CN108123585A - 具有由永磁体饱和的磁泄漏路径的同步磁阻电动机 - Google Patents

Abstract

一种同步磁阻电动机包括定子和转子。该转子配置成相对于定子绕转动轴线转动。转子与定子隔开，以在定子和转子之间限定气隙，并且包括转子芯部，该转子芯部限定最外转子表面和与最外转子表面相对的最内转子表面。转子芯部包括将转子空腔彼此分开的多个肋部，并且包括将气隙和转子空腔分开的多个转子桥。永磁体各自设置在转子空腔中的一个中。永磁体的磁体表面积小于转子空腔的空腔表面积。每个永磁体邻近于最外转子表面，以使得肋部和转子桥处的磁饱和最大化。

Description

具有由永磁体饱和的磁泄漏路径的同步磁阻电动机

引言

本发明总体涉及一种同步磁阻电动机及其制造方法。

同步磁阻电动机是在铁磁性转子上包括非永久磁极的电动机。同步磁阻电动机具有同等数量的定子和转子磁极。在同步磁阻电动机中，转矩通过磁阻而产生

发明内容

本发明涉及一种同步磁阻电动机。该同步磁阻电动机包括定子和转子，该定子包括多个电导体，且该转子相对于定子同心地设置。转子配置成相对于定子绕转动轴线转动。此外，转子与定子隔开以在定子和转子之间限定气隙并且包括转子芯部。转子芯部限定最外转子表面和与该最内(最外)转子表面相对的最内转子表面。转子芯部包括多个磁极件，该多个磁极件绕转动轴线环形地设置。磁极件的至少一个限定多个转子空腔。转子芯部包括多个肋部，这些肋部将转子空腔彼此隔开。该转子芯部包括多个转子桥，这些转子桥将气隙和转子空腔分开。该转子进一步包括多个永磁体，每个永磁体设置在转子空腔的一个中。每个转子空腔具有沿着平面限定的空腔表面积。每个永磁体具有沿着该平面限定的磁体表面积，且该磁体表面积小于空腔表面积的十分之一。每个永磁体邻近于最外转子表面，以使得肋部和转子桥处的磁饱和最大化。相对较小的永磁体布置在转子桥附近，以使得磁泄漏磁通路径饱和，由此与传统电动机相比，增大同步磁阻电动机的磁阻转矩，而不会增加旋转损失。为此，永磁体的至少一个邻近于转子桥设置。在所示出的实施例中，每个永磁体的整体比起靠近最内转子表面更靠近最外转子表面，以使得同步磁阻电动机的磁阻转矩和功率最大化。

本发明还描述一种车辆。在一实施例中，该车辆包括传动系和操作地连接于传动系的同步磁阻电动机。该同步磁阻电动机是同步磁阻电动机并且包括：定子和转子，该定子包括多个电导体，且该转子相对于定子同心地设置。该转子配置成相对于定子绕转动轴线转动，并且与定子隔开，以在定子和转子之间限定气隙。在一个或多个实施例中，转子包括转子芯部，该转子芯部限定最外转子表面和与该最内(最外)转子表面相对的最内转子表面。转子芯部包括多个磁极件，该多个磁极件绕转动轴线环形地设置。磁极件的一个或多个限定多个转子空腔。转子芯部包括多个转子桥，这些转子桥将气隙和转子空腔分开。此外，该转子芯部包括多个肋部，这些肋部将转子空腔彼此分开。附加地，该转子包括多个永磁体，每个永磁体设置在转子空腔的一个中。每个永磁体可比靠近肋部更靠近转子桥。此外，每个永磁体邻近于最外转子表面，以使得肋部和转子桥处的磁饱和最大化。每个转子空腔具有沿着平面限定的空腔表面积。每个永磁体具有沿着平面限定的磁体表面积。此外，每个永磁体具有最大磁体宽度和最大磁体长度。磁体表面积等于最大磁体宽度乘以最大磁体长度。在一个或多个实施例中，磁体表面积小于空腔表面积的十分之一。在一个或多个实施例中，磁体表面积大于空腔表面积的十五分之一。磁体表面积可具有矩形形状。作为非限制示例，仅仅永磁体设置在转子空腔内部，并且永磁体占据转子空腔的整个体积的百分之五十以下。转子空腔沿着设置在径向方向彼此隔开的多个空腔层中。多个空腔层可包括第一空腔层、第二空腔层以及第三空腔层。多个转子空腔的每个可包括第一转子空腔、第二转子空腔以及第三转子空腔。多个空腔层的每个可仅仅由第一转子空腔、第二转子空腔以及第三转子空腔所限定。第一转子空腔、第二转子空腔以及第三转子空腔可共同地限定圆锥截面形状。第一内磁极肋部可使得第一转子空腔沿着切向方向与第二转子空腔分开，该切向方向垂直于径向方向。第二内磁极肋部可使得第二转子空腔沿着切向方向与第三转子空腔分开。作为非限制示例，每个空腔层包括仅仅两个永磁体。设置在第一空腔层中的每个永磁体的最大磁体长度可以是约1.73毫米。设置在第一空腔层中的每个永磁体的最大磁体宽度可以是约0.86毫米。设置在第一空腔层中的每个永磁体的最大磁体长度可以是约1.08毫米。设置在第二空腔层中的每个永磁体的最大磁体宽度可以是约1.2毫米。设置在第三空腔层中的每个永磁体的最大磁体长度可以是约2.43毫米。设置在第二空腔层中的每个永磁体的最大磁体宽度可以是约1.35毫米。

