CN103166407A

CN103166407A - 具有极-极非对称转子槽道的内置式永磁体电机

Info

Publication number: CN103166407A
Application number: CN2012105278033A
Authority: CN
Inventors: K.M.拉曼; S.朱尔科维克; E.L.凯泽; P.J.萨维贾恩
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: DE102012222302A1; US20150084452A1; CN103166407B; US8933606B2; US20130147299A1; US9712005B2

Abstract

一种内置式永磁体电机包括转子，所述转子具有多个槽道。第一和第二槽道设置在第一极中、而第三和第四槽道设置在第二极中。第一屏障由第一、第二、第三和第四槽道限定。所述槽道配置为相对于它们的相应极轴对称。第一角度限定在第一和第二槽道之间。第二角度限定在第三和第四槽道之间。第一角度配置为与第二角度充分地不同，从而扭矩波动被最小化。由此转子配置为使得第一极中的槽道的角配置与转子的第二极中的槽道的角配置不同。

Description

具有极-极非对称转子槽道的内置式永磁体电机

技术领域

本发明大体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槽道或屏障的构造。

背景技术

内置式永磁体电机通常包括转子，所述转子具有绕转子的外周边的交替极性的多个磁体。转子在定子中可旋转，所述定子通常包括多个绕组和交替极性的磁极。永磁体电机会生产不期望的扭矩波动，造成不期望的振动和噪声。通常，转子中的磁体被斜置，以减少扭矩波动，例如通过将磁体布置为相对于彼此成轴向角度或步进地让磁体旋转。有时定子被斜置以实现这一点。有时，斜置会使得制造更复杂。通常，内置式永磁体电机中转子槽道的构造从一个极到另一个极是相同的。

发明内容

内置式永磁体电机包括转子，所述转子具有多个槽道和极。第一和第二槽道设置在第一极中，第三和第四槽道设置在第二极中。第一屏障由第一、第二、第三和第四槽道限定。槽道配置为相对于它们的相应极轴对称。第一角度限定在第一和第二槽道之间。第二角度限定在第三和第四槽道之间。第一角度配置为与第二角度充分地不同，从而扭矩波动被最小化。一个极产生的扭矩脉动可以通过其他极产生的反扭矩波动而减小，由此最小化扭矩波动。因此转子配置为使得第一极中的槽道的角配置不同于转子的第二极中的槽道的角配置。

多个槽道中的每一个限定相应的中线。第一角度可以被限定在第一和第二槽道的相应中线之间。第二角度可以被限定在第三和第四槽道的相应中线之间。

在一个实施例中，转子可以包括由第三极轴限定的第三极。多个槽道可以包括第五和第六槽道，所述第五和第六槽道设置在第三极中且相对于第三极轴对称。第三角度限定在第五和第六槽道之间，从而第三角度不同于第一和第二角度两者。

在另一实施例中，第一对外槽道可以在第一极中形成为基本上靠近转子的外表面且以第一间距分开。第二对外槽道可以在第二极中形成为基本上靠近转子的外表面且以第二间距分开，使得第二间距不同于第一间距。第一和第二对外槽道可以形成为距转子的外表面大约0.5mm。

在另一实施例中，多个槽道可以包括限定了第二屏障(其可以径向地在第一屏障以外或以内）的第五、第六、第七和第八槽道。第五和第六槽道可以被设置在第一极中，而第七和第八槽道可以被设置在第二极中。第三角度可以限定在第五和第六槽道之间。第四角度可以限定在第七和第八槽道之间，使得第一、第二、第三和第四角度中的每一个彼此不同。

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状的。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。第一和第二极中的第二屏障可以限定相应的第一和第二边缘。第一跨角可以在第一极中由第二屏障的第一边缘限定。第二跨角可以在第二极中由第二屏障的第二边缘限定，使得第二跨角不同于第二跨角。

