CN103036376B

CN103036376B - 电动机和电动机的转子

Info

Publication number: CN103036376B
Application number: CN201210382817.0A
Authority: CN
Inventors: 赵镇佑; 林成泽
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: US20130088112A1; JP2013085462A; KR20130038728A; EP2582016A3; EP2582016A2; KR101886155B1; US9608484B2; CN103036376A; JP5985342B2; EP2582016B1

Abstract

本发明公开一种电动机以及电动机的转子。其中该电动机包括设置在定子的相反侧的第一转子和第二转子，第一转子和第二转子的每个包括多个模块，每个模块包括一对永磁体和连接永磁体端部的连接单元。

Description

电动机和电动机的转子

技术领域

根据示例性实施方式的装置涉及能在高速运转期间保持高功率的电动机，以及在该电动机中使用的转子。

背景技术

电动机可以分为永磁同步电动机（PMSM）、感应电动机、开关磁阻电动机（SRM）等等。PMSM使用永磁体并且能被制成小型的。此外，PMSM具有高功率密度和效率。因而，PMSM已经越来越多地用于混合动力车和电动车。

用于PMSM中的永磁体一般由稀土材料制成。例如，永磁体可以是NdFeB磁体，该NdFeB磁体在剩磁和矫顽力方面具有良好的性能。然而，大部分稀土矿物的供应有限。因而，稀土产品非常昂贵，且这样的产品的价格是非常易变的。

因而，为了避免依赖于稀土材料，需要能代替稀土材料的新材料，或者应该开发一种驱动电动机的技术，该电动机不使用稀土材料但是具有与使用稀土材料的电动机相同的性能。

发明内容

根据示例性实施方式的一方面，提供一种电动机，该电动机包括：第一转子和第二转子，第一转子配置成设置在定子的第一侧，第二转子配置成设置在定子的与第一侧相反的第二侧。第一转子包括多个第一模块，每个第一模块包括彼此间隔开的一对第一永磁体以及连接第一永磁体的端部的第一连接单元。第二转子包括多个第二模块，每个第二模块包括彼此间隔开的一对第二永磁体以及连接第二永磁体的端部的第二连接单元。

每个第一模块还可以包括设置在第一永磁体之间的第一铁芯，每个第二模块还可以包括设置在第二永磁体之间的第二铁芯。

第一转子还可以包括多个第三铁芯，每个第三铁芯设置在一对相邻的第一模块之间，第二转子还可以包括多个第四铁芯，每个第四铁芯设置在一对相邻的第二模块之间。

第一转子还可以包括设置在多个第一模块的一侧的第五铁芯，第二转子还可以包括设置在多个第二模块的一侧的第六铁芯。

多个第一模块可以是彼此间隔开的偶数个第一模块，多个第二模块是彼此间隔开的偶数个第二模块。

每个第一连接单元包括由非磁性材料或空气制成的外部分以及位于外部分之间且由永磁体制成的中心部分。每个第二连接单元可以包括由非磁性材料或空气制成的外部分以及位于外部分之间且由永磁体制成的中心部分。

