电机、用于电机的定子和交通工具

摘要

本发明涉及一种用于电机(M)的定子(S)，所述电机具有转子(L)。定子(S)具有定子极(SP)。定子极(SP)的至少一部分分别具有磁极绕组(W)以及永久磁体单元(PME)。当在磁极绕组(W)上施加电压或者在磁极绕组(W)中通入电流时，通过永久磁体单元(PME)造成的第一磁通量被第二磁通量叠加。在永久磁体单元(PME)中设置有留空部(AN)，所述留空部朝向转子(L)。此外，本发明涉及一种具有根据本发明的定子(S)的电机(FSM)，其中转子(L)设计为用于改变磁路(KM)的磁阻，所述磁路伸展穿过定子(S)的定子极(S)的永久磁体单元(PME)。此外，本发明涉及一种具有根据本发明的定子(S)或根据本发明的电机(FSM)的交通工具(FZ)。

权利要求

1.一种用于电机(FSM)的定子(S)，所述电机具有转子(L)，其中所述定子(S)具有定子极(SP)，其中所述定子极(SP)的至少一部分分别具有磁极绕组(W)以及永久磁体单元(PME)，其中当在所述磁极绕组(W)上施加电压或在所述磁极绕组(W)中通入电流时，通过所述永久磁体单元(PME)造成的第一磁通量被第二磁通量叠加，其特征在于，

在所述永久磁体单元(PME)中设置有留空部(AN)，所述留空部朝向所述转子(L)。

2.根据上一项权利要求所述的定子(S)，

其特征在于，

所述永久磁体单元(PME)具有第一永久磁体(PM1)和第二永久磁体(PM2)，所述第二永久磁体与所述第一永久磁体(PM1)磁同向地串联设置，其中两个所述永久磁体(PM1，PM2)在串联电路中借助于软磁性的中间区段(ZS)彼此磁连接，其中所述留空部(AN)设置在软磁性的所述中间区段(ZS)中。

3.根据上一项权利要求所述的定子(S)，

其特征在于，

所述留空部(AN)在软磁性的所述中间区段(ZS)的整个侧面(B)上延伸，所述侧面朝向所述转子(L)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的定子(S)，其特征在于，

所述留空部(AN)在所述定子(S)的横向平面(TE)中具有矩形的或梯形的横截面。

5.根据上述权利要求中任一项所述的定子(S)，其特征在于，

所述留空部(AN)的开口(OE)朝向所述转子(L)的方向逐渐缩窄和/或扩宽。

6.根据上述权利要求中任一项所述的定子(S)，其特征在于，

所述留空部(AN)是槽，所述槽的主纵轴线横向于所述定子(S)的横向平面(TE)伸展。

7.根据上述权利要求中任一项所述的定子(S)，其特征在于，

所述留空部(AN)设为用于引导冷却剂(KM)，和/或所述留空部(AN)设为用于容纳管(R)，所述管设为用于引导冷却剂(KM)，和/或所述留空部(AN)包含填充材料，所述填充材料不是铁磁的。

8.根据上述权利要求中任一项所述的定子(S)，其特征在于，

所述定子极(S)中的至少一个具有两个磁极区段(PS)，两个所述磁极区段借助于至少一个第一接片机械连接，所述第一接片设置在所述转子(L)和永久磁体(PME)之间，和/或所述定子极(S)中的至少一个具有两个磁极区段(PS)，两个所述磁极区段借助于第二接片机械连接，所述第二接片设置在所述定子(S)的背离所述转子(L)的一侧上。

9.一种电机(FSM)，所述电机具有定子(S)和转子(L)，所述转子设计为用于：在至少一个第一转子位置区域中闭合第一磁路(MK)，其中所述定子极(S)的永久磁体单元(PME)将所述定子极(S)的磁极绕组(W)沿第一方向磁化，其中所述转子(L)也设计为用于：在至少一个第二转子位置区域中闭合第二磁路(MK)，其中所述永久磁体单元(PME)将所述定子极(S)的磁极绕组(W)沿第二方向磁化，所述第二方向与所述第一方向相反，其特征在于，

所述定子(S)是根据上述权利要求中任一项所述的定子(S)。

10.一种交通工具(FZ)，

其特征在于，

所述交通工具(FZ)具有根据权利要求1至8中任一项所述的定子(S)或根据权利要求9所述的电机(FSM)。

说明书

电机、用于电机的定子和交通工具

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于电机的定子，所述电机具有转子，其中定子具有定子极。定子极的至少一部分分别具有磁极绕组(定子极的绕组)以及永久磁体单元。当在磁极绕组上施加电压或者在磁极绕组中通入电流时，通过永久磁体单元造成的第一磁通量被第二磁通量叠加。电机能够是电动机和/或发电机。与此无关地，电机能够是旋转电机或直线电机(即例如线性电动机和/或线性发电机)。永久磁体单元是定子极的部件，所述部件(在定子的横向平面中)具有至少一个或至少两个永久磁体。即使出于概览原因在下文中不详细描述下面的变型形式，本发明也涉及电机的定子，其中在权利要求中要求保护的定子(例如关于交通工具车身)可运动地(替代位置固定地)例如可转动地设置，而转子位置固定地(替代可运动地)设置。此外，当为旋转电机时，转子也能够称作为旋转体。下面，不单独地考虑直线电机，而是将其理解成旋转电机，这通过对这种情况假设如下内容来实现：转子直径近似无穷大。

