CN101924407A - 用于永磁转子的斜置样式 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于永磁转子的斜置样式。具体地，提供了一种用于电机的转子，其包括多个磁体堆，每个磁体堆中具有形成斜置样式的至少五个永磁体。所述斜置样式具有斜角和至少两个斜阶，并且是在与斜阶相邻的永磁体个体之间的围绕轴线的旋转角。该斜置样式可以是轴对称V形的。所述多个磁体堆内可以具有五个、六个或八个永磁体。斜阶的数量可以等于2或3。斜角可以计算为：斜阶的数量与1的和乘以转子极的数量与所述多个定子槽的数量的最小公倍数所得之乘积，再除360度所得的商。

Description

用于永磁转子的斜置样式

相关申请的交叉参考

本申请要求2009年4月30日提交的美国临时申请No.61/174,218的权益，其在此被整体引入作为参考。

技术领域

本公开涉及用于电机的永磁转子。

背景技术

电动机通过磁场与载流导体之间的相互作用利用电能产生机械能。在相反的过程中则利用机械能来产生电能，这由发电机或直流发电机来完成。用在混合动力车辆上的牵引电动机通常执行这两种任务。其他电机组合了电动机和发电机的各种特征。

电机可以包括可绕中心轴线旋转的元件。该可旋转元件可以称作转子，并且可以是与静止元件共轴线的，该静止元件可以称作定子。电机利用转子与定子之间的相对旋转来产生机械能或电能。

发明内容

一种用于电机的转子，包括多个磁体堆，每个磁体堆中均具有至少五个永磁体。磁体堆围绕转子的轴线环形地布置。在每个磁体堆中，永磁体形成斜置样式(skew pattern)，并且该斜置样式由斜角和至少两个斜阶限定。斜角是与每个斜阶相邻的永磁体个体之间的围绕转子轴线的旋转角。

该斜置样式可以是沿转子轴线对称的，并且可以是轴对称的V形。斜角与斜阶的数量相反地相关。所述多个磁体堆中的每一个内均可以具有五个、六个或八个永磁体。斜阶的数量可以等于两个斜阶或三个斜阶。

所述多个磁体堆中的每一个均可以限定转子的一个极，使得转子极的数量等于磁体堆的数量。转子构造成与具有多个定子槽的定子协同工作。斜角可以计算为：斜阶数与1的和乘以转子极的数量和所述多个定子槽的数量的最小公倍数所得之乘积，再除360度所得的商。

