CN103023180B - 具有径向非对称磁体构造的内置式永磁体电机 - Google Patents

Abstract

一种内置式永磁体电机设置有转子，所述转子包括多个槽道和通过多个槽道限定的至少一个屏障。多个第一和第二磁体布置在屏障内。转子配置为使得第一磁体中的至少一个相对于第二磁体中的至少一个位于距中心不同的径向距离处。转子可以配置为生产类似于通过转子磁体的常规斜置而获得的平均化效果。转子包括由转子中的相应极轴限定的多个极，且可以配置为反映极之间(极与极)的径向不对称性和/或极内的径向不对称性。

Description

具有径向非对称磁体构造的内置式永磁体电机

技术领域

本发明大致涉及内置式永磁体电机（interior permanent magnet machine），且更具体地，涉及内置式永磁体电机中转子的构造。

背景技术

内置式永磁体电机通常包括转子，所述转子具有多个磁体，所述磁体具有绕转子外周边的交替极性。转子可在定子中旋转，所述定子通常包括多个绕组和具有交替极性的磁极。通常，内置式永磁体电机中磁体的构造是径向对称的，即相对于原点呈现对称性。永磁体电机会生产不期望的扭矩波动，造成不需要的振动和噪声。通常，转子中的磁体斜置，以减少扭矩波动，例如通过使磁体相对于彼此以一轴向角度放置或步进地让磁体旋转。然而，斜置会使得转子制造更复杂。

发明内容

一种内置式永磁体电机设置有转子，所述转子包括多个槽道和由多个槽道限定的至少一个屏障。多个第一和第二磁体布置在屏障内。转子配置为使得第一磁体中的至少一个相对于第二磁体中的至少一个位于距中心不同的径向距离处。转子可以配置为产生类似于通过转子磁体的常规斜置而获得的平均化影响。转子包括通过转子中的相应极轴限定的多个极且可以配置为反映极之间(极与极)的径向不对称性和/或极内的径向不对称性。

在一个实施例中，第一磁体布置在第一极中而第二磁体布置在第二极中，由此呈现极与极的径向不对称性。第一磁体中的每一个相对于第二磁体中的每一个位于距中心不同的径向距离处。第一和第二磁体的径向不对称构造可以通过在转子内采用槽道的径向不对称构造而获得。转子可以包括第一和第二槽道，所述第一和第二槽道设置在第一极中且分别位于距中心第一和第二距离处。第三和第四槽道可以设置在第二极中且分别位于距中心第三和第四距离处。转子配置为使得第一和第二距离中的至少一个不同于第三和第四距离中的至少一个。第一、第二、第三和第四距离可以每一个相对于彼此不同。

在另一实施例中，转子包括多个槽道，所述槽道限定第一和第二屏障。多个第一磁体布置在第一极中的第一屏障内，从而第一磁体中的至少一个相对于第一磁体中的另一个位于距中心不同的径向距离处。多个第二磁体布置在第一极中的第二屏障内，从而第二磁体中的至少一个相对于第二磁体中的另一个位于距中心不同的径向距离处，由此呈现极内的径向不对称性。第一磁体中的每一个相对于第二磁体中的每一个位于距中心不同的径向距离处。第一和第二磁体的径向不对称构造可以通过在转子中采用槽道的径向不对称构造而获得。

转子可以包括径向地在内部的第一和第二槽道，所述第一和第二槽道设置在第一极中且分别位于距中心第一和第二距离处。径向地在外部的第三和第四槽道设置在第一极中且分别位于距中心第三和第四距离处。第一、第二、第三和第四距离可以相对于彼此不同。在一个例子中，第一距离可以不同于第二距离，而第三距离可以与第四距离相同。在另一例子中，第三距离可以不同于第四距离，而第一距离可以与第二距离相同。

转子可以包括径向地在内部的第五和第六槽道，所述第五和第六槽道设置在第二极中且分别位于距中心第五和第六距离处。转子可以包括径向地在外部的第七和第八槽道，所述第七和第八槽道设置在第二极中且分别位于距中心第七和第八距离处。在一个例子中，第五距离可以不同于第六距离，而第七距离可以与第八距离相同。在又一例子中，第七距离可以不同于第八距离，而第五距离可以与第六距离相同。八个距离中的每一个彼此不同。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是根据本公开第一实施例的内置式永磁体电机的示意性截面图；和