[0002] 此外，本发明涉及一种电机，所述电机具有定子和转子，所述转子设计为用于：根据转子位置改变磁路(磁回路)的磁阻，所述磁路伸展穿过定子的定子极的永久磁体单元。

[0003] 此外，本发明涉及一种交通工具，所述交通工具具有根据权利要求1的前序部分所述的定子或具有根据权利要求9的前序部分所述的电机。交通工具例如能够是电动车、混合动力车、船舶、飞行器和/或陆地车辆(尤其载客汽车、载重汽车、轨道车辆、建筑机械或农业机械)。与此无关地，根据本发明的定子也能够是如下机器的一部分，所述机器不是交通工具，而例如是家用电器、加热或空调设施、生产机器、可电驱动的工具或机床的一部分。

背景技术

[0004] 对于交通工具应用，例如皮带传动的起动器/发电机，需要具有尽可能高的功率密度的电机，所述电机可尽可能低成本地制造。对于具有高的转速(例如大于20000转/min)和高的皮带传动比的运行，例如具有永久磁体的磁通开关电机(flux switching machine(FSwM))能够是适当的。当转速应进一步提高时，在高于特征速度时(如在永久磁体励磁的同步机中)，在磁通开关电机中，永久磁体的磁场也必须被削弱。这通过Shen，J.-X，Fei，W.-Z的“Permanent Magnet Flux Switching Machines-Topologies,Analysis and Optimization(永磁开关机的拓扑结构，分析和优化)”，第四届电力工程、能源与电气国际会议(Fourth International Conference on Power Engineering,Energy and Electrical Drives)(POWERENG),Istanbul,2013年五月13-17日来确定，其中提到如下需求：在永久磁体磁通开关电机中可影响主磁通量。然而，在已知的磁通开关电机中，通过将电流通入到磁极绕组难于实现足够地削弱通过永久磁体产生的通量。

[0005] 在场削弱区域中运行时(即在特征速度之上以减小的转矩运行时)，磁通开关电机以减小的电流强度和相应的电流角运行。因此，至少在定子的子区域中，通过永久磁体产生的磁通量超过通过对磁极绕组通电流产生的磁通量。由此，得到的总磁通量甚至在交流电的峰值处不一定仅构成伸展穿过所述磁极绕组的磁力线。此外，磁通量在散射路径上构成(例如经由气隙在转子齿之间构成)。因为在磁通开关电机的常见构造中，伸展穿过相应的永久磁体、但是不穿过相关的磁极绕组的磁路(磁短路)的磁阻至少对于永久磁体的子区域在特定的转子位置中小于其他磁路的磁阻，所述其他磁路不仅伸展穿过相应的永久磁体，而且也穿过相关的磁极绕组。这称作为杂散磁通。

[0006] 因此，根据转子位置存在，永久磁体的所述子区域的磁场不与磁极绕组链接，而是绕过相关的磁极绕组(因此关于磁极绕组在磁短路上伸展)。因此，由相应的永久磁体产生的磁通量通常不以期望的程度被由磁极绕组产生的磁通量补偿。换言之：由相应的永久磁体造成的磁场不能够容易地通过由磁极绕组造成的磁场足够地补偿。与转子位置相关的短路无关地，能够存在较小的定子内部的磁短路，所述磁短路(虽然存在其磁负面影响)可能被容忍，例如以便借助于内部和/或外部接片改进或简化定子的构造。

发明内容

[0007] 本发明的目的是，提供一种磁通开关电机，所述磁通开关电机的主磁通能够借助于将电流通入到磁极绕组中而被足够好地削弱，使得磁通开关电机的场削弱区域扩大并且所述磁通开关电机也能够以较高的转速(例如大于20000转/min)运行。

[0008] 所述目的借助一种定子来实现，所述定子包括权利要求1的特征。此外，所述目的借助根据权利要求9的电机和根据权利要求10的交通工具来实现。发明构思的有利的改进方案是从属权利要求的主题。

[0009] 用于具有转子的电机的根据本发明的定子具有定子极。定子极的至少一部分对于每个定子极分别具有磁极绕组(定子极的绕组)以及永久磁体单元。当在磁体绕组上施加电压时或者当在磁体绕组中通入电流时，通过永久磁体单元造成的第一磁通量被第二磁通量叠加。在永久磁体单元中设置有留空部，所述留空部朝向转子。留空部也能够是凹部或者称作为凹部。

[0010] 通过留空部至少部分地避免，当转子的齿(转子齿)处于永久磁体单元的区域中时，齿能够闭合磁路(磁回路)，所述磁路的场线在永久磁体单元的朝向转子的侧面上离开永久磁体单元。附图说明包含所述真实情况的详细阐述。

[0011] 留空部的其他优点能够在于，所述留空部能够有助于，有针对性地影响和减小不对称的磁力(unbalanced magnetic forces，UMF)，所述不对称的磁力在转子齿和定子齿的比值特定的磁通开关电机中出现。