本发明还涉及以下技术方案：

方案1.一种用于电机的转子，包括：

多个磁体堆，每个磁体堆内具有至少五个永磁体，其中，所述多个磁体堆围绕转子轴线环形地布置；以及

由在所述多个磁体堆中的每一个内的所述至少五个永磁体形成的斜置样式，其中，所述斜置样式由以下限定：

斜角；以及

至少两个斜阶，其中，所述斜角是与所述至少两个斜阶中的每一个相邻的永磁体个体之间的围绕所述转子轴线的旋转角。

方案2.如方案1所述的转子，其中，所述斜置样式是沿着所述转子轴线对称的。

方案3.如方案2所述的转子，其中，所述斜置样式是轴对称V形的。

方案4.如方案3所述的转子，其中，所述斜角与所述至少两个斜阶的数量是相反地相关的。

方案5.如方案4所述的转子，其中，所述至少两个斜阶的数量等于两个斜阶。

方案6.如方案5所述的转子，其中，所述多个磁体堆中的每一个都具有至少五个永磁体。

方案7.如方案5所述的转子，其中，所述多个磁体堆中的每一个都具有至少六个永磁体。

方案8.如方案3所述的转子，其中，所述至少两个斜阶的数量等于三个斜阶。

方案9.如方案8所述的转子，其中，所述多个磁体堆中的每一个都具有八个永磁体。

方案10.如方案3所述的转子，

其中，所述多个磁体堆中的每一个都限定所述转子的一个极，使得转子极的数量等于所述多个磁体堆的数量；

其中，所述转子构造成与具有多个定子槽的定子协同工作；以及

其中，所述斜角基本上等于：所述至少两个斜阶的数量与1的和乘以所述转子极的数量和所述多个定子槽的数量的最小公倍数所得之乘积，再除360度所得的商。

方案11.一种电机的磁体堆，所述电机包括具有若干定子槽的定子和构造成围绕轴线旋转并且具有若干转子极的转子，每个磁体堆包括：

布置成非线性斜置样式的若干永磁体，其中，所述非线性斜置样式由以下限定：

若干斜阶；以及

斜角，其限定与所述每个斜阶相邻的永磁体之间的围绕所述轴线的旋转。

方案12.如方案11所述的磁体堆，其中，所述斜角以机械度数为单位，由以下公式限定：

斜角＝360/[(N_skew+1)×M]±δ；

其中，N_skew是所述斜阶的数量；

其中，M是所述定子槽的数量和所述转子极的数量的最小公倍数；以及

其中，δ是变化因子。

方案13.如方案12所述的磁体堆，其中，所述斜阶的数量至少是2。

方案14.如方案13所述的磁体堆，其中，所述非线性斜置样式是V形的，并且是沿所述转子轴线对称的。

方案15.如方案14所述的磁体堆，其中，所述永磁体的数量至少是6。

方案16.如方案14所述的磁体堆，其中，所述变化因子在所述斜角的值的0到20％范围内。

方案17.如方案14所述的磁体堆，还包括若干轴向叠片堆，其中，所述若干轴向叠片堆中的每一个都构造成支撑所述若干永磁体中的一个，使得所述轴向叠片堆的数量等于所述永磁体的数量。

方案18.一种电机的磁体堆，所述电机包括具有若干定子槽的定子和构造成围绕轴线旋转的转子，多个所述磁体堆环形地布置在所述转子上，每个磁体堆包括：

至少五个永磁体，其布置成具有至少五个磁体分区的非线性斜置样式，其中，所述非线性斜置样式是V形的，并且是沿着所述转子的轴线对称的。

方案19.如方案18所述的磁体堆，其中，所述非线性斜置样式还包括：

至少两个斜阶；以及

斜角，其限定与所述至少两个斜阶相邻的永磁体之间的围绕所述轴线的旋转。

结合附图，并且由以下对实施本发明的最佳方式和其他实施例的详细描述，本发明的上述特征和优点及其他特征和优点是显而易见的。

附图说明

图1是电机的转子和定子的示意性局部立体图；

图2是图1所示示意性转子的一部分的特写视图；

图3是可以为与图1所示转子类似的转子实施的斜置样式的示意性线性近似图，该斜置样式具有两个斜阶和五个永磁体；以及

图4是可以为与图1所示转子类似的转子实施的斜置样式的示意性线性近似图，该斜置样式具有三个斜阶和八个永磁体。

具体实施方式

参考附图，其中在全部若干附图中相同的附图标记对应于相同或相似的部件，图1中示出了具有转子10和定子30的电机8。为了图示说明之目的，在图1中仅部分示出了转子10和定子30。取决于电机控制和驱动电子设备，电机8可以是电动机、发电机、组合式电动机/发电机、或者本领域的普通技术人员可以认识到的其他电机。图2示出了图1中所示转子10的一部分的特写或者说放大视图。

本领域的普通技术人员将认识到，例如“在...以上”、“在...以下”、“向上”、“向下”等等的这些术语被描述性地使用于附图，但不表示对如所附权利要求所限定的本发明的范围的限制。

现在参考图1和图2，转子10包括多个磁体堆12，每个磁体堆由至少五个永磁体14形成。在图1和图2所示的构造中，每个磁体堆12包括12个永磁体14。这12个永磁体14成对地布置为6行。使用6个永磁体14也可以获得相似的效果(和样式，如本文进一步讨论的那样)。磁体堆12围绕轴线16环形地布置。电机8通过转子10和定子30之间围绕轴线16的相对旋转而运行，正如本领域的普通技术人员认识到的那样。