多个第一连接单元中的每个以及多个第二连接单元中的每个由非磁性材料或空气制成。

多个第一铁芯中的每个以及多个第二铁芯中的每个可以由磁性材料制成。

多个第一模块可以绕第一转子沿圆周布置以及多个第二模块可以绕第二转子沿圆周布置，第一模块沿圆周方向偏离多个第二模块。

多个第一模块中的每个沿第一转子的径向方向延伸，多个第二模块中的每个沿第二转子的径向方向延伸。

第一永磁体可以沿着相对于第一转子的半径形成预定的非零角度的方向延伸，第二永磁体可以沿着相对于第二转子的半径形成预定角度的方向延伸。

其它示例性特征和方面可以通过以下的详细描述、附图和权利要求书而明显。

附图说明

图1是示出示例性电动机的透视图的图示；

图2A和图2B是示出图1所示的电动机的分解图的图示；

图3A和图3B是说明用于减小转矩波动的示例性配置的图示；

图4A和图4B是说明用于减小转矩波动的另一示例性配置的图示；

图5A、图5B和图5C是示出在电动机中包括的示例性模块的图示；

图6是示出电动机的一部分的侧视图的图示，以解释穿过图1所示的永磁体的磁化方向；

图7是示出驱动电动机的一部分的侧视图的图示，以说明d轴和q轴的磁通路径；

图8A和图8B是曲线图，用于说明示例性电动机的性能。

在整个附图和以下的具体描述中，除非另外说明，相同的附图标记将被理解为指代相同的元件、特征和结构。为了清晰、图示和方便，可夸大这些元件的相对尺寸和描绘。

具体实施方式

提供以下的描述，以协助阅读者获得对在此描述的方法、装置和/或系统的综合理解。因此，将向本领域的普通技术人员建议在此描述的方法、装置和/或系统的各种改变、变形和等效物。此外，为了提高清晰度和简洁，可以省略众所周知的功能和构造的描述。

图1是示出示例性电动机的透视图的图示。

参考图1，电动机100可包括定子110、第一转子120和第二转子130。电动机100可以是轴向气隙电动机。

定子110可包括至少一个槽（slot）111和绕在槽111上的线圈112。槽111可以绕电动机径向地设置。槽111可以固定地耦接到外壳，该外壳容纳电动机100中包括的元件。因而，当第一转子120和第二转子130可以耦接到转轴并与该转轴一起旋转时，因为定子110耦接到外壳，所以定子110可以保持不旋转。

第一转子120可以与定子110的一侧间隔开。

第一转子120可以包括多个第一模块123。每个第一模块123可以包括彼此间隔开地设置的一对第一永磁体121以及连接第一永磁体121的端部的第一连接单元122。第一模块123可以绕电动机100的旋转轴140沿圆周布置。旋转轴140相应于第一转子120和第二转子130绕其旋转的轴，如图1所示。

第二转子130可以布置在定子110的另一侧，与第一转子120间隔开。也就是说，第一转子120和第二转子130彼此间隔开地布置在定子110的相反侧。

第二转子130可以包括多个第二模块133。每个第二模块133可以包括彼此间隔开地设置的一对第二永磁体131以及连接第二永磁体131的端部的第二连接单元132。第二模块133可以绕旋转轴140沿圆周布置。

成对的第一永磁体121可以以V形构造来布置并且该对第一永磁体121中的每个可以平行于包括在相邻对第一永磁体121中的相邻第一永磁体121，或者可具有其它布置。类似地，成对的第二永磁体131可以以V形构造来布置并且该对第二永磁体131中的每个可以平行于包括在相邻对第二永磁体131中的相邻第二永磁体131，或者是其它布置。

第一连接单元122可以连接第一永磁体121的端部。例如，第一连接单元122可以连接第一永磁体121的与定子110相距最远的端部。

第一连接单元122和第二连接单元132可以由非磁性材料或空气制成。在空气的情形下，连接单元122和132可以是空的空间。在那种情况下，第一和第二永磁体可以通过其它元件连接。

