CN104659938A

CN104659938A - 电机

Info

Publication number: CN104659938A
Application number: CN201410688149.3A
Authority: CN
Inventors: 金成一; 林成泽
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2034-11-25
Also published as: KR102118152B1; US20150145371A1; EP2876785A3; KR20150059974A; EP2876785B1; EP2876785A2; CN104659938B; ES2765192T3; US10003226B2

Abstract

本发明提供一种电机，所述电机包括具有中空部分的圆筒形定子和可旋转地布置在所述定子内部的转子。所述转子包括：圆筒形转子主体；永磁体组，设置到所述转子主体，用于形成磁场；磁通量屏障组，用于中断磁通量。所述转子主体、永磁体组和磁通量屏障组相对于所述转子的磁极的中心线非对称地形成。

Description

电机

技术领域

公开于此的实施例涉及一种永磁体设置在转子中的内置式永磁(IPM)电机。

背景技术

电机广泛用于包括洗衣机、冰箱、空调、清洁器等的电器(例如，家用电器、商用电器等)中。电机还用于电动车辆和混合动力车辆中，其最近引起了关注。

电机可根据使用电机的产品而被设计为单向或双向旋转。例如，由于洗衣机和清洁器中使用的电机需要双向旋转，因此需要电机进行高性能的双向旋转。

相反，对于冰箱和空调的压缩机中使用的大部分电机仅需要单向旋转。此外，在电动车辆或混合动力车辆的情况下，当车辆向前运动时，车辆中使用的电机需要高的性能，而当车辆向后运动时，不需要与向前运动一样高的性能。

即使在电机仅需要单向旋转或沿电机旋转的两个方向中的一个方向不需要高的性能的情况下，电机也可具有与双向电机几乎相同的结构。

发明内容

因此，本公开的一方面提供一种设置有非对称结构的电机，以提高单向旋转的性能并降低制造成本。

本公开的其它方面将在下面的描述中进行部分地阐述，部分将通过描述而明显，或者可通过本公开的实践而了解。

根据本公开的一方面，一种电机可包括圆筒形定子和可旋转地布置在所述定子内部的转子，其中，所述转子可包括：圆筒形转子主体；永磁体组，设置到所述转子主体，用于产生磁场；磁通量屏障组，用于中断磁通量，其中，所述转子主体、所述永磁体组和所述磁通量屏障组相对于所述转子的磁极的中心线非对称地形成。

所述永磁体组可嵌入在所述转子主体中。

所述永磁体组可包括设置在所述转子主体中的第一永磁体，使得磁场沿所述转子主体的径向产生。

所述转子的磁极的中心线可位于所述第一永磁体的中心线。

所述永磁体组还可包括非对称地设置在所述第一永磁体的两端处的至少两个永磁体。

所述至少两个永磁体可在所述第一永磁体的周围产生非对称的磁场。

所述至少两个永磁体可包括：第二永磁体，布置在所述第一永磁体的面向与旋转方向相反的方向的侧部处；第三永磁体，布置在所述第一永磁体的面向旋转方向的另一侧部处，所述第三永磁体产生的磁场大于所述第二永磁体的产生的磁场。

所述第三永磁体的尺寸可大于所述第二永磁体的尺寸。

所述磁通量屏障组可包括非对称地设置在所述永磁体组的两端处的多个磁通量屏障。

所述多个磁通量屏障中的设置在所述永磁体组的面向与旋转方向相反的方向的一侧部处的磁通量屏障比设置在所述永磁体组的面向旋转方向的另一侧部处的另一磁通量屏障中断更多的磁通量。