永磁体14布置在所述多个磁体堆12中的每一个内，以形成总体上以附图标记18标示的斜置样式。在图1和图2所示的构造中，斜置样式18大体上为V形。斜置样式18由斜角20和至少两个斜阶22限定。斜角20是与每个斜阶22相邻的永磁体14之间的围绕轴线16的旋转角。

在磁体堆12内，斜阶22是永磁体14个体之间，或如图1和图2所示的永磁体14对之间的偏移。在图2中将斜角20示意性示出为两个参考平面21之间的围绕轴线16的旋转角，其中所述两个参考平面21与轴线16以及两个相邻的永磁体14相交。

在所示的构造中，斜角20对于每个斜阶22都是基本上恒定的，并且因此形成和抛物线或U形相对的V形斜置样式。然而，由于制造或装配公差，或者由于设计的变化，斜角20可以通过变化因子δ来不同于彼此。斜阶20的数量可以表示为N_skew，使得N_skew＝2。

而且，如图1和图2所示，斜置样式18沿着轴线16对称，使得在磁体堆12一侧的永磁体14与在磁体堆12另一侧的永磁体14基本上成镜像。对称的斜置样式18降低了转子10产生相对于定子30的轴向力的可能性。

永磁体14被容纳于叠片堆24内，叠片堆24被轴向堆叠，从而形成磁体堆12内的分区(division)。叠片堆24可以由钢或本领域普通技术人员已知的其他材料形成，以便构造成牢固地保持住永磁体14。要注意的是，在图1和图2中仅示出了转子10的叠片堆24的一部分(在图1中示出了每个叠片堆24的大约一半)。然而，这六个轴向叠片堆24实际上围绕转子轴线16是连续的，并且每个都保持和支撑每个磁体堆12中的两个永磁体14。

在制造和装配转子10期间，可以分别将每个轴向叠片堆24与它的永磁体14进行装配，然后通过使轴向叠片堆24永久性紧固或联结而装配出转子10。旋转相邻的轴向叠片堆24个体从而产生斜置样式18。

可以基于各种设计目标来选择转子10的每种实施方式或构造所用的斜角20，这些设计目标包括但不限于：减少转矩波动和齿槽转矩；减少来自电机8的可听到的噪音；和本领域的普通技术人员可以认识到的其他因素和目标。在转子10的一些实施例中，斜角20可以与斜阶数N_skew相反地相关，使得N_skew的增大会导致更小的斜角20。

每个磁体堆12均限定转子10的一个极。本领域的普通技术人员将认识到每个转子极均包括磁北和磁南。因此，转子极的数量P等于所述多个磁体堆12的数量。

定子30还包括多个定子槽32和定子齿34。定子槽32是这样的间隙或空间，即导电绕组被缠绕通过或者规定路线通过该空隙或空间。定子槽32位于定子齿34之间。定子槽32的数量等于定子齿34的数量，这两个数量都可表达为N_s。定子30的绕组线或线圈没有被示出在图1中。

定子30的绕组样式可以包括：集中式绕组、分布式整数槽绕组、分数槽绕组、或本领域的普通技术人员已知的其他绕组样式。在集中式绕组样式中，线圈是以集中的方式缠绕在每个定子齿34上。在分布式绕组样式中，线圈是穿过多个定子槽32且跨多个定子齿34缠绕的。分布式整数槽绕组样式使定子槽32与转子极和相数之乘积的比率等于正整数(例如，N_s/(P*φ)等于正整数，其中φ是相数，N_s是定子槽数，而P是转子极的数量)。而且，任何绕组样式都可以使用具有矩形截面的线作为绕组导体并且增加定子槽32内的槽填充。“槽填充”可以表达为导体占据的面积相对于毗邻的定子齿34之间的定子槽32内的截面面积的比率。

斜角20的计算可以进一步提炼为公式，使得斜角20基本上等于：斜阶22的数量与1的和乘以转子极的数量P与定子槽32的数量的最小公倍数(LCM)所得之乘积，再除360度所得的商。这个可以数学地表示为斜角公式：

