或车辆性能的到来负载的先验知识。在三转子***中，可以采用该知识，使得控制器不等待速度错误发展，而是使转子预加速来克服***响应/时间常数，亦即响应于由于电流等上升的电感限制率导致所需的增加的扭矩发展时间。在二转子***中，如上所述，控制器的区别是，有效地忽略***中的扰动以维持恒定扭矩。然而，***必须响应于所要求/所需加速，并且必须将其与不期望的扭矩脉动区分开。

例如，对于三转子***，设想传动系的电控单元形式的控制装置可以执行下述步骤：

(a)接收表示转速、旋转位置和曲柄扭矩的第一信号。可以根据油门位置估计出扭矩以得出平均扭矩。随后可以据此并通过查询查找表而得出脉动扭矩。

(b)接收表示从磁齿轮输出到例如车辆差速装置的期望速度的第二信号。

(c)基于步骤(a)中的输入，识别要在绕组中建立的目标电流。目标电流包括周期变化的校正电流来加速或减速控制转子以至少减少曲柄速度和扭矩的周期变化的传送。该步骤可以包括对步骤(a)中感测的输入之间的关系的查找表、输出部件的期望速度以及与这些量相对应的绕组中的电流进行查询。

(d)将绕组中的电流基本控制为目标电流。

只要条件保持在稳定状态就维持该目标电流。

在二转子***中，例如，设想传动系的电控单元形式的控制装置可以执行下述步骤：

(a)接收表示曲柄的转速的第一信号。

(b)接收表示从磁齿轮输出到例如车辆差速装置的期望速度的第二信号。

(c)基于第一信号和第二信号，识别绕组中电流的值以得出输出部件的期望速度。在该实施方式中，该值包括电流的频率(用于速度控制)和电流的幅度(用于扭矩控制)。

(d)将绕组中电流控制为在该值基本恒定，而与曲柄的速度和扭矩的周期变化无关。电流被控制为基本恒定而与曲柄所在内燃机的单个燃烧事件引起的曲柄的速度和扭矩的周期变化无关。只要第一信号和第二信号基本恒定，就保持电流基本恒定。应当理解的是，电流为AC，因此应当对应地解释保持电流“恒定”。

该方法还包括接收表示输入部件的扭矩的信号。还可以将该扭矩用作步骤(c)中识别电流的基础。步骤(c)可以再次包括查询相关关系的查找表。

悬臂式开放杯结构

显然，振动控制和衰减与***中的旋转惯性高度关联，对惯性进行向上和向下调节的能力能够提供一系列设计优点。例如：

·提高的引擎瞬时响应

·减少的飞轮需要

·更高带宽主动消除

·更低振动能量

在磁齿轮***中，部件的直径不与齿轮比关联，因此惯性并非由齿轮比决定。该优点可以通过使用低惯性旋转部件而增强。一种实现方法是使用悬臂式开放杯结构211，其中与图20所示的更常规方法相反，旋转部件分别仅支撑在一侧，如图21所示。在图21中，磁极片转子直接固定在ICE曲柄输出或者飞轮212上，并使用引擎轴承进行支撑。内PM转子也是悬臂式，其轴由轴承213支撑。在图20中，磁极片转子是封闭杯结构201，每一侧由围绕输入轴203和输出轴204的相应轴承202支撑。这还具有附加的优点：通过减少部件数量而减少局部装配成本，通过去除轴承和在其中由于异步泄露场导致感应的磁损失的部件而简化装配并提高***效率。