设置在所述永磁体组的面向与旋转方向相反的方向的一侧部处的磁通量屏障的数量可大于设置在所述永磁体组的面向旋转方向的另一侧部处的磁通量屏障的数量。

所述转子主体的外周表面和所述转子主体的中心之间的距离可根据所述外周表面上的各位置变化。

所述转子主体的外周表面上的限定所述外周表面与所述转子主体的中心之间的最长距离的位置可沿所述转子的旋转方向与所述转子的磁极的中心线分开预定角度。

所述转子和所述定子之间的气隙的宽度可沿着所述转子的外周表面变化。

所述转子上的限定所述气隙的最小宽度的位置可沿所述转子的旋转方向与所述转子的磁极的中心线分开预定角度。

根据本公开的一方面，一种电机可包括定子和可旋转地布置在所述定子内部的转子，其中，所述转子包括：转子主体；永磁体组，设置到所述转子主体，用于形成磁场；磁通量屏障组，用于中断磁通量。形成在所述定子和所述转子的外周表面之间的气隙的尺寸可变化。

多个永磁体组可设置到所述转子主体，并且所述转子主体的相邻的永磁体组之间的部分处的气隙的尺寸可大于所述转子主体的与永磁体组的中部对应的部分处的气隙的尺寸。

所述永磁体组可包括第一永磁体、设置在所述第一永磁体的一侧部处的第二永磁体和设置在所述第一永磁体的另一侧部处的第三永磁体，并且所述第三永磁体的尺寸可大于所述第二永磁体的尺寸。

所述磁通量屏障组可包括设置在所述永磁体组的一端上的第一磁通量屏障、设置在所述永磁体组的另一端上的第二磁通量屏障和设置在所述第一磁通量屏障与所述永磁体组的所述一端之间的第三磁通量屏障。第四磁通量屏障可邻近所述永磁体组的所述一端设置，其中，所述永磁体的所述一端位于所述永磁体组的比所述转子主体的中心更靠近所述转子主体的外周的侧部。

根据本公开的一方面，一种电机可包括定子和可旋转地布置在所述定子内部的转子，其中，所述转子包括：转子主体；永磁体组，设置到所述转子主体，用于形成磁场；磁通量屏障组，用于中断磁通量。所述永磁体组可包括具有与另一永磁体的尺寸不同的尺寸的至少一个永磁体，并且所述磁通量屏障组中设置在所述永磁组的一端处的磁通量屏障可比设置在所述永磁体组的另一端处的磁通量屏障多。

附图说明

通过下面结合附图对示例性实施例进行的描述，本公开的这些和/或其它方面将变得明显并更容易理解，其中：

图1是示出根据本公开的实施例的电机的剖视图；

图2是示出传统电机的局部剖视图；

图3是示出根据本公开的实施例的电机的局部剖视图；

图4是示出图3中示出的A部分的放大图；

图5是根据本公开的实施例的电机的反电动势与传统电机的反电动势比较的视图；

图6是根据本公开的实施例的电机的磁链与传统电机的磁链比较的视图；

图7是根据本公开的实施例的电机的电感与传统电机的电感比较的视图；

图8是示出根据实施例的电机的磁路的视图；

图9是根据实施例的电机的齿槽扭矩与传统电机的齿槽扭矩比较的视图；

图10是根据实施例的电机的扭矩与传统电机的扭矩比较的视图；

图11是根据实施例的电机的每分钟最大转数与传统电机的每分钟最大转数比较的视图。

具体实施方式

现在将详细描述实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指示相同的元件。下面通过参照附图描述示例性实施例以解释本公开。

应该理解的是，该说明书中公开的实施例和附图中示出的组件仅仅是说明性的，并且在提交本申请时可以有可适用于该说明书的实施例和附图的多种变型。

图1是示出根据本公开的示例性实施例的电机的剖视图。

如图1所示，根据实施例的电机100可包括：定子110，通过外部支撑结构固定；转子120，适于通过与定子110进行磁相互作用而旋转；轴S，用于将转子120的旋转动力传递到外部负载。此外，电机100可以是圆柱形转子120布置在圆筒形定子110中的内置式电机。

定子110可按照具有中空部分的圆筒的形状形成，并且转子120可以可旋转地插入到定子110的中空部分中。

如图1所示，定子110可包括环形定子主体111、从定子主体111朝向轴S突出的齿112和围绕齿112的外表面的线圈113。

定子主体111可按照圆筒形形状形成并固定到电机壳(未示出)的内表面。

齿112可从定子主体111的内周表面朝向转子120径向地突出。具体地讲，如图1所示，齿112可从定子主体111突出，使得延伸穿过齿112中的每个的中心的线L1与轴S的中心相交。

