CN105490413B - 具有永磁体的电动机的转子 - Google Patents

Abstract

一种具有永磁体(12)的电动机(11)的转子(10)，该转子包括由铁磁材料制成的具有用于永磁体(12)的沟槽(16)的叠片组合件(15)，该沟槽相对于旋转轴线(17)径向地布置并且与旋转轴线平行地延伸；永磁体(12)沿着与转子(10)的半径垂直的方向被磁化，并且叠片组合件(15)中的每个叠片(15a)均具有位于永磁体(12)之间的磁极(19)，该磁极相对于相邻叠片(15a)的对应磁极(19)在给定方向上旋转给定角度。

Description

具有永磁体的电动机的转子

技术领域

本发明涉及一种具有永磁体的电动机的转子。

背景技术

当今，国际法规和各个国家的法律对电动机的高能效等级的需求日益增加。

已知，在几种类型的电动机之中，通过永磁电动机获得了最高产量。

通常，同步或者无刷永磁电动机包括转子、定子、以及电子变换器，转子中布置有永磁体，定子的狭隙中容纳三相绕组。

由于本技术，可以获得落入IEC标准IE4级(它是当前最高级别)的电动机的产量水平。

过去，在需要高水平的动态性能和减少的空间占据的工业驱动中广泛使用永磁电动机。然而，现在，永磁电动机的使用还扩展到了目前由异步电动机主导的领域，诸如，泵和风扇的领域。

然而，在声适感是基本需求的住宅和商业环境中，永磁电动机产生的噪音和机械振动是不可忽视的方面。

这种类型的电动机的另一不可忽视的缺陷在于其成本相对较高。这是由于目前使用基于稀土元素(诸如，钕、镝、以及钐)的合金制造永磁体的事实导致的。

这些合金的特征在于卓越的剩余感应和相当大的固有矫顽力，这些特征确保了高流动性和相当大的抗退磁性，以及相对较少量的材料，提供了电动机高性能级别以及减少的空间占据。

然而，因高价格而阻碍使用这些合金，价格随着时间不稳定，近年来已明显增加。

已知，稀土元素可用铁素体代替，铁素体的价格明显更低并且随着时间更稳定，提供了铁素体的高可用性。

然而，现在，通过铁素体不可能获得与通过稀土元素能获得的相同的性能级别。事实上，通过铁素体能获得的剩余感应和固有矫顽力的最大值大致等于通过使用稀土元素的磁体获得的值的三分之一。为了实现相同的性能级别，需要容纳更大量的磁体。

在永磁电动机的最常见配置中，根据SPM(“表面安装永磁体”)配置将磁体胶合至转子的表面上。

另一种可能的配置是这样一种配置，其中，根据IPM(“内部永磁体”)将磁体在适当的沟槽中容纳在转子内部。在这种情况下，磁体可径向地布置在转子中，且磁化方向与半径垂直。

IPM配置使得可容纳比SPM配置更大量的磁体，因此，有利于铁素体的使用。

因此，通过IPM电动机，可遏制成本；然而，为了全面开发电动机扭矩方面的潜能，通常需要使电子变换器的微处理器配备有与SPM配置通常使用的控制算法不同的控制算法。因为该算法必须考虑电感级别随着电流的变化，所以该算法通常也更复杂，而且，该算法还应对电动机进行校准：由于IPM的非常之多的可能类型，使得算法的标准化变得困难，因此，阻碍了IPM驱动的大规模商业传播。

而且，通常，相对于SPM解决方案，IPM电动机配置具有更高的惯性矩、更高的电感、作为时间函数的更不均匀的扭矩、以及非线性扭矩-电流级数。

出于上述所述原因，在工业自动化应用中，SPM类型的转子配置通常优于IPM配置。

另一方面，在住宅和商业环境中，IPM配置的噪音通常倾向于比SPM配置的更显著，这阻碍了IPM配置的使用。尤其在声适感是基本要求的住宅和商业环境中，电动机的噪音和机械振动是不应被低估的方面。

而且，为了便于不同类型的电动机渗透到当今被其他类型的电动机占据的市场领域中，需要具有竞争力的价格提供。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有永磁体的电动机的转子，永磁体位于转子内部，该转子能够通过尽可能地减少噪音和振动来确保相同类型的常规电动机的声适感的卓越状态。