当结合附图时，从限定在所附权利要求中的用于执行同步磁阻电动机的其中一些最佳模式和其它实施例的以下详细描述中，本发明的同步磁阻电动机的上述特征和优点以及其它特征和优点显而易见。

附图说明

图1是包括同步磁阻电动机的车辆的示意图。

图2是沿着剖线2-2剖取的图1中示意地示出的同步磁阻电动机的示意性正剖视图。

图3是图2中示出的同步磁阻电动机的磁极件的示意性放大剖视图。

图4是不具有永磁体的电动机的示意性部分正视图，示出转子空腔的一个。

图5是永磁体的一个的示意性正视图。

具体实施方式

参照附图，其中，类似的附图标记指代类似的部件，图1示出车辆10，该车辆包括配置成推进车辆10的同步磁阻电动机12。同步磁阻电动机12能配置成将转矩或力提供给车辆10的另一部件，由此推进车辆10。除了推进车辆10以外，同步磁阻电动机12能用于为其它合适的装置提供动力。同步磁阻电动机12可以是无刷电动机并且包括六个基本上相同的互连区段12A，这些区段沿着转动轴线X并排地设置，该转动轴线沿着同步磁阻电动机12的长度限定。然而可设想的是，同步磁阻电动机12可包括更多或更少的区段12A。互连区段12A的数量与同步磁阻电动机12能够产生的用于为车辆10提供动力的转矩直接地相关。在一个实施例中，同步磁阻电动机12是同步磁阻电动机。

车辆10包括传动系14，该传动系具有变速器和驱动轴(未示出)。传动系14经由一个或多个诸如等速和万向接头的合适联接件(未示出)操作地连接在同步磁阻电动机12和从动轮16之间。同步磁阻电动机12和传动系14之间的操作连接允许同步磁阻电动机12将转矩供给至从动轮16以推进车辆10。

除了传动系14以外，车辆10包括能量存储装置18，该能量存储装置配置成将电能供给至同步磁阻电动机12和其它车辆系统(未示出)。为此，能量存储装置18电气地连接于同步磁阻电动机12。由于此种电气连接，同步磁阻电动机12配置成在由车辆10的位于同步磁阻电动机12外部的动力能源驱动时、接收来自能量存储装置18的电能并且能作为发电机操作。此种外部动力能量可例如由内燃机(未示出)或者经由车辆惯性由从动轮16提供。