齿112可与定子主体111一体化(与定子主体111一起一体地形成)。定子主体111和齿112可通过堆叠金属板制成，所述金属板具有面对轴S的定子主体111和齿112的形状。

此外，齿112中的每个的端部可设置有齿宽宽度部112a，齿宽宽度部112a向齿112中的每个的两侧突出。具体地讲，齿宽宽度部112a可被设置为使得齿112的面对转子120的齿端表面112b围绕轴S沿着虚拟的圆周布置。由于齿宽宽度部112a形成在齿112的端部，因此可增大定子110的面对转子120的面积。

齿112可沿着定子主体111的内周表面设置并可彼此等距地分隔。相邻的齿112之间可限定槽114。线圈113可通过穿过相邻的齿112之间限定的槽114围绕齿112的外表面缠绕线而形成。与相邻的未包括齿宽宽度部的齿的端部之间的距离相比，相邻的包括齿宽宽度部112a(向齿112中的每个齿的两侧突出)的齿112的端部之间的距离可减小。

线圈113可通过围绕齿112的外表面缠绕由导电材料形成的线而形成。当电流流经线圈113时，可沿着与齿端表面112b垂直的方向在线圈113的内部(即，齿112)中产生磁场。

如图1所示，电机100可包括九个齿112。因此，电机100可包括九个槽114。然而，本公开不仅仅限于此。例如，电机的齿可多于九个或少于九个。同样地，电机的槽可多于九个或少于九个。

如上所述，转子120可布置在定子110的中空部分中。转子120可通过与定子110进行磁相互作用而围绕轴S旋转。

如图1所示，转子120可包括圆柱形转子主体121和布置在转子主体121中的永磁体组122。此外，转子主体121可设置有邻接永磁体组122的磁通量屏障组123。

由于转子120在其中设置有永磁体组122，因此电机100可被定义为永磁(PM)电机。具体地讲，电机100可以是永磁体组122嵌入在转子主体121中的内置式永磁(IPM)电机。

为了帮助理解转子120的结构，下面将通过与传统电机的转子比较而更详细地描述转子120。

图2是示出传统电机的局部剖视图，图3是示出根据本公开的实施例的电机的局部剖视图，图4是示出图3中示出的A部分的放大图。

参照图2至图4，电机100的转子120可包括转子主体121和永磁体组122，并且邻接永磁体组122的磁通量屏障组123可形成在转子主体121上。

转子主体121可按照圆筒形形状围绕轴S形成并利用通过磁场磁化的磁性物质而被构造或设置。转子主体121可通过堆叠具有如图1所示的转子主体121的形状的金属板制造。

如图2所示，根据传统技术的电机1(在下文中，称为“传统电机”)的转子主体21具有形成完整的圆的截面21a。传统的定子10和传统的转子20之间的空间(即，气隙)沿着转子20的圆周是相同的。

相反，本公开的实施例的电机100的转子主体121可具有向一侧突出的圆筒形形状。也就是说，定子110和转子120之间的空间(即，气隙)沿着转子120的圆周是不相同的，并且截面不能形成完整的圆。

如图4所示，转子主体121的嵌有永磁体组122的部分的半径可与不嵌有永磁体组122的另外的部分的半径不同。

具体地讲，转子主体121的嵌有永磁体组122的部分的半径大于不嵌有永磁体组122的另外的部分的半径。也就是说，具有嵌入的永磁体组122的部分处的气隙的宽度m小于没有永磁体组122的另外的部分处的气隙的宽度l。

具体地讲，转子主体121的具有最长半径的部分P2沿转子120的旋转方向与嵌入的永磁体组122的中心线(即，转子120的磁极的中心线P1)偏离α。换句话说，转子120的一个磁极上具有最窄的气隙的部分P2沿转子120的旋转方向与转子120的磁极的中心线P1偏离α。

