CN103580332B - 具有其中心偏离轴线的弧形几何结构的内置式永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置式永磁电机。其转子芯限定多个腔体，且包括设置在每一个腔体中的一个磁体。每一个磁体包括限定具有弧心的弧形形状的横截面。磁体关于极的轴线布置，以限定设置在极的轴线的第一侧的磁体的第一组，和设置在极的轴线的第二侧的磁体的第二组。磁体的第一组和磁体的第二组中的每一个磁体的弧心彼此隔开，且与极的轴线隔开。多个磁体布置在多个层中。在每一层中的每一个磁体的弧心彼此隔开。

Description

具有其中心偏离轴线的弧形几何结构的内置式永磁电机

技术领域

本发明总体涉及一种内置式永磁电机，更特别地，涉及用于内置式永磁电机的转子组件。

背景技术

内置式永磁（IPM）电机通常包括转子，所述转子具有在转子的外周周围交替极性的多个磁体。转子可在定子内旋转，所述定子通常包括多个绕组和交替极性的磁极。

IPM电机可使用铁氧体磁体或稀土磁体，比如NdFeB。铁氧体磁体较为便宜，但当用在相似配置的IPM电机中时，相比于稀土磁体，其产生的性能较低。为了提高使用铁氧体磁体的IPM电机的性能，铁氧体磁体必须被深埋在转子芯内，靠近转子的中心处，使得大量的磁性材料必须被装入转子中。然而，当利用传统的弧形磁体几何结构时（其中转子的极内的弧形形状的磁体的径向中心布置为彼此同心），内置式永磁电机的极的数量必须被减少，以适应每一个极的更大的周向长度。另外，转子极内的磁体的径向外层很小，具有小的半径，其对于生产和装配困难且昂贵。

发明内容

本发明提供了一种内置式永磁电机。该内置式永磁电机包括线绕定子和转子芯。转子芯包括至少一个极，且在该至少一个极中限定多个腔体。转子芯配置用于与线绕定子磁性地相互作用，以绕旋转轴线旋转。内置式永磁电机进一步包括多个磁体。多个磁体中的一个设置在至少一个极中的多个腔体中的每一个内。至少一个极的多个磁体中的每一个包括限定具有弧心的弧形形状的垂直于旋转轴线的横截面。至少一个极的多个磁体中的每一个的弧心彼此隔开，且与极的轴线隔开，所述极的轴线从旋转轴线径向向外延伸。

还提供了一种转子组件。该转子组件包括具有至少一个极的转子芯。转子芯在至少一个极中限定多个腔体。转子芯配置用于绕旋转轴线旋转。转子组件进一步包括多个磁体。多个磁体中的一个设置在至少一个极中的多个腔体的每一个内。至少一个极的多个磁体中的每一个包括限定具有弧心的弧形形状的垂直于旋转轴线的横截面其。至少一个极的多个磁体关于极的轴线对称地布置。极的轴线从旋转轴线径向向外延伸，以限定设置在极的轴线的第一侧的磁体的第一组和设置在极的轴线的第二侧的磁体的第二组。磁体的第一组和磁体的第二组中的多个磁体中的每一个的弧心彼此隔开，且与极的轴线隔开。至少一个极的多个磁体布置在多层中，所述多层相对于旋转轴线彼此隔开。在多层中的每一层中的多个磁体中的每一个的弧心彼此隔开。

因此，每一个极的磁体以周向紧凑的配置布置，允许每一个极的磁体更靠近转子芯的中心（即更靠近旋转轴线）径向延伸，而不限制转子组件的极的数量。另外，每一个极内的磁体的径向最外层包括弧曲率半径，其小于传统的弧磁体几何尺寸，由此降低制造和组装的复杂性，并且降低磁体的成本。

结合附图时，本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从实施本发明的最佳模式的以下详细描述显而易见。

附图说明

图1是内置式永磁（IPM）电机的局部剖视图。

图2是IPM电机的示意性放大局部剖视图。

具体实施方式

本领域技术人员将理解，诸如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等术语是对附图的描述性地使用，不代表本发明保护范围的限制，所述保护范围由所附的权利要求来限定。

参考附图，其中相同的附图标记在几幅图中表示相同的部件，内置式永磁电机总体显示在20处。IPM电机20可包括，但不限于电动机或其他类似的装置。

参考图1，IPM电机20包括线绕定子22和转子组件24。转子组件24配置用于与线绕定子22磁性地相互作用，以相对于线绕定子22围绕旋转轴线26旋转。如图所示，转子组件24包括由第一极轴线30限定的第一极28，和由第二极轴线34限定的第二极32。第一极轴线30和第二极轴线34分别从旋转轴线26穿过第一极28和第二极32的中心径向向外延伸。尽管仅示出了如图所示的第一极28和第二极32，但转子组件24可包括任意偶数数量的极。

