CN111226383B - 电机转子的磁桥的几何形状 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在涉及一种用于电机的转子(1)，包括四个主磁极(13)和四个副磁极(14)，所述磁极本身由具有特定开口角(θ1、θ2、θ3)的磁通屏障组成，使得各磁极是不对称的，并且一个磁通屏障与另一个磁通屏障之间的角度差是恒定的且等于8.7°。本发明还旨在涉及一种包括此转子的电机。

Description

电机转子的磁桥的几何形状
技术领域
本发明涉及一种永磁辅助可变磁阻同步旋转电机，并且更具体地涉及一种利用提供高功率的高压连续总线操作的这种电机的转子。
通常，这种电机包括彼此同轴地设置的定子和转子。
转子由转子本体组成，具有设置在转子轴上的一束层叠件。这些层叠件包括用于永磁体的壳体，以及用于形成磁通屏障的穿孔，这些穿孔允许磁体的磁通径向地指向定子，并且用于促进产生磁阻转矩。
转子通常被容纳在定子内，定子承载电绕组，允许产生使得转子能被驱动旋转的磁场。
背景技术
如在文献WO-2016/188,764中更好地描述的，转子包括贯穿层叠件延伸的多个轴向凹槽。
径向地设置在彼此之上并且彼此间隔开一距离的第一系列轴向凹槽形成用于磁通发生器的壳体，此处永磁体呈矩形条状。
另一系列的凹槽由具有倾斜的径向方向的穿孔组成，它们从这些壳体开始并且止于层叠件的边缘附近。
倾斜的穿孔关于磁体壳体对称地设置，从而每次形成基本上V形的平底几何形图形，平底由磁体壳体形成，并且该V形的倾斜臂由穿孔形成。由此，产生了由穿孔形成的磁通屏障。来自磁体的磁通然后不得不通过穿孔之间的实心部分。这些实心部分由铁磁材料制成。
然而，已经观察到，在这种类型的永磁辅助同步磁阻电机中反电动势谐波和转矩脉动是显著的。
这还可能在转子处产生颠簸和振动，因此导致使用该电机时的不适。本发明的目的在于克服上述缺点，并且特别地减少转矩脉动、反电动势谐波和声学噪声。
发明内容
因此，为了实现上述目的中的至少一个，根据第一方面，本发明主要提供一种用于电机的转子，转子包括：
-转子本体，其由设置在转子轴上的一束层叠件组成。
-八个磁极，每个磁极由位于轴向凹槽中的至少三个磁体组成，以及
-组成每个磁极的三个非对称磁通屏障，包括外磁通屏障、中心磁通屏障和内磁通屏障，每个磁通屏障包括位于每个轴向凹槽的各侧上的两个倾斜凹槽，形成与各自穿过转子中心并且穿过位于每个磁通屏障相应凹槽外表面区域中的中点的两条线之间的角度对应的开口角(θ1、θ2、θ3)，特征在于，所述转子包括
-四个主磁极，每个由具有大致等于43.1°的开口角θ1的外磁通屏障、具有大致等于33.1°的开口角θ2的中心磁通屏障和具有大致等于23.1°的开口角θ3的内磁通屏障组成，
-四个副磁极，每个由具有大致等于34.4°的开口角θ1的外磁通屏障、具有大致等于24.4°的开口角θ2的中心磁通屏障和具有大致等于14.4°的开口角θ3的内磁通屏障组成，每个副磁极与主磁极交替，以及
-相应的交替的磁通屏障之间的开口角差对于每对交替的磁极是相同的，并且等于8.7°。
本发明还涉及一种电机，该电机包括定子和如上所述的转子，其中，转子被容纳在定子内。
根据本发明的一实施例，定子包括沿着所述定子周向布置的多个径向狭槽。
根据本发明的一实施例，狭槽沿着定子轴向延伸。
根据本发明一实施例，定子具有范围在100mm至300mm之间、并且优选为200mm的外径，且具有范围在100mm至200mm之间、并且优选为135mm的内径。
根据本发明的一实施例，电机包括长度范围在0.4mm至0.8mm之间、优选为0.6mm的气隙。
附图说明
通过阅读此后通过非限制性示例给出并且参考附图的方式的对各实施例的描述，本发明的其它特征和优点将会是明了的，在附图中：
-图1示出本发明的转子，
-图2示出了本发明的电机，
-图3是示出本发明的电机的性能曲线图，以及，