第一转子120还可以包括插置在每对第一永磁体121之间的第一铁芯（core）124。

第二转子130还可以包括插置在每对第二永磁体131之间的第二铁芯134。

第一转子120还可以包括插置在每个相邻对的第一模块123之间的第三铁芯125。

第二转子130还可以包括插置在每个相邻对的第二模块133之间的第四铁芯135。

第一转子120还可以包括设置在第一连接单元122的一侧的第五铁芯126。例如，第五铁芯126可以是板状的，且设置在第一模块上方、远离定子110的一侧。

第二转子130还可以包括设置在第二连接单元132一侧的第六铁芯136。例如，第六铁芯136可以是板状的，且设置在第二模块上方、远离定子110的一侧。

第三铁芯125和第五铁芯126可以是单一的、整体件，第四铁芯135和第六铁芯136可以是单一的、整体件，如图1和图2A所示。

第一转子120可以包括能与转轴（未示出）耦接的第一孔127。

第二转子130可以包括能与转轴（未示出）耦接的第二孔137。

第一铁芯124、第二铁芯134、第三铁芯125、第四铁芯135第五铁芯126以及第六铁芯136可以由软磁材料制成。

参考图示150，该图示150放大了第二模块133的一部分，在第二永磁体131周围的磁化可以在经第二永磁体131、从第二模块的外部到内部的方向160上产生，或者可以在经第二永磁体131、从第二模块的内部到外部的方向161上产生。第一模块123周围的磁化可以以与第二模块133类似的方式产生。永磁体可以由硬磁材料制成。

可以提供偶数个第一模块123以及偶数个第二模块133。一个模块可以形成N极，邻近的模块可以形成S极。此外，偶数个模块可以设置成彼此间隔开预定距离。

彼此间隔开的模块允许磁通（magneticflux）顺利地流动经过存在于模块之间的间隔中的铁芯125、126、135和136。因而，穿过模块之间的间隔的q轴的电感增大，连接单元防止磁通泄漏，使得电动机可以在高速运转期间保持高功率。

图2A和图2B是示出图1所示的电动机的分解图的图示。

图2A是示出图1所示的电动机的第一和第二转子的图示。

参考图1和图2A，第一转子120可以包括多个第一模块123。每个第一模块123可以包括一对第一永磁体121和连接第一永磁体121的端部的第一连接单元122。第一模块123可以绕旋转轴140沿圆周布置。

第二转子130可以包括多个第二模块133。每个第二模块133可以包括一对第二永磁体131和连接第二永磁体131的端部的第二连接单元132。第二模块133可以绕旋转轴140沿圆周布置。

第一模块123可以沿着径向方向210、以楔状形状延伸，其中径向方向210垂直于旋转轴140的方向。例如，每个第一模块123可以从外圆周表面延伸到内圆周表面（如由图2A中的附图标记220所示）。对于另一示例，每个第一模块123可以仅部分地从外圆周表面延伸到内圆周表面。

第二模块133可以以与第一模块123相同的方式沿着径向方向210、以楔状形状延伸，其中径向方向210垂直于旋转轴140的方向。

图2B是仅示出图1所示的电动机的定子的图示。

参考图1和图2B，定子110可以包括至少一个槽111和卷绕到槽111上的线圈。

槽111可以绕定子110沿圆周布置。槽111可以被固定到外壳230上，该外壳230容纳电动机100的元件。例如，每个槽111的部分240可以被固定到外壳230上。固定的形式可以改变。因而，当耦接到转轴的转子120和130随该转轴一起旋转时，定子110保持不旋转，因为定子110固定到外壳230。

图3A和图3B是说明用于减小转矩波动的示例性配置的图示。

参考图3A，电动机300可包括定子110、第一转子120和第二转子130。

包括在第一转子120中的第一模块123以及包括在第二转子130中的第二模块133可以相对于旋转轴140彼此未对准。换言之，第一模块123和第二模块133可以沿平行于旋转轴140的方向不彼此对准，而是可以从彼此位移。因而，模块123和133的不重合可能引起由第一转子120和第二转子130产生的扭矩的大小和相位随时间改变。

参考图3B，示出了由第一转子120产生的扭矩随着时间变化的大小，并且示出了由第二转子130产生的扭矩随着时间变化的大小。此外，示出了由第一转子120和第二转子130产生的扭矩的总值。如图3B所示，由第一转子120和第二转子130产生的扭矩的大小随时间变化，因而，由第一转子120和第二转子130产生的扭矩的总值具有小的波动。因此，在该示例中，可以减小通过电动机产生的转矩波动。