转子组件24包括转子芯36，其限定多个腔体38。每一个极在其中包括相同数量的腔体38，所述腔体38以相同的取向布置。腔体38三维地延伸进入转子芯36。旋转轴线26设置在转子芯36的中心处。腔体38可包括挖切部、槽等。转子组件24进一步包括多个磁体40，其中所述多个磁体40中的一个设置在多个腔体38中的每一个内。应意识到，磁体40和腔体38包括基本一致的、垂直于旋转轴线26的横截面形状。磁体40可完全地填充腔体38，或可在磁体和腔体之间留有一个或多个气隙。线绕定子22包括多个绕组42，其与设置在转子芯36的极的腔体38内的磁体40磁性地相互作用，并使得转子芯36绕旋转轴线26相对于线绕定子22旋转。

磁体40可包括任意类型的、适于用在IPM电机20中的磁性材料。例如，每一个磁体40可由铁氧体磁体、铝镍钴磁体或替代地由稀土磁体（例如但不限于钕铁硼（NdFeB））制造，并且包括上述磁体。

磁体40和腔体38的形状和取向在下文中参考图2详细描述。尽管这里提供的描述被限于图2中所示的第一极，但应意识到，转子组件24的所有极可以与这里参考图2中所示的第一极28所描述的取向相同。但是，应意识到，每一个极可与这里所描述的第一极28的取向略有不同。

参考图2，每一个磁体40包括限定具有弧心的弧形形状的垂直于旋转轴线26的横截面。第一极28的磁体40可以（但不必须）关于第一极的轴线30对称地布置，以限定磁体40的第一组44和磁体40的第二组48。磁体40的第一组44设置在第一极的轴线30的第一侧46，磁体40的第二组48设置在第一极的轴线30的第二侧50。磁体40的第一组44和磁体40的第二组48可以（但不必须）是从第一极的轴线30的一边到另一边的彼此的镜像。第一组44的磁体40中的每一个完全地设置在第一极的轴线30的第一侧46。类似地，第二组48的磁体40中的每一个完全地设置在第一极的轴线30的第二侧50。

第一极28中的由转子芯36限定的腔体38布置在相对于旋转轴线26隔开的一或多层中，其中每一层都与其它层隔开。如图中所示，腔体38限定三层，即第一层52或相对于旋转轴线26的径向最外层、第二侧54或径向中间层和第三层56或相对于旋转轴线26的径向最内层。然而，应意识到，腔体38可仅限定一层，或可以限定多于所示的三层。另外，每一层可在其中包括任意数量的腔体38。如图所示，第一层52包括两个腔体38，第二层54包括两个腔体38，且第三层56包括两个腔体38。然而，在每层中的腔体38的数量可不同于所示的示例性实施例。

参考图2，第一极28包括设置在磁体40的第一组44的第一层52中的第一磁体58、设置在磁体40的第二组48的第一层52中的第二磁体60、设置在磁体40的第一组44的第二层54中的第三磁体62、设置在磁体40的第二组48的第二层54中的第四磁体64、设置在磁体40的第一组44的第三层56中的第五磁体66和设置在磁体40的第二组48的第三层56中的第六磁体68。第一磁体58的弧心由参考点70标示，第二磁体60的弧心由参考点72标示，第三磁体62的弧心由参考点74标示，第四磁体64的弧心由参考点76标示，第五磁体66的弧心由参考点78标示，第六磁体68的弧心由参考点80标示。磁体40的第一组44包括第一磁体58、第三磁体62和第五磁体66。磁体40的第二组48包括第二磁体60、第四磁体64和第六磁体68。磁体40的第一层52包括第一磁体58和第二磁体60。磁体40的第二层54包括第三磁体62和第四磁体64。磁体40的第三层56包括第五磁体66和第六磁体68。

第一极28内的磁体40中的每一个的弧心彼此隔开，且与第一极的轴线30隔开。磁体40的第一组44的磁体40的弧心设置在第一极的轴线30的第二侧50。类似地，磁体40的第二组48的磁体40的弧心设置在轴线的第一侧46。

