具有內置式永磁體的電機的製作方法

2023-06-29 04:00:31

專利名稱：具有內置式永磁體的電機的製作方法
技術領域：
本申請涉及電機領域，並且尤其涉及具有永磁體的電機。
背景技術：
內置式永磁體機器被廣泛地選作驅動機和發電機，用於多種應用，包 括混合電動車輛。內置式永磁體(IPM)電機具有構造於轉子的內部的磁體。 典型地，通過將永磁(PM)材料放入形成於轉子上的疊片的疊層中的一個 或多個槽中來產生轉子上的每個磁極。雖然形成槽以用於磁體，但是典型 地槽並不完全填充磁性材料。特別是，槽典型地比磁體長，並且磁體放置 在每個槽的中心部分中。這導致在中心具有磁體，而在槽的兩個相對的末 端具有空隙的槽。
對於將槽成形為比磁體長以便在槽的末端提供空隙，存在數個原因。 一個原因涉及電機的性能。如果PM材料填充槽，則磁體的末端往往短路， 使得PM材料的使用無效。還有，用於構成轉子的鋼中的磁通的磁性設計 偏好槽上的平滑彎曲的末端，而不是尖角，尖角典型地設置於磁體的末端。
成形細長的槽的至少一個另外的原因涉及製造問題。例如，為了降低 製造成本， 一般期望最小化磁塊上的精磨的量。利用細長的槽，僅需要磨 光磁體的緊密配合槽內的疊片疊層的壁的側面。 一般不需要在面向槽末端 的磁體的兩側上進行精磨。然而，如果磁體與槽的所有側面緊密配合，則 需要在磁體的與疊片疊層接觸的所有側面上進行磨光。除以上外，由細長 的槽所提供的附加空間使得在製造過程中較易於將磁體插入槽中。
由於彎曲的槽末端和比槽短的磁體的此轉子布置，必需採用一些特徵
5來維持磁體在槽中的正確的位置。沒有該穩定化特徵，磁體將在槽的末端
的空隙之間滑動。然而，IPM機器中的穩定化特徵的使用能夠影響機器內 的磁場。如果在IPM機器的設計中沒有注意，則其中磁場能夠隨時間對永 磁體進行退磁的狀況能夠發生。永磁體的不可逆的退磁能夠導致電機的性 能降低。
因此，期望給IPM機器提供穩定化特徵。也期望該穩定化特徵不會不 利地影響電機中的磁場和相關磁性質，該不利影響可能導致機器的永磁體 退磁。此外，期望能夠以相對小地增加的製造成本來提供該穩定化特徵。
期望提供一種永磁體電機，其提供一個或多個這些或其它有利特徵， 這些特徵對審閱此公開的那些人是明顯的。然而，於此公開的教導延伸至 落入所附權利要求的範圍內的那些實施例，不管它們是否實現一個或多個 上述優點。

發明內容
於此公開了一種電機，所述電機包括定子和與所述定子相對的轉子。 多個槽形成於所述轉子中，所述多個槽的每一個包括定子側面和相對側面。 所述多個槽的每一個還包括安置於槽的兩個相對末端部分之間的中心磁體 保持部分。所述中心磁體保持部分由形成於所述槽的所述定子側面上的至 少一個突起界定。所述至少一個突起在所述槽中形成頸部並且將所述磁體 保持部分與所述末端部分之一分開。可以鄰近所述槽中的至少一個突起設 置所述槽中的凹陷。磁體安置於所述槽的所述磁體保持部分中。所述槽的 所述兩個相對末端部分是空的，並在所述槽的末端設置空隙。
對本領域技術人員來說，通過參照以下詳細描述和附圖，上述特徵和 優點以及其它特徵和優點將變得更明顯。
fe圖說明


圖1示出了包括定子和具有內置式永磁體的轉子的電機的部分視圖； 圖2A示出了電機未操作時圖1的一個磁體的磁通密度向量； 圖2B示出了電機操作時圖1的磁體的磁通密度向量； 圖3示出了圖1的電機的替代實施例的部分視圖，其中磁體定位器被移動至楕的定子側面；
圖4示出了電機操作時圖3的磁體的磁通密度向量；