[0012] 根据本发明的电机具有定子和转子。转子设计为用于，在至少一个第一转子位置区域中闭合第一磁路，其中定子极的永久磁体单元将定子极的磁极绕组沿第一方向磁化。此外，转子设计为用于，在至少一个第二转子位置区域中闭合第二磁路，其中永久磁体单元将定子极的磁极绕组沿第二方向磁化，所述第二方面与第一方向相反。定子是根据本发明的定子。

[0013] 与此相关地，根据本发明的交通工具具有根据本发明的定子或根据本发明的电机。

[0014] 尤其有利的是，永久磁体单元在定子的横向中具有第一和第二永久磁体，所述第二永久磁体与第一永久磁体磁同向地串联设置，其中两个永久磁体在串联电路中借助于软磁性的中间区段彼此磁连接，其中留空部设置在软磁性的中间区段中。在所述永久磁体单元中在两个永久磁体之间设置有软磁性的中间区段，通过使用该永久磁体单元，整个永久磁体单元不需要由硬磁性的材料构成，所述硬磁性的材料通常比软磁性的材料更贵。因此，能够节约昂贵的硬磁性的材料。当今可用于永久磁体的材料一方面能够比更早应用的硬磁性的材料贵很多，但是另一方面具有如下优点：其矫顽场强大至，使得当永久磁体单元仅部分地由永久磁体材料构成时，足以用于磁体开关电机的功能。永久磁体单元的其余的(通常更大的)部分能够由成本更低的软磁性的材料构成。这适用于本发明的全部实施方式。

[0015] 本发明的多个可能的实施变型形式中的一个提出，永久磁体单元的留空部在软磁性的中间区段的整个侧面上延伸，所述侧面朝向转子。通过在软磁性的中间区段的整个侧面上增大的气隙厚度，能够部分地避免：各个转子齿(当其环周区段长度(即气隙处的齿宽度)比各个永久磁体沿切向方向的厚度更宽时)能够将各个永久磁体(即所述永久磁体)的磁场直接经由软磁性的中间区段短路。用“直接”在此在下文中表示：不绕过其他转子齿。

[0016] 一个优选的实施方式提出，留空部构造在定子的横向平面中。具有矩形的或梯形的横截面的留空部与具有其他横截面的留空部相比可能低成本地制造。

[0017] 一个同样优选的实施方式提出，留空部的开口朝向转子逐渐缩窄和/或扩宽。由此，能够优化留空部的形状，以便一方面实现期望的转速和/或场削弱性能，并且另一方面能够实现尽可能小的不对称的磁力。留空部的形状的优化能够借助于具有不同的留空部的模拟或借助于具有不同的留空部的测试在试验台上进行。

[0018] 与此无关地，留空部能够是槽，所述槽的主纵轴线横向于定子的横向平面伸展。由此，本发明的优点能够至少部分地用于定子的长度的大部分或者甚至在定子的整个轴向长度上使用。一个适当的改进方案提出，槽的主纵轴线与定子的主纵轴线位于同一平面中。由此，有助于定子的构造，所述定子是几何形状简单的。另一个分类提出，槽的主纵轴线平行于定子的主纵轴线伸展。由此，有助于定子的构造，所述定子是更几何形状简单的。因此那么磁通开关电机的气隙基本上是圆柱管形的。与磁通开关电机的气隙是否基本上仅是锥形的或甚至是圆柱管形的无关，槽能够沿着定子的内环周也倾斜地(即螺旋形地)伸展。不倾斜的槽的主纵轴线在与定子的横向平面的面矢量相同的平面中伸展。对于倾斜的(即螺旋形伸展的)槽，不存在如下平面，不仅槽的主纵轴线、而且定子的横向平面的面矢量在所述平面中伸展。

[0019] 在每个迄今提到的实施方式中，能够尤其有利的是，留空部设为用于引导冷却剂。由此，能够节约用于冷却剂的分开的引导。替选地或附加地，留空部能够设为用于容纳管，所述管设为用于引导冷却剂。由此能够避免，冷却剂在气隙的其他区域中分布。替选地或附加地，留空部能够包含填充材料，所述填充材料不是铁磁性的(既不是硬磁性的也不是软磁性的)。填充材料例如能够具有塑料材料和/或非铁磁性的材料(例如铝或未磁化的不锈钢)。通过填充，由于转子齿和留空部之间的流体动力学的相互影响能够减小或甚至避免噪声形成。

[0020] 适当的是，定子极中的至少一个具有两个磁极区段，两个所述磁极区段借助于至少一个第一接片机械连接，所述第一接片设置在转子和永久磁体单元之间。由此，磁极区段能够在气隙的区域中以高的尺寸精度固定。替选地或附加地，也能够适当的是，所述定子极和/或至少一个其他定子极具有两个磁极区段，两个所述磁极区段借助于至少一个第二接片机械连接，所述第二接片设置在定子的背离转子的一侧上。由此，磁极区段相互间的固定能够设置在磁通开关电机的外部区域中。由于其在磁通开关电机的外部区域中的设置，第二接片的设置能够具有的优点是，该布置中的接片与靠近气隙设置的接片相比不那么强地影响磁通开关电机的磁运行性能。第一和/或第二接片能够由磁性材料(例如由铝或钢)构成或掺杂，借此所述接片尽可能小地影响磁通开关电机的磁运行性能。第一或第二接片能够是夹紧件或环。