图4A和图4B是说明用于减小转矩波动的另一示例性配置的图示。

图4A是示出转子400的示例的透视图的图示，图4B是示出图4A所示的转子400的平面图的图示。

参考图4A和图4B，转子400可以包括成对的永磁体410和411。

第一径向线（radialline）420和第二径向线420从转子400的中心延伸到转子400圆周上的两个点412的每一个。

第一永磁体410可以设置成不与第一径向线420平行。换言之，第一永磁体410不平行于转子400的半径，而是与转子400的半径形成预定角度。

第二磁体411可以设置成不与第二径向线421平行。换言之，第二永磁体411不平行于转子400的半径，而是与转子400的半径形成预定角度。

成对磁体410和411中的每个可以平行于包括在相邻对磁体410和411中的相邻的磁体，每个磁体关于转子400的半径形成相同的角度，如图4B所示。

转子400可以包括多对永磁体，该多对永磁体具有与该对第一和第二永磁体410和411相同的布置。

因而，由于永磁体410和411布置在转子400上以关于径向方向成一角度，所以由电动机产生的转矩波动可以减小。

图5A、图5B和图5C是示出在电动机中包括的示例性模块的图示。

参考图5A，转子500a可以包括多个模块，每个模块包括一对第一永磁体510a和第一连接单元520a。第一连接单元520a可以连接第一永磁体510a的端部。在该情形下，磁化可以在经第一永磁体510a、从模块的外部到内部的方向530a上产生，反之亦然。

参考图5B，转子500b可以包括多个模块，每个模块包括一对第一永磁体510b和第一连接单元，该第一连接单元包括中间部分511b和边缘512b。

第一连接单元可以将该对第一永磁体510b的端部连接到彼此。

第一连接单元的中间部分511b可以是永磁性的，边缘512b可以由非磁性材料或空气制成。在该情形下，磁化可以在经永磁体510b和511b、从模块的外部到内部的方向530b上产生，反之亦然。

与图5A所示的转子500a相比，转子500b包括附加的永磁体511b，因而由永磁体510b和511b产生的磁通能增加。因此，电动机的性能可以被改善。

参考图5C，转子500c可以包括多个模块，每个模块包括一对第一永磁体510c、第一连接单元520c、一对第二永磁体511c以及第二连接单元521c。

第一连接单元520c可以将该对第一永磁体510c的端部连接到彼此。第一连接单元520c的中间部分可以是像图5B的中间部分511b一样的永磁体。

该对第二永磁体511c可以与该对第一永磁体510c间隔开。

第二连接单元521c可以将该对第二永磁体511c的端部连接到彼此。在该情形下，磁化可以在经永磁体510c和511c、从模块的外部到内部的方向530c上产生，反之亦然。

与图5A所示的转子500a相比，转子500c具有更多的永磁体，由此磁通能通过增加永磁体510c和511c而增大。

图6是示出电动机的一部分的侧视图的图示，以解释穿过图1所示的永磁体的磁化方向。

参考图1和图6，电动机100可以包括定子110、第一转子120和第二转子130。在下文中，q轴表示穿过模块之间的轴，d轴表示穿过模块的轴。

定子110可以包括第一槽611、第二槽612、第三槽613和第四槽614。

第一转子120可以包括第一模块621、第二模块622、第三模块623和第四模块624。

第二转子130可以包括第五模块631、第六模块632、第七模块633和第八模块634。

绕第一转子120的第一模块621的磁化显示出磁通穿过第一模块621的该对永磁体、从第一模块621的外部流到内部，然后移动到定子110的第一槽611。穿过定子110的第一槽611的磁通可以移到第二转子130的第五模块631。第一转子120的第一模块621可以起N极的作用，第二转子130的第五模块631可以起S极的作用。

绕第二转子130的第五模块631的磁化显示出磁通从定子110的第一槽流到第五模块631的内部，并穿过第五模块631内部的该对永磁体，以到达第六模块632。移到第六模块632的磁通可以移到定子110的第二槽612。第二转子130的第五模块631可以起S极的作用，第二转子130的第六模块632可以起N极的作用。