该开放杯技术还可以用于处理齿轮的扭转特性到进一步设计自由度以增强振动衰减和对负载范围的性能。图22示出了用于支持层压磁极片的可能的磁极片转子框架结构。该结构必须是非磁性的以使得磁极片能够正确调制，并且优选地是非金属的以防止将导致损失或效率降低的涡流或“笼”流。其通常由工程塑料或合成材料制成。其可以由机械加工或者优选地通过例如上述树脂传递模塑的合成材料模制而成。该支持结构可以预先形成并***磁极片随后夹持，或者磁极片可以二次注塑成型到该结构中。通过由具有特定弹性模量的适当材料制造磁极片转子支持结构，磁极片转子能够允许在其载入时一定程度的扭曲(施加的负载扭矩导致沿着远离固定端的长度渐进的扭转变形)。这为***增加了附加的柔度，进一步使得在传动系上出现的扭曲振荡衰减。还可以根据材料的阻尼特性来选择材料以进一步减少扭矩振荡。还可以包括如图23中所示的反向歪斜(reverse skew)度(卸载时)，并使得负载扭矩能够使逐渐增大的扭矩朝着反向方向扭开(而非消失)，因为磁极片被强制到校正位置以使得磁调制最大化。

动力辅助驱动

在提供牵引动力的同时，用在乘客、商业和非公路车辆的内燃机(例如往复式柴油机/汽油机)还经常通过附属带来对许多辅助驱动提供动力。许多这些辅助部件为引擎提供基本支持功能，例如润滑油泵、水冷泵和电交流发电机和其它车辆功能，例如动力操控***的***。引擎还为乘客舒适***提供动力。一些关键设备是要求冷却液压缩机的供热、通风及空调单元(HVAC)。

所有这些辅助部件通常都由(引擎驱动的)附属/辅助带驱动。每个辅助驱动经由相同的带连接，所有的辅助速度具有引擎曲柄rpm之间的固定关系(固定速度比由带轮直径的比决定)。

当辅助部件的负载需求与瞬时引擎工作点不匹配时，该固定关系可能是有问题的。

例如，在引擎输出与负载需求之间偶尔会有不足。当引擎空闲的同时舒适性负载需求可能非常高时(例如，为了乘客舒适目的当交通静止时)，对于HVAC***而言这是特别麻烦的。

当输出超过需求从而导致能量浪费时也有潜在问题。例如，如果不需要来自压缩机或泵的水压或液压，工作液可以再循环。随后引擎动力被不必要地消散，从而减小了***效率，增加了燃料消耗和排放。

在特定驾驶条件下引擎经常停/启以节省燃料的现代混合车辆应用中，要求的不匹配进一步恶化。希望即使当引擎停止而车辆被占用时仍维持(至少一些)辅助功能，其例子包括当引擎停止时仍可以保持起作用和热度的加热、通风及空调和部件冷却泵。在引擎或冷却液停止时导致从一个部件到另一个部件的高度热浸泡(soak)的所谓停热时段期间这尤其是有利的，其中该热浸泡会导致部件温度超过其使用值。此外，通过油泵维持油压和流动对于使用涡轮增压器在引擎停止时能够维持高速度的填充油的液压轴承的涡轮增压器***而言是有利的，供油损失会导致轴承的下降(touch-down)和表面过早磨损。典型涡轮增压器轴承的轴颈具有例如钴的高抗磨损材料以限制在这些条件下的损坏。

本公开中提出的一个解决方法是使用上述***之一来驱动这些辅助部件中的一个或更多个。设想可以使用上述动力分配***和设备中的任意一个，引擎联接作为到该***和辅助部件的机械输入，例如HVAC的压缩机耦合作为用于替换那些在前例子中最终驱动的机械输出。通过根据此处公开和如上所述的方法操作这种***，能够将辅助部件的速度与引擎/带断开。这样解决了上述问题。

在图24中所示的一个布置中，带轮241布置为由ICE驱动的带(未示出)来驱动。带轮241关于外PM转子243同心安装，因此，驱动带244沿着旋转轴与磁齿轮对齐。HVAC压缩机242联接至磁极片转子245。内PM转子246充当控制转子并按照下述方式联接至连接至电动力输入/输出248的电动机械247。

