CN103872818B - 内部永磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种内部永磁同步电机。在该电机内，V型凹槽在相邻永磁体之间设置在转子的外表面内。V型凹槽的角度在103°到107°的范围内。

Description

内部永磁同步电机
相关申请的交叉引用
根据美国法典第35篇第119（a）节，本申请要求于2012年12月11日提交的韩国专利申请No.10-2012-0143349的利益，将该申请的内容整体通过引证结合于此。
技术领域
本发明总体上涉及一种电动机，其中，永磁体嵌入转子内，并且更具体而言，涉及一种内部永磁同步电机，其中，改进了形成在转子内的V型凹槽的特征，从而显著减少低速时的转矩波动和所产生的噪音。
背景技术
近年来，由于关于过度使用化石燃料越来越受到人们的关注，所以高效高性能的电装置已经得到广泛的关注。其中，为了减少气体排放，已经研制出环保型车辆，诸如电动汽车、混合式电动汽车等等。为了用于这种环保型车辆内，通常使用内部永磁同步电机，并且一贯注意提高其总成本和整体操作。这种内部永磁同步电机的结构促使将永磁体嵌入转子内。这种电机需要高转矩和低转矩波动，并且通过系统化的优化设计提供这种电机。
然而，在这种普通的内部型电机内，低速时的转矩波动促使产生高频噪音，降低了产品质量。因此，需要这样一种结构，即，在该结构中，在以低速进行再生制动时，转矩波动减小，从而减少噪音。
作为这个问题的解决方法，已经提供了一种用于混合式驱动电机的转子。在这个电机内，环形本体设置在具有铁芯的定子内部，供电线圈缠绕在该铁芯周围。永磁体单元嵌入环形本体内，并且该永磁体单元具有一对分开的左右永磁体，而且，U型截面凹槽凹入环形本体的其中未嵌入这对永磁体的部分内。然而，该技术未减小由于低速时电机内的转矩波动造成的高频噪音，因此，依然需要提供一种减少高频噪音的电机。
仅仅为了理解本发明的背景而提供有关相关技术的描述，因此，本领域的技术人员不应将该描述理解为承认其为相关技术。
发明内容
因此，使得本发明已经记住相关技术中出现的以上问题，并且本发明旨在提供一种内部永磁同步电机，其中，在转子内形成V型凹槽，以显著减少低速时的转矩波动以及所产生的噪音。
为了实现以上目标，根据本发明的一个方面，提供了一种内部永磁同步电机，其中，在设置在转子中的相邻永磁体之间，V型凹槽设置在转子的外表面上。更具体而言，V型凹槽的角度可在103°到107°范围。
在本发明的某些示例性实施例中，所述凹槽可朝着转子的内部（朝着中心）形成在转子的外表面内，并且凹槽的深度可为转子的外径的4.5～4.7%。而且，所述永磁体可成行地依次设置在转子内。
而且，所述永磁体可设置成具有N极和S极的8个偶极子，从而N极和S极的总数为16。所述凹槽在最深布置（disposition）处具有圆形端，并且所述圆形端具有的曲率半径可在大约0.3mm到1mm范围内。
由于V型凹槽，提高了电极的整体操作，从而显著减少了低速时的转矩波动以及所产生的噪音。具体而言，可显著减小第48个谐波含量（即，电机的转矩波动的主含量）内的噪音。
附图说明
通过以下结合附图进行的详细描述，将更清晰地理解本发明的以上和其他目标、特征以及优点，其中：
图1为示出根据本发明的一个示例性实施例的内部永磁同步电机的视图；
图2和3为示出该实施例的内部永磁同步电机和相关技术的电机的转矩波动的差异的视图；以及
图4和5为示出该示例性实施例的内部永磁同步电机和相关技术的电机的噪音的差异的视图。
具体实施方式
现在将更详细地参照本发明的一个优选实施例，在附图中示出其一个实例。如果可能，在所有视图和描述中将使用相同的参考数字表示相同或相似的部件。
应理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他相似的术语通常包括机动车辆，诸如包括运动型多用途车（SUV）的客车、公共汽车、卡车、各种商用车辆、包括各种船舶的船只、飞机等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、燃烧插电式混合动力汽车、氢动力车辆以及其他可替代燃料车辆（例如，源自石油以外的资源的燃料）。
本文中所使用的术语仅仅用于描述特定的实施例，而并非旨在限制本发明。如本文中所使用的，单数形式“一（a）”、“一个（an）”以及“该（the）”旨在也包括复数形式，除非上下文中另有明确说明。进一步应理解的是，术语“包括（comprises）”和/或“包括（comprising）”在用于本说明书内时明确说明所述特征、整体、步骤、操作、部件和/或元件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、部件、元件、和/或其组的存在或增加。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个所列出的相关项的任意和所有组合。
图1为示出根据本发明的一个示例性实施例的内部永磁同步电机的视图。提供了内部永磁同步电机，其中，V型凹槽200在设置在转子100的外表面上的相邻永磁体300和300’之间设置在转子内。更具体而言，V型凹槽200的角度可在大约103°到107°的范围内。凹槽200朝着转子的内部形成在转子100的外表面内，并且凹槽的深度（H）可为转子100的外径的大约4.5～4.7%。电机内的永磁体可成行地依次设置在转子内，使得相反的极性交替。在本文中，可通过各种形式执行永磁体在转子100内的设置。
