CN107546887B - 电机 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的电机，包括定子和具有多个磁极的转子，其中每个磁极包括第一V形磁通量隔阻件和第二V形磁通量隔阻件，其中所述第一磁通量隔阻件包括带有内气腔和外气腔的两个磁体，其中所述第二磁通量隔阻件包括带有内气腔和外气腔的两个磁体，并且其中所述磁通量隔阻件被设置为彼此邻近且相对于d轴对称，其特征在于：所述磁极包括在所述第一磁通量隔阻件与所述第二磁通量隔阻件之间相对于d轴对称设置的第一V形磁通量转向器。本发明的优点在于提供了具有改进性能和转矩脉动减小的电机。

Description

电机
技术领域
本发明涉及一种包括具有多隔阻件设计的转子的电机，优选适用于混合、插电式混合(plug-in hybrid)和电动车辆的永磁辅助磁阻机(permanent magnet assistedreluctance machine)。
背景技术
一些具有包括嵌入到转子中的永磁体的转子的电动机将根据磁体和隔阻件的配置而呈现很强的磁阻变化。这些发动机例如在电动车辆或混合动力车辆中常常被用作具有可变速度的电力驱动发动机并且包括多个转子磁极。沿磁极的d轴方向的直轴电感(directinductance)Ld与沿磁极的q轴的交轴电感(quadrature inductance)Lq之间的差异被称为凸极性(saliency)并且当驱动发动机被开关驱动电路适宜地驱动时产生所谓的磁阻转矩(reluctance torque)。d轴被限定为与转子的主磁通方向对齐，即可被视为磁极的中心轴，并且q轴被限定为从电力角度与d轴的正交对齐，即可被视为两个相邻磁极中心的等分线。除了通过转子的永磁体的磁通产生的转矩作用外，该磁阻转矩也将作用。
已知具有不同永磁体布置的转子。在一些转子中，磁体被设置为与转子的外周基本上平行，即垂直于d轴。在该构造中，磁体可设置有叠置的磁性层。这种配置可被称为平行磁体配置，并且可包括相对于d轴对称设置的两个或更多磁性层。优选地，气窝设置在磁体的相对末端上，意图阻塞磁通。在其它转子中，磁铁被设置为V形，具有相对于d轴对称地设置一个或多个磁性层。
转子中的磁性凸极性是永磁体的配置的结果。一个或多个气窝用于以期望的方式引导磁通。磁性层和气窝可被设置为提高电动机的效率或获取均匀的磁通分布从而最小化电动机中的脉动。
EP2494678描述了用于车辆(特别是电动车辆)的电力驱动电动机，其包括定子和带有至少一对磁极的转子，其中各对磁极的每个磁极包括具有至少一个埋设磁性层的磁体配置。驱动电动机的特征在于每个磁极具有若干磁通影响群组，每个群组具有若干充气凹陷(air-filled recesses)，其未分配给用于磁通量传导的各磁性层的磁体。在所示方案中，充气凹陷在转子外周处设置在磁体配置之间。所示方案的目的是沿电动机的转子铁心中的气隙均化磁阻，从而最小化定子的齿中的磁通密度的波动。
这种方案以及其它相似方案可解决与磁性凸极性和电动机饱和相关的一些问题，但是电动机仍然具有改进的空间。
发明内容
本发明的一个目的因此是提供具有磁通量多隔阻件设计和设置在磁通量隔阻件之间的磁通量转向器的改进电机。本发明的其它目的是提供包括这种电机的车辆。
根据本发明的技术方案提供了对该问题的解决方案。
一种用于车辆的电机，包括定子和具有多个磁极的转子，其中每个磁极包括第一V形磁通量隔阻件和第二V形磁通量隔阻件，其中所述第一磁通量隔阻件包括带有内气腔和外气腔的两个磁体，其中所述第二磁通量隔阻件包括带有内气腔和外气腔的两个磁体，并且其中所述磁通量隔阻件被设置为彼此邻近且相对于d轴对称，本发明的目的能够实现是因为所述磁极包括在所述第一磁通量隔阻件与所述第二磁通量隔阻件之间相对于d轴对称设置的第一V形磁通量转向器。