在这个目的的范围内，本发明的目标是提供一种具有永磁体的电动机的转子，由于该转子，可以显著地遏制电动机的总成本。

本发明的另一目标是通过已知并且巩固的工业过程提供一种转子，以降低成本并且还减少将产品投入市场所需的时间。

本发明的另一目标是提供这样一种转子，对于该转子，可以用来驱动电动机，使用与目前市场上存在的永磁电动机相同的控制算法。

在下文中将变得更显而易见的该目的以及这些目标和其他目标通过具有永磁体的电动机的转子实现，该转子包括由铁磁材料制成的具有用于所述永磁体的沟槽的叠片组合件(a pack of lamination)，该沟槽相对于旋转轴线径向地布置并且与旋转轴线平行地延伸，所述转子的特征在于，所述永磁体沿着与所述转子的半径垂直的方向被磁化，并且所述叠片组合件中的每个叠片均具有位于所述永磁体之间的磁极，该磁极相对于相邻叠片的对应磁极在给定方向上旋转给定角度。

附图说明

从根据本发明的转子的优选但并非排他性的实施方式的描述中，本发明的其他特征和优点将变得更显而易见，在附图中，通过非限制性实例的方式示出了该实施方式，其中：

图1是沿着转子的给定叠片截取并且示出了操作电动机时的时刻的连接流线的具有根据本发明的转子的电动机的横截面图；

图2是根据本发明的具有转子的永磁电动机的立体图；

图3是与图2相同的立体图，示出了根据本发明的转子；

图4是根据本发明的转子的另一立体图，去掉了一些部件，以使得特定细节更可见。

具体实施方式

参考图，总体上以参考标号10指出根据本发明的转子。

图1示出了设置有转子10的电动机11的横截面，且永磁体12位于转子内部。

通常，转子10插入到定子13中，转子与定子通过磁隙14间隔开。

转子10包括由铁磁材料制成的叠片组合件15，通过冲压金属片获得各个叠片15a。

叠片组合件15设置有在图4中可清晰看到的用于永磁体12的沟槽16，该沟槽相对于旋转轴线17径向地布置并且在与旋转轴线平行的方向上延伸。

永磁体12有利地为平行六面体形状并且通过烧结的方式获得。事实上，永磁体根据转子10的轴向方向插入到沟槽16中并且径向地定位于叠片组合件15中，且磁化方向垂直于转子10的半径。

永磁体12通过叠片组合件15保持在位，出于此原因，叠片组合件在其最外部具有桥状部(bridge)18，该桥状部将转子10的不同磁极19连接在一起，并且叠片组合件在内部具有冠状部(crown)20，该冠状部也是由铁磁材料制成，通过该冠状部，叠片组合件15能安装在旋转传输轴上。

在示出的实例中，转子10的尺寸被标出为具有十个磁极19，从而与具有用于电绕组的三十个定子沟槽21的定子13相关联。

每个叠片15a均具有位于永磁体12之间的磁极19，磁极有利地相对于相邻叠片15a的对应磁极19在给定方向上旋转给定角度。

这能从观察图3和图4加以理解。叠片15a中的每个均在其外周缘区域在这样的位置中设置有凹口22，即，相对于相邻叠片15a的相似凹口22围绕旋转轴线17旋转并且与其他叠片15a的凹口22串联地构成沿着转子10的外周缘区域的凹槽23。凹槽23彼此等距且平行并且相对于旋转轴线17倾斜。

图4示出了根据本发明的转子10的一部分，具体地，叠片组合件15去掉了其一些部件，以使得凹槽23与沟槽16之间的相对位置清晰可见。具体地，在该图中，未示出一些叠片组合件的一部分。

能看出，叠片组合件15包括两个连续的共轴部分24，该共轴部分的用于永磁体12的相应沟槽16围绕旋转轴线17相对于彼此旋转。

两个连续的共轴部分24中的每个中的沟槽16在旋转轴线17的方向上延伸，沟槽的轮廓形成为容纳永磁体12，如所描述的，永磁体为平行六面体形状。

相对于旋转轴线17倾斜的凹槽23沿着转子10的外周缘区域从两个连续的共轴部分24的沟槽16的一端延伸至相对端。

图4还示出了第一连续线A和第二线B，第一连续线A示出了位于转子10的外周缘区域的凹槽23的方向，并且第二线B通过其两个平行部分示出了两个连续的共轴部分24中的沟槽16的延伸方向。