由于具有最窄的气隙的部分P2沿转子120的旋转方向与磁极的中心线P1偏离α，因此气隙围绕磁极的中心线P1非对称地形成。

这里，α可根据磁极的数量和槽114的数量变化。在有六个磁极的情况下，如图3和图4所示，设置三对磁极和九个槽114，α可大约为7度。

此外，转子主体121的具有最长半径的部分P2和转子主体121的具有最短半径的部分P3之间的差，即，气隙的偏离可根据气隙的尺寸与转子主体121的半径变化。如果气隙大约为0.8mm，那么气隙的偏离可大约为0.2mm。在这种情况下，例如，气隙的偏离大约为气隙的百分之二十五。例如，具有嵌入的永磁体组122的部分处的气隙的宽度m可大约为0.7mm，并且没有永磁体组122的与部分P3相对应的另外的部分处的气隙的宽度l可大约为0.9mm(即，偏离大约为0.2mm)。

当转子主体121的具有最长半径(最短间隙)的部分P2被布置为沿转子120的旋转方向与永磁体组122的中心线P1偏离时，产生沿转子120的旋转方向与永磁体组122的中心线P1偏离的磁场。也就是说，磁通量沿旋转方向偏置。

由于构成转子主体121的磁性物质的磁导率大于形成气隙的空气的磁导率，因此磁场集中在具有较高磁导率的转子主体121中。

永磁体组122可包括第一永磁体122a、第二永磁体122b和第三永磁体122c。第一永磁体122a可沿与转子120的径向垂直的方向设置。也就是说，第一永磁体122a可被设置为使得磁场沿转子120的径向产生。

第二永磁体122b和第三永磁体122c可设置在第一永磁体122a的两端上。换句话说，第二永磁体122b和第三永磁体122c可被设置为使得产生的磁场朝向转子120的外部并朝向由第一永磁体122a产生的磁场集中。例如，如图3所示，第一永磁体122a、第二永磁体122b和第三永磁体122c可按照朝向转子120的外部敞开的U形设置。如上所述，第一永磁体122a可沿与转子120的径向垂直的方向设置。例如，第二永磁体122b可设置在第一永磁体122a的第一端并远离第一永磁体122a朝向多个齿按照第一角度弯曲。例如，第三永磁体122c可设置在第一永磁体122a的与第一端相对的第二端并远离第一永磁体122a朝向多个齿按照第二角度弯曲。例如，所述第一角度和所述第二角度可以相同或者可以不同。

相邻的永磁体组122的第一永磁体122a、第二永磁体122b和第三永磁体122c可被设置为使得相邻的永磁体组122的不同磁极面对转子主体121的外部。例如，当包括在图3中左侧示出的永磁体组中的永磁体被设置为使得永磁体的北(N)极面对转子主体121的外部时，包括在图3中右侧示出的永磁体组中的永磁体被设置为使得永磁体的南(S)极面对转子主体121的外部。结果，N极和S极可沿着转子主体121的外周表面交替地布置。

磁通量屏障组123可包括由非磁性材料形成的多个磁通量屏障，以用于中断由转子主体121产生的磁通量。例如，中断磁通量的磁通量屏障可通过在与磁通量屏障组123相对应的位置形成孔而产生。

电机100的磁通量屏障组123可包括第一磁通量屏障123a、第二磁通量屏障123b、第三磁通量屏障123c和第四磁通量屏障123d。第一磁通量屏障123a和第二磁通量屏障123b可形成在永磁体组122的两端。例如，第一磁通量屏障123a可靠近或邻近第二永磁体122b的端部设置，并且第二磁通量屏障123b可设置在第三永磁体122c的端部。第三磁通量屏障123c可具有与第三永磁体122c和第二永磁体122b之间的尺寸差相对应的尺寸。第四磁通量屏障123d可靠近布置在转子120的面向旋转方向的相反方向的一侧的第二永磁体122b形成。