圖5示出了圖3的電機的替代實施例，其中凹陷與磁體定位器關聯；
圖6示出了圖5的電機的轉子的放大的視圖；以及
圖7示出了圖3的電機的替代實施例，其中一個磁體定位器在槽的定 子側面上，而另一磁體定位器在槽的相對側面上。
具體實施例方式
' 參照圖1，示出了電機的部分視圖。電機10包括定子12和與定子12 相對的轉子20。多個槽30形成於轉子20中，多個槽的每一個配置為容納 永磁體32。應當理解，圖1僅示出了轉子和定子布置的約45°,該布置實 際上延伸360。以形成完整的圓形布置。
定子12包括由鐵磁材料的多個疊片疊層構成的主體部分，鐵磁材料諸 如是矽鋼。定子12 —般是盤形的並包括圓形或多邊形的外周邊14和圓形 內周邊16。配置為容置轉子20的內腔形成於定子的內周邊16內。繞組槽 18形成在定子中。至繞組槽的開口 19設置在定子的內周邊16處。導體28 (圖1中未示出；見圖5)放置在繞組槽18中以在定子上形成用於電機的 "乜樞繞組。
轉子20包括也由諸如鋼的鐵磁材料構成的主體部分。轉子20 —般是 盤形的並包括圓形外周邊24。設計轉子並使其形成所需的尺寸，以使其配 合於定子12的內腔內，使得轉子20的圓形外周邊24與定子12的圓形內 周邊16相對安置。小的氣隙22將定子與轉子分開。在至少一個替代實施 例中，其一般與圖1的情況相反，轉子將安置於定子外部，其中，定子與 轉子的內周邊相對安置。
轉子20中的每個槽30包括安置於兩個相對的末端部分36、 38之間的 中心磁體保持部分34。磁體保持部分34設計為貼身地容納一個永磁體32。 P 1的實施例中的磁體32 —般是矩形形狀，並且從而槽的磁體保持部分34 類似地是矩形形狀，並且比磁體32稍大，以便磁體可以插入到槽的磁體保 持部分34中。槽的相對的末端部分36、 38是非鐵磁部分。這些非鐵磁部 分設計為維持空的，在相對的末端部分36、 38中提供空隙，或由諸如尼龍的非鐵磁材料填充。從而，末端部分提供兩個非鐵磁部分，磁體保持部分 安置於非鐵磁部分之間。
每個槽30包括兩個細長的側面。兩個細長的側面包括定子側面40和 相對的側面42。定子側面40—般比相對的側面42更靠近定子安置。因此， 槽30的定子側面40 —般與轉子的外周邊24相對，而槽30的相對的側面 42—般與轉子的內周邊相對。在圖l的實施例中，細長的側面在槽的一端 在由參考數字44表示的槽的一個區域中融合到一起。在槽的相對末端，細 長的側面饋入不同的槽的其它細長的側面，如由參考數字46和48所表示 的。從而，可以在轉子中的單個形成的腔內提供兩個槽。在替代實施例中， 可以由較短的側面在槽的一個或多個末端來連接細長的側面，使得在單個 腔中形成單個槽(見例如圖7)。
磁體定位器50、 52安置於槽的細長的側面上，並延伸到槽30中。在 圖1的實施例中，定位器50、 52安置於槽的與槽的定子側面40相對的內 側面42上。磁體定位器50、 52設計為將磁體32保持在槽30的中心部分 34中。磁體定位器50、 52設置為延伸至槽中的突起51、 53。圖1的突起 51、 53是沿磁體32的關聯的角邊緣部分延伸的角形的擱架(shelf)。突起 51、 53與轉子20的主體26—體形成。從而，轉子的疊片疊層的壓層形成 有在其中切割的槽30的包括突起51、 53的形狀。應當認識到，在多種替 代實施例中，可以另外地設置磁體定位器50、 52，諸如例如通過緊扣於槽 內的插入物而不是與轉子主體26 —體形成的突起來設置。
