CN103199642A - 电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电机，该电极包括具有线圈的定子和相对于该定子旋转的转子，其中，转子被提供有多个隔磁槽，该多个隔磁槽在圆周方向上间隔设置以抑制磁通在转子中的绕行，永磁体安装于每个隔磁槽中，以及可变磁阻构件(其磁阻随温度升高而增大)被设置在转子中的与隔磁槽相比更靠近定子的区域。

Description

电机

技术领域

本发明的实施例涉及一种电机。

背景技术

日本专利申请公开No.2010-154755披露了一种电机，该电机包括具有多个线圈的环形定子以及设置于定子内的转子，该转子具有嵌入其中的永磁体，其中转子通过由线圈产生的旋转磁场和由转子的永磁体产生的磁场之间的相互作用旋转。

对于采用永磁体作为场磁体的电机来说，场通量是均匀的，因此，杂散电压与每分钟转数(rpm)成比例地增大。另外，在预定转矩区域的最大rpm基于杂散电压和逆变器驱动电路的输出电压之间的关系而确定。特别地，提供给电机的电流由于逆变器驱动电路的输出电压的限制而减小，结果转矩减小，最大rpm保持较低。

在日本专利申请公开No.2010-154755所披露的电机中，线圈设置于磁体的不同磁极之间的隔磁槽(flux barrier)中，且提供给该线圈的电流的量和方向基于转子的rpm得以控制，从而控制磁通及磁极的方向，由此实现高转矩和高功率。

然而，在日本专利申请公开No.2010-154755所披露的电机中，额外提供一种结构，该结构用于基于转子的rpm控制供应到线圈(设置于磁体的不同磁极之间的隔磁槽中)的电流量，结果该控制复杂并且成本增加。

发明内容

因此，本发明的一方面是提供一种电机，其中该电机通过相对简单的结构而基于转子的rpm调整磁通。

本发明的额外的方面将在以下的描述中部分地阐述，并且部分将从该描述中明显或可以通过对本发明的实践而了解。

根据本发明的一方面，一种电机包括具有线圈的定子和相对于定子旋转的转子，其中，转子被提供有在圆周方向上间隔设置以抑制磁通在转子中的绕行的多个隔磁槽，永磁体安装于每个隔磁槽中，以及可变磁阻构件(其磁阻随温度升高而增大)被设置在转子的与隔磁槽离相比更靠近定子的区域。

当转子以较高的速度旋转时，由于转子铁损耗，自转子产生热。随着温度因自转子产生的热而升高，可变磁阻构件的磁阻增大。结果，永磁体的穿过可变磁阻构件的磁通减少，由此抑制杂散电压的增大并因而扩大操作区域或实现高效率。此外，省略了可变地控制永磁体磁通的复杂控制电路，因此，使电机小型化或降低成本。

电机还可包括控制器，该控制器将谐波分量施加到供给至定子线圈的电流。

当转子的温度相对较低时，已经被施加了谐波分量的电流被提供给定子的线圈，以加速由于转子的铁损耗而从转子产生热。结果，可变磁阻构件的磁阻增加以调整磁通，因此改善电机性能。此外，用于控制切换逆变电路的现有的逆变器驱动系统可作为施加谐波分量的控制器，从而降低成本。

每个隔磁槽可包括矩形的安装槽和倾斜槽，倾斜槽从安装槽的相反端部向定子延伸以使得倾斜槽向外倾斜，板状的永磁体可至少安装于安装槽中，以及可变磁阻构件可至少安装于永磁体的板状表面投影在定子上的区域内。

在这个实施例中，可变磁阻构件仅被安装于意欲减小永磁体的磁通的区域处。结果，可变磁阻构件的使用量减少，从而降低成本。此外，转子的外圆周部分被切削，可变磁阻构件安装于被切削掉的部分。因此，可变磁阻构件可容易地装配到转子中，从而提高装配效率。

每个隔磁槽可包括板状的永磁体安装于其中的一对矩形的安装槽，矩形的安装槽彼此成直角或钝角设置，可变磁阻构件可至少被安装于永磁体的板状表面投影在定子上的区域内。

在这个实施例中，可变磁阻构件仅被安装于意欲减少安装于安装槽中的永磁体的磁通的区域。结果，可变磁阻构件的使用量减少，从而降低成本。

附图说明

通过结合附图对实施例的以下描述，本发明的这些和/或其他方面将变得明显，且更易于理解，在图中：

图1为依据本发明实施例的电机的结构的平面图；

图2为连接到电机的控制器的结构的框图；

图3为显示出电机的转数和转矩与效率之间的关系的曲线图；

图4为根据本发明另一实施例的电机的结构的平面图；

图5为根据本发明另一实施例的电机的结构的平面图；

图6为根据本发明另一实施例的电机的结构的平面图；以及

图7为根据本发明另一实施例的电机的结构的平面图；

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终指代相同的元件。实施例中公开的结构仅是示例性的，并不涵盖本发明的所有技术宗旨，因此，将理解，实施方式可以被不同地改进和变形。