图2示出同步磁阻电动机12的一部分沿着虚拟平面P剖取的剖视图。同步磁阻电动机12包括具有定子芯部19的定子20。定子芯部19具有孔22，且定子20包括设置在孔22中的电导体24。电导体24电气地连接于能量存储装置18(图1)。此种电气连接允许能量存储装置18(图1)能将电能供给至电导体24。定子20可具有基本上环形的形状并且可围绕转动轴线X设置。此外，定子20可限定最外定子表面23和与最外定子表面23相对的最内定子表面25。外定子表面23和内定子表面25两者均可限定围绕转动轴线X的周缘。孔22可比靠近外定子表面23更靠近内定子表面25设置，并且各自定形且定尺寸成接收一个或多个电导体24。如这里所使用的，术语“孔”包括但不限于定子20中的狭缝、槽、开口或任何空腔，它们配置且定形成接收至少一个电导体24。电导体24可由类似于铜和铝的诸如金属材料的合适导电材料制成。电导体24可配置成条或绕组并且可具有诸如基本上矩形、长方体和圆柱形形状的任何合适形状。不管电导体24的形状如何，每个电导体均定形且定尺寸成接收在一个孔22中。虽然附图示出孔22容纳两个电导体24，但每个孔22可容纳更多或更少的电导体24。

同步磁阻电动机12进一步包括转子26，该转子围绕转动轴线X设置并且设置在定子20内。定子20可与转子26同心地设置。转子26包括转子芯部21，该转子芯部总体地或部分地由诸如不锈钢的金属材料形成，且可具有基本上环形形状，并限定多个转子空腔30和设置在转子空腔30内的多个永磁体32。可设想的是，转子空腔30可配置成槽。永磁体32紧密地装配在转子空腔30中并且包括诸如钕、钐的稀土元素的合金或者任何其它合适的铁磁材料。合适的铁磁材料包括钕铁硼(NdFeB)合金和钐钴(SmCo)合金。永磁体32可环形地围绕转动轴线X并且配置成与电导体24磁性地相互作用。在同步磁阻电动机12的操作期间，转子26响应于在电导体24和永磁体32之间产生的磁通、相对于定子20围绕转动轴线X旋转，由此产生驱动转矩来为车辆10提供动力。

在所示出的实施例中，转子26限定最外转子表面27和与最外转子表面27相对的最内转子表面29。最外转子表面27和最内转子表面29两者均可限定围绕转动轴线X的周缘。同步磁阻电动机12可在最内定子表面25和最外转子表面27之间限定气隙31。气隙31可具有基本上环形形状并且跨越转子26。转子26包括多个磁极件42，这些磁极件围绕转子中心C环形地设置，该转子中心可与转动轴线X重合。虽然视图示出八个磁极件42，但转子26可包括更多或更少的磁极件42。磁极间桥44将相继的磁极件42分开并且能沿着相应的磁极间轴线46延伸。每个磁极间轴线46延伸通过转子中心C并且基本上通过相应磁极间桥44的中部，并限定两个相继的磁极件42之间的界线。相继的磁极件42具有相反极性。每个磁极件42进一步限定中心磁极轴线49，该中心磁极轴线延伸通过转子中心C并且基本上通过所述磁极件42的中部。每个磁极件42的中心磁极轴线49也可与转动轴线X相交。

参照图3，转子26进一步包括多个转子桥51，这些转子桥分开气隙31和转子空腔30。因此，转子桥51部分地限定最外转子表面27并且完整地设置在气隙31和转子空腔30之间。如下文所讨论地，转子空腔30完全是空的，除了永磁体32设置在转子空腔30内部以外。换言之，仅仅永磁体32设置在转子空腔30内部。

每个磁极件42包括多个永磁体32，这些永磁体设置在转子空腔30中。转子空腔30设置在空腔层48中。在所示出的实施例中，每个磁极件42包括四个空腔层48A、48B、48C和48D，这些空腔层沿着由箭头A所指示的径向方向彼此隔开。虽然附图示出四个空腔层48，但每个磁极件42可包括更多或更少的空腔层。每个空腔层48中的转子空腔30仅仅包括一对永磁体32，该对永磁体沿着由箭头T所指示的切向方向彼此隔开。换言之，作为非限制示例，每个空腔层48仅仅包括两个永磁体32，以使得同步磁阻电动机12的磁阻转矩最大，而不会增加旋转损失。切向方向(例如由箭头T所指示)可基本上垂直于径向方向(由箭头R所指示)。每个永磁体32可以是单体结构。每个空腔层48包括共同地形成为圆弧的三个转子空腔30。作为非限制示例，每个空腔层48可具有圆锥截面形状，例如半圆形形状。

