具有極-極非對稱轉子槽道的內置式永磁體電機的製作方法
2023-10-23 14:44:57
專利名稱：具有極-極非對稱轉子槽道的內置式永磁體電機的製作方法
技術領域：
本發明大體涉及內置式永磁體電機(interior permanent magnet machine),且更具體地，涉及內置式永磁體電機中轉子槽道或屏障的構造。
背景技術：
內置式永磁體電機通常包括轉子，所述轉子具有繞轉子的外周邊的交替極性的多個磁體。轉子在定子中可旋轉，所述定子通常包括多個繞組和交替極性的磁極。永磁體電機會生產不期望的扭矩波動，造成不期望的振動和噪聲。通常，轉子中的磁體被斜置，以減少扭矩波動，例如通過將磁體布置為相對於彼此成軸向角度或步進地讓磁體旋轉。有時定子被斜置以實現這一點。有時，斜置會使得製造更複雜。通常，內置式永磁體電機中轉子槽道的構造從一個極到另一個極是相同的。
發明內容
內置式永磁體電機包括轉子，所述轉子具有多個槽道和極。第一和第二槽道設置在第一極中，第三和第四槽道設置在第二極中。第一屏障由第一、第二、第三和第四槽道限定。槽道配置為相對於它們的相應極軸對稱。第一角度限定在第一和第二槽道之間。第二角度限定在第三和第四槽道之間。第一角度配置為與第二角度充分地不同，從而扭矩波動被最小化。一個極產生的扭矩脈動可以通過其他極產生的反扭矩波動而減小，由此最小化扭矩波動。因此轉子配置為使得第一極中的槽道的角配置不同於轉子的第二極中的槽道的角配置。多個槽道中的每一個限定相應的中線。第一角度可以被限定在第一和第二槽道的相應中線之間。第二角度可以被限定在第三和第四槽道的相應中線之間。在一個實施例中，轉子可以包括由第三極軸限定的第三極。多個槽道可以包括第五和第六槽道，所述第五和第六槽道設置在第三極中且相對於第三極軸對稱。第三角度限定在第五和第六槽道之間，從而第三角度不同於第一和第二角度兩者。在另一實施例中，第一對外槽道可以在第一極中形成為基本上靠近轉子的外表面且以第一間距分開。第二對外槽道可以在第二極中形成為基本上靠近轉子的外表面且以第二間距分開，使得第二間距不同於第一間距。第一和第二對外槽道可以形成為距轉子的外表面大約0.5mm。在另一實施例中，多個槽道可以包括限定了第二屏障(其可以徑向地在第一屏障以外或以內)的第五、第六、第七和第八槽道。第五和第六槽道可以被設置在第一極中，而第七和第八槽道可以被設置在第二極中。第三角度可以限定在第五和第六槽道之間。第四角度可以限定在第七和第八槽道之間，使得第一、第二、第三和第四角度中的每一個彼此不同。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八槽道可以大致是矩形形狀的。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八槽道可以大致是弧形的。第一和第二極中的第二屏障可以限定相應的第一和第二邊緣。第一跨角可以在第一極中由第二屏障的第一邊緣限定。第二跨角可以在第二極中由第二屏障的第二邊緣限定，使得第二跨角不同於第二跨角。在另一實施例中，多個槽道可以包括第九、第十、第十一和第十二槽道，第九和第十槽道被設置在第一極中，而第十一和第十二槽道被設置在第二極中。本發明的上述特徵和優勢將從用於實施本發明的最佳模式的以下詳細描述連同附圖時顯而易見。
圖1是根據本發明第一實施例的內置式永磁體電機的示意性截面圖；圖2是根據第二實施例的內置式永磁體電機的示意性局部截面圖；圖3是根據第三實施例的內置式永磁體電機的示意性局部截面圖；且圖4是根據第四實施例的內置式永磁體電機的示意性局部截面圖。
具體實施例方式參見附圖，其中在幾幅圖中相同的附圖標記指示相同或相似的部件，圖1是單屏障內置式永磁體電機10的示意性截面圖。電機10包括轉子12，該轉子12具有原點(origin) 14。轉子12在大體環形的定子16內可旋轉,該定子16具有多個繞組18。轉子12包括多個槽道20，所述槽道20延伸進入轉子12且限定出具有任何合適的形狀的三維空間。屏障22由多個槽道20限定。轉子12可以形成有任何數量的槽道20。槽道20的全部或一部分可以填充有永磁體24。轉子12可以包括空氣穴28，所述空氣穴28在各種位置處併入到結構中。參見圖1，第一和第二槽道30、32設置在第一極34中。轉子可以包括任何數量的極，每一個極由相應極軸限定。第一和第二槽道30、32配置為相對於第一極軸36對稱。第一角度38被限定在第一和第二槽道30、32的相應中線31、33之間。第一角度38也可以被限定在第一和第二槽道30、32的相應外或內側25、26之間。