在另一实施例中，多个槽道可以包括第九、第十、第十一和第十二槽道，第九和第十槽道被设置在第一极中，而第十一和第十二槽道被设置在第二极中。

本发明的上述特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的内置式永磁体电机的示意性截面图；

图2是根据第二实施例的内置式永磁体电机的示意性局部截面图；

图3是根据第三实施例的内置式永磁体电机的示意性局部截面图；且

图4是根据第四实施例的内置式永磁体电机的示意性局部截面图。

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具有原点（origin）14。转子12在大体环形的定子16内可旋转，该定子16具有多个绕组18。转子12包括多个槽道20，所述槽道20延伸进入转子12且限定出具有任何合适的形状的三维空间。屏障22由多个槽道20限定。转子12可以形成有任何数量的槽道20。槽道20的全部或一部分可以填充有永磁体24。转子12可以包括空气穴28，所述空气穴28在各种位置处并入到结构中。

参见图1，第一和第二槽道30、32设置在第一极34中。转子可以包括任何数量的极，每一个极由相应极轴限定。第一和第二槽道30、32配置为相对于第一极轴36对称。第一角度38被限定在第一和第二槽道30、32的相应中线31、33之间。第一角度38也可以被限定在第一和第二槽道30、32的相应外或内侧25、26之间。这应用于下文所述的每一个角度。参见图1，第三和第四槽道40、42设置在第二极44中且配置为相对于第二极轴46对称。第二角度48限定在第三和第四槽道40、42的相应中线41、43之间。第一极34可以与第二极44相邻或可以不相邻。

转子12配置为使得第一极34中的槽道20的角配置或角位置与第二极44中的槽道20的角配置或角位置不同。第一角度38配置为与第二角度48充分地不同，使得扭矩波动被最小化。在一个例子中，第一角度38是120度，第二角度48是136度。角配置可以对于转子12的每个极不同或其可以以每“n”个极重复，其中n为2至P，P是极的总数。例如，具有八个极的转子12可以具有八个不同的角配置或其可以具有对于相邻极的四个不同的配置，其对于其余四个极重复。转子12可以配置为使得第一半部50相对于第二半部52对称。

参见图2，示出了通过单屏障内置式永磁体电机110说明的第二实施例。电机110包括转子112，所述转子112具有原点114。转子112在大致环形的定子（未示出）内可旋转。转子包括由多个槽道120形成的屏障116，所述多个槽道120延伸进入转子112且限定出具有任何合适形状的三维空间。

参见图2，第一和第二槽道130、132设置在第一极134中。转子可以包括任何数量的极，每一个极由相应极轴限定。第一和第二槽道130、132配置为相对于第一极轴136对称。第一角度138被限定在第一和第二槽道130、132的相应中线131、133之间。

参见图2，第三和第四槽道140、142设置在第二极144中且配置为相对于第二极轴146对称。第二角度148限定在第三和第四槽道140、142的相应中线141、143之间。参见图2，第五和第六槽道150、152设置在第三极154中且配置为相对于第三极轴156对称。第三角度158被限定在第五和第六槽道150、152的相应中线151、153之间。

参见图2，转子112配置为使得第一、第二和第三角度138、148和158每一个彼此不同。在一个例子中，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、第二和第三极134、144、154所代表的三个极的样式可以对转子112的其余部分（未示出）重复。

参见图2，可选地，第一对外槽道160可以在第一极134处形成在转子112的外表面162附近。第一对外槽道160可以以第一间距164分隔开且配置为相对于第一极轴136对称。在一个例子中，第一对外槽道160形成为距转子的外表面162大约0.5mm。第二对外槽道166可以在第二极144处形成在转子112的外表面162附近。第二对外槽道166可以以第二间距168分隔开且配置为相对于第二极轴146对称。第三对外槽道170可以在第三极154处形成在转子112的外表面162附近。第三对外槽道170可以分隔开第三间距172且配置为相对于第三极轴156对称。

转子112可以被配置为使得第一、第二和第三间距164、168、172每一个彼此不同。在一个例子中，、第一、第二和第三间距164、168、172可分别为11.9mm、8.4mm和11.3mm。第一、第二和第三极134、144、154所示的间距构造或样式可以对于转子112的其余部分（未示出）重复。参见图1，替换地，还可以每隔一个极地形成外槽道70。如上所述的角度138、148和158以及间距164、168、172可以被优化以获得相应转子12和112的期望平均水平。这种优化可以经验地执行或通过本领域已知的常规计算机模型方法执行。