[0021] 也能够适当的是，至少两个彼此邻接的定子极的彼此相向的磁极区段机械连接。因此，定子的零件的数量能够最小化。

[0022] 每个在上文中提到的实施方式能够与如下特征组合：磁通开关电机的气隙基本上是锥管形的、尤其圆柱管形的。

[0023] 与此无关地，每个在上文中提到的实施方式能够与如下有利特征组合：定子具有定子极的级联，其中定子极分别包括第一和第二磁极区段，所述第一和第二磁极区段分别具有软磁性的材料，其中在第一和第二磁极区段之间分别设置有永久磁体单元。由此，为磁通开关电机使用提到的基本结构。

[0024] 此外，每个在上文中提到的实施方式能够与如下有利特征组合：定子极的第一磁极区段直接邻接于另一定子极的第二磁极区段，所述另一定子极直接与第一定子极相邻，并且同时首先提到的定子极的第二磁极区段直接邻接于再一定子极的第一磁极区段，所述再一定子极同样与首先提到的定子极直接相邻。由此，为磁通开关电机使用提到的基本结构。

附图说明

[0025] 本发明下面根据在示意图中示出的实施例详细阐述。附图示出：

[0026] 图1示意地示出贯穿磁通开关电机的横向平面的剖面；

[0027] 图2示意地示出图1的剖面的用于四个不同的转子齿位置的四个细节图；

[0028] 图3示意地示出具有留空部的永久磁体单元的第一实施方式，所述留空部在定子的横向平面中具有抛物线面形的横截面，其中横截面的直径沿朝向转子的方向扩宽；

[0029] 图4示意地示出具有留空部的永久磁体单元的第二实施方式，所述留空部在定子的横向平面中具有矩形的横截面；

[0030] 图5示意地示出具有留空部的永久磁体单元的第三实施方式，所述留空部在定子的横向平面中具有蘑菇形的横截面，其中横截面的直径沿朝向转子的方向缩窄；

[0031] 图6示意地示出具有留空部的永久磁体单元的第四实施方式，所述留空部在中间区段的整个侧面上延伸，所述侧面朝向转子。

[0032] 图7示意地示出具有留空部的永久磁体单元的第五实施方式，所述留空部在中间区段的整个侧面上延伸，所述侧面朝向转子。

具体实施方式

[0033] 在附图中为相应的部件分别使用相同的附图标记。附图标记相关的阐述因此也适用于全部附图，只要从上下文中没有另作说明。

[0034] 下面根据图1对磁通开关电机的描述普遍适用于任意或近似任意类型的磁通开关电机FSM。对图1的参考和示例数字用于说明描述的实际情况，但是不应解释成对磁通开关电机FSM的实施方式的限制，所述磁通开关电机在图1中示出。

[0035] 在图1中示出的电机是具有定子S和转子L的磁通开关电机FSM，所述转子围绕转子轴线LA可转动地支承。定子S具有六个定子极SP，所述定子极各具有第一定子齿SZ1和第二定子齿SZ2，其中彼此直接相邻的定子极SP在定子S中分别以彼此错开60°的环周角的方式设置。

[0036] 在沿(转子L相对于定子S的)转动方向RD的静态电动机运行中，磁通开关电机FSM通常运行成，使得始终或至少在大部分时间中，将转子L的至少一个齿LZ(转子齿LZ)在定子S的齿SZ1、SZ2(定子齿SZ)的区域中借助切向力分量KT(磁力)拉向定子齿SZ1、SZ2。与在许多传统电机类型中不同地，驱动磁通开关电机FSM的力KT不是洛伦兹力，而是磁阻力。驱动磁通开关电机FSM的力KT是如下力KT，所述力基本上基于：转子L尝试占据与其当前位置相比更能量有益的位置。有源磁路MK的磁阻(磁阻力)越低，转子位置就是越能量有益的。

[0037] 因此，在各个转子齿LZ上产生力KT的基本原理与电磁体的力产生基本原理是相同的。在具有旋转转子L的磁体开关电极FSM中，力的切向分量KT在各个转子齿LZ上产生围绕转子L的轴线LA的转矩M。当全部处于磁路MK中的磁势源PME、W的总和的总磁势Θg(总磁通势Θg)相加不为零，那么MK在此称作为有源的。

[0038] 在图1示出的磁通开关电机FSM中，磁路MK也伸展穿过相邻的定子极SP的磁极绕组W。因此，穿过相邻的定子极SP的磁极绕组W的当前的流也有助于磁路MK的当前的总磁势Θg。但是，在下面的说明中，致力于概览性，忽略这种实际情况。