第一层52、第二层54和第三层56的每一个中的每一个磁体40的弧心彼此隔开。磁体40的第一层52的每一个磁体包括第一半径82，磁体40的第二层54的每一个磁体包括第二半径84，且磁体40的第三层56的每一个磁体包括第三半径86。第三半径86大于第二半径84，第二半径84大于第一半径82。优选地，第一半径82、第二半径84和第三半径86每一个包括在20mm和60mm之间的值。然而，应意识到，第一半径82、第二半径84和第三半径86的值可不同于这里提供的示例性范围。

磁体40的多层中的每一层包括一厚度。如图2中所示，磁体40的第一层52包括第一厚度88，磁体40的第二层54包括第二厚度90，且磁体40的第三层56包括第三厚度92。因此，每层中的每一个磁体包括相同的厚度。每层中的磁体40的厚度不同。如图所示，磁体40的每层中的磁体40的厚度随着距旋转轴线26的径向距离的增大而减小。因此，磁体40的第一层52的第一厚度88小于磁体40的第二层54的第二厚度90，且磁体40的第二层54的第二厚度90小于磁体40的第三层56的第三厚度92。优选地，用于磁体40的第一层52的第一厚度88、用于磁体40的第二层54的第二厚度90、和用于磁体40的第三层56的第三厚度92在2mm和5mm之间。然而，应意识到，第一厚度88、第二厚度90和第三厚度92可与这里提供的示例性范围不同。

以上描述的腔体38和磁体40在每一个极内的取向和定位允许磁体40更靠近旋转轴线26（即更靠近转子芯36的中心）定位，而不增大每一个极的周向宽度。因此，磁体40可定位得更靠近转子芯36的中心，而不减少转子组件24中的极的数量。另外，以上描述的腔体38和磁体40的取向允许第一层52的磁体40包括更大的曲率半径，由此简化磁体40的制造和磁体在转子芯36内的安装。

详细描述和附图或视图支持和描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。尽管已详细描述了用于执行要求保护的发明的最佳模式和其他实施例，存在各种替换涉及和实施例，用于实践限定在所附权利要求中的本发明。

Claims (10)

1.一种内置式永磁电机，包括：

线绕定子；

转子芯，包括至少一个极，并在该至少一个极中限定多个腔体，其中转子芯配置用于与线绕定子磁性地相互作用，以围绕旋转轴线旋转；和

多个磁体，该多个磁体中的一个设置在该至少一个极中的多个腔体中的每一个内；

其中所述至少一个极的所述多个磁体中的每一个包括限定具有弧心的弧形形状的垂直于旋转轴线的横截面；且

其中所述至少一个极的多个磁体中的每一个的弧心彼此隔开，且与极的轴线隔开，所述极的轴线从旋转轴线径向向外延伸，以使每一个极内的取向和定位允许磁体更靠近旋转轴线定位，而不增大每一个极的周向宽度，磁体的厚度随着距旋转轴线的径向距离的增大而减小。

2.如权利要求1所述的内置式永磁电机，其中所述至少一个极的多个磁体关于极的轴线布置，以限定设置在该极的轴线的第一侧的磁体的第一组，和设置在该极的轴线的第二侧的磁体的第二组。

3.如权利要求2所述的内置式永磁电机，其中磁体的第一组的每一个磁体完全设置在该极的轴线的第一侧，且其中磁体的第二组的每一个磁体完全设置在该极的轴线的第二侧。

4.如权利要求3所述的内置式永磁电机，其中磁体的第一组的磁体弧心设置在该极的轴线的第二侧，且其中磁体的第二组的磁体弧心设置在该极的轴线的第一侧。

5.如权利要求1所述的内置式永磁电机，其中所述至少一个极的多个磁体布置在相对于旋转轴线隔开的磁体的至少一层中。

6.如权利要求5所述的内置式永磁电机，其中在所述至少一层的每一层中的多个磁体中的每一个的弧心彼此隔开。

7.如权利要求6所述的内置式永磁电机，其中磁体的所述至少一层包括磁体的第一层和磁体的第二层。

8.如权利要求7所述的内置式永磁电机，其中磁体的第一层中的每一个磁体包括第一半径，其中磁体的第二层中的每一个磁体包括第二半径，且其中第二半径大于第一半径。

9.如权利要求8所述的内置式永磁电机，其中磁体的所述至少一层包括磁体的第三层，其中磁体的第三层中的每一个磁体具有大于第二半径的第三半径。

10.如权利要求9所述的内置式永磁电机，其中第一半径、第二半径和第三半径每一个包括在20mm和60mm范围之间的值。