图3示出了内置式永磁体电机210的第三实施例的示意性局部截面图。电机210包括转子212，所述转子212具有原点214。转子212在大致环形的定子（未示出）内可旋转。多个槽道220延伸进入转子212且限定外屏障216和内屏障218。转子212可以在每一个极中对于每一个外和内障壁216、218形成任何数量的槽道。每一个槽道220的形状可以基本上是矩形，如图3所示。

参见图3，内屏障216包括第一和第二槽道230、232，所述第一和第二槽道230、232设置在第一极234中且配置为相对于第一极轴236对称。第一角度238被限定在第一和第二槽道230、232的相应中线231、233之间。参见图3，内屏障216包括第三和第四槽道240、242，所述第三和第四槽道240、242设置在第二极244中且配置为相对于第二极轴246对称。第二角度248限定在第三和第四槽道240、242的相应中线241、243之间。

参见图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设置在第一极234中且配置为相对于第一极轴236对称。第三角度258被限定在第五和第六槽道250、252的相应中线251、253之间。参见图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设置在第二极244中且配置为相对于第二极轴246对称。第四角度268限定在第七和第八槽道260、262的相应中线261、263之间。

参见图3，转子212配置为使得第一至第四角度238、248、258、268每一个彼此不同。在一个例子中，第一至第四角度238、248、258、268可分别为126.3度、103.6度、145.7度和100.3度。由第一和第二极234、244所代表的两个极的样式可以对于转子212的其余部分（未示出）重复。

参见图3，跨角（span angle）由每个极中最宽的屏障限定。第一跨角270在边缘线272之间延伸，所述边缘线272从原点214发源且与第一极234中内屏障216的第一边缘274相切。第二跨角280在边缘线282之间延伸，所述边缘线282从原点214开始发源且与第二极244中内屏障216的第二边缘284相切。第二跨角280配置为不同于第一跨角270。外屏障218的跨角也可以被类似地限定。

图4示出了内置式永磁体电机310的第四实施例的示意性局部截面图。电机310包括转子312，所述转子312具有原点314。转子312在大致环形的定子（未示出）内可旋转。多个槽道320延伸进入转子312且限定外屏障316和内屏障318。参见图4，槽道320可以基本上是弧形的。例如，每一个槽道320可以具有如属于不同圆形的弧形节段的横截面形状。

参见图4，内屏障316包括设置在第一极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的相应中线331、333之间。参见图3，内屏障316包括设置在第二极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的相应中线341、343之间。

参见图4，外屏障318包括设置在第一极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的相应中线351、353之间。参见图4，外屏障318包括设置在第二极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的相应中线361、363之间。第二槽道332和第六槽道352可以配置为相对于第一极轴336对称。第四槽道342和第八槽道362可以配置为相对于第二极轴346对称。

参见图4，转子312配置为使得第一至第四角度338、348、358、368每一个彼此不同。在一个例子中，第一到至四角度338、348、358、368可分别为128度、104度、122度和110度。由第一和第二极334、344所代表的两个极的样式可以对于转子312的其余部分（未示出）重复。转子12可以包括设置在第一极334中的第九和第十槽道390、394和设置在第二极344中的第十一和第十二槽道392、396。第一和第五槽道330、350可以配置为分别相对于第九和第十槽道390、394对称。第三和第七槽道340、360可以配置为分别相对于第十一和第十二槽道392、396对称。

参见图4，跨角由每个极中最宽的屏障限定。第一跨角370在边缘线372之间延伸，所述边缘线372从原点314发源且与第一极334中内屏障316的第一边缘374相切。第二跨角380在边缘线382之间延伸，所述边缘线382从原点314发源且与第二极344中内屏障316的第二边缘384相切。第二跨角380配置为不同于第一跨角370。外屏障318的跨角也可以被类似地限定。

详细描述和图示或附图是对本发明的支持和描述，但本发明的范围仅通过权利要求限定。尽管已经对用于执行本发明的一些较佳模式和其他实施例进行了详尽的描述，但存在用来实践所附权利要求中限定的本发明的各种替换设计和实施例。