图2是根据第二实施例的内置式永磁体电机示意性部分截面图。

具体实施方式

参见附图，其中在几幅图中相同的附图标记指示相同或相似的部件，图1是单屏障（single barrier）的内置式永磁体电机10的示意性截面图。电机10包括转子12，该转子12具有中心14。转子12可在大致环形的定子16内旋转，该定子16具有多个绕组18。转子中的多个槽道22形成屏障24。槽道22延伸到转子12中且限定出具有任何合适形状的三维容积空间。槽道22的全部或一部分可以填充有永磁体26。参见图1，转子12包括多个极28，由相应的极轴限定，所述极轴中的一个大致由附图标记30示出。在所示实施例中，转子12具有八个极28和十六个槽道22，但是，其可以形成有任何数量的极或槽道。每一个极28至少部分地通过槽道22中的磁体26形成。磁体26配置为相对于中心14径向地不对称，如下所述。

参见图1，第一和第二槽道34、36设置在第一极38中且分别位于距中心14第一和第二距离40、42处。参见图1，第三和第四槽道44、46设置在第二极48中且分别位于距中心14第三和第四距离50、52处。径向距离可以从相应槽道34、36、44、46的中心计算。转子12配置为使得第一和第二距离40、42中的至少一个不同于第三和第四距离50、52中的至少一个。参见图1，多个第一磁体54置于第一极38中的第一和第二槽道34、36中。多个第二磁体56置于第二极48中的第三和第四槽道44、46中。转子12配置为使得第一磁体54中的至少一个相对于第二磁体56中的至少一个位于距中心14不同的径向距离处。由此第一实施例示出了从一个极至另一个极的第一，第二磁体54、56或第一、第二、第三和第四槽道34、36，44、46的径向不对称（极与极之间的径向不对称)。

可选地，参见图1，第一、第二、第三和第四距离40、42、50、52中的三个是相同的，而一个是不同的。仅通过例子的方式，第一、第二、第三和第四距离40、42、50、52（以mm表示)可以是[48.1,48.1,49.1,48.1]。可选地，第一、第二、第三和第四距离40、42、50、52中的两个是相同的，而两个是不同的。仅通过例子的方式，距离（以mm表示)可以是[48.1,48.5,48.1,49.5]。可选地，第一、第二、第三和第四距离中的每一个相对于彼此不同。仅通过例子的方式，距离（以mm表示)可以是[49.1,48.5,48.1,49.5]。距离40、42、50、52之间的最小差值可以是制造转子12的公差极限。在一个例子中，制造公差极限是0.1mm。

图2示出了内置式永磁体电机110的第二实施例的示意性部分截面图。电机110是双屏障电机，其具有转子112，该转子112具有中心114。转子112可在大致环形的定子116中旋转，该定子116具有多个绕组118。转子中的多个槽道122形成第一屏障124和第二屏障126。在所示实施例中，第一屏障124径向地在第二屏障126以内。也可以使用具有多于两个屏障的转子。槽道122延伸到转子112中且限定具有任何合适形状的三维容积空间。槽道122的全部或一部分可以填充有永磁体130。转子112可以包括空气穴132，所述空气穴132在相对于磁体130的各位置处并入到结构中。参见图2，转子112包括第一和第二极134、136，该第一和第二极134、136由相应极轴138、140限定。转子112可以形成有任何数量的极或槽道122。第一和第二极134、136至少部分地通过槽道122中的磁体130形成。

磁体130配置为相对于中心114径向不对称，如下所述。多个第一磁体144定位在第一极134中的第一屏障124内，使得第一磁体144中的至少一个相对于第一磁体144中的另一个位于距中心114不同径向距离处。多个第二磁体146定位在第一极134中的第二屏障126内，使得第二磁体146中的至少一个相对于第二磁体146中的另一个位于距中心114不同径向距离处。由此该实施例示出了在一个极内的第一和第二磁体144、146的径向不对称。

仅通过例子的方式，图2显示了径向地在内部的第一和第二槽道150、152，所述第一和第二槽道150、152设置在第一极134中且分别位于距中心114第一和第二距离154、156。径向距离可以从第一和第二槽道150、152的中心计算。第一和第二槽道150、152可以相对于极轴138成角度，由此限定朝向转子112的外表面148的凹角。然而，可以使用产生类似于通过转子磁体的常规斜置而获得的效果的平均化效果的任何径向不对称构造。径向地在外部的第三和第四槽道160、162设置在第一极134中且分别位于距中心114第三和第四距离164、166处。在一个例子中，第一距离154不同于第二距离156且第三距离164与第四距离166相同。在另一例子中，第三距离164不同于第四距离166且第一距离154与第二距离156相同。在又一例子中，第一、第二、第三和第四距离每一个相对于彼此不同。可选地，距离154、156、164、166之间的最小差值是制造转子12的公差极限。在一个例子中，制造公差极限是0.1mm。