相对较小的永磁体32布置在转子桥51附近，以使得磁泄漏磁通路径饱和，由此与传统的电动机相比，增大同步磁阻电动机12的磁阻转矩，而不会增加旋转损失。为此，永磁体32中的至少一个邻近于转子桥51设置。在所示出的实施例中，每个永磁体32的整体比起靠近最内转子表面29更靠近最外转子表面27，以使得同步磁阻电动机12的磁阻转矩和功率最大化。

每个空腔层48包括第一转子空腔30A、第二转子空腔30B以及第三转子空腔30C。一对第一永磁体32A中的仅仅一个设置在第一转子空腔30A中，且一对第一永磁体32A中的仅仅一个设置在第二转子空腔30B中。除了第一永磁体32A以外，无固态物质设置在第一转子空腔30A中。除了第一永磁体32A以外，无固态物质设置在第二转子空腔30B中。术语“固态物质”意指具有固定体积和固定形状的物质。第二转子空腔30B完全是空的。换言之，无固态物质设置在第二转子空腔30B中。第一内磁极肋部34沿着由箭头T所指示的切向方向将第一转子空腔30A从第二转子空腔30B分开。此外，第一内磁极肋部34能沿着第一桥轴线B1延伸，以增强转子26的结构完整性，该第一桥轴线相对于中心磁极轴线49倾斜地成角度。多个第二内磁极肋部54沿着由箭头T所指示的切向方向将第二转子空腔30B从第三转子空腔30C分开。此外，第二内磁极肋部54能沿着第二桥轴线B2延伸，以增强转子26的结构完整性，该第二桥轴线相对于中心磁极轴线49倾斜地成角度。

参照图4，每个转子空腔30沿着虚拟平面P具有空腔表面积A1。每个转子空腔30的空腔表面积A1指代每个转子空腔30的整个表面积并且仅仅由转子芯部21的第一转子表面33A、第二转子表面33B、第三转子表面33C以及第四转子表面33D所界定。第一转子表面33A和第二转子表面33B是完全线性的并且彼此相对。第三转子表面33C和第四转子表面33D是弧形的并且彼此相对。第四转子表面33D是凹入的，而第三转子表面33C是凸起的。每个永磁体32的整体比起第二转子表面33A更靠近第一转子表面33A，以使得同步磁阻电动机12的磁阻转矩和功率最大化。第一转子表面33A是限定转子空腔30的表面，该表面最靠近桥51和最外转子表面27。

参照图5，每个永磁体32沿着虚拟平面P具有磁体表面积A2。永磁体32可具有不同的表面积。在所示出的实施例中，每个永磁体32具有矩形表面积。每个永磁体32的磁体表面积A2指代每个永磁体32的整个表面积，并且仅仅由最大磁体长度L何最大磁体宽度W所限定。每个永磁体32的磁体表面积A2等于最大磁体长度L乘以最大磁体宽度W。对于第一空腔层48A中的永磁体32，最大长度L是约1.73毫米(mm)，而最大磁体宽度W是约0.86mm。对于第二空腔层48B中的永磁体32，最大长度L是约1.08毫米(mm)，而最大磁体宽度W是约1.2mm。对于第三空腔层48C中的永磁体32，最大长度L是约2.43毫米(mm)，而最大磁体宽度W是约1.4mm。对于第四空腔层48D中的永磁体32，最大长度L是约2.5毫米(mm)，而最大磁体宽度W是约1.35mm。在包括所附权利要求的本说明书中的(例如，数量或条件的)参数的所有数值应理解为在所有情形中由术语“约”修饰，而不管“约”是否实际上出现在数值之前。“约”指示所述数值允许一些轻微不精确性(一定程度上接近数值的精确性；大约或合理地接近数值；近乎地)。如果由“约”提供的不精确性并未另外在本领域中用普通含义来理解，则这里使用的“约”至少指示可能由普通测量方法并且使用这些参数产生的变化。此外，范围公开应理解成确切地公开的所有数值和该范围内的又一些分割范围。该段落中描述的尺寸有助于使得同步磁阻电动机12的磁阻转矩最大化。永磁体32的表面积的矩形形状也有助于使得同步磁阻电动机12的磁阻转矩最大。