通过根据本发明的电机的第一实施例，提供了具有改进效率的电机。电机的转子包括多个磁极，其中磁极包括第一V形磁通量隔阻件和第二V形磁通量隔阻件，其中第一磁通量隔阻件包括具有内气腔和外气腔的两个磁体，其中第二磁通量隔阻件包括具有内气腔和外气腔的两个磁体，并且其中磁通量隔阻件被设置为彼此邻近且相对于d轴对称。
磁极进一步包括相对于d轴对称设置在第一磁通量隔阻件与第二磁通量隔阻件之间的第一V形磁通量转向器。获得更高磁阻转矩的一个方式是增加转子中沿d方向和q方向电感之间的差异。所述目的是控制转子铁心内的局部饱和以增加凸极性即增加磁阻转矩。磁通量转向器为此目的是带有较大基部高度的V形，并且可被视为具有翼形或飞镖形状。磁通量转向器的梢端尽可能的薄从而最小化沿q方向电感的影响。
V形磁通量转向器的精确形状可取决于磁通量隔阻件的形状而有些变化，但基部高度应当大于梢端的宽度。此外，所有拐角应当设置有与梢端宽度相同数量级或更大的半径。V形磁通量转向器的支腿之间的角度应当对应于V形磁通量隔阻件的磁体之间的角度。
在转子的改进中，转子包括设置在第二与第三磁通量隔阻件之间的第三V形磁通量隔阻件和第二V形磁通量转向器。磁通量隔阻件的长度适合于转子的特性，因此磁通量隔阻件具有不同的长度。但是磁通量转向器的形状是相同的。转子也可装备有设置在第一磁通量隔阻件上部的第三磁通量转向器和设置在第三磁通量隔阻件下部的第四磁通量转向器。
在转子的进一步改进中，转子具有设置在转子内部处在转子磁极之间的气穴。附加气穴将降低转子重量从而减少转子的惯性矩。该将提供更高的效率和电机的快速响应。磁通量转向器也将有助于更低的质量从而更低的转子惯性矩。
附图说明
现在将参照附图详述本发明，其中：
图1示出根据本发明的示意性电机的切面图，
图2示出来自根据本发明的电机的磁极的切面图，以及
图3示出磁通量转向器的细节。
具体实施方式
本发明具有下述改进的实施例仅作为示例并且毫不限制专利申请范围所保护的范围。
图1示意性地示出根据本发明的电机的示意图，图2示出转子磁极的细节，并且图3示出磁通量转向器(flux redirector)的细节。电机1包括围绕转子3环状设置的定子2。定子包括多个狭槽或凹槽21，狭槽或凹槽21设置有适于为电机供电的电线圈。线圈优选设置为三相构造，但是其它相数也是可能的。示出的定子具有48个狭槽。定子适于由开关电气控制单元供电。定子的外径可以例如是200-250mm。转子的外径可以例如是150mm。电机的峰值功率可高达150kW或更多，具有300Nm的峰值扭矩。
转子3具有多个磁极4，在所示示例中为8个磁极。每个磁极包括多个磁通量隔阻件，在所示示例中为第一磁通量隔阻件5、第二磁通量隔阻件6和第三磁通量隔阻件7。每个磁通量隔阻件包括以V形设置的两个磁体，磁体包括内气窝和外气窝。第一磁通量隔阻件5包括设置为V形的两个磁体8，其中每个磁体包括内气窝11和外气窝14。第二磁通量隔阻件6包括设置为V形的两个磁体9，其中每个磁体包括内气窝12和外气窝15。第三磁通量隔阻件包括设置为V形的两个磁体10，其中每个磁体包括内气窝13和外气窝16。
磁通量隔阻件被设置为磁体平行。磁通量隔阻件的外气窝被设置为尽可能接近转子的外边缘22，同时仍然保持转子的机械性能，使得保持转子的刚性。内气窝被设置为接近转子的中心d轴17。磁通量隔阻件的内气窝之间具有小间隙，这提供了转子的机械稳定性，但该间隙尽可能小。每个磁体都定位在转子内的狭槽中。狭槽具有用于磁体以及外气窝和内气窝的位置。狭槽具有将磁体可靠夹持在狭槽内的更宽部段，其中磁体比狭槽略微更厚。转子由并列层叠的多个薄金属板制成以形成转子，其中板可例如为0.2-0.3mm厚。板中的图案被切割或冲压，这能够提供成本有效的转子还允许每个板中具有复杂图案。