另外，如图2所示的第二实施例也可以并入极与极之间的径向不对称性。参见图2，径向地在内部的第五和第六槽道170、172设置在第二极136中且分别位于距中心114第五和第六距离174、176处。径向地在外部的第七和第八槽道180、182设置在第二极136中且分别位于距中心第七和第八距离184、186处。在一个例子中，第五距离174不同于第六距离176且第七距离184与第八距离186相同。在另一例子中，第七距离184不同于第八距离186且第五距离174与第六距离176相同。在又一例子中，第一到第八距离154、156、164、166、174、176、184、186中的每一个彼此不同。

第一和第二实施例中的磁体26、130的位置可以被优化以获得用于转子12的期望的平均化水平。该优化可以经验地执行或通过本领域中已知的常规计算机建模方法执行。仅通过例子的方式，实验设计(DOE)是用于建立一组虚拟或物理实验的方法，其中输入变量以***化方式变化，目的是确定输入变量之间的关联和预测结果或输出（这与一次一因数法（one-factor-at-a-time）形成对照）。例如，转子12中的每一个磁体26的位置可以不同，且结果观察到产生的输出或扭矩波动变化。在一个例子中，可以以扭矩波动在2到5牛顿米(“Nm”)之间为目的而建立优化。扭矩波动可以限定为在一个循环或一转期间产生的最小和最大扭矩之间的差。可选地，可以以通过电机产生的最小平均扭矩为至少100Nm的约束而建立优化。另一约束可以是***中总的能量损耗小于或等于100千焦。又一约束可以是电动势或感应电压大于或等于30伏特。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (4)

1.一种内置式永磁体电机，包括：

转子，具有中心和多个槽道；

单个屏障，由转子中的所述多个槽道限定，以使转子包括不超过一个屏障；

多个第一磁体和多个第二磁体，布置在屏障中；

其中第一磁体中的每一个相对于第二磁体中的每一个位于距中心不同的径向距离处；

第一和第二极，通过转子中的相应极轴限定；

其中第一磁***于第一极中且第二磁***于第二极中，由此呈现极与极之间的径向不对称性；

其中所述多个槽道包括第一、第二、第三和第四槽道；

其中第一和第二槽道设置在第一极中且分别位于距中心第一和第二距离处；

其中第三和第四槽道设置在第二极中且分别位于距中心第三和第四距离处；和

其中第一、第二、第三和第四距离每一个相对于彼此不同。

2.一种内置式永磁体电机，包括：

转子，具有中心和多个槽道；

第一和第二屏障，由转子中的所述多个槽道限定；

第一和第二极，通过相应极轴限定；

多个第一磁体，布置在第一极中的第一屏障内，使得第一磁体中的至少一个相对于第一磁体中的另一个位于距中心不同的径向距离处；

多个第二磁体，布置在第一极中的第二屏障内，使得第二磁体中的至少一个相对于第二磁体中的另一个位于距中心不同的径向距离处，由此在第一极内呈现径向不对称性；

径向地在内部的第一和第二槽道，设置在第一极中且分别位于距中心第一和第二距离处；

径向地在外部的第三和第四槽道，设置在第一极中且分别位于距中心第三和第四距离处；和

其中第一、第二、第三和第四距离每一个相对于彼此不同。

3.如权利要求2所述的电机，其中第一磁体中的每一个相对于第二磁体中的每一个位于距中心不同的径向距离处。

4.一种内置式永磁体电机，包括：

转子，具有中心和多个槽道；

第一和第二屏障，由转子中的多个槽道限定；

第一和第二极，通过相应极轴限定；和

多个第一磁体，布置在第一极中的第一屏障内，使得第一磁体中的至少一个相对于第一磁体中的另一个位于距中心不同的径向距离处；

多个第二磁体，布置在第一极中的第二屏障内，使得第二磁体中的至少一个相对于第二磁体中的另一个位于距中心不同的径向距离处，由此在第一极内呈现径向不对称性；

径向地在内部的第一和第二槽道，设置在第一极中且分别位于距中心第一和第二距离处；且

径向地在外部的第三和第四槽道，设置在第一极中且分别位于距中心第三和第四距离处；

径向地在内部的第五和第六槽道，设置在第二极中且分别位于距中心第五和第六距离处；

径向地在外部的第七和第八槽道，设置在第二极中且分别位于中心第七和第八距离处；且

其中八个距离中的每一个彼此不同，由此呈现极与极之间的径向不对称性。