[0039] 由于转子L不固定在能量有益的位置中，只要所述转子已经达到所述位置，而且继续转动，那么在磁通开关电机FSM中，永久磁体单元PME产生的静态磁通量Φp被借助于流过磁极绕组W的三相或多相的交流电流产生的磁通量Φw(交变场)叠加。通过围绕转子轴线LA的交变磁场Φw实现，作用于转子齿LZ的力KT周期性地减小或甚至完全被补偿，所述转子齿已经位于能量有益的位置中(所述转子齿即位于具有低的磁阻的位置中)。由此，沿切向方向作用于转子齿LZ的复位力减小，所述转子齿已经处于能量有益的位置中。同时，总磁通量Φg通过(至少)一个其他的转子齿LZ加强，所述其他的转子齿已经处于其他的定子齿SZ的磁场中，但是仍不处于能量优化的位置中，使得转子L由沿切向方向作用于其他转子齿LZ的磁力KT驱动。

[0040] 在磁通开关电机FSM的静态运行中(电动机运行)，通过磁极绕组W传导交流电。交流电的各个相的电流仅流过各个定子极SP的磁极绕组W。由此在定子极SP中产生的磁通量Φw在电周期期间刚好变换两次方向，并且在每次变换时经过零点。由此，产生磁通量Φw的各一个交变电流流过每个单独的定子极SP的磁极绕组W，所述磁通量Φw叠加永久磁体单元PME的磁通量Φp。对定子S的磁极绕组W的当前的通电，以及为相应考虑的定子极SP的下一个的转子齿LZ的当前位置决定：永久磁体单元PME的磁通量Φp是否通过与磁极绕组W的磁通量Φw的叠加而加强或削弱。磁通量的加强或削弱不对全部定子极SP同步地进行，而是时间错开地根据相应的定子绕组SP的机械的环周位置和相应的定子极SP的通电的相位来进行。

[0041] 为了阐述目的现在假设：叠加原理(叠置原理)近似适用于转子齿LZ中的磁通量Φg＝Φp+Φw。在该情况下，磁极绕组W产生的磁通量Φw的效果和永久磁体单元PME产生的磁通量Φp的效果分开确定并且随后线性叠加成总效果。整个磁通量Φg(磁通量场)的由永久磁体单元PME产生的磁通量分量Φp在时间上和在空间上是静态的。整个磁通量Φg(磁通量场)的由磁场绕组W借助于交流电流产生的磁通量分量Φw在磁通开关电机FSM中构成交变磁场Φw。

[0042] 在图1中示出的磁通开关电机FSM中，在(穿过磁场绕组W的)电流的正向最大值处，通过磁场绕组W的通量Φw增强地叠加永久磁体单元PME的如下通量份额Φp1：所述通量份额Φp1伸展穿过定子极SP的第一定子齿SZ1。同时，通过磁极绕组W的通量Φw，至少部分地补偿永久磁体单元PME的伸展穿过定子极SP的第二定子齿SZ2的通量份额Φp2。在反向的电流方向中，在(穿过磁极绕组W的)电流的数值的最大值处，通过磁极绕组W的通量Φw加强永久磁体单元PME的伸展穿过定子极SP的第二定子齿SZ2的通量份额Φp2。同时，通过磁极绕组W的通量Φw至少部分地补偿永久磁体单元PME的伸展穿过定子极SP的第一定子齿SZ1的通量份额Φp1。因此，通过磁极绕组W产生的磁通量Φw的周期性的方向变换在图1中示出的转子位置中引起第一定子齿SZ1和第二定子齿SZ2的周期性交替的磁性激活(或去激活)。因为分别相邻的定子极SP的磁极绕组W加载有交流电的其他相的电流(例如在三相交流电系统和具有六个定子极SP的定子S中，分别相对置的定子极SP的磁极绕组W由同一电流相的电流馈电，但是反向地缠绕)，第一定子齿SZ1和第二定子齿SZ2的磁性激活(或去激活)的交替不对全部定子极SP同时进行，而是根据其在定子S的环周上的地点分布沿交变磁场Φw的转动方向时间错开地(相错开地)进行。

[0043] 典型地，磁通开关电机FSM的转子L放射对称地(转动对称地)构造。由此，磁通开关电机FSM的磁的(并且当然还有电的)状态在机械地以360°/Z错开的转子位置中不彼此不同(即相同)，其中Z是转子L的齿LZ的数量。因此，对于大略描述磁通开关电机FSM的运行进程(具有转子L的转动对称的构造)足够的是，仅对转子L在360°/Z的环周角度范围上的运动考虑其运行进程。

[0044] 为了形成有效转矩M，必须闭合分别有源的磁路MK(所述磁路在气隙LS上引导两次)。因此，参与形成有用转矩的永远不是单一的转子齿LZ，而是始终至少两个相邻的转子齿LZ(转子齿对)。

[0045] 能够假设：在Q/Z不等于1的FSM的静态运行中，或者始终(在有源的转子齿对)之前相对置的转子齿对或始终(在有源的转子齿对)之后相对置的转子齿对下一个贡献于形成转矩M。字母Q表示定子S的槽数Q＝2ps(定子槽数)，其中p是定子S的磁极对数并且s是定子S的相位数(Strangzahl)。在图1的示例中，相位数s＝3，磁极对数p＝1，并且槽数Q＝6。下一个贡献于转矩M的形成的转子齿对的位置能够相对于有源的转子齿对对于之前相对置的转子齿对的以180°+360°/2Z提升，以及对于之后相对置的转子齿对以180°-360°/2Z提升。