每个磁通量隔阻件相对于d轴17对称地设置。这意味着磁通量隔阻件将具有不同的长度。单个磁通量隔阻件的长度和磁通量隔阻件的数量取决于转子的设计和转子的期望特性。在所示示例中，外气窝也具有不同的长度。两个磁通量隔阻件的两个相邻磁体之间的距离也取决于转子的期望特性，并且在该示例中大于磁体的高度。
转子具有设置在两个磁通量隔阻件之间的磁通量转向器。第一磁通量转向器18设置在第一磁通量隔阻件5与第二磁通量隔阻件6之间，并且第二磁通量转向器19设置在第二磁通量隔阻件6与第三磁通量隔阻件7之间。在所示示例中，第三磁通量转向器20设置在第一磁通量隔阻件5的外部，处于第一磁通量隔阻件5与转子的外边缘22之间。第四磁通量转向器21设置在第三磁通量隔阻件7的内侧上，处于第三磁通量隔阻件7与转子的内边缘23之间。第一磁通量转向器相对于d轴对称地设置。磁通量转向器是V形的并且可类似翅膀或飞镖(boomerang)。磁通量转向器的目的是增加凸极性即d轴与q轴之间的电感差异。这例如可通过尽可能地降低d轴中磁极的电感来实现，同时尽可能少地影响沿q轴30的磁极的电感。磁通量转向器的形状将因而是折衷。
图3示出磁通量转向器的优选形状。磁通量转向器包括下侧29，其优选平行于磁通量隔阻件的磁体。下侧29形成V形磁通量转向器的下半部。磁通量转向器的底部26优选是具有半径的圆角。基弦(base chord)24(即磁通量转向器的基部高度)具有磁通量转向器的沿平行于d轴方向的最大测量值。梢弦25(即梢端的高度)具有磁通量转向器的最小测量值。基弦的长度优选是梢弦长度的至少两倍。梢端是具有半径的圆角，其中半径可例如等于梢弦测量值的一半。磁通量转向器的宽度28取决于磁通量隔阻件的其它测量值，例如两个磁通量隔阻件之间的距离。
转子也可具有在转子的每个磁极之间设置的气穴31。气穴不影响磁极的电感，但是使用于转子的材料量最小化，这就允许更高的电机效率和更低的转子惯性矩。当制造金属薄片时在转子金属薄片中切割或冲压出气孔。磁通量转向器也将有助于更低的质量从而更低的转子惯性矩。
通过所述的电机，提供了具有改进性能的电机。当驱动所述电机时所述转子也将最小化由电极导致的脉动。提出的方案也可能提供如下的电机，即，能不使用用于转子旋转位置的解角器(resolver)即可控制的电机。传统地，这种类型的电机安装有解角器类型的转子位置传感器以便能够控制电机。这种类型电机中的凸极性能够通过来自变换器的谐波注入用于传感器更少位置确定。通过引入磁通量转向器而增加的凸极性增加将增加能使用谐波注入的操作范围。如果电机的凸极性足够高，则不利用解角器类型的位置传感器就能够确定转子位置。
转子中的附加气穴的使用将进一步减少转子质量从而减少惯性矩。磁通量转向器也将有助于更低的质量从而更低的转子惯性矩。
不认为本发明局限于如上所述的实施例，若干其它变型和改进也可能在系列专利申请的范围内。
附图标记
1：电机
2：定子
3：转子
4：磁极
5：第一磁通量隔阻件
6：第二磁通量隔阻件
7：第三磁通量隔阻件
8：第一磁体
9：第二磁体
10：第三磁体
11：第一内气腔
12：第二内气腔
13：第三内气腔
14：第一外气腔
15：第二外气腔
16：第三外气腔
17：d轴
18：第一磁通量转向器
19：第二磁通量转向器
20：第三磁通量转向器