参照图3-图5，每个转子空腔30的空腔表面积A1(沿着虚拟平面P限定)小于每个永磁体32的磁体表面积A2(沿着相同虚拟平面P限定)。确切地说，永磁体32中的一个的磁体表面积A2小于转子空腔30中的一个的空腔表面积A1的十分之一，以使得与传统电动机相比最大化同步磁阻电动机12的磁阻转矩。因此，永磁体32占据转子空腔30的整个体积的百分之五十以下，由此使得功率和转矩最大化。此外，每个永磁体32均邻近于最外转子表面27，以使得第一内磁极肋部34、第二内磁极肋部54以及转子桥51处的磁饱和最大，由此与传统电动机相比，增大同步磁阻电动机12的磁阻转矩，而不会增加旋转损失。此外，永磁体32中的一个的磁体表面积A2大于转子空腔30中的一个的空腔表面积A1的十分之一，从而与传统电动机相比，使得同步磁阻电动机12的磁阻转矩最大。在每个转子空腔30中，永磁体32比起靠近第二转子表面33B更靠近(并且可与其直接接触)第一转子表面33A(其是转子空腔30的最靠近转子桥51的转子表面33A)，以使得由同步磁阻电动机12产生的转矩和功率最大。

虽然已详细地描述了用于执行教示的最佳模式，那些熟悉本发明相关领域的技术人员会认识到在所附权利要求范围内的用于实践教示的各种替代设计和实施例。这里说明性地公开的车辆10和同步磁阻电动机12可在缺少这里并未明确公开的任何元件的情形下适当地实践。此外，附图中示出的实施例或者本说明书中提及的各个实施例的特征无需理解为彼此独立的实施例。而是，在实施例的示例中的一个描述的每个特征能与来自其它实施例的多个其它期望特征相组合，以产生并未用词语描述的或者通过参照附图产生的其它实施例。

Claims (10)

1.一种同步磁阻电动机，包括：

定子，所述定子包括多个电导体；以及

转子，所述转子相对于所述定子同心地设置，其中，所述转子配置成相对于所述定子绕转动轴线转动，并且所述转子与所述定子隔开，以在所述定子和所述转子之间限定气隙，且所述转子包括：

转子芯部，所述转子芯部限定最外转子表面和与所述最外转子表面相对的最内转子表面，其中，所述转子芯部包括多个磁极件，所述多个磁极件绕所述转动轴线环形地设置，且所述磁极件的至少一个限定多个转子空腔；以及

多个永磁体，每个永磁体均设置在所述转子空腔中的一个中，其中，所述转子空腔的每个均具有沿着平面限定的空腔表面积，其中，所述永磁体的每个均具有沿着所述平面限定的磁体表面积，且所述磁体表面积小于所述空腔表面积的十分之一。

2.根据权利要求1所述的同步磁阻电动机，其中，所述转子芯部包括多个转子桥，所述多个转子桥将所述气隙和所述转子空腔分开，且所述永磁体的每个邻近于所述最外转子表面，以使得所述转子桥处的磁饱和最大。

3.根据权利要求2所述的同步磁阻电动机，其中，所述转子芯部包括多个肋部，所述多个肋部将所述转子空腔彼此分开，并且所述永磁体的每个均比起靠近所述肋部更靠近所述转子桥。

4.根据权利要求1所述的同步磁阻电动机，其中，所述永磁体具有不同的表面积。

5.根据权利要求1所述的同步磁阻电动机，其中，所述永磁体的每个具有矩形表面积。

6.根据权利要求1所述的同步磁阻电动机，其中，仅仅所述永磁体设置在所述转子空腔内部。

7.根据权利要求6所述的同步磁阻电动机，其中，所述永磁体占据所述转子空腔的整个容积的百分之五十以下。

8.根据权利要求1所述的同步磁阻电动机，其中，所述转子空腔设置在沿着径向方向彼此隔开的多个空腔层中。

9.根据权利要求8所述的同步磁阻电动机，其中，所述多个转子空腔的每个包括第一转子空腔、第二转子空腔以及第三转子空腔，所述多个空腔层中的一个仅仅由所述第一转子空腔、所述第二转子空腔和所述第三转子空腔限定，且所述第一转子空腔、所述第二转子空腔和所述第三转子空腔共同地限定圆锥截面形状。

10.根据权利要求1所述的同步磁阻电动机，其中，所述磁体表面积大于所述空腔表面积的十五分之一。