该实施方式的优点是不需要任何贯通轴，这能够显著改善装配过程和适用性。

在该情况下，存在直接机械等效***，其中高速转子保持在磁齿轮的中心(类似于机械式)。然而，应当注意的是，与机械形式相比，在磁齿轮中可实现的齿轮比要更加灵活。这是因为不依赖于特定的齿节距(在机械齿轮中，所有的齿必须啮合并由齿数决定的齿轮大小决定)，并且必须防止单个齿在啮合时发生冲突，这限制了能够实现的齿轮比。例如，内PM转子与外PM转子之间可以实现的齿轮比从1.01到15:1。类似地，对于反向齿轮，高扭矩PM转子与磁极片之间的比可以大于0.7，而等效机械齿轮中该限制是0.25至0.67，尽管实际应用的限制将其限制在0.3与0.5之间，或者大约0.4。在选择静止齿轮比时增加的该自由度使得能够具有相对于任何机械等效的改善，例如通过选择更高齿轮比，经由通过齿轮的直接路径传递的能量可以最大超过给定工作循环，这进而使得通过电子***传递的导致转换损失的能量的量最小化。

虽然能够从更广泛的范围选择齿轮比的优点是明显的，但由于如上所述能够以更集中方式提供外部控制场与伴随场相互作用并提供控制其旋转的方法，因此将齿轮反转的能力具有进一步的优点。

在一个另选布置中，上述磁动力分配设备可以布置在引擎与带驱动之间。亦即，磁动力分配的输入可以连接至内燃机可变速度主牵引机，并且输出连接至用于驱动带的带轮。随后可以使用磁动力分配的输出驱动的带按常规方式来驱动辅助部件。

图25示出了到可变比齿轮的引擎输入(在该情况下位于磁转子轴上)，该可变比齿轮随后用于控制本身连接至带轮和带的输出转子的速度。这在源头消除了所有的速度变动，并可以用于供应安装在带***上的若干个辅助部件。图25a示出了同轴联接至磁极片转子252的带轮251。带轮251驱动辅助带。ICE联接以驱动内PM转子254。控制定子253设置有此处可理解的绕组。在图25b中，带轮与其它部件同心并且在控制定子253外沿径向布置。

还存在另一种布置，其中可以使用内定子来简化***的机械构造，如图26所示。在该布置中，联接ICE 261以驱动磁极片转子262，控制定子263径向设置在磁极片转子内并承载绕组。外PM转子264联接至驱动用于辅助部件的驱动带的带轮265的内表面。

这些布置中的每一个具有所述三转子***的等效布置。

在一个另选操作模式中，可以使用用于对辅助部件进行驱动的任何布置中的的可变速度磁齿轮来提供引擎的启动和/或辅助扭矩。使用电动机/发电机来提供动力用于从静止打开引擎(用于启动)或者提供到传动系的附加扭矩输出。在该情况下，必须通过应用制动扭矩来防止可变齿轮(其连接至辅助部件)的输出旋转(用于启动)或加速(用于扭矩辅助)。这使得扭矩能够从控制电动机传递到引擎曲柄(其连接至可变齿轮的输入轴)而不会导致辅助部件的旋转(或加速)。

适当的制动装置包括机电制动器，例如粒子制动器、磁滞动力制动器或多盘制动器；涡流制动器；或者摩擦制动器。

对于用于为如上所述辅助部件提供动力的***中的每一个，ICE的带轮驱动将在***中产生显著量的扭转振动，得益于其由引擎曲轴驱动，引擎曲轴本身受到活塞和引擎点火周期产生的扭转脉动。如果不进行检查，则该扭转振动会对带驱动辅助部件产生严重破坏，并导致寿命下降。通常使用所谓带张紧器或其它衰减设备(其可包括安装在曲轴带轮内的扭转振动阻尼器)来解决这一问题。可以使用基于旋转磁齿轮的***中固有的内扭转弹簧来衰减该振动并因此省去扭转振动阻尼器或者减少张紧器设备的需要并保护辅助部件。

