CN106169821A - 内部永磁机的注塑磁体形状的极对极变型 - Google Patents

Abstract

内部永磁机包括绕线定子和转子芯。所述转子芯包括多个第一极腔和多个第二极腔。多个磁体中的一个设置在每个极腔中，且注塑进在它们各自的腔中。所述第一极腔和第二极腔中各自均以预定义配置设置，以使得所述第一极腔的每个极腔与第二极腔的一个极腔同样地定位在它们各自的预定义配置中，从而限定了相应的成对极腔。相应的成对极腔中至少一个的所述第一极腔的极腔和第二极腔的极腔限定了相对于彼此的不同形状。

Description

内部永磁机的注塑磁体形状的极对极变型

技术领域

本公开通常涉及一种内部永磁机，以及一种组装用于内部永磁机的转子组件的方法。

背景技术

内部永磁(IPM)机包括转子组件，所述转子组件具有设置在转子组件外周边周围的交变极性的多个磁体。转子组件可在定子内旋转，该定子包括多个绕组。转子组件与定子磁性地相互作用以产生转子组件围绕中心转动轴线的旋转。

电机中的转矩脉动，通常被称为转矩波动，是造成机器噪声和铁损耗的主要因素。转矩波动是见于多种电动机设计中的一种效应，指的是当电机的输出轴旋转时，输出转矩的周期性增加或减小。转矩波动通常作为一个完整转动过程中最大转矩和最小转矩的差进行测量。因此，电机转矩波动的减小或最小化是电机设计过程中的重要设计考虑因素。

发明内容

提供了一种内部永磁机。内部永磁机包括绕线定子和转子芯。转子芯包括第一极和第二极。第一极限定多个第一极腔。第二极限定多个第二极腔。转子芯与绕线定子磁性地相互作用用于围绕中心转动轴线的旋转。内部永磁机进一步包括多个磁体。多个磁体中的一个被设置在多个第一极腔和多个第二极腔中的每一个内。多个磁体中的每一个被注塑进多个第一极腔和多个第二极腔的它们相应的腔内，使得每个磁体由它们相应腔的形状形成。多个第一极腔和多个第二极腔每一个均以预定义配置设置，使得多个第一极腔的每个极腔以与多个第二极腔的一个极腔定位在多个第二极腔的预定义配置内的同样方式定位在多个第一极腔的预定义配置内，以限定对应的一对极腔。对应的一对极腔中至少一个的多个第一极腔的极腔和多个第二极腔的的极腔限定了相对于彼此的不同形状，使得每对对应的磁体的每个磁体包括相对于彼此的不同形状。

还提供了一种组装用于内部永磁机的转子组件的方法。该方法包括形成转子芯。转子芯被形成为包括限定多个第一极腔的第一极，以及限定多个第二极腔的第二极。多个第一极腔和多个第二极腔的每个均以预定义配置设置，使得多个第一极腔的每个极腔以与多个第二极腔的一个极腔定位在多个第二极腔的预定义配置内的同样方式定位在多个第一极腔的预定义配置内，以限定对应的一对极腔。对应的一对极腔中至少一个的多个第一极腔的极腔和多个第二极腔的的极腔限定了相对于彼此的不同形状。一旦转子芯被形成为限定极腔，熔融磁性材料被引入多个第一极腔和多个第二极腔中的每一个。然后，转子芯的多个第一极腔和多个第二极腔中的每一个内的熔融磁性材料被冷却以分别在每个极腔中形成多个磁体，所述磁体包括它们相应腔的形状且粘结至转子芯。

因此，由于磁体被注塑进转子芯的相应腔内，转子芯的极腔可被形成为包括不同形状，而无需提供特定、预成型、对应成形的磁体以装配在每个相应极腔内。通过改变对应的一对极腔中至少一个相对于彼此的特定形状，且通过使用注塑技术以形成磁体，电机的转子组件可被设计且制作成减小或最小化电机中的转矩波动，而不会大幅增加制造转子组件的成本或复杂性。

从以下结合附图对实施本教导的最佳方式进行的详细描述中能够很容易了解到本教导的上述特征和优点以及其它特征和优点。

附图说明

图1是内部永磁机的示意性横截面图。

图2是内部永磁机的放大示意性局部横截面图。

具体实施方式

本领域的一般技术人员应当理解的是，例如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”等术语是为附图描述性地使用，并不代表对本发明范围(由所附权利要求所限定)的限制。另外，在此可以以功能和/或逻辑块部件和/或各种处理步骤的方式来描述本教导。应当认识到的是，这种块部件可包括任意数目的被配置成用于实现具体功能的硬件、软件和/或固件部件。