[0046] 对于静态运行能够假设：当前主要贡献于形成转矩M的转子齿对在电周期的特定的时刻相对于刚好磁性交互作用的相邻的定子极对处于特定的相对环周角度位置中，更确切地说与在此涉及哪个转子齿对和定子极对无关。相对环周角度位置与负载点相关并且与下述内容相关：磁通开关电机FSM处于电动机运行或发电机运行中。

[0047] 经由磁通开关电机FSM的定子S的环周方向，典型下面的定子组成部分以下面的顺序交替：第一定子极SP’的第一定子齿SZ1，第一定子极SP’的永久磁极单元PME’，第一定子极SP’的第二定子齿SZ2，用于第一定子极SP’的绕组空间WR，和第二定子极SP”，第二定子极SP2”的第一定子齿SZ1”，第二定子极SP”的永久磁体单元PME”，第二SP定子极”的第二定子齿SZ2”，用于第二定子极SP”的绕组空间WR，和第三定子极SP”’等。因此，相邻的定子齿SZ1、SZ2交替地通过永久磁体单元PME和绕组空间WR间隔开。

[0048] 根据图2，现在阐述电机FSM的原则上的运行流程。当转子齿LZ处于定子极SP的第一定子齿SZ1上时，所述定子极在观察所述第一定子齿SZ1时当前不以磁通量补偿的方式被通电，第一磁通线ML1例如从转子齿LZ通过气隙LS伸展到第一定子齿SZ1中(参见图左上方)。当同一转子齿LZ处于同一定子极SP的第二定子齿SZ2上并且在观察第二定子齿SZ2时不以补偿磁通量的方式对定子极SP通电时，第二磁通线ML2从第二定子齿SZ2通过气隙LS伸展到转子齿LZ中(参见图左下方)。在转子齿LZ中的通过永久磁体单元PME产生的磁通分量Φp因此是连续的，即借助转子齿LZ的每个运动步骤朝向下一定子齿SZ1、SZ2(相同的或相邻的定子极SP)反转。随着转子L围绕其转子轴线LA的磁场同步的转动，在转子齿LZ中出现周期性的磁通量Φp(即具有磁通量周期和各一个磁通量周期的两次过零的磁通量)，所述磁通量通过设置在磁通开关电机FSM的定子中的永久磁体单元PME产生。

[0049] 在本文中，要注意的是，每个所描述的实施方式的气隙LS能够由一种或多种不同于空气的(非铁磁性的)材料填充，例如由铝、非磁性的不锈钢或其他气体填充，所述其他气体例如能够是氮气、二氧化碳、氦气或其他惰性气体。尽管如此常见的是，将不仅仅包括空气或甚至根本不包括空气的气隙称作为气隙。

[0050] 转子齿LZ从定子极SP的第一定子齿SZ1至同一定子极SP的第二定子齿SZ2的运动步骤(或沿相反方向)引导经过转子齿LZ的第一中间位置βpme，在所述第一中间位置中，转子齿LZ指向永久磁体单元PME的中间平面ME的方向(参见图右上方)。大约在所述第一中间位置βpme中，在转子齿LZ中通过永久磁体单元PME产生的磁通量Φp经受转子齿LZ中的磁通量周期的两次过零中的第一次。

[0051] 转子齿LZ从第一定子极SP的第二定子齿SZ2至相邻的第二定子极SP的第一定子齿SZ1的运动步骤(或者沿相反方向)引导经过转子齿LZ的第二中间位置βw，在所述第二中间位置中，转子齿LZ指向在第一定子极SP和第二定子极SP之间的绕组空间WR的方向(参见图右下方)。大致在所述第二中间位置βw中，在转子齿LZ中通过永久磁体单元PME产生的磁通量Φp经受转子齿LZ中的磁通量周期的两次过零的第二次。

[0052] 通常，在两个中间位置βpme、βw中的任何一个中，都不期望在转子齿LZ和定子S之间的磁交互作用。因为在转子齿LZ的这两个中间位置βpme、βw的每个中，转子L中的其他转子齿LZ中的至少一个(“已经”)具有下述任务：与定子S磁性交互作用，以便因此在转子L和定子S之间产生切向的驱动力KT(所述驱动力在旋转电机FSM中引起围绕转子轴线LA的转矩M)。此外，因此在转子齿LZ和定子S之间的这种磁交互作用(所述磁交互作用在两个中间位置βpme、βw中都不需要)也能够是不期望的，因为这种磁交互作用由于无用的交变磁化过程而引起能量损失，所述交变磁化过程在转子齿LZ中发生。

[0053] 为了在第一中间位置中减小在转子齿LZ和定子S之间的磁交互作用，本发明提出，在永久磁体单元PME中设置有留空部AN，所述留空部朝向转子L。借助留空部AN，在第一中间位置βpme的中间位置区域Δβ中，在转子L和定子S之间的气隙LS至少局部地扩宽，因此在转子齿LZ和定子S之间的磁阻升高，进而转子齿LZ和定子S之间的磁交互作用在所述中间位置区域Δβ中减小。