磁休定位器50、 52界定槽30的中心磁體保持部分34的邊界。磁體定 位器50、 52之間的槽的部分界定中心磁體保持部分32;鄰接中心磁體保持 部分的空隙部分(即非鐵磁部分)界定槽的末端部分36、 38。磁體定位器 50、 52間隔於槽中，以便它們緊靠要放置於槽中的磁體32的相對的較短的 末端安裝。因此，利用磁體定位器50、 52，槽配置成使得， 一旦將磁體插 入到槽中，槽的形狀就使得將磁體保持在其正確的位置。
在圖1的實施例中，磁體32—般是矩形形狀並且設計為貼身地安裝於 中心磁體保持部分34中。因此，矩形磁體包括兩個毗鄰槽30的細長的側 伊40、 42的細長的側面。磁體32還包括毗鄰在中心部分34的邊界處的磁 ^定位器50、 52的兩個較短的側面。從而，矩形磁體的所有四個側面毗鄰固體表面，並且此布置確保磁體32處於槽30中適當的位置。
圖2A示出了電機不操作時磁體32中的磁通密度向量(於此也稱作B 向量)。如此圖中所示，磁通密度分布是對稱的，在磁體的較短邊緣處的磁 通密度較大並且從磁體指向定子。這是磁體中沒有外部影響的標準的磁通 密度分布。
圖2B示出了電機實際操作時永磁體32中的磁通密度向量100。如圖 2B中所示，磁體中的磁通密度分布100已由在電機操作期間電流流過繞組 時從電樞繞組提供的磁力改變。雖然磁體的中心部分的磁通密度向量延伸 朝向定子，但是在磁體32的角處的磁通密度向量已經顯著改變了。例如， 在角60處的B向量100a已經改變為幾乎平行於磁體的邊緣線延伸。此外， 在角62處的B向量100b旋轉到它們遠離定子指向的程度。在兩種情況下， ，自電樞繞組的磁力以顯著不同於磁體的法向方向的方式對磁體的B場進 行重定向。當永磁體32暴露於足夠強的退磁力時，永磁體將具有局部退磁。 利用施加相反的B場的附加的周期，此局部退磁的區域可以擴大並引起永 磁體勵磁的降低，導致電機的性能降低。
為了避免永磁體的不可逆的退磁，而不損失性能，可以使用較高等級 的永磁材料。更具體地，可以使用較高矯頑力磁體。在磁體等級內，為了 更高的矯頑力，能夠對Br進行折衷，但是機器的扭力輸出將下降。為了保 持扭力輸出和對退磁的提高的阻抗，需要相同的Br和更高的矯頑力，這導 致較高能量的產品(等級)材料)。這些較高等級的永磁材料不易受到退磁 的影響。利用較高等級的永磁材料，來自電樞的磁力較小可能惡化和隨時 間對永磁體的角區進行退磁。不幸的是，該較高等級的永磁材料也是昂貴 的並提高了電機的總成本。
圖3示出了圖1的電機的替代實施例。除磁體定位器50、 51的位置從 槽30的細長的內側面42改變為槽30的細長的定子側面40夕卜，圖3的布 置與圖1的布置相同。特別是，如圖3中所示，在槽30的內側面42上不 存在突起或其它磁體定位器，並且替代地，以界定頸部、擱架、或其它特 徵的方式來設置沒有延伸到槽中的表面的連續的表面，頸部、擱架、或其 它特徵設計為緊緊毗鄰磁體32的末端以將其容納於合適的位置。相反，在 槽30的定子側面40上，第一突起54設置在第一末端部分36處，而第二
9突起56設置在第二末端部分38處。這些突起54、 56在槽的相對末端界定 兩個頸部55、 57。每個突起54、 56提供類似擱架的表面，該表面毗鄰磁體 32並將磁體容納於槽內合適的位置。在圖3的實施例中，突起54、 56是圓 形的、類似旋鈕地延伸到槽30中。在替代實施例中，突起能夠界定多邊形 形狀，其中邊緣或尖角設置在槽中。