图1是根据本发明实施例的电机的结构的平面图。如图1所示，电机20为内转子型电机，其包括环形定子21和可旋转地安装于定子21内部的转子25。

定子21通过将环形(donut-shaped)的电磁钢片堆叠成圆筒状而形成。在定子21的内圆周处设置有多个齿22，齿22沿径向方向向内伸出、在圆周方向上间隔开且沿轴向延伸。用于产生旋转磁场的线圈缠绕于齿22上。

转子25通过堆叠电磁钢片形成。轴孔25a形成于转子25的中心。旋转轴15安装于轴孔25a中。转子25与旋转轴15一起在定子21内部旋转。

在圆周方向上间隔设置的多个隔磁槽26形成在转子25的轴孔25a的外圆周处。每个隔磁槽26包括矩形的安装槽26a和倾斜槽26b，倾斜槽26b从安装槽26a的相反端部向定子21延伸使得倾斜槽26b向外倾斜。

板状的永磁体27安装于每个安装槽26a中。倾斜槽26b构成气隙以防止磁通绕向相邻的隔磁槽26。

在具有上述结构的电机20中，电流被顺序地供应到定子21的线圈23，使得转子25通过由线圈23产生的旋转磁场和由转子25的永磁体27产生的磁场之间的相互作用旋转。电机20的转数基于电流被顺序供应给线圈23时的速度而受到控制。

在具有永磁体27的转子25旋转时，在定子21中产生基于转子25的转数的感生电动势。该感生电动势在抵消从外部提供给定子21的线圈23的电压的方向上产生。由于这个原因，电机20的最大rpm被限制为使得杂散电压等于或小于从外部施加到线圈23的电压。

根据该实施例的电机20被构造为在转子25高速旋转时，永磁体27的磁通减小，由此限制杂散电压的增大。

特别地，可变磁阻构件28安装在转子25处，在径向方向上位于隔磁槽26外部。可变磁阻构件28的磁阻随温度的升高而增大。

当转子25高速旋转时，由于转子25的铁损耗或线圈23的焦耳损耗，自转子25产生热。随着温度因从转子25产生的热而升高，可变磁阻构件28的磁阻增加。结果，永磁体27的穿过可变磁阻构件28的磁通减少，由此抑制杂散电压的增大，并因而扩大操作区域或实现高效率。在这种构造中，省略了用于可变地控制永磁体27的磁通的复杂控制电路，从而使电机20小型化或降低成本。

当转子25的温度相对较低时，例如，当电机20的操作开始时，谐波分量可被施加到被提供给定子21的线圈23的电流。以下文中，将参考图2描述由于施加谐波分量的控制器50的结构。

图2是显示出连接到电机的控制器的结构的框图。如图2所示，控制器50被配置为控制逆变电路(inverter circuit)54的切换。速度控制单元51基于电机20的旋转角频率和速度指令输出电流指令。谐波施加单元52将谐波分量施加到从速度控制单元51输出的电流指令。电流控制单元53基于d轴电流和q轴电流输出电压指令。

逆变电路54将整流后的直流电流转换为三相交流电流，并将该三相交流电流提供给电机20。旋转坐标转换单元55将通过三相/两轴转换电机电流得到的固定坐标电流进行坐标转换以输出d轴和q轴电流。编码器56探测转子25的位置。数字转换器57基于编码器56的探测结果计算旋转角频率。该旋转角频率被输入到速度控制单元51。

结果，施加到提供给电机20的电流的谐波分量加速了由转子25的铁损耗引起的自转子25产生热。用于控制切换逆变电路54的现有的逆变器驱动系统用作用于施加谐波分量的控制器50，从而降低成本。

图3为显示出电机的转数和转矩与效率之间的关系的曲线图。如图3所示，与不具有可变磁阻构件28的常规电机相比，根据该实施例的具有可变磁阻构件28的电机20具有更大的最大rpm，因此，操作区域增大。此外，与常规电机相比，根据该实施例的电机20具有更高的效率，因此，减少了功耗。

图4为显示出根据本发明另一实施例的电机的结构的平面图。除可变磁阻构件28的形状之外，该实施例与图1的实施例相同。因此，该实施例中的与图1的实施例中的元件相同的元件用相同的附图标记表示，并且将仅描述其间的差异。

如图4所示，在圆周方向上间隔设置的多个隔磁槽26形成于转子25的轴孔25a的外圆周。每个隔磁槽26包括矩形的安装槽26a和倾斜槽26b，倾斜槽26b从安装槽26a的相反端部向定子21延伸使得倾斜槽26b向外倾斜。

板状的永磁体27安装于每个安装槽26a中。倾斜槽26b构成气隙以防止磁通绕向相邻的隔磁槽26。

可变磁阻构件28安装于转子25处，在径向方向上位于隔磁槽26之外。具体而言，可变磁阻构件28安装于永磁体27的板状表面投影在定子21上的区域内。可变磁阻构件28的磁阻随温度升高而增大。