-图4是示出本发明的电机和现有技术的电机的谐波幅度的曲线图。
具体实施方式
如图1和图2所示，已知转子1包括轴2，轴2优选地为磁性的，在轴2上设置有一束层叠件3。在本发明的上下文中，这些层叠件3是铁磁的、平坦的、相同的、轧制的并且具有圆形形状，且它们以任何已知的手段组装到彼此。层叠件3可包括由转子轴2横穿的中心孔4和贯穿层叠件3延伸的多个轴向凹槽5。
径向地设置在彼此之上并且彼此间隔开距离的第一系列轴向凹槽6形成用于磁通发生器的壳体，此处永磁体呈矩形条状。轴向凹槽6呈梯形。然而，轴向凹槽6可具有其它形状，尤其是矩形、正方形等。
另一系列的凹槽由具有倾斜的径向方向的穿孔8组成，从轴向凹槽6开始并且终止于层叠件3的边缘附近，即，在电机的气隙的区域中。
在本发明的上下文中，转子1包括如图2所示的八个磁极。每个磁极由三个永磁体7组成，这三个永磁体位于为容纳永磁体7而设置的三个轴向凹槽6中。转子1还包括三个磁通屏障，外磁通屏障9、中心磁通屏障10和内磁通屏障11。
如图1和图2中可见的，每个磁通屏障(9、10、11)包括两个倾斜的穿孔，所述两个倾斜的穿孔关于用于每个磁极的磁体7的壳体对称地设置，从而每次形成大致V形的平底的几何形图形，平底由壳体7形成，并且该V形的倾斜臂由倾斜的穿孔形成。限定V形的开口的开口角(θ1、θ2、θ3)对应于每个磁极的每个磁通屏障(9、10、11)。这些开口角对应于两条线(Δ1、Δ2)之间的角度，这两条线各自穿过转子1的中心C和位于每个磁通屏障的具有倾斜的径向方向穿孔8外表面12处的中点M。外表面12在电机的机械气隙的区域中，如下文将描述的。
在本发明的上下文中，转子1包括两种磁极结构。因此，它包括四个主磁极13和四个副磁极14。
根据本发明，主磁极13每个由具有大致等于43.1°的开口角θ1的外磁通屏障9、具有大致等于33.1°的开口角θ2的中心磁通屏障10和具有大致等于23.1°的开口角θ3的内磁通屏障11组成。四个副磁极14每个由具有大致等于34.4°的开口角θ1的外磁通屏障9、具有大致等于24.4°的开口角θ2的中心磁通屏障10和具有大致等于14.4°的开口角θ3的内磁通屏障11组成。“大致等于”意味着各角度可能变化一度或两度，但是它们优选地具有前述值。
本发明的主要方面是：转子1包括主磁极13与副磁极14的交替。因此，相对于现有技术的电机，转矩脉动、反电动势谐波和声学噪声大大减少。在电机的实施例中，每个特定的磁通屏障的开口角之间的差对于每个交替的主磁极和副磁极对都是恒定的。该角度差大致等于8.7。对于每个连续的主磁极13和副磁极14，外磁通屏障、中心磁通屏障和内磁通屏障都呈现该8.7°角差。例如，主磁极13和副磁极14的外磁通屏障9的开口角θ1之间的角差是43.1°减去34.4°，即8.7°。这也适用于其它磁通屏障的开口角。
因此，在两个连续磁极之间产生非对称的磁通屏障。因此，来自磁体的磁通不得不穿过穿孔之间的实心部分，并且其允许减少转矩脉动、反电动势谐波和声学噪声。
在所述实施例中，转子1的长度为150mm，而转子1的组成层叠件3为0.35mm的轧制层叠件。然而，这些值绝非限制性的，而是满足上述角度值的任何距离范围都是可能的。
如在图2中可见，其示出了本发明的一实施例的旋转电机(在此为永磁辅助可变磁阻同步电机)，电机还包括同轴地集成在转子1中的定子15。
定子15包括具有内壁17的环形圈16，其内径设计为接纳转子1，并带有提供气隙18所需的空间。该环形圈包括此处具有长形(长圆形/椭圆形)截面的多个孔洞5，这些孔洞5形成用于电枢绕组的狭槽19。
更确切地说，这些孔洞都沿着定子轴向延伸，而同时径向地设置在环形圈上，并且在周向上彼此间隔距离D。在本发明的上下文中，存在48个孔洞。
在本发明的上下文内，定子的外径为200mm，而内径为135mm。电机的气隙18的长度为0.6mm。