[0054] 在图1中示出的定子极SP中，永久磁体单元PME提供具有磁通势Θp的第一磁势源。定子极SP的磁极绕组W在其由电流穿流时提供具有磁通势Θw的第二磁势源。

[0055] 当转子齿LZ位于第一定子齿SZ1的环周角度位置βsz1(参见图2右上方)，磁极绕组W的磁通量Φw在(假设)对磁极绕组W正向通电的情况下在与永久磁体单元PME的磁通量Φp(参见图2左上方)相同的路径上伸展。因此，沿转子齿LZ的所述环周角度位置βsz1，永久磁体单元PME和磁极绕组W的磁路基本上是相同的(其中在此为理想化的考虑并且实际状况通常取决于负载点并且取决于下述内容：磁通开关电机是处于电动机运行中还是发电机运行中)。这因此也适用于用于通过永久磁体单元PME产生的和通过磁极绕组产生的磁场的(尽可能相同的)磁路的磁阻Rm。在转子齿LZ的所述环周角度位置βsz1中，磁路通过转子L闭合，使得永久磁体PM1、PM2的磁通势Θw和通过绕组W中的电流的磁通势Θw同向地叠加。如果磁路MK以所述方式闭合，那么适用的是Θg＝Θp+Θw。

[0056] 当转子齿LZ处于第二定子齿SZ2的环周角度位置βsz2时(参见图2右上方)，通过转子L闭合另一磁路MK(参见图2左下方)。在转子齿LZ的所述环周角度位置βsz2中，永久磁体单元PME和磁极绕组W的磁路基本上是相同的。但是，磁极绕组W的磁通量Φw在此外对磁极绕组W正向假设通电的情况下在与永久磁体单元PME的磁通量Φp相同的、但是反向的(相反的)路径上伸展。此外，在转子齿LZ的所述环周角度位置βsz2中，两个磁势源因此反向地串联连接(通过电流引起的磁通势Θw被通过永久磁体PM1、PM2产生的磁通势Θp叠置)，使得关于永久磁体PM1、PM2的磁通势方向，在针对反向情况Θg＝Θp-Θw的总磁路MK中计算总磁势Θg。

[0057] 因此，磁极绕组W的磁场Φw以电的方式改变其强度(数值)和极性(方向)。相反地，永久磁体PM1、PM2的磁场Φp通过在不同的磁路MK之间的机械的转子运动变换(换向)。通过机械的转子运动，不仅转子L中的磁场Φp的(实际的)极性，而且(永久磁体单元PME的)磁场Φp的级联的(实际的)极性借助相关的磁极绕组W换向。

[0058] 在全部环周角度位置中(即尤其也在第一转子齿LZ的两个环周角度位置βsz1和βsz2中，总磁通量Φg根据霍普金森法则以Φg＝Θg/Rm表示。

[0059] 当转子齿LZ处于单独的第一永久磁铁PM1的环周位置βpm1(参见图2左上方)中时，永久磁体单元W的磁通量Φp在磁路MK上伸展，所述磁路仅直接引导穿过所述转子齿LZ(即不绕过磁极绕组W和其他转子齿LZ)。因此，在所述环周位置βpm1中，不借助于由磁极绕组W中的电流产生的磁通势Θw在电方面影响转子L和定子S之间的力KT(或转矩M)。

[0060] 当转子齿LZ处于单独的第二永久磁体PM2的环周角度位置βpm2(参见图2左上方)时，永久磁体单元W的磁通量Φp在磁路MK上伸展，所述磁路仅直接引导穿过所述转子齿LZ(即不绕过磁极绕组W和其他转子齿LZ)。因此，在所述环周位置βpm2中，不借助于由在磁极绕组W中的电流产生的磁通势Θw在电方面影响转子L和定子S之间的力KT(或转矩M)。

[0061] 然而，以其他理由，这种磁短路是不期望的，因为所述磁短路引起转子材料的含损耗的、周期性的交变磁化。虽然当磁通开关电机FSM应具有自身的转动阻力时，与此关联的制动力矩能够是有利的。但是不期望的是，借助磁通开关电机FSM尤其实现从电能到机械能(或相反)的尽可能有效的转换。

[0062] 为了避免通过周期性的交变磁化造成的功率损耗，并且为了减小由此造成的制动力矩，本发明提出在永久磁体单元PME的区域中的留空部AN。借此，气隙LS的厚度LSD(气隙厚度)至少在中间位置区域的一部分中增大，所述中间位置区域包括第一中间位置βpme或至少在其附近。

[0063] 永久磁体单元PME具有留空部AN的在图3中示出的第一实施方式在定子S的横向平面TE中具有抛物面形的横截面。横截面的直径D朝向转子L的方向扩宽。由此，能够将留空部AN的几何形状针对期望的转速削弱表现和/或场削弱表现优化。

[0064] 永久磁体单元PME具有留空部AN的在图4中示出的第二实施方式在定子S的横向平面TE中具有矩形的横截面。

[0065] 永久磁体单元PME具有留空部AN的在图5中示出的第三实施方式在定子S的横向平面TE中具有蘑菇形的横截面。横截面的直径D朝向转子L的方向蘑菇形地缩窄。