Claims

1.一种内置式永磁体电机，包括：

转子，具有中心和多个槽道，所述转子被配置为与定子磁性地相互作用；

第一和第二极，分别由转子中的第一和第二极轴限定；

其中，多个槽道包括第一、第二、第三和第四槽道，第一和第二槽道被设置在第一极中，第三和第四槽道被设置在第二极中；

第一屏障，由第一、第二、第三和第四槽道限定；

其中，第一和第二槽道相对于第一极轴对称，第三和第四槽道相对于第二极轴对称；

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间，所述第二角度限定在第三和第四槽道之间；且

其中，第一角度与第二角度充分地不同以最小化扭矩波动。

2.如权利要求1所述的电机，其中：

多个槽道每一个限定相应中线；

第一角度限定在第一和第二槽道的相应中线之间；和

第二角度限定在第三和第四槽道的相应中线之间。

3.如权利要求1所述的电机，进一步包括：

第三极，由转子中的第三极轴限定；

其中，所述多个槽道包括第五和第六槽道，所述第五和第六槽道设置在第三极中且相对于第三极轴对称；和

第三角度，限定在第五和第六槽道之间，第三角度与第一和第二角度均不同。

4.如权利要求3所述的电机，其中，第一角度是123度，第二角度是137度，第三角度是120度。

5.如权利要求1所述的电机，进一步包括：

第一对外槽道，在第一极中形成为基本上靠近转子的外表面且以第一间距分隔开；

第二对外槽道，在第二极中形成为基本上靠近转子的外表面且以第二间距分隔开，该第二间距不同于第一间距。

6.如权利要求1所述的电机，

其中，所述多个槽道包括第五、第六、第七和第八槽道，第五和第六槽道被设置在第一极中，而第七和第八槽道被设置在第二极中；

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间，而第四角度限定在第七和第八槽道之间，第一，第二，第三和第四角度中的每一个彼此不同。

7.如权利要求6所述的电机，其中第一和第二极中的第二屏障限定相应的第一和第二边缘；并进一步包括：

第一跨角，在第一极中由第二屏障的第一边缘限定；

第二跨角，在第二极中由第二屏障的第二边缘限定，该第二跨角不同于第一跨角。

8.如权利要求6所述的电机，其中，所述多个槽道包括第九、第十、第十一和第十二槽道，第九和第十槽道被设置在第一极中，而第十一和第十二槽道被设置在第二极中。

9.一种内置式永磁体电机，包括：

第一和第二极，分别由转子中的第一和第二极轴限定；

第一屏障，由转子中的多个槽道限定；

其中，多个槽道包括第一、第二、第三和第四槽道，第一和第二槽道被设置在第一极中，而第三和第四槽道被设置在第二极中；

其中，第一和第二槽道相对于第一极轴对称，而第三和第四槽道相对于第二极轴对称，第一、第二、第三和第四中的每一个限定相应中线；

其中，第一、第二、第三和第四槽道大致为矩形形状；

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间，所述第二角度限定在第三和第四槽道之间，第一角度不同于第二角度；

其中，第一和第二极中的第二屏障限定相应的第一和第二边缘；

第一跨角，在第一极中由第二屏障的第一边缘限定；和

第二跨角，在第二极中由第二屏障的第二边缘限定，第二跨角与不同于第一跨角。

10.一种内置式永磁体电机，包括：

第一和第二极，分别由转子中的第一和第二极轴限定；

第一屏障，由第一、第二、第三和第四槽道限定；

其中，多个槽道包括第五、第六、第七和第八槽道，第五和第六槽道被设置在第一极中、而第七和第八槽道被设置在第二极中；

第二屏障，由第五、第六、第七和第八槽道限定；

其中，第一、第二、第五和第六槽道相对于第一极轴对称、而第三、第四、第七和第八槽道相对于第二极轴对称，

其中，第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八槽道大致为弧形；

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间，所述第二角度限定在第三和第四槽道之间；

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间，所述第四角度限定在第七和第八槽道之间；

其中，第一、第二、第三和第四角度中的每一个彼此不同。