在下文中，参照图2至图4将传统电机1的转子20与根据实施例的转子120比较。在传统电机1的情况下，如图2所示，设置在第一永磁体22a的两侧上的第二永磁体22b和第三永磁体22c具有相同的尺寸。另一方面，在根据实施例的电机100的情况下，如图3所示，设置在第一永磁体122a的两侧上的第二永磁体122b和第三永磁体122c具有不同的尺寸。布置在转子120的面向旋转方向的相反方向的一侧的第二永磁体122b的尺寸小于第三永磁体122c的尺寸。

此外，传统电机1的传统磁通量屏障组23可包括设置在传统永磁体组22的两端的第一磁通量屏障23a和第二磁通量屏障23b。另一方面，根据实施例的电机100可包括第一磁通量屏障123a、第二磁通量屏障123b、第三磁通量屏障123c和第四磁通量屏障123d。第三磁通量屏障123c和第四磁通量屏障123d可布置在转子120的沿旋转方向的相反侧上。

结果，通过非对称地形成的永磁体组122沿转子120的旋转方向产生较大的磁场。此外，磁场通过非对称地形成的磁通量屏障组123沿转子120的旋转方向集中。也就是说，产生的磁通量沿旋转方向偏置。

此外，电机100的转子120可包括转子主体121，转子主体121在转子主体121的沿旋转方向相对于永磁体组122的中心线偏置的位置处突起而不按照完整的圆形成。结果，磁通量可沿转子120的旋转方向相对于永磁体122的中心线偏置并集中。在上面的描述中，已经将根据实施例的电机100的构造或布置与传统电机1的构造或布置进行了比较。

在下文中，将描述电机100的操作，尤其是，电机100的输出。

为了使按照恒定转速旋转的电机的输出增加，需要增大由电机产生的扭矩。

由IPM电机(例如，永磁体嵌在转子主体中的电机100)产生的扭矩可包括磁矩T_m和磁阻扭矩(magnetic torque)T_r。这里，磁矩T_m表示通过永磁体和线圈之间的磁相互作用产生的扭矩，并且磁阻扭矩表示由磁性物质的性质产生的扭矩，所述磁性物质趋向于沿着磁场中的磁路的磁阻被最小化的方向排列。

具体地讲，等式1示出了由电机产生的扭矩。

等式1

\begin{matrix} T = P_{n} {Ψ_{a} i_{q} + (L_{d} - L_{q}) i_{d} i_{q}} \\ = P_{n} {Ψ_{a} I_{a} \cos β + \frac{1}{2} (L_{q} - L_{d}) {I_{a}}^{2} \sin 2 β} \\ = T_{m} + T_{r} \end{matrix}

(这里，T是扭矩，T_m是磁矩，T_r是磁阻扭矩，P_n是磁极对的数量，Ψ_a是磁链，i_d是d轴电流，L_d是d轴电感，i_q是q轴电流，L_q是q轴电感，I_a是驱动电流，β是电流位相角。)

在等式1中，等号右侧的术语P_n×Ψ_a×i_q(可由P_n×Ψ_a×I_a×cosβ替代)指示或对应于磁矩T_m。

因此，可通过增加磁极对(P_n)的数量、磁链Ψ_a或q轴电流i_q(即，驱动电流)来增大磁矩T_m。

例如，可通过增加永磁体的数量或线圈的匝数来增大磁链Ψ_a。

此外，磁链Ψ_a的增大意味着或引起在电机被驱动时线圈中产生的反电动势(back-EMF)E增大。等式2中表述了磁链Ψ_a和反电动势E之间的关系。测量反电动势E比测量磁链Ψ_a容易。也就是说，可通过测量反电动势来计算磁链Ψ_a。

等式2

E = \frac{d Ψ_{a}}{dt} = N \frac{dψ}{dt}

(这里，E是反电动势，Ψ_a是磁链，t是时间，N是线圈的匝数，ψ是磁通量。)