绕第二转子130的第六模块632的磁化显示出磁通从第五模块631和第七模块633流到第六模块632的内部、穿过第六模块632的该对永磁体。第六模块632内部的磁通可以移到定子110的第二槽612。第二转子130的第六模块632可以起N极的作用。

绕第一转子120的第二模块622的磁化显示出磁通从定子110的第二槽612流到第二模块622的内部。存在于第二模块622内部的磁通可以移到第一模块621和第三模块623。第二模块622可以起S极的作用，第一模块621和第三模块623可以起N极的作用。

因而，定子110、第一转子120和第二转子130的每个的磁通如上所述地流动。

图7是示出驱动电动机的一部分的侧视图的图示，以说明d轴和q轴的磁通路径。

参考图1和图7，电动机100可以包括定子110、第一转子120和第二转子130。在下文中，q轴表示穿过模块之间的轴，d轴表示穿过模块的轴。

电动机100的扭矩可以通过方程式1计算。

扭矩＝P_n{φ_fi_q+(L_d-L_q)i_di_q}（1）

这里，P_n表示磁偶极子值，f表示由永磁体引起的磁链的数量，i_d表示d轴电流，L_d表示d轴电感（inductance），i_q表示q轴电流，L_q表示q轴电感。

此外，fⁱ _q表示磁矩，(L_d-L_q)*i_d*i_q表示磁阻转矩。在低速运转期间，主要使用q轴电流，因而驱动电动机的扭矩受磁矩显著影响。相反，在高速运转期间，q轴电流减小且负（-）d轴电流增大，因而驱动电动机的扭矩受磁阻转矩显著影响。

在方程式1中，L_q>L_d，i_d是负(-)值，i_q是正（+）值。因为L_q>L_d，所以(L_d-L_q)成为负(-)值。因为i_d是负(-)值并且i_q是正（+）值，所以磁阻转矩成为正（+）值。

参考图1和图7，与L_q相关的磁通路径穿过定子110与第一转子120之间的间隙、定子110、定子110与第二转子120之间的间隙、第一转子120的第一铁芯124、第二铁芯134、第三铁芯125、第四铁芯135、第五铁芯126和第六铁芯136。也就是说，因为妨碍磁通流动的唯一干扰因素是存在于L_q的路径上的间隙，诸如非磁性材料或磁体，所以有可能产生大的L_q值。

与L_d相关的磁通路径穿过定子110与第一转子120之间的间隙、定子110、定子110与第二转子130之间的间隙、第一转子120的永磁体以及第二转子130的永磁体。也就是说，因为存在于L_d的路径上的间隙和四个永磁体是妨碍磁通流动的干扰因素，所以有可能产生小的L_d。四个永磁体可以显著地妨碍磁通流动。

如上所述，L_q的路径具有作为妨碍磁通流动的干扰因素的间隙，诸如非磁性材料或永磁体，因而有可能产生大的L_q值。因而，(L_d-L_q)值增大，由此磁阻转矩增大。因为在高速运转期间对电动机的扭矩具有较大影响的磁阻转矩大，所以电动机100能在高速运转期间保持高功率。

此外，因为转子120和130的模块分别包括连接单元122和132，所以能防止由永磁体产生的磁通通过连接单元122和132泄漏。因而，通过防止磁通泄漏，电动机100的性能可以被改善。

图8A和图8B是曲线图，用于说明上述电动机的性能。

参考图8A，与普通电动机相比，即使在每分钟转数（RPM）增大时，上述的电动机也不经历扭矩的急剧下降。也就是说，即使在RPM增大时，在以上示例中示出的电动机能够保持大的扭矩。另一方面，普通电动机具有随着RPM增大而急剧减小的扭矩。