這應用於下文所述的每一個角度。參見圖1，第三和第四槽道40、42設置在第二極44中且配置為相對於第二極軸46對稱。第二角度48限定在第三和第四槽道40、42的相應中線41、43之間。第一極34可以與第二極44相鄰或可以不相鄰。轉子12配置為使得第一極34中的槽道20的角配置或角位置與第二極44中的槽道20的角配置或角位置不同。第一角度38配置為與第二角度48充分地不同，使得扭矩波動被最小化。在一個例子中，第一角度38是120度，第二角度48是136度。角配置可以對於轉子12的每個極不同或其可以以每「η」個極重複，其中η為2至P，P是極的總數。例如，具有八個極的轉子12可以具有八個不同的角配置或其可以具有對於相鄰極的四個不同的配置，其對於其餘四個極重複。轉子12可以配置為使得第一半部50相對於第二半部52對稱。參見圖2，示出了通過單屏障內置式永磁體電機110說明的第二實施例。電機110包括轉子112，所述轉子112具有原點114。轉子112在大致環形的定子(未示出)內可旋轉。轉子包括由多個槽道120形成的屏障116，所述多個槽道120延伸進入轉子112且限定出具有任何合適形狀的三維空間。參見圖2，第一和第二槽道130、132設置在第一極134中。轉子可以包括任何數量的極，每一個極由相應極軸限定。第一和第二槽道130、132配置為相對於第一極軸136對稱。第一角度138被限定在第一和第二槽道130、132的相應中線131、133之間。參見圖2，第三和第四槽道140、142設置在第二極144中且配置為相對於第二極軸146對稱。第二角度148限定在第三和第四槽道140、142的相應中線141、143之間。參見圖2,第五和第六槽道150、152設置在第三極154中且配置為相對於第三極軸156對稱。第三角度158被限定在第五和第六槽道150、152的相應中線151、153之間。參見圖2，轉子112配置為使得第一、第二和第三角度138、148和158每一個彼此不同。在一個例子中，第一角度138是123度，第二角度148是137度，第三角度158是120度。由第一、第二和第三極134、144、154所代表的三個極的樣式可以對轉子112的其餘部分(未示出)重複。參見圖2，可選地，第一對外槽道160可以在第一極134處形成在轉子112的外表面162附近。第一對外槽道160可以以第一間距164分隔開且配置為相對於第一極軸136對稱。在一個例子中，第一對外槽道160形成為距轉子的外表面162大約0.5mmο第二對外槽道166可以在第二極144處形成在轉子112的外表面162附近。第二對外槽道166可以以第二間距168分隔開且配置為相對於第二極軸146對稱。第三對外槽道170可以在第三極154處形成在轉子112的外表面162附近。第三對外槽道170可以分隔開第三間距172且配置為相對於第三極軸156對稱。轉子112可以被配置為使得第一、第二和第三間距164、168、172每一個彼此不同。在一個例子中，、第一、第二和第三間距164、168、172可分別為11.9mm、8.4mm和11.3mm。第一、第二和第三極134、144、154所示的間距構造或樣式可以對於轉子112的其餘部分(未示出)重複。參見圖1，替換地，還可以每隔一個極地形成外槽道70。如上所述的角度138、148和158以及間距164、168、172可以被優化以獲得相應轉子12和112的期望平均水平。這種優化可以經驗地執行或通過本領域已知的常規計算機模型方法執行。圖3示出了內置式永磁體電機210的第三實施例的示意性局部截面圖。電機210包括轉子212，所述轉子212具有原點214。轉子212在大致環形的定子(未示出)內可旋轉。多個槽道220延伸進入轉子212且限定外屏障216和內屏障218。轉子212可以在每一個極中對於每一個外和內障壁216、218形成任何數量的槽道。每一個槽道220的形狀可以基本上是矩形，如圖3所示。參見圖3，內屏障216包括第一和第二槽道230、232，所述第一和第二槽道230、232設置在第一極234中且配置為相對於第一極軸236對稱。第一角度238被限定在第一和第二槽道230、232的相應中線231、233之間。參見圖3，內屏障216包括第三和第四槽道240、242，所述第三和第四槽道240、242設置在第二極244中且配置為相對於第二極軸246對稱。第二角度248限定在第三和第四槽道240、242的相應中線241、243之間。參見圖3,外屏障218包括第五和第六槽道250、252，所述第五和第六槽道250、252設置在第一極234中且配置為相對於第一極軸236對稱。