Claims (15)

1.一种***，该***包括输入部件、输出部件、将所述输入部件连接至所述输出部件的磁齿轮、以及被布置成控制从所述输入部件到所述输出部件的动力流的控制装置，其中所述磁齿轮包括第一组磁极、第二组磁极、以及被布置成对所述第一组磁极与所述第二组磁极之间的磁场进行调制的一组磁极片，其中所述控制装置包括用于减少从所述输入部件到所述输出部件的扭矩脉动和/或振荡的传送的装置。

2.根据权利要求1所述的***，其中所述第二组磁极由一组绕组产生。

3.根据权利要求2所述的***，其中所述绕组被安装在定子上。

4.根据权利要求3所述的***，其中所述绕组由所述控制装置控制。

5.根据权利要求1所述的***，其中所述第二组磁极由第二组永磁体产生。

6.根据权利要求5所述的***，其中所述第二组永磁体安装在所述磁齿轮的第三可移动部件上。

7.根据权利要求6所述的***，其中所述控制装置被设置成通过操作电动机-发电机的分别作为定子和转子的所述绕组和所述第三可移动部件来控制所述第三可移动部件的移动。

8.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述***进一步包括能量存储***，其中所述控制装置被构造成：如果所述输出部件的所需动力与所述输入部件处的动力不同，对从所述输入部件到所述能量存储***或者从所述能量存储***到所述输出部件的动力流进行控制。

9.一种对根据前述权利要求中任意一项所述的***进行操作的方法，其中所述第二组磁极由安装在所述磁齿轮的定子上的一组绕组产生，所述绕组中的电流能够由所述控制装置控制，所述方法包括由所述控制装置执行的以下步骤：

(a)接收至少表示所述输入部件的速度的第一信号；

(b)接收至少表示所述输出部件的期望速度的第二信号；

(c)基于所述第一信号和所述第二信号，确定所述绕组中的电流值以给出所述输出部件的期望速度；以及

(d)将所述绕组中的电流控制为基本恒定为所述电流值，而与所述输入部件的速度和扭矩的周期变化无关。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述电流被控制为基本恒定，而与所述输入部件相联的内燃机的单个燃烧事件引起的所述输入部件的速度和扭矩的周期变化无关。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述步骤(d)包括：只要所述第一信号和所述第二信号基本恒定，则保持所述电流基本恒定。

12.根据权利要求9至11中任意一项所述的方法，其中所述方法还包括：接收表示所述输入部件的扭矩的信号，并且可选地，所述扭矩在步骤(c)中还用作确定电流的基础，所述扭矩还形成在记录中所记下的关系的一部分。

13.一种对根据权利要求1至8中任意一项限定的***进行操作的方法，其中所述第二组磁极包括安装在所述磁齿轮的第三可移动部件上的第二组永磁体，所述第三可移动部件是电动机-发电机的转子，该电动机-发电机具有由所述控制装置能够对其中电流进行控制的一组绕组，所述方法包括由所述控制装置执行的如下步骤：

(a)接收表示所述输入部件的速度和位置的第一信号；

(b)接收表示所述输出部件的期望速度的第二信号；

(c)基于所述第一信号和所述第二信号，确定要在所述绕组中形成的目标电流，所述目标电流包括周期性变化校正电流，用于加速或减速所述第三可移动部件以至少减少从所述输入部件到所述输出部件的速度和扭矩的周期变化的传送；以及

(d)将绕组中的电流基本控制为所述目标电流。

14.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(d)包括：只要所述第二信号和在一个或至少一个旋转期间的所述输入部件的平均转速基本恒定，则维持所述目标电流。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中步骤(d)包括使用表示所述输入部件的位置的信息和/或表示其速度的信息生成所述绕组中的电流与所述输入部件的位置之间的相位角。