[0066] 图6示出永久磁体单元PME具有留空部AN的第四实施方式，所述留空部在软磁性的中间区段ZS的朝向转子的整个侧面B之上延伸。

[0067] 图7示出永久磁体单元PME具有留空部AN的第五实施方式，所述留空部具有如下横截面，所述横截面与中间区段ZS的铁磁性的区域的边界余弦形地伸展。在此，余弦形的最大值处于永久磁体单元PME的中间平面ME的区域中，并且余弦形的左侧的和右侧的最小值例如处于与永久磁体单元PME的第一永久磁体PM1及第二永久磁体PM2的过渡部上。

[0068] FSM的磁路MK能够实现成，使得在每个定子极SP中存在永久磁体PM1、PM2，所述永久磁体径向定向并且切向磁化。典型地，永久磁体单元PM1、PM2的磁化方向RM从定子极SP替换到定子极SP’。

[0069] 本发明提出，在软磁性的中间区段ZS的朝向机器轴线A(即转子L)的一侧上设置留空部AN，所述留空部引起，在转子L的第一中间位置βpme的区域中的磁阻Rm与在其他方面结构相同的磁通开关电机FSM(其永久磁体单元PME不具有留空部AN)相比升高。由此，减小制动力矩，所述制动力矩在转子L的第一中间位置βpme的区域中出现。软磁性的中间区段ZS典型地分别设置在定子齿SZ的两个永久磁体PM1、PM2之间。

[0070] 磁通开关电机FSM的磁路MK的根据本发明的构造也能够用于定子极/转子齿的其他组合和/或用于具有外部转子的磁通开关电机FSM，这对于本领域技术人员是已知或可达的。对于磁通开关电机FSM沿轴向方向的构造的变型形式(例如永久磁体PM1、PM2的区段，转子L的倾斜变型形式)，尤其本领域技术人员同样已知的变型形式，同样能够使用磁通开关电机FSM的根据本发明的构型。

[0071] 根据本发明的磁通开关电机FSM的转子L能够根据已知的现有技术构成。所述转子例如能够具有带有环形横截面(在转子L的横向平面中)的柱形的或锥形的基本形状。在转子的外部轮廓上例如能够存在Z个转子槽LN，所述转子槽分别通过转子齿LZ(转子磁极)彼此分开。在所述拓扑中，存在数量为Z的转子齿LZ，其中彼此直接相邻的转子齿LZ的环周角度位置分别以360°/Z的角度区分。

[0072] 与此不同地，磁通开关电机FSM的定子S(在定子S的横向平面中)典型地具有环形的横截面，在所述横截面的内部轮廓SI中存在Q个槽(具有各一个绕组空间WR)，所述槽分别通过定子极SP彼此分开。由此，在Q个定子极SP中得到在直接相邻的定子极SP之间的360°/Q的环周角度位置差异，所述定子极彼此环周角度错开地设置在定子S的内部轮廓SI上。

[0073] 在每个定子极SP中典型地设置有两个永久磁体PM1、PM2，所述永久磁体沿定子S的环周方向彼此间隔开。

[0074] 定子极SP中的容纳永久磁体PM1、PM2的开口能够设置并且成形成，使得每个单独的定子极S具有两个磁极区段PS。由此，得出磁极区段PS的两个形状，所述磁极区段交替地设置在环周上并且分别通过永久磁体单元彼此分离。绕组空间WR是定子槽，所述定子槽分别处于两个定子极SP之间并且容纳磁极绕组W。定子绕组典型地构成为集中的绕组并且构造成，使得线圈分别包围定子极SP的两个定子齿SZ1、SZ2并且绕组轴线WA沿径向方向定向。

[0075] 当定子S(关于定子S的中间的横向平面TE)沿轴向方向镜像对称地构造时，全部磁极区段PS能够具有相同的结构形式。

[0076] 图1示出具有6/5拓扑的磁通开关电机FSM。对于这种磁通开关电机FSM的定子，需要十二个磁极区段PS和十二个永久磁体PM1、PM2。

[0077] 通过磁通开关电机FSM的磁路的根据本发明的构型，改变其特征，使得有益于，通过将相应的电流通入到磁极绕组W中能够削弱永久磁体PM1、PM2的磁通量Φp。因此，通过磁通开关电机的磁路的根据本发明的构型，永久磁体PM1、PM2的磁通量Φp的可削弱性借助于将相应的电流通入到磁极绕组W中改进。因此，根据本发明的磁通开关电机FSM由于磁路MK的特殊构造与现有技术中的磁通开关电机相比具有更好的场削弱性。这能够实现磁通开关电机FSM在与现有技术中的磁通开关电机相比更高的转速范围中使用。

[0078] 在具有和不具有留空部AN的磁通开关电机FSM中，在20000转每分钟、电流角为186°、电流幅值为253A并且近似相同的转矩为3.78Nm或3.75Nm的情况下，在具有留空部AN时，得到比不具有留空部AN时小大约8％的感生电压(59.5V替代64.8V)和小大约23％的UMF(unbalanced magnetic force on rotor，转子不平衡磁力)。通过感生电压的减小，得到用于进一步转速提高的有利的电压储备。通过UMF的明显减小，磁通开关电机FSM的振动和噪声形成有利地减小。