圖4示出了電機實際操作期間圖3的永磁體32中的磁通密度向量。將 圖4與圖2A比較，能夠看出磁體中的磁通密度向量100僅由電機操作期間 從電樞繞組提供的磁力稍微改變。特別是，圖4中角60和62處的B向量 基本保持與圖2A中所示的相同的方向和幅度。這與圖1的實施例的情況大 不相同，其中圖2B中的磁通密度向量的差異基本與圖2A中的那些相當。 因此，即使在圖1和3中使用相同等級的磁體，圖3的布置也比圖1的布 置使得磁體32較少受到隨時間的退磁的影響。因此，圖3的實施例提供一 種電機，其較小可能經歷永磁體退磁，不增加與較高等級的磁體關聯的成 本。
圖5和6示出了電機的另一替代實施例，其中磁體定位器50、 52設置 在槽30中。在圖5和6的實施例中，槽和關聯的磁體以嵌套的方式設置， 兩個較大的槽和磁體形成在兩個較小的槽和磁體附近。此外，圖5和6中 所示的槽每個都包括與兩個突起54、 56關聯的兩個槽凹陷64、 66。這在圖 6中所示的轉子20的放大的視圖中可以最佳地看到。
如圖6中所示，槽突起54、 56均設置在槽30的定子側面40上。然而， 與圖3的實施例相區別的是，每個槽的中心部分34包括兩個小的凹陷64、 66，該凹陷緊鄰槽中的相應突起54、 56。凹陷64、 66比槽的緊鄰所述凹陷 的部分更進一步將槽延伸至轉子20的定子側周邊24。凹陷64、 66每個都 設置彎曲的部分，彎曲部分具有從磁體32離開的半徑，使得由凹陷在槽中 形成了附加的空隙(或其它非鐵磁部分)。凹陷64、 66不僅在槽中提供附 加的空間以有助於將磁體32插入槽中，而且甚至還減小了永磁體對退磁的 敏感性。應當認識到，圖6中將凹陷64、 66示為圓形的，但是其也可以成 形為具有角，使得凹陷類似於多邊形。
現在參照圖7，示出了電機的替代實施例。在此實施例中，磁體定位器 54、 56包括在每個槽的定子側面40上的一個磁體定位器54和在每個槽的
10內側面42上的一個磁體定位器56。每個磁體定位器54、 56包括延伸到槽 中、在槽中形成頸部的突起74、 76，以及毗鄰磁體32的末端的擱架。這兩 個磁體定位器54、 56與細長的側面40、 42協同地起作用，以將永磁體32 保持於槽30中。
雖然針對某些優選實施例描述了本發明，但是本領域技術人員應當理 解，其它的實施或調整是可能的。此外，存在對於此描述的單獨的改進的 優點，無需結合上述其它方面來獲得這些優點。因此，所附權利要求的精 神和範圍不應限于于此所含有的優選實施例的描述。
權利要求
1、一種電機，包括a)定子；b)與所述定子相對的轉子；以及c)形成於所述轉子中的多個槽，所述多個槽的每一個包括定子側面和相對側面，所述多個槽的每一個包括安置於槽的相對末端部分之間的磁體保持部分，其中，所述磁體保持部分由形成於所述槽的所述定子側面上的至少一個突起界定，所述至少一個突起將所述磁體保持部分與所述槽的所述末端部分之一分開。
2、 如權利要求l所述的電機，其中，所述多個槽的每一個具有細長的 形狀，所述磁體保持部分基本是矩形的。
3、 如權利要求2所述的電機，其中，所述基本矩形的磁體保持部分的 至少一個角是圓形的。
4、 如權利要求3所述的電機，其中，所述圓形的角設置凹陷，所述凹 陷比所述磁體保持部分的緊鄰所述圓形的角的部分使得所述槽更進一步朝 向所述轉子的外周邊延伸。
5、 如權利要求l所述的電機，其中，所述相對末端部分設置鄰接所述 磁體保持部分的空隙區域。