21：第四磁通量转向器
22：外边缘
23：内部边缘
24：基弦
25：梢弦
26：底部
27：梢端
28：宽度
29：下侧
30：q轴
31：气穴
32：狭槽

Claims (11)

1.一种用于车辆的电机(1)，包括定子(2)和转子(3)，所述转子具有多个磁极(4)且由多个层叠的金属板制成，其中每个磁极(4)包括第一V形磁通量隔阻件(5)和第二V形磁通量隔阻件(6)，其中所述第一V形磁通量隔阻件(5)包括均带有径向的内气腔(11)和径向的外气腔(14)的两个磁体(8)，其中所述第二V形磁通量隔阻件(6)包括均带有径向的内气腔(12)和径向的外气腔(15)的两个磁体(9)，其中，所述磁极的d轴在所述第一V形磁通量隔阻件的径向的内气腔之间以及在所述第二V形磁通量隔阻件的径向的内气腔之间，并且其中所述第一和第二V形磁通量隔阻件(5,6)被设置为径向上彼此邻近且所述第一和第二V形磁通量隔阻件每一个的磁体被布置成相对于d轴(17)对称，其中，所述磁极(4)包括在所述第一V形磁通量隔阻件(5)与所述第二V形磁通量隔阻件(6)之间设置在d轴上的第一飞镖形磁通量转向器(18)，其中，所述第一飞镖形磁通量转向器(18)由层叠的金属板切割或冲压并具有相对于d轴对称的形状，其中，所述第一飞镖形磁通量转向器具有基部和梢端，其中，基部高度大于所述梢端的宽度，并且其中，所述第一飞镖形磁通量转向器(18)的支腿之间的角度等于第一V形磁通量隔阻件(5)与第二V形磁通量隔阻件(6)中的磁体之间的角度。
2.根据权利要求1所述的电机，其中每个磁极(4)包括第三磁通量隔阻件(7)，所述第三磁通量隔阻件邻近于所述第二V形磁通量隔阻件(6)设置且相对于所述d轴(17)对称。
3.根据权利要求2所述的电机，其中所述磁极(4)包括第二飞镖形磁通量转向器(19)，所述第二飞镖形磁通量转向器被设置在所述第二V形磁通量隔阻件(6)与第三磁通量隔阻件(7)之间在所述d轴(17)上，其中，所述第二飞镖形磁通量转向器(19)由层叠的金属板切割或冲压并具有相对于d轴对称的形状。
4.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述磁极(4)包括在所述第一V形磁通量隔阻件(5)的径向外侧设置在所述d轴上的其它飞镖形磁通量转向器(20)，其中，所述其它飞镖形磁通量转向器由层叠的金属板切割或冲压并具有相对于d轴对称的形状。
5.根据权利要求2所述的电机，其中所述磁极(4)包括在所述第三磁通量隔阻件(7)的径向内侧处设置在所述d轴上的其它飞镖形磁通量转向器(21)，所述其它飞镖形磁通量转向器由层叠的金属板切割或冲压并具有相对于d轴对称的形状。
6.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述转子(3)具有设置在所述转子的内部处位于两个相邻磁极之间的气穴(31)。
7.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述磁通量隔阻件的外端与所述转子的外周面(22)之间的距离大致相同。
8.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述电机是永磁辅助磁阻电机。
9.一种包括根据权利要求1或2所述的电机的车辆。
10.根据权利要求9所述的车辆，其中所述车辆是电池电动汽车。
11.根据权利要求9所述的车辆，其中所述车辆是包括内燃发动机的混合动力车辆。
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