磁极对的数量或永磁体的数量的增加在结构上受到限制。增加线圈的匝数会增大线圈的电感，从而降低电机的性能。此外，驱动电流的增大受到适用于电机的供给电压的限制的限制。

在等式1中，等号右侧的术语P_n×(L_d-L_q)×i_d×i_q(可由替代)指示或对应于磁阻扭矩T_r。

L_q的值通常大于L_d的值。由于L_q的值大于L_d的值，因此L_d–L_q的值是负的(-)，并且L_q–L_d是正的(+)。此外，由于i_d的值是负的(-)，并且i_q的值是正的(+)，因此磁阻扭矩T_r具有正(+)值。

因此，可通过增大L_q–L_d的值增大磁阻扭矩T_r的值。换句话说，可通过增大q轴电感和d轴电感之间的差来增大磁阻扭矩T_r。

在下文中，根据实施例的电机100的扭矩将与传统电机1的扭矩比较。虽然图1至图4示出了许多结构方面的不同，但是将假设电机100和传统电机1具有相同数量的转子磁极和相同的驱动电流。

首先将描述磁矩T_m。

如上所述，由于假设电机100和传统电机1具有相同数量的磁极和相同的驱动电流，因此根据磁链Ψ_a确定磁矩T_m的值。

如等式1所示，电机的磁矩T_m与磁链Ψ_a成比例。如等式2所示，可通过back-EMF E关于时间积分计算磁链。

图5是根据本公开的实施例的电机的反电动势与传统电机的反电动势比较的视图，图6是根据本公开的实施例的电机的磁链与传统电机的磁链比较的视图。

在图5中，x轴表示电角度，y轴表示back-EMF E。在图6中，x轴表示电角度，y轴表示磁链Ψ_a。

这里，电角度可以指在流经定子的线圈的交流电的整个周期期间转子覆盖并转换成360度的旋转角度。也就是说，电角度是由转子的一对N极和S极占据并转换成360度的机械角度。例如，在转子包括六个磁极并因此具有三个磁极对的情况下，如图1所示，一对N极和S极占据120度的机械角度。因此，120度的机械角度相当于360度的电角度。

参照图5，当电角度大约为0时，根据电机100和传统电机1的电角度的back-EMF E具有最大值并随着电角度增大而减小。当电角度大约达到90度时，back-EMF E大约变为0。然后，back-EMF E随着电角度增大进一步减小，并且当电角度大约为180度时，back-EMF E具有最小值。然后，back-EMFE再次增大直到电角度变为360度为止。按照这种方法，back-EMF E根据电机的电角度重复地增大和减小。

参照图6，当电角度大约为0度时，电机100和传统电机1的磁链Ψ_a(随着图5所示的back-EMF E变化)大约为0。随着电角度增大，磁链Ψ_a增大。从而，当电角度大约为90度时，磁链Ψ_a具有最大值。然后，当电角度增大时，磁链Ψ_a减小。当电角度大约为180度时，磁链Ψ_a大约变为0。当电角度大约为270度时，磁链Ψ_a具有最小值。

具体地讲，如图6所示，电机100的磁链Ψ_a大约变为0的电角度比电机1的磁链Ψ_a大约变为0的电角度超前角度β。也就是说，电机100的磁链Ψ_a与传统电机1的磁链Ψ_a相差电角度β。

这是因为，在电机100的情况下，转子120的部分P2(沿转子120的旋转方向相对于磁极的中心线P1偏置角度α，参见图4)处的气隙具有最小的宽度，并且如图1、图3和图4所示，多个磁通量屏障布置在永磁体组120的两端中的一端(沿转子120的旋转方向位于另一端之后)处。也就是说，磁场可沿转子120的旋转方向集中。

由于磁场沿转子120的旋转方向集中，因此电机100的磁链Ψ_a比传统电机1的磁链Ψ_a变化得快了角度β。

此外，如图6所示，电机100的磁链Ψ_a的最大值小于传统电机1的磁链Ψ_a的最大值。

这是因为电机100使用的永磁体的数量小于传统电机1使用的永磁体的数量。换句话说，当电机100使用的永磁体的数量小于传统电机1使用的永磁体的数量时，由电机100产生的总磁通量的幅值小于由传统电机1产生的总磁通量的幅值。从而，磁链Ψ_a的幅值也被减小了。