斜角＝360/[(N_skew+1)×M]±δ

其中：N_skew是斜阶22的数量，M是N_s(定子槽32的数量)和P(转子极的数量)的最小公倍数，而δ是变化因子。变化因子δ可以高达斜角的大约20％，其解释为制造公差和误差，并且也解释为偏离于基本等式的设计变化。

要注意的是，在上面的公式中，斜角20的单位是机械度数，其中，转过完整圆圈的旋转等于360度。这与电角度相反，在电度数中磁南和磁北之间的距离等于180度。最小公倍数是作为函数的两个输入项的倍数的最小正整数。因为它是倍数，所以它可以被输入项中的任一个整除而没有余数。例如，6是2和3的最小公倍数。

转子10的第一示例性实施例可以被构造用于具有集中式绕组定子30的电机8。例如，且非限制地，集中式绕组定子30可以具有24个定子槽32(N_s＝24)，转子10可以具有16个磁体堆12(P＝16)。斜阶22的数量保持为2(N_skew＝2)。

因此，该第一实例的最小公倍数是M＝48。根据上面的斜角公式，对于N_skew＝2的情况，第一示例性实施例的斜角20等于2.5度。采用20％的变化因子(即，加0.5度或减0.5度)，斜角可以在2.00度到3.00度的范围内。

转子10的第二示例性实施例可以被构造用于具有分布式整数槽绕组定子30的电机8。例如，且非限制地，分布式整数槽绕组定子30可以具有72个定子槽32(N_s＝72)，转子10可以具有12个磁体堆12(P＝12)。斜阶22的数量保持为2(N_skew＝2)。

因此，该第二实例的最小公倍数是M＝72。要注意的是，对于分布式整数槽绕组样式，N_s和P的最小公倍数等于定子槽32的数量(即，M＝N_s)。根据上面的斜角公式，第二示例性实施例的斜角20等于1.67度。采用20％的变化因子(大约0.33度)，斜角可以在1.33度到2.00度的范围内。

现在参考图3，并且继续参考图1和图2，示出了用于转子的磁体堆112的另一种构造的示意性俯视图。在该视图中，磁体堆112被示出为是平放的，其中如果将磁体堆112环形地放置在转子上(类似于图1和图2中所示的转子10)，则直线间隔接近弧长。

在图3所示的构造中，磁体堆112具有布置成斜置样式118的五个永磁体114。虽然没有示出，但这五个分区中的每个都可以由两个永磁体114形成，与图1和图2所示的成对磁体14类似。要注意的是，在这个构造中，因为位于磁体堆112中心的永磁体114的宽度是其他四个永磁体的宽度的大约两倍，所以轴向叠片堆24(未示出)之一的宽度也将是其他四个轴向叠片堆的宽度的大约两倍。

斜置样式118是轴对称V形的，并且仍然具有两个斜阶122。因此，N_skew同样等于2。斜角(未直接在图3中示出，因为磁体堆112是平放的)的计算可以使用与图1和图2所示的斜置样式18所用公式相同的斜角公式。磁体堆112也可以由少至四个永磁体114形成，但是这样的构造将可能仅包括一个斜阶122。

斜置样式118的斜角可以由上面的斜角公式得到。可以将该斜置样式118结合到构造成用来与集中式绕组定子一起工作的转子中。例如且不限于，集中式绕组定子可以同样具有24个定子槽(N_s＝24)，而转子可以具有16个磁体堆(P＝16)。如在图3中所示，斜阶122的数量是2(N_skew＝2)。

因此，这个实例的最小公倍数是M＝48。根据上面的斜角公式，构造成用来与集中式绕组定子一起工作的斜置样式118的斜角等于2.50度。采用20％的变化因子(0.5度)，则斜角可以在2.00度到3.00度的范围内。

现在参考图4，并且继续参考图1-图3，示出了用于转子(在图4中未示出)的磁体堆212的另一种构造的示意性俯视图。与图3相似，磁体堆212也示出为平放的，其中如果将磁体堆212环形地放置在转子上(例如图1和图2所示的转子10)，则直线间隔接近弧长。