因而，在该示例中的电动机能在高速运转期间保持大的扭矩。

参考图8B，与普通驱动电动机相比，即使在RPM增大时，在示例中的电动机也不经受功率的急剧下降。也就是说，即使RPM增大，在示例中的电动机也能保持高功率。另一方面，普通的驱动电动机具有随着RPM增大而急剧降低的功率。

因此，在上述示例中示出的驱动电动机能在高速运转期间保持高功率。

以上已经描述了多个示例。然而，应该清楚地是，可以进行不同的变形。例如，如果所述技术以不同的顺序执行和/或如果所述系统、体系结构、装置或电路中的组件以不同的方式组合和/或被其他组件或其等效物替代或补充，也可以实现适当的结果。因此，其它的实施例也在权利要求的范围内。

本申请要求享有2011年10月10日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2011-0103239的权益，其整体公开通过全文引用结合于此。

Claims

1.一种电动机，包括：

第一转子和第二转子，所述第一转子配置成设置在定子的第一侧，所述第二转子配置成设置在所述定子的与所述第一侧相反的第二侧，

其中所述第一转子包括：多个第一模块，每个第一模块包括彼此间隔开的一对第一永磁体以及连接所述第一永磁体的与所述定子相距最远的端部的第一连接单元，以及

其中所述第二转子包括：多个第二模块，每个第二模块包括彼此间隔开的一对第二永磁体以及连接所述第二永磁体的与所述定子相距最远的端部的第二连接单元。

2.根据权利要求1所述的电动机，

其中每个第一模块还包括设置在所述第一永磁体之间的第一铁芯；以及

其中每个第二模块还包括设置在所述第二永磁体之间的第二铁芯。

3.根据权利要求2所述的电动机，

其中所述第一转子还包括多个第三铁芯，每个第三铁芯设置在一对相邻的第一模块之间；以及

其中所述第二转子还包括多个第四铁芯，每个第四铁芯设置在一对相邻的第二模块之间。

4.根据权利要求3所述的电动机，

其中所述第一转子还包括设置在所述多个第一模块的一侧的第五铁芯；以及

其中所述第二转子还包括设置在所述多个第二模块的一侧的第六铁芯。

5.根据权利要求1所述的电动机，其中所述多个第一模块是彼此间隔开的偶数个第一模块，所述多个第二模块是彼此间隔开的偶数个第二模块。

6.根据权利要求1所述的电动机，

其中每个第一连接单元包括由非磁性材料或空气制成的外部分以及位于外部分之间且由永磁体制成的中心部分；以及

其中每个第二连接单元包括由非磁性材料或空气制成的外部分以及位于外部分之间且由永磁体制成的中心部分。

7.根据权利要求1所述的电动机，其中所述多个第一连接单元中的每个以及所述多个第二连接单元中的每个由非磁性材料或空气制成。

8.根据权利要求2所述的电动机，其中所述多个第一铁芯中的每个以及所述多个第二铁芯中的每个由磁性材料制成。

9.根据权利要求1所述的电动机，其中所述多个第一模块绕所述第一转子沿圆周布置以及所述多个第二模块绕所述第二转子沿圆周布置，所述第一模块沿圆周方向偏离所述多个第二模块。

10.根据权利要求1所述的电动机，其中所述多个第一模块中的每个沿所述第一转子的径向方向延伸，所述多个第二模块中的每个沿所述第二转子的径向方向延伸。

11.根据权利要求1所述的电动机，

其中所述多个第一模块绕所述第一转子沿圆周布置，所述多个第二模块绕所述第二转子沿圆周布置；以及

所述第一永磁体沿着相对于所述第一转子的半径形成预定的非零角度的方向延伸，所述第二永磁体沿着相对于所述第二转子的半径形成预定角度的方向延伸。

12.根据权利要求1所述的电动机，其中所述多个第一模块绕所述第一转子沿圆周布置，所述多个第二模块绕所述第二转子沿圆周布置。