如图6所示，电机100的磁链Ψ_a的幅值小于传统电机1的磁链Ψ_a的幅值。因此，根据等式1，电机100的磁矩T_m可小于传统电机1的磁矩T_m。

接下来，将在下面描述磁阻扭矩T_r。

如上所述，由于假设电机100和传统电机1具有相同数量的磁级和相同的驱动电流，因此可根据q轴电感与d轴电感之间的差L_q–L_d确定磁阻扭矩T_r的值。

图7是根据本公开的实施例的电机的电感与传统电机的电感比较的视图，图8是示出根据实施例的电机的磁路的视图。

参照图7，d轴电感L_d和q轴电感L_q的值随着驱动电流的电流位相角β变化。

具体地讲，d轴电感L_d随着驱动电流的电流位相角β增大而减小。当电流位相角β增大超过大约30度时，d轴电感L_d开始逐渐增大。另一方面，q轴电感L_q随着驱动电流的电流相位角β增大而增大。此外，在电流位相角β的大部分范围内，q轴电感L_q大于d轴电感L_d。

此外，在电流位相角β的大部分范围内，电机100的L_q–L_d(即，电机100的q轴电感L_q和d轴电感L_d之间的差)大于传统电机1的L_q-L_d(电机1的q轴电感L_q和d轴电感L_d之间的差)。

这是因为电机100的磁场沿转子120的旋转方向可比传统电机1的磁场更集中。

如图8所示，d轴磁路可穿过永磁体组122形成，并且q轴磁路可沿着永磁体组122形成。

如图1、图3和图4所示，电机100的结构使得磁场沿转子120的旋转方向相对于磁极的中心线(即，永磁体组122的中心线)稍微偏置。

结果，与传统电机1相比，电机100可具有流经d轴磁路的减小量的磁通量以及流经q轴磁路的增大量的磁通量。

由于流经d轴磁路的磁通量的量减小了，因此d轴磁路的磁阻增大了并且L_d×i_d的值减小了。由于假设本公开的实施例的d轴电流与传统技术的d轴电流之间不存在差异，因此电机100的d轴电感L_d减小了。

此外，由于流经q轴磁路的磁通量的量增大了，因此q轴磁路的磁阻减小了并且L_q×i_q的值增大了。由于假设本示例性实施例的q轴电流和传统技术的q轴电流之间不存在差异，因此电机100的q轴电感L_q增大了。

结果，电机100中的q轴电感与d轴电感之间的差(L_q–L_d)大于传统电机1中的q轴电感与d轴电感之间的差(L_q–L_d)。

由于电机100中的q轴电感与d轴电感之间的差(L_q–L_d)大于传统电机1中的q轴电感与d轴电感之间的差(L_q–L_d)，因此电机100的磁阻扭矩T_r大于传统电机1的磁阻扭矩T_r。

因此，电机100通过减少永磁体的使用产生的磁矩T_m比传统电机产生的磁矩T_m小，同时通过沿旋转方向偏置磁场增大了磁阻扭矩T_r。

在下文中，将描述电机100的扭矩T。

图9是根据实施例的电机的齿槽扭矩(cogging torque)与传统电机的齿槽扭矩比较的视图，图10是根据实施例的电机的扭矩与传统电机的扭矩比较的视图，图11是根据实施例的电机的每分钟最大转数与传统电机的每分钟最大转数比较的视图。

参照图9，传统电机1的最大齿槽扭矩值大约为2.26N·m，而电机100的最大齿槽扭矩值大约为0.88N·m。

齿槽扭矩是产生以保持包括转子的永磁体、定子的齿和气隙的磁路中磁阻被最小化的位置的脉动扭矩。齿槽扭矩在电机的操作中引起扭矩波动。在电机的操作中，齿槽扭矩的减小意味着扭矩波动减小。因此可期望减小齿槽扭矩以减小扭矩波动。