参考附图，其中相同的附图标记表示多个视图中相同的部分，内部永磁(IPM)机通常被示作为20。该IPM机20可包括，但不限于电动机或其它类似装置。

参考图1，IPM机20包括绕线定子22和转子组件24。转子组件24被配置成用于与绕线定子22磁性地相互作用以相对于绕线定子22围绕中心转动轴线26实现旋转。如所示出，转子组件24包括沿着第一极轴32居中的第一极28(例如，北极)和沿着第二极轴34居中的第二极30(例如，南极)。第一极轴32和第二极轴34从中心转动轴线26径向向外延伸，并分别地穿过第一极28和第二极30的中心。中心转动轴线26设置于转子芯36的中心。

优选地，转子组件24包括多个第一极28和多个第二极30。第一级28的数量与第二极30的数量相同。第一极28和第二极30以交替关系的方式围绕中心转动轴线26成角度地设置。当转子组件24包括多个第一极28和多个第二极30时，每个第一极28周向地设置在两个第二极30之间，且每个第二极30周向地设置在两个第一极28之间。图1示出了IPM机20，其总共具有8个极，包括4个第一极28和4个第二极30。然而，应当理解的是，IPM机20的极的总数可能与图1中示出的示例性实施例有所不同。

转子组件24包括转子芯36，其限定了多个腔。该腔为第一极腔38、或第二极腔40。第一极腔38为第一极28中的一个的一部分，且第二极腔40为第二极30中的一个的一部分。第一极28中的每一个包括位于其中的预定数量的第一极腔38，其以预定义配置被设置，且第二极30中的每一个包括位于其中的预定数量的第二极腔40，其如第一极腔38一样以相同的预定义配置被设置。第一极28的每个极中的第一极腔38的数量与第二极30的每个极中的第二极腔40的数量相同。因此，第一极腔38和第二极腔40的每一个都以相同的预定义配置(例如，相同的定向)被设置。然而，如以下更详细的描述，在预定义配置中给定位置处的腔的准确尺寸可在第一极28与第二极30之间改变。如在附图页上所示，所有的第一极腔38和第二极腔40三维地延伸至转子芯36中。如本领域已知的，腔可包括切口、槽等。

转子组件24进一步包括多个磁体42。多个磁体42中的一个磁体设置在多个腔中的每个腔内。多个磁体42中的每个磁体注塑进多个第一极腔38和多个第二极腔40中它们各自的腔内。因此，每个磁体42由它们各自的腔的形状来形成。磁体42可包括任何类型的磁性材料，该磁性材料适合用于IPM机20中，且能够注塑进转子芯36的腔内。例如，每个磁体42可由铁氧体磁性材料、阿尔尼科磁性材料、或可替换地由稀土磁性材料(例如但不限于钕铁硼(NdFeB))制成，且可包括这些材料。

用于形成磁体42的注塑工艺对本领域技术人员而言是已知的。一旦磁体42形成，它们可以被称作为粘结磁体。用于形成磁体42的注塑工艺简要地包括生产提供了显著的磁性和物理特性的磁性粉末。磁性粉末通常为金属钕与铁和硼的合金，且有时与其它少量的元素(例如钴)合金的混合物。磁性粉末与合成树脂或聚合物组合以形成混合物，其用于经由注塑工艺形成粘结磁体42。磁性聚合物和合成树脂或聚合物的混合物可被注入进多个腔38、40中且在高温下熔化。可施加机械或液压压力至混合物，以使得确保所有的腔38、40被全部地填充。在注塑工艺中，外部磁场(用于各向异性磁体)还可施加于磁体。然后，混合物被允许适当地冷却，因而形成粘结磁体42。

用于形成在第一极腔38和第二极腔40中的每一个中的磁体42的磁性材料可以相同，或者可以不同。因此，可以设想的是形成并且设置在多个第一极腔38中的磁体42可以由第一材料形成，并且形成并且设置在多个第二极腔40中的磁体42可以由与第一材料不同的第二材料形成。可替代地，形成并且设置在第一极腔38和第二极腔40两者中的磁体42可以包括相同磁性材料并且由相同磁性材料形成。

绕线定子22包括多个绕组44，该多个绕组44分别与设置在转子芯36的第一极28和第二极30的第一极腔38和第二极腔40内的磁体42磁性地相互作用，以生成转矩，并且导致转子芯36相对于绕线定子22围绕中心转动轴线26旋转，如本领域已知的。