第三角度258被限定在第五和第六槽道250、252的相應中線251、253之間。參見圖3，外屏障218包括第七和第八槽道260、262，所述第七和第八槽道260、262設置在第二極244中且配置為相對於第二極軸246對稱。第四角度268限定在第七和第八槽道260、262的相應中線261、263之間。參見圖3，轉子212配置為使得第一至第四角度238、248、258、268每一個彼此不同。在一個例子中，第一至第四角度238、248、258、268可分別為126.3度、103.6度、145.7度和100.3度。由第一和第二極234、244所代表的兩個極的樣式可以對於轉子212的其餘部分(未示出)重複。參見圖3,跨角(span angle)由每個極中最寬的屏障限定。第一跨角270在邊緣線272之間延伸，所述邊緣線272從原點214發源且與第一極234中內屏障216的第一邊緣274相切。第二跨角280在邊緣線282之間延伸，所述邊緣線282從原點214開始發源且與第二極244中內屏障216的第二邊緣284相切。第二跨角280配置為不同於第一跨角270。外屏障218的跨角也可以被類似地限定。圖4示出了內置式永磁體電機310的第四實施例的示意性局部截面圖。電機310包括轉子312，所述轉子312具有原點314。轉子312在大致環形的定子(未示出)內可旋轉。多個槽道320延伸進入轉子312且限定外屏障316和內屏障318。參見圖4，槽道320可以基本上是弧形的。例如，每一個槽道320可以具有如屬於不同圓形的弧形節段的橫截面形狀。參見圖4，內屏障316包括設置在第一極334中的第一和第二槽道330、332。第一角度338限定在第一和第二槽道330、332的相應中線331、333之間。參見圖3，內屏障316包括設置在第二極344中的第三和第四槽道340、342。第二角度348限定在第三和第四槽道340,342的相應中線341,343之間。參見圖4,外·屏障318包括設置在第一極334中的第五和第六槽道350、352。第三角度358被限定在第五和第六槽道350、352的相應中線351、353之間。參見圖4，外屏障318包括設置在第二極344中的第七和第八槽道360、362。第四角度368限定在第七和第八槽道360、362的相應中線361、363之間。第二槽道332和第六槽道352可以配置為相對於第一極軸336對稱。第四槽道342和第八槽道362可以配置為相對於第二極軸346對稱。參見圖4，轉子312配置為使得第一至第四角度338、348、358、368每一個彼此不同。在一個例子中，第一到至四角度338、348、358、368可分別為128度、104度、122度和110度。由第一和第二極334、344所代表的兩個極的樣式可以對於轉子312的其餘部分(未示出)重複。轉子12可以包括設置在第一極334中的第九和第十槽道390、394和設置在第二極344中的第i^一和第十二槽道392、396。第一和第五槽道330、350可以配置為分別相對於第九和第十槽道390、394對稱。第三和第七槽道340、360可以配置為分別相對於第i^一和第十二槽道392、396對稱。參見圖4，跨角由每個極中最寬的屏障限定。第一跨角370在邊緣線372之間延伸，所述邊緣線372從原點314發源且與第一極334中內屏障316的第一邊緣374相切。第二跨角380在邊緣線382之間延伸，所述邊緣線382從原點314發源且與第二極344中內屏障316的第二邊緣384相切。第二跨角380配置為不同於第一跨角370。外屏障318的跨角也可以被類似地限定。詳細描述和圖示或附圖是對本發明的支持和描述，但本發明的範圍僅通過權利要求限定。儘管已經對用於執行本發明的一些較佳模式和其他實施例進行了詳盡的描述，但存在用來實踐所附權利要求中限定的本發明的各種替換設計和實施例。
權利要求
1.一種內置式永磁體電機，包括: 轉子，具有中心和多個槽道，所述轉子被配置為與定子磁性地相互作用； 第一和第二極，分別由轉子中的第一和第二極軸限定； 其中，多個槽道包括第一、第二、第三和第四槽道，第一和第二槽道被設置在第一極中，第三和第四槽道被設置在第二極中； 第一屏障，由第一、第二、第三和第四槽道限定； 其中，第一和第二槽道相對於第一極軸對稱，第三和第四槽道相對於第二極軸對稱；第一角度和第二角度，所述第一角度限定在第一和第二槽道之間，所述第二角度限定在第三和第四槽道之間；且 其中，第一角度與第二角度充分地不同以最小化扭矩波動。