图1以横截面图示出了其操作过程中的电动机11并且能清晰地看出连接的磁流线。

根据本发明的转子的操作如下。

如图1所示，在致动电动机11之后，转子10的磁流通过叠片组合件15的磁极19朝向磁隙14聚集并连接。

在凹槽相对于转子10的旋转轴线17倾斜之后，进一步朝向凹槽23传递。

通过这种方式，定子13获知由转子10产生的旋转磁场逐渐增加，并且这在减少流动谐波方面具有优点，流动谐波主要由这种类型的电动机中的振动和噪音产生。

由于两个连续的共轴部分24的沟槽16的相对旋转，可以设计具有倾斜的凹槽23的转子10，而沟槽16和永磁体12并非也相应地倾斜。这使得可以获得几个效果，即，以简单的方式制造并且使用平行六面体形状的永磁体12，该永磁体可容易地插入到叠片组合件15中(从转子10的相对表面并且在轴向方向上)并且可通过烧结的方式制备，并且保持生产成本较低，并且可以使得各个叠片的凹口22(该凹口串联地重新建立凹槽23)落在永磁体12处，因此，防止磁流在外周缘区域的附近分散。

由于磁极19在一个叠片15a与相邻一个叠片之间的旋转(这能从外部轮廓的具体轮廓线清晰看到)，示出和描述的具体转子配置使得可以实现高产量和高功率因子，同时，限制了噪音和机械振动。

应注意，能够使用平行六面体形状的永磁体使得可以利用常规和低成本制造技术的优点，从而遏制了投资，并且还在相对较短的时间内将产品投入市场。

而且，应注意，根据本发明的转子使得可以提供IPM配置的电动机，其具有与SPM配置的电动机的当前现有技术相似的性能水平，使用基于铁素体或者其他等同材料的磁体，而非使用基于稀土元素的材料，稀土元素更昂贵并且其价格不稳定。可替代地，如果使用基于稀土元素的磁体，则可以获得更高的产量和更高的扭矩密度。

此外，应注意，根据本发明的转子的尺寸能形成为使得电感和磁各向异性最小化，如此，能够使用用于控制同步SPM电动机的算法。

实际上，已发现，本发明通过提供具有永磁体的电动机的转子完全实现了预期目的和目标，该转子能够确保相对较高的能量产量，同时，减少其中安装有转子的电动机的噪音、振动、以及总成本，因此，除工业应用之外，转子也能用于住宅和商业应用。

因此构思的本发明允许有多种修改和变型，所有修改和变型都落在所附权利要求的范围内。而且，所有细节都可用其他在技术上等同的元件代替。

实际上，所采用的材料可以是根据需求和现有技术的任一种，只要它们与具体用途、以及依情况而定的尺寸、以及形状相容。

Claims (2)

1.一种具有永磁体(12)的电动机(11)的转子(10)，所述转子包括由铁磁材料制成的具有用于所述永磁体(12)的沟槽(16)的叠片组合件(15)，所述沟槽相对于旋转轴线(17)径向地布置并且与所述旋转轴线平行地延伸，所述转子(10)的特征在于，所述永磁体(12)沿着与所述转子(10)的半径垂直的方向被磁化，并且所述叠片组合件(15)中的每个叠片(15a)均具有位于所述永磁体(12)之间的磁极(19)，所述磁极相对于相邻叠片(15a)的对应磁极(19)在给定方向上旋转给定角度，所述叠片组合件(15)包括两个连续的共轴部分(24)，所述两个连续的共轴部分的用于所述永磁体(12)的相应所述沟槽(16)相对于彼此围绕所述旋转轴线(17)旋转，所述叠片(15a)中的每个均在它的外周缘区域处在这样的位置中设置有凹口(22)，即，该凹口相对于相邻叠片(15a)的相似凹口(22)围绕所述旋转轴线(17)旋转，并且该凹口与其他叠片(15a)的凹口(22)串联地构成沿着所述转子(10)的所述外周缘区域的凹槽(23)，所述凹槽彼此等距且平行并且相对于所述旋转轴线(17)倾斜。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述沟槽(16)在所述旋转轴线(17)的方向上延伸，所述沟槽成形为容纳所述永磁体(12)，所述沟槽大致为平行六面体形状。