下面将参照图2对磁体42和它们相应腔的形状和取向进行详细描述。虽然本文提出的说明限于在图2中示出的第一极28和第二极30，但是应该理解转子组件24的所有第一极28和所有第二极30可以与参照在图2中示出的第一极28和第二极30在本文中所描述的取向相同。

第一极腔38和第二极腔40中的每一个设置在预定义配置中，从而使得第一极腔38中的每一个极腔相同地定位在第一极腔38的预定义配置内，其中第二极腔40的极腔中的一个在第二极腔40的预定义配置内，以限定一对相对应的极腔。例如，参照图2，预定义配置的由第一极28和第二极30中的每一个使用的示例性实施例包括相对于中心转动轴线26相互径向间隔隔开的第一行46、第二行48、第三行50和第四行52。第一行46比第二行48距离中心转动轴线26径向间隔更远，第一行48比第三行50距离中心转动轴线26径向间隔更远，并且第三行50比第四行52与中心转动轴线26径向间隔更远。因此，第四行52是径向最接近中心转动轴线26的行，然而，第一行46是径向距离中心转动轴线26最远的行。第一行46、第二行48、第三行50和第四行52中的每一个包括三个极腔，每个极腔包含磁体42。虽然示出的预定义配置的示例性实施例具有四行，每行中有三个腔，但是应该理解预定义配置可以通过此处所示出并且描述的示例性实施例而变化。

如上所述，第一极腔38和第二极腔40中的每一个设置在该相同预定义配置中。如上所述，预定义配置的示例性实施例包括四行，其中每行具有三个腔。如图2所示，一对相对应的腔的一个示例包括第一极28的腔54和第二极30的腔56。应该理解第一极28的腔54和第二极30的腔56是相对应的腔，因为每一个均定位在它们相应极轴的左侧上，并且位于它们相应预定义配置的第四行52中。相似地，一对相对应的腔的另一示例包括第一极28的腔58和第二极30的腔60。应该理解第一极28的腔58和第二极30的腔60是相对应的腔，因为每一个均定位在它们相应极轴的右侧上，并且位于它们相应预定义配置的第二行48中。应该进一步理解的是第一极28中每一个腔包括第二极30的相对应的腔。如此，因为预定义配置的示例性实施例包括12个腔和磁体，所以在示例性实施例中有12对相对应的腔。

第一极28和第二极30的相对应的每对极腔包括基本上相似的形状。然而，相对应的每对极腔的精确形状，和由此设置在其内的磁体42，可以稍微不同以便减少在内部永磁机20中的转矩波动。腔的精确形状和大小可以变化以便控制IPM机20的转矩波动。应该理解改变腔的形状和大小将改变设置在其中的磁体42的形状和大小，并且从而改变设置在每个相应腔内的磁体42的重量。具体地，相对应的一对极腔中的至少一个的第一极腔38的极腔和第二极腔40的极腔，中的每一个均可以限定出相对于彼此稍微不同的形状，从而使得相对应的每对磁体42中的每个磁体42包括相对于彼此不同的形状。例如，腔54可以包括与腔56稍微不同的形状和/或大小。在图2中示出的相对应的每对腔可以显示包括相对于彼此相同的大小和形状。然而，这仅仅出于附图的比例。在相对应的腔诸如腔54、56中的每一个的大小和形状的不同之处非常小，并且在它们当前比例下的附图中是看不出来的。

虽然对应的成对的腔中仅仅一对可包括不同形状的腔，但应理解的是，一对以上或者所有的对应的成对的腔可包括不同形状的腔。于是，对应的成对的极腔的每对极腔的每个极腔可包括相对于每对相应的对应的成对的极腔的另一极腔不同的形状。

优选地，并且如图所示，多个第一极腔38和多个第二极腔40的每一个的每个极腔包括由圆锥截面等式1所限定的垂直于中心转动轴线26的截面形状。

Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+F＝0 1)

在公式1内，A、B、C、D、E和F是常数；x是沿着笛卡尔坐标系的x轴的数值；而y是沿着笛卡尔坐标系的y轴的数值。

如上所述，对应的成对的腔的腔之间的大小和形状差别极小。相对应的每对极腔中的每个极腔可包括相差至少0.1mm的尺寸。该尺寸可，例如，包括相应腔的宽度62或相应腔的长度64。虽然大体参照腔54示出了极腔的宽度62和长度64，但应理解的是，第一极腔38和第二极腔40的所有极腔限定它们的自身的相应宽度62和长度64。对应的成对的腔的腔之间的形状差别可通过上述圆锥截面公式1的常数A、B、C、D、E和F中的一个的差别之一所限定，其描述了相应腔的每个的形状。