2.如權利要求1所述的電機，其中: 多個槽道每一個限定相應中線 ； 第一角度限定在第一和第二槽道的相應中線之間；和 第二角度限定在第三和第四槽道的相應中線之間。
3.如權利要求1所述的電機，進一步包括: 第三極，由轉子中的第三極軸限定； 其中，所述多個槽道包括第五和第六槽道，所述第五和第六槽道設置在第三極中且相對於第三極軸對稱；和 第三角度，限定在第五和第六槽道之間，第三角度與第一和第二角度均不同。
4.如權利要求3所述的電機，其中，第一角度是123度，第二角度是137度，第三角度是120 度。
5.如權利要求1所述的電機，進一步包括: 第一對外槽道，在第一極中形成為基本上靠近轉子的外表面且以第一間距分隔開；第二對外槽道，在第二極中形成為基本上靠近轉子的外表面且以第二間距分隔開，該第二間距不同於第一間距。
6.如權利要求1所述的電機， 其中，所述多個槽道包括第五、第六、第七和第八槽道，第五和第六槽道被設置在第一極中，而第七和第八槽道被設置在第二極中； 第二屏障由第五、第六、第七和第八槽道限定；和 第三角度限定在第五和第六槽道之間，而第四角度限定在第七和第八槽道之間，第一，第二，第三和第四角度中的每一個彼此不同。
7.如權利要求6所述的電機，其中第一和第二極中的第二屏障限定相應的第一和第二邊緣；並進一步包括: 第一跨角，在第一極中由第二屏障的第一邊緣限定； 第二跨角，在第二極中由第二屏障的第二邊緣限定，該第二跨角不同於第一跨角。
8.如權利要求6所述的電機，其中，所述多個槽道包括第九、第十、第十一和第十二槽道，第九和第十槽道被設置在第一極中，而第十一和第十二槽道被設置在第二極中。
9.一種內置式永磁體電機,包括: 轉子，具有中心和多個槽道，所述轉子被配置為與定子磁性地相互作用；第一和第二極，分別由轉子中的第一和第二極軸限定； 第一屏障，由轉子中的多個槽道限定； 其中，多個槽道包括第一、第二、第三和第四槽道，第一和第二槽道被設置在第一極中，而第三和第四槽道被設置在第二極中； 其中，第一和第二槽道相對於第一極軸對稱，而第三和第四槽道相對於第二極軸對稱，第一、第二、第三和第四中的每一個限定相應中線； 其中，第一、第二、第三和第四槽道大致為矩形形狀； 第一角度和第 二角度，所述第一角度限定在第一和第二槽道之間，所述第二角度限定在第三和第四槽道之間，第一角度不同於第二角度； 其中，第一和第二極中的第二屏障限定相應的第一和第二邊緣； 第一跨角，在第一極中由第二屏障的第一邊緣限定；和 第二跨角，在第二極中由第二屏障的第二邊緣限定，第二跨角與不同於第一跨角。
10.一種內置式永磁體電機,包括: 轉子，具有中心和多個槽道，所述轉子被配置為與定子磁性地相互作用； 第一和第二極，分別由轉子中的第一和第二極軸限定； 其中，多個槽道包括第一、第二、第三和第四槽道，第一和第二槽道被設置在第一極中，而第三和第四槽道被設置在第二極中； 第一屏障，由第一、第二、第三和第四槽道限定； 其中，多個槽道包括第五、第六、第七和第八槽道，第五和第六槽道被設置在第一極中、而第七和第八槽道被設置在第二極中； 第二屏障，由第五、第六、第七和第八槽道限定； 其中，第一、第二、第五和第六槽道相對於第一極軸對稱、而第三、第四、第七和第八槽道相對於第二極軸對稱， 其中，第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八槽道大致為弧形； 第一角度和第二角度，所述第一角度限定在第一和第二槽道之間，所述第二角度限定在第三和第四槽道之間； 第三角度和第四角度，所述第三角度限定在第五和第六槽道之間，所述第四角度限定在第七和第八槽道之間； 其中，第一、第二、第三和第四角度中的每一個彼此不同。
全文摘要
一種內置式永磁體電機包括轉子，所述轉子具有多個槽道。第一和第二槽道設置在第一極中、而第三和第四槽道設置在第二極中。第一屏障由第一、第二、第三和第四槽道限定。所述槽道配置為相對於它們的相應極軸對稱。第一角度限定在第一和第二槽道之間。第二角度限定在第三和第四槽道之間。第一角度配置為與第二角度充分地不同，從而扭矩波動被最小化。由此轉子配置為使得第一極中的槽道的角配置與轉子的第二極中的槽道的角配置不同。
文檔編號H02K1/27GK103166407SQ20121052780
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月10日 優先權日2011年12月9日
發明者K.M.拉曼, S.朱爾科維克, E.L.凱澤, P.J.薩維賈恩 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司