本发明的特征在于转子100的外表面，特别是形成在外表面内的凹槽的形状。这是因为转矩波动和所产生的噪音的特征根据凹槽的形状而多样化。具体而言，转子包括多个钢板，这些钢板以所示截面形状的形式层叠，并且将省略对它的详细描述。
如图中所示，内部永磁同步电机构造成使得永磁体成行地依次设置在转子内，相邻永磁体300和300’隔开一定距离，使得各个磁体的N和S极交替，并且使得朝着转子的内部（中心）凹入外部表面内的V型凹槽200在永磁体的磁极之间形成在永磁体之间。
V型凹槽200的形状可由凹槽的角度和深度限定。角度（G）优选地在大约103°到107°的范围内。这是因为如果角度超过这个范围，那么转矩波动就变得更大，从而所产生的噪音进一步增加。具体而言，人们在低速范围所听到的高频噪音对于大部分用户而言都是令人讨厌的，并且如果凹槽的角度限于这个范围，那么可显著降低高频噪音。
而且，相对于转子的外径，凹槽的深度（H）在大约4.5%到4.7%的范围内。如果深度超过这个范围，那么低速时的转矩波动和所产生的噪音增大。具体而言，由于凸出部（embossed portion）120此外在凹槽的最深端附近形成在转子内以精确地层叠用于转子的钢板，所以凹槽形成在形成有凸出部的位置之外。
同时，在一个实施例中，转子100内的永磁体300的串联设置使得提供N和S极的8个偶极子，从而N和S极的总数为16。而且，凹槽200的最深端220形成为圆形，并且在一个实施例中，凹槽200的圆形端220可优选地具有的曲率半径在0.3mm到1mm的范围内。如上所述，由于凸出部此外在凹槽的最深端附近形成在转子内以精确地层叠用于转子的钢板，所以凹槽形成在形成有凸出部的位置之外。
图2和3为示出示例性实施例的内部永磁同步电机和相关技术的电机的转矩波动的差异的视图。图2示出了相关技术的电机，其中，凹槽具有108°或更大的角度，该角度大于本发明中的角度，并且凹槽具有的深度为转子的外径的4.4%或更小，该深度小于本发明中的深度。图3示出了本发明的电机，其中，凹槽具有105°的角度且具有的深度为转子的外径的4.6%。而且，凹槽的最深端为圆形，曲率半径为0.8mm。
与图2中所示的相关技术的情况相比，可以看到，在本发明的电机内，最大转矩从大约211NM增加至217NM，并且转矩波动从大约26.6NM和12.6%减小为16.5NM和7.6%。
图4和5为示出示例性实施例的内部永磁同步电机和相关技术的电机的噪音的差异的视图。在图4中，水平轴表示速度（Km/h），并且竖直轴表示谐波的频率。彩色部分示出了噪音度（L/dB）。以这样的方式测试电机，即，将各个电机安装在混合动力车辆内，并且通过从60km/h开始进行再生制动来各个电机进行测试。
如从图中可以看到，噪音在第48个谐波处显著降低。如对于噪音而言在本领域中众所周知的，在三相电机的情况下，基本含量是为偶极子的数量的6倍的因子。因此，在具有8个偶极子的本实施例的情况下，其基本含量变成第48个谐波，该谐波为8个偶极子的6倍。可知本实施例在第48个谐波含量处具有相对于相关技术显著减小的噪音。
图5为详图，其中，仅仅详细示出了第48个谐波含量，其中，水平轴表示速度，并且竖直轴表示噪音度。如从图中可以看到，可知本发明的实例（B）已经相对于相关技术的实例（A）具有显著减小的噪音。
以这样的方式测试电机，即，将各个电机安装在混合动力车辆内，并且通过从60km/h开始进行再生制动来各个电机进行测试。在进行测试时，显著减小低速时的噪音。通常，在车辆的情况中，减小高速时的高频噪音，并且由于轮胎的道路噪音、风噪音、或者发动机噪音，所以听不到高频噪音，尤其在再生制动过程中，低速时的外来噪音非常小，因此，显著减小高频噪音。
根据具有所述结构的内部永磁同步电机，V型凹槽改进了电机的操作，从而显著减少低速时的转矩波动和所产生的噪音。具体而言，可显著减少在作为电机的转矩波动的主要含量的第48个谐波含量内的噪音。
虽然为了进行说明已经描述了本发明的一个优选实施例，但是本领域技术人员将理解的是，在不背离如所附权利要求书内所公开的本发明的精神和范围的情况下，可进行各种修改、添加和替换。

Claims (3)

1.一种内部永磁同步电机，所述内部永磁同步电机包括：
转子，所述转子包括介于嵌入在所述转子中的相邻永磁体之间且位于所述转子的外表面中的V型凹槽，其中，所述V型凹槽具有的角度在103°到107°的范围内，
其中，所述凹槽朝着所述转子的内部形成在所述转子的所述外表面中，并且所述凹槽的深度为所述转子的外径的4.5～4.7％，
所述凹槽在其最深位置处具有圆形端，所述圆形端具有的曲率半径在0.3mm到1mm的范围内。
2.根据权利要求1所述的内部永磁同步电机，其中，所述永磁体成行地依次布置在所述转子内。
3.根据权利要求2所述的内部永磁同步电机，其中，所述永磁体设置成具有N极和S极的8个偶极子，使得所述N极和S极的总数为16。
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