如图9所示，当电机100的齿槽扭矩减小时，电机100的操作中的扭矩波动也减小。

具体地讲，如图10所示，传统电机1中的扭矩波动大约为18.3％，而本实施例的扭矩波动大约为4.7％。

此外，参照图10，传统电机1的平均扭矩大约为15.5N·m，而电机100的平均扭矩大约为15.3N·m。也就是说，电机100的平均扭矩与传统电机1的平均扭矩没有很大的不同。

因此，电机100可保持传统电机1的平均扭矩的水平并具有比传统电机1的扭矩波动小的扭矩波动，同时电机100比传统电机1减少了永磁体的使用。

此外，根据实验和/或模拟，如图11所示，当施加相同的电压时，电机100的最大转速大于传统电机1的最大转速。例如，当施加大约340V的直流电时，电机100的最大转速比传统电机1的最大转速大大约100rpm。

总之，与传统电机1相比，电机100可降低生产成本，同时，展示出传统电机1的性能或关于扭矩波动与最大转速的更好的性能。

从上面的描述显而易见的是，根据本公开的实施例，转子的形状、永磁体的布置和/或磁通量屏障的设置可关于转子的磁极的中心线不对称。因此，可以提高电机的单向旋转性能。

虽然已经示出并描述了本公开的示例性实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例作出改变。

Claims

1.一种电机，包括：

定子；

转子，可旋转地布置在所述定子内部，

其中，所述转子包括：转子主体；永磁体组，设置到所述转子主体，用于形成磁场；磁通量屏障组，用于中断磁通量，

其中，所述转子主体、永磁体组和磁通量屏障组中的至少一个相对于所述转子的磁极的中心线非对称地形成。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述永磁体组嵌入在所述转子主体中。

3.根据权利要求2所述的电机，其中，所述永磁体组包括设置在所述转子主体中的第一永磁体，使得磁场沿所述转子主体的径向产生。

4.根据权利要求3所述的电机，其中，所述转子的磁极的中心线位于所述第一永磁体的中心线。

5.根据权利要求3或4所述的电机，其中，所述永磁体组还包括非对称地设置在所述第一永磁体的两端处的至少两个永磁体。

6.根据权利要求5所述电机，其中，所述至少两个永磁体在所述第一永磁体周围产生非对称的磁场。

7.根据权利要求6所述的电机，其中，所述至少两个永磁体包括：第二永磁体，布置在所述第一永磁体的面向与旋转方向相反的方向的侧部处；第三永磁体，布置在所述第一永磁体的面向旋转方向的另一侧部处，所述第三永磁体产生的磁场大于所述第二永磁体产生的磁场。

8.根据权利要求7所述的电机，其中，所述第三永磁体的尺寸大于所述第二永磁体的尺寸。

9.根据权利要求3或4所述的电机，其中，所述磁通量屏障组包括非对称地设置在所述永磁体组的两端处的多个磁通量屏障。

10.根据权利要求9所述的电机，其中，所述多个磁通量屏障中设置在所述永磁体组的面向与旋转方向相反的方向的一侧部处的磁通量屏障比设置在所述永磁体组的面向旋转方向的另一侧部处的另一磁通量屏障中断更多的磁通量。

11.根据权利要求10所述的电机，其中，设置在所述永磁体组的面向与旋转方向相反的方向的一侧部处的磁通量屏障的数量大于设置在所述永磁体组的面向旋转方向的另一侧部处的磁通量屏障的数量。

12.根据权利要求3或4所述的电机，其中，所述转子主体的外周表面与所述转子主体的中心之间的距离变化。

13.根据权利要求12所述电机，其中，所述转子主体的外周表面上的限定所述外周表面与所述转子主体的中心之间的最长距离的位置沿所述转子的旋转方向与所述转子的磁极的中心线分开预定角度。

14.根据权利要求3或4所述的电机，其中，所述转子和所述定子之间的气隙的宽度沿着所述转子的外周表面变化。

15.根据权利要求14所述的电机，其中，所述转子上的限定所述气隙的最小宽度的位置沿所述转子的旋转方向与所述转子的磁极的中心线分开预定角度。