图3示出了在DC总线电压(不连续电流)为350V、连续点的峰值为400A、峰值点的值为600A并且最大速度为16800rpm(14000rpm+20％超速)的应用场合中电机的电磁性能。横坐标以每分钟转数示出电机的速度，纵坐标以N.m为单位示出转矩的连续曲线，并以kW(右手边的刻度)为单位示出功率的虚线曲线。
图4是根据文献WO-2016/188,764中描述的现有技术的电机(AA)和本发明的电机(I)的对比图，示出了谐波相对于基波的幅度差，并且其证实了预期的结果，即，由于主磁极13和副磁极14的交替而引起的转矩脉动和反电动势谐波的减小。该图在两个电机(AA和I)的情况下，在横坐标上示出了谐波的阶次，而在纵坐标上示出了反电动势。
下面的表格在右边的一栏中示出了转矩脉动，并且因此它对利用本发明的创新结构获得的对于210、260和302N.m的值的增益进行了总结：
400A-–210N.m(0.53N.m/A)
现有技术电机 9.8％
本发明电机 8.8％
500A-–260N.m(0.52N.m/A)
现有技术电机 15.0％
本发明电机 8.9％
600A-–302N.m(0.50N.m/A)
现有技术电机 18.7％
本发明电机 8.6％
可见地能观察到相对于现有技术的转矩脉动的减少。
显然，本发明不限于上述作为示例的单个开放实施例，而是还包括任何变型。

Claims (9)

1.一种电机转子(1)，包括：
-转子本体(1)，所述转子本体由设置在转子轴(2)上的一束层叠件(3)组成，
-八个磁极，每个所述磁极由位于轴向凹槽(6)中的至少三个磁体(7)组成，以及
-构成每个磁极的三个非对称磁通屏障，包括外磁通屏障(9)、中心磁通屏障(10)和内磁通屏障(11)，每个所述磁通屏障(9、10、11)包括位于每个所述轴向凹槽(6)的各侧上的两个倾斜凹槽(8)，所述两个倾斜凹槽(8)形成对应于两条线(Δ1、Δ2)之间的角度的开口角(θ1、θ2、θ3)，所述两条线各自穿过所述转子(1)的中心C和穿过位于每个所述磁通屏障(9、10、11)的相应凹槽(8)的外表面(12)区域中的中点(M)，
其特征在于，所述转子(1)包括：
-四个主磁极(13)，每个所述主磁极由具有大致等于43.1°的开口角(θ1)的所述外磁通屏障(9)、具有大致等于33.1°的开口角(θ2)的所述中心磁通屏障(10)和具有大致等于23.1°的开口角(θ3)的所述内磁通屏障(11)组成，
-四个副磁极(14)，每个副磁极由具有大致等于34.4°的开口角(θ1)的所述外磁通屏障(9)、具有大致等于24.4°的开口角(θ2)的所述中心磁通屏障(10)和具有大致等于14.4°的开口角(θ3)的内磁通屏障(11)组成，每个所述副磁极(14)与所述主磁极(13)交替，并且
-从一个磁极到另一个磁极，每个相应的所述磁通屏障(9、10、11)的开口角(θ1、θ2、θ3)之间的差等于8.7°。
2.一种电机，其特征在于，所述电机包括定子(15)和如权利要求1所述的转子(1)，其中，所述转子(1)被容纳在所述定子(15)内。
3.如权利要求2所述的电机，其特征在于，所述定子(15)包括周向地沿着所述定子(15)设置的多个径向狭槽(19)。
4.如权利要求3所述的电机，其特征在于，所述径向狭槽(19)沿着所述定子(15)轴向地延伸。
5.如权利要求2所述的电机，其特征在于，所述定子(15)具有范围在100mm至300mm之间的外径，且具有范围在100mm至200mm之间的内径。
6.如权利要求5所述的电机，其特征在于，所述外径为200mm。
7.如权利要求5所述的电机，其特征在于，所述内径为135mm。
8.如权利要求2所述的电机，其特征在于，所述电机包括长度范围在0.4mm至0.8mm之间的气隙(18)。
9.如权利要求8所述的电机，其特征在于，所述电机包括长度为0.6mm的气隙(18)。
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