6、 如權利要求l所述的電機，其中，所述轉子包括主體，並且形成於 所述槽的所述定子側面上的所述至少一個突起與所述轉子的所述主體一體 形成。
7、 如權利要求l所述的電機，其中，所述至少一個突起包括形成於所 述槽的所述定子側面上、在所述相對末端部分的第一末端上的第一突起和形成於所述槽的所述定子側面上、鄰近所述相對末端部分的第二末端的第 二突起。
8、 如權利要求l所述的電機，其中，所述至少一個突起僅部分地延伸 到所述槽中，並不延伸越過整個槽。
9、 如權利要求l所述的電機，其中，所述至少一個突起在所述槽中形 成頸部。
10、 一種電機，包括a) 定子；b) 與所述定子相對的轉子；C)至少一個具有兩個細長的側面、形成於所述轉子中的槽，所述兩個 細長的側面包括定子側面和相對側面，所述定子側面比所述相對側面更靠 近所述定子安置，所述槽的所述定子側面包括至少一個從所述定子側面延 伸到所述槽中的磁體定位器；d)安置於所述槽中的磁體，所述磁體毗鄰所述磁體定位器，所述磁體 定位器將所述磁體與設置在所述槽的末端部分中的非鐵磁部分分開。
11、 如權利要求10所述的電機，其中，所述至少一個槽具有細長的形 狀並且所述磁體具有基本矩形的形狀。
12、 如權利要求IO所述的電機，其中，至少一個凹陷設置在所述槽中， 鄰近所述至少一個磁體定位器。
13、 如權利要求12所述的電機，其中，相對所述磁體的角設置所述槽 中的所述至少一個凹陷。
14、 如權利要求10所述的電機，其中，所述非鐵磁材料部分是空隙部 分，並且其中，所述空隙部分是所述槽中的第一空隙部分，且所述磁體安置於所述第一空隙部分與第二空隙部分之間。
15、 如權利要求10所述的電機，其中，所述轉子包括由多個疊片形成 的主體，並且所述至少一個磁體定位器與所述轉子的所述主體一體形成。
16、 如權利要求10所述的電機，其中，所述至少一個磁體定位器包括 毗鄰所述磁體的第一末端的第一突起和毗鄰所述磁體的第二末端的第二突 起。
17、 一種電機，包括a) 定子；b) 與所述定子相對的轉子；c) 至少一個具有兩個細長的側面、形成於所述轉子中的槽，所述兩個 細長的側面包括定子側面和相對側面，所述定子側面比所述相對側面更靠 近所述定子安置；d) 磁體，安置於所述槽中、在所述細長的側面之間，使得在所述槽的 末端部分中設置非鐵磁部分；以及e) 用於將所述磁體保持在所述槽中，使得所述磁體不進入所述空隙的 裝置，用於保持的所述裝置安置於所述槽的所述定子側面上。
18、 如權利要求17所述的電機，其中，用於保持的所述裝置包括至少 一個延伸到所述槽中的突起。
19、 如權利要求17所述的電機，還包括至少一個在所述槽的所述定子 側面上、鄰近用於保持的所述裝置的凹陷。
全文摘要
於此公開了一種電機，所述電機包括定子和與所述定子相對的轉子。多個槽形成於所述轉子中，所述多個槽的每一個包括定子側面和相對側面。所述多個槽的每一個還包括安置於槽的兩個相對末端部分之間的中心磁體保持部分。所述中心磁體保持部分由形成於所述槽的所述定子側面上的至少一個突起界定。所述至少一個突起在所述槽中形成頸部並且將所述磁體保持部分與所述末端部分之一分開。磁體安置於所述槽的所述磁體保持部分中。所述槽的所述兩個相對末端部分是空的，並在所述槽的末端設置空隙。
文檔編號H02K21/12GK101501969SQ200780029910
公開日2009年8月5日 申請日期2007年6月12日 優先權日2006年6月12日
發明者D·富爾頓, W·蔡 申請人:雷米國際公司