在这个实施例中，可变磁阻构件28仅安装于意欲减小永磁体27的磁通的区域。结果，可变磁阻构件28的使用量减少，从而降低成本。此外，转子25的外圆周部分被切削，可变磁阻构件28安装于被切削掉的部分。因此，可变磁阻构件28容易地装配到转子25中，由此提高装配效率。

图5为显示出根据本发明另一实施例的电机的结构的平面图。除隔磁槽26的形状之外，该实施例与图1的实施例相同。因此，该实施例中的与图1的实施例中的元件相同的元件用相同的附图标记表示，并且将仅描述其间的差异。

如图5所示，在圆周方向上间隔设置的隔磁槽26形成于转子25的轴孔25a的外圆周处。每个隔磁槽26包括彼此垂直地设置的一对矩形安装槽26a。板状的永磁体27安装于每个安装槽26a中。

可变磁阻部件28安装于转子25处，在径向方向上位于隔磁槽26之外。具体而言，可变磁阻部件28安装于安装在相应的安装槽26a中的永磁体27的板状表面投影在定子21上的区域内。可变磁阻构件28的磁阻随温度的升高而增大。

在这个实施例中，可变磁阻构件28仅被安装于意欲减小永磁体27的磁通的区域。因此，可变磁阻构件28的使用量减少，从而降低成本。

此外，电机还可如下设置：

如图6所示，例如，每个隔磁槽26可包括矩形的安装槽26a和倾斜槽26b，倾斜槽26b从安装槽26a的相反端部向定子21延伸使得倾斜槽26b向外倾斜，永磁体27可安装于安装槽26a和倾斜槽26b中。

此外，如图7所示，每个隔磁槽26可包括弯曲的安装槽26a，曲板形的永磁体27可安装于弯曲的安装槽26a中。

在这个实施例中，包括设置在定子21内圆周的转子25的内转子型电机被用作电机20。备选地，包括在定子21外圆周旋转的转子25的外转子型电机也可被用作电机20。

此外，在图5的实施例中，构成每个隔磁槽26的一对安装槽26a彼此垂直地设置。备选地，安装槽26a之间的角度也可以是钝角。

通过以上描述显而易见，实施例具有以下效果。当转子以较高速度旋转时，由于转子的铁损耗，从转子产生热。随着温度由于自转子产生的热而升高，可变磁阻构件的磁阻增大。结果，永磁体的穿过可变磁阻构件的磁通减少，由此抑制了杂散电压的增加，并由此扩大操作区域或实现高效率。此外，省略了用于可变地控制永磁体的磁通的复杂控制电路，因此，使电机小型化或降低成本。

尽管已经示出和描述了本发明的几个实施例，但是应当理解的是，本领域的普通技术人员可以对这些实施方式进行变化，而不脱离本发明的原理和精神，本发明的范围由权利要求及其等效物所限定。

Claims (6)

1.一种电机，包括具有线圈的定子和相对于该定子旋转的转子，其中

所述转子被提供有多个隔磁槽，该多个隔磁槽在圆周方向上间隔设置以抑制磁通在所述转子中的绕行，

永磁体安装于每个隔磁槽中，以及

可变磁阻构件，其磁阻随温度升高而增大，被设置在所述转子的与所述隔磁槽相比更靠近所述定子的部分。

2.如权利要求1所述的电机，还包括控制器，该控制器将谐波分量施加到供给到所述定子的所述线圈的电流。

3.如权利要求1所述的电机，其中

每个隔磁槽包括矩形的安装槽和倾斜槽，所述倾斜槽从所述安装槽的相反端部向所述定子延伸以使得所述倾斜槽向外倾斜，

板状的永磁体至少安装于所述安装槽中，以及

所述可变磁阻构件至少安装于所述永磁体的板状表面投影在所述定子上的区域内。

4.如权利要求2所述的电机，其中

每个隔磁槽包括矩形的安装槽和倾斜槽，所述倾斜槽从所述安装槽的相反端部向所述定子延伸以使得所述倾斜槽向外倾斜，

板状的永磁体至少被安装于所述安装槽中，以及

所述可变磁阻构件至少被安装于所述永磁体的板状表面投影在所述定子上的区域内。

5.如权利要求1所述的电机，其中

每个隔磁槽包括板状的永磁体安装于其中的一对矩形的安装槽，所述矩形的安装槽彼此成直角或钝角设置，以及

所述可变磁阻构件至少被安装于所述永磁体的板状表面投影在所述定子上的区域内。

6.如权利要求2所述的电机，其中

每个隔磁槽包括板状的永磁体安装于其中的一对矩形的安装槽，所述矩形的安装槽彼此成直角或钝角设置，以及

所述可变磁阻构件至少被安装于所述永磁体的板状表面投影在所述定子上的区域内。

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