在图4所示的构造中，磁体堆212具有布置成斜置样式218的至少八个永磁体114。虽然没有示出，但是这八个分区中的每个都可以由两个永磁体214形成(类似于图1和图2所示的成对磁体14)，使得总共16个磁体将被用在磁体堆212中。另外，中心的两个磁体可以替换成类似于图3中构造的单个双倍宽度的磁体，使得七个或十四个磁体将被用在磁体堆212中。

斜置样式218是轴对称V形的。然而，斜置样式218具有三个斜阶222，因此，N_skew等于3。附加的斜阶222将使与斜阶222相邻的永磁体214之间的计算所得斜角变小。斜角(未直接在图4中示出，因为磁体堆212是平放的)的计算仍然可以使用与图1和图2所示斜置样式18及图3所示斜置样式118所用公式相同的斜角公式。如从图3和图4中看出的那样，斜角和斜阶122、222之间的关系显示，越大的斜角产生越大的斜阶122、222。

斜置样式218的斜角可以由上面的斜角公式得到。也可以将斜置样式218结合到构造成用来与集中式绕组定子一起工作的转子中。例如且不限于，集中式绕组定子可以同样具有24个定子槽(N_s＝24)，而转子可以具有16个磁体堆(P＝16)。如在图4中所示，斜阶222的数量是3(N_skew＝3)。

因此，这个实例的最小公倍数是M＝48。根据上面的斜角公式，构造成用来与集中式绕组定子一起工作的斜置样式218的斜角等于1.875度。采用20％的变化因子(其等于大约加上或减去0.375度)，则斜角可以在150度到2.25度的范围内。因此，图4所示的斜阶222稍微小于图3所示的斜阶122(尽管在示意图中可能并未按照确切的比例绘制)。

虽然已经详细描述了实施要求保护的本发明的最佳方式和其他方式，但是熟悉本发明涉及领域的技术人员将认识到用于在所附权利要求的范围内实施本发明的各种替代性设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于电机的转子，包括：

多个磁体堆，每个磁体堆内具有至少五个永磁体，其中，所述多个磁体堆围绕转子轴线环形地布置；以及

由在所述多个磁体堆中的每一个内的所述至少五个永磁体形成的斜置样式，其中，所述斜置样式由以下限定：

斜角；以及

至少两个斜阶，其中，所述斜角是与所述至少两个斜阶中的每一个相邻的永磁体个体之间的围绕所述转子轴线的旋转角。

2.如权利要求1所述的转子，其中，所述斜置样式是沿着所述转子轴线对称的。

3.如权利要求2所述的转子，其中，所述斜置样式是轴对称V形的。

4.如权利要求3所述的转子，其中，所述斜角与所述至少两个斜阶的数量是相反地相关的。

5.如权利要求4所述的转子，其中，所述至少两个斜阶的数量等于两个斜阶。

6.如权利要求5所述的转子，其中，所述多个磁体堆中的每一个都具有至少五个永磁体。

7.如权利要求5所述的转子，其中，所述多个磁体堆中的每一个都具有至少六个永磁体。

8.如权利要求3所述的转子，其中，所述至少两个斜阶的数量等于三个斜阶。

9.一种电机的磁体堆，所述电机包括具有若干定子槽的定子和构造成围绕轴线旋转并且具有若干转子极的转子，每个磁体堆包括：

布置成非线性斜置样式的若干永磁体，其中，所述非线性斜置样式由以下限定：

若干斜阶；以及

斜角，其限定与所述每个斜阶相邻的永磁体之间的围绕所述轴线的旋转。

10.一种电机的磁体堆，所述电机包括具有若干定子槽的定子和构造成围绕轴线旋转的转子，多个所述磁体堆环形地布置在所述转子上，每个磁体堆包括：

至少五个永磁体，其布置成具有至少五个磁体分区的非线性斜置样式，其中，所述非线性斜置样式是V形的，并且是沿着所述转子的轴线对称的。

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