转子组件24通过形成转子芯36制造，以包括限定了多个第一极腔38的第一极28和限定了多个第二极腔40的第二极30，其中第一极腔38和第二极腔40的每一个均以预定义配置形成。如上所述，形成对应的成对的腔的至少一个以包括含有类似的又一不同大小和形状的腔。此外，如上所述，形成对应的成对的腔的一个以上或所有，以包括含有类似的又一不同大小和形状的腔。相对应的每对腔的大小和形状的至少一个尺寸相差至少0.1mm。

一旦形成包括第一极腔38和第二极腔40的转子芯36，就将形成磁体42的熔融磁性材料导入至多个第一极腔38和多个第二极腔40的每一个中。将磁性材料加热至其熔点，由此形成熔融磁性材料。该磁性材料可以任何合适的方式加热至其熔点。该熔融磁性材料可以完全填充或仅仅部分地填充每个相应的腔。一旦熔融磁性材料设置在相应的腔内，那么熔融磁性材料就在转子芯36的第一极腔38和第二极腔40的每一个内冷却，以分别在每个极腔中形成多个磁体42。

通过经由如上所述的注塑工艺在转子芯36的腔中形成磁体42，磁体42可形成为包括与如上所述略微不同的形状，而无需在磁体42的大小上预先成型并且制造每个变型，由此简化制造过程且不会增加制造成本。

详细描述和图示或附图是对本公开的支持和说明，但本公开的范围仅仅由权利要求限定。虽然已详细地描述了用于执行所要求教导的其中一些最佳实施方式和其它实施例，但仍存在各种替代的设计和实施例用以实践在所附权利要求中限定的本公开。

Claims (8)

1.一种内部永磁机，其中包括：

绕线定子；

转子芯，其包括限定了多个第一极腔的第一极和限定了多个第二极腔的第二极，其中，所述转子芯与所述绕线定子磁性地相互作用，用以围绕中心转动轴线转动；以及

多个磁体，其中多个磁体中的一个设置在所述多个第一极腔和所述多个第二极腔的每一个内，其中，所述多个磁体的每一个均注塑进所述多个第一极腔和所述多个第二极腔的它们的相应腔中，以使得每个所述磁体均由它们的相应腔的形状形成；

其中，所述多个第一极腔和所述多个第二极腔各自以预定义配置被设置，以使得所述多个第一极腔的每个极腔以与所述多个第二极腔的一个极腔定位在多个第二极腔的预定义配置内的同样方式定位在多个第一极腔的预定义配置内，以限定对应的成对的极腔；以及

其中，所述的对应的成对的极腔的至少一对的所述多个第一极腔的极腔和所述多个第二极腔的极腔相对于彼此限定不同的形状，以使得对应的每对磁体的每个磁体相对于彼此具有不同的形状。

2.根据权利要求1所述的内部永磁机，其中，所述多个第一极腔和所述多个第二极腔的每一个的每个极腔包括垂直于所述中心转动轴线的截面形状，所述截面形状由大体圆锥截面等式限定：

Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+F＝0

其中，A、B、C、D、E和F是常数，x是沿笛卡尔坐标系x轴的数值，且y是沿笛卡尔坐标系y轴的数值。

3.根据权利要求2所述的内部永磁机，其中，所述每对相应的成对的极腔的每个极腔包括相对于彼此不同的形状。

4.根据权利要求3所述的内部永磁机，其中，相应的每对极腔的每个极腔包括相差至少0.1mm的尺寸。

5.根据权利要求2所述的内部永磁机，其中，所述预定义配置包括相对于中心转动轴线彼此径向隔开的第一行、第二行、第三行和第四行，其中，第一行比所述第二行距离所述中心转动轴径向间隔更远，所述第二行比所述第三行距离所述中心转动轴径向间隔更远，且所述第三行比所述第四行距离所述中心转动轴径向间隔更远。

6.根据权利要求5所述的内部永磁机，其中，所述第一行、所述第二行、所述第三行和所述第四行的每一个均包括有三个极腔。

7.根据权利要求1所述的内部永磁机，其中，设置在所述多个第一极腔中的所述磁体由第一材料形成，且设置在所述多个第二极腔中的所述磁体由不同于所述第一材料的第二材料形成。

8.根据权利要求1所述的内部永磁机，其中进一步包括以交替关系的方式围绕所述中心转动轴线成角度地设置的多个第一极和多个第二极。