專利名稱：具有嵌入磁體的永磁勵(lì)磁同步機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有嵌入磁體的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，具體地，涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的同步發(fā)電機(jī)永磁同步機(jī)，所述永磁同步機(jī)優(yōu)選地用于電動(dòng)車輛的增程。
背景技術(shù)：
永磁勵(lì)磁同步機(jī)廣泛地用作在3_30kW的功率范圍內(nèi)的電力發(fā)電機(jī)。這種機(jī)器包括定子和轉(zhuǎn)子。大多數(shù)同步機(jī)被設(shè)計(jì)成具有內(nèi)轉(zhuǎn)子；在該結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子是內(nèi)部件，而定子是外部件。當(dāng)使用外部轉(zhuǎn)子時(shí)，則結(jié)構(gòu)相反。定子設(shè)有永磁體或電磁體。在永磁勵(lì)磁同步機(jī)中，轉(zhuǎn)子還被稱為“錨件”。其中磁體被放置在轉(zhuǎn)子內(nèi)的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)特別容易制造。該結(jié)構(gòu)通常被稱為具有嵌入磁體或“內(nèi)部永磁體”(IPM)的實(shí)施例。轉(zhuǎn)子內(nèi)的磁體組件除了機(jī)械優(yōu)點(diǎn)之外還具有一系列電磁特性，其中電動(dòng)機(jī)的磁阻由于最重要而突出，即，電動(dòng)機(jī)從轉(zhuǎn)子位置的感應(yīng)相關(guān)于定子電流的相位角。雖然車輛驅(qū)動(dòng)裝置處的磁阻非常受歡迎地影響通過電流相位角的場(chǎng)，但是所述磁阻對(duì)磁矩極限具有不利作用，由此對(duì)用于起動(dòng)設(shè)有用于延長(zhǎng)電動(dòng)車輛的行駛范圍的發(fā)電機(jī) (增程發(fā)電機(jī)(Range Extender generator))的內(nèi)燃機(jī)的可用轉(zhuǎn)矩具有不利作用。增程發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力和/或機(jī)械功率覆蓋車輛的平均功率消耗直到特定的最大持久速度。然而，對(duì)于例如用于加速、爬山和最高速度等的功率峰值，車輛需要來(lái)自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的額外功率，所述額外功率由主驅(qū)動(dòng)裝置的明顯更大功率的電動(dòng)機(jī)提供。所述內(nèi)燃機(jī)可以僅作為固定操作發(fā)動(dòng)機(jī)，即使所述內(nèi)燃機(jī)的性能應(yīng)該通過旋轉(zhuǎn)速度來(lái)調(diào)節(jié)也是如此，其中旋轉(zhuǎn)速度有利于內(nèi)燃機(jī)的效率和排放性能在窄速度和功率范圍內(nèi)最佳化。與車輛驅(qū)動(dòng)裝置的成套設(shè)備相比，用于增程的電動(dòng)機(jī)需要用于安裝在內(nèi)部的極小空間。所述電動(dòng)機(jī)通常僅由一個(gè)或兩個(gè)氣缸組成，因此在中間輸出扭矩與動(dòng)力沖程期間產(chǎn)生的正的最高輸出轉(zhuǎn)矩和壓縮沖程期間出現(xiàn)的負(fù)的最高輸出轉(zhuǎn)矩之間具有非常大的差值。在起動(dòng)過程中，每一個(gè)起動(dòng)位置處的轉(zhuǎn)矩峰值將被克服且電動(dòng)機(jī)將加速到公稱旋轉(zhuǎn)速度，使得可以使在難于控制的排放性能下的冷起動(dòng)狀態(tài)保持很短，而在相關(guān)周期期間不會(huì)對(duì)車輛的有效總排放具有任何消極影響。為此，對(duì)作為發(fā)電機(jī)的耦合永磁勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)需要良好的過載能力且同時(shí)需要在額定工作范圍內(nèi)的高效率，以便不降低串聯(lián)的混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的臨界效率。對(duì)于啟動(dòng)狀態(tài)，發(fā)電機(jī)應(yīng)該能夠作為電動(dòng)機(jī)工作。在原地起步產(chǎn)生的起動(dòng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩之后，發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)操作幾秒鐘以提供極大的過載力矩，以便保持以最小旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)的短排放-臨界啟動(dòng)狀態(tài)。接著，發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩明顯過大，從而需要發(fā)電機(jī)產(chǎn)生超過適當(dāng)尺寸的變換器的非常高的磁矩極限。由于作為發(fā)電機(jī)的永磁勵(lì)磁同步機(jī)的上述特定要求，已經(jīng)證明了特定類型的永磁同步機(jī)(PSM)的使用在現(xiàn)有技術(shù)中特別有利。對(duì)于技術(shù)原因，優(yōu)選類型的PSM也使用轉(zhuǎn)子的所述結(jié)構(gòu)作為用于磁體的保持系統(tǒng)。作為永磁勵(lì)磁同步機(jī)的正弦場(chǎng)機(jī)器(正弦波發(fā)電機(jī))的使用具有對(duì)于旋轉(zhuǎn)角度為恒定轉(zhuǎn)矩以及與矩形場(chǎng)發(fā)電機(jī)相比由諧波場(chǎng)產(chǎn)生較小噪聲的優(yōu)點(diǎn)。這在正弦場(chǎng)機(jī)器用作電池的中間電路中的發(fā)電機(jī)時(shí)也有效且具有經(jīng)過旋轉(zhuǎn)角恒定的功率輸出。具有諧波、尤其是具有低數(shù)量氣缸的重的內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力開發(fā)有利地影響作為恒定轉(zhuǎn)矩吸收器的正弦波發(fā)電機(jī)的特性。內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩中的強(qiáng)振蕩經(jīng)過轉(zhuǎn)子的慣性力矩的變化導(dǎo)致不同的旋轉(zhuǎn)速度變化?，F(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電機(jī)的問題在于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩對(duì)內(nèi)燃機(jī)起作用。另一方面，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，渦流可以在磁體中通過，從而導(dǎo)致不同的速度變化和額外損失。正弦波發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子還作為飛輪工作。這種飛輪質(zhì)量塊是已知的，并且所述飛輪質(zhì)量塊將內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩沖擊轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)。由于發(fā)電機(jī)的這種雙重功能，機(jī)械功率關(guān)于當(dāng)前位置的波動(dòng)較小。沒有這種特性的發(fā)電機(jī)，在發(fā)電機(jī)中可能會(huì)產(chǎn)生額外的轉(zhuǎn)矩諧波，從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)振蕩，這可能會(huì)除了聲音暴露之外還通過補(bǔ)償過程在機(jī)械和電氣系統(tǒng)中導(dǎo)致額外損失。在現(xiàn)有技術(shù)中，可用作發(fā)電機(jī)的具有面磁的永磁勵(lì)磁同步機(jī)在通過磁極的主軸線與通過磁極間隙的副軸線或橫軸線之間沒有或僅具有非常微小的感應(yīng)差值。所述永磁勵(lì)磁同步機(jī)的磁阻特性可以忽略，因此如果磁體將為足夠尺寸，則所述永磁勵(lì)磁同步機(jī)將適用于增程發(fā)電機(jī)的要求。然而，磁體的組件已經(jīng)通過粘結(jié)結(jié)合經(jīng)歷裝配過程并隨后用凱夫拉爾或玻璃纖維包縛，這是一個(gè)復(fù)雜的制造過程，從而在制造期間需要延長(zhǎng)的周期時(shí)間。此外，磁體在表面上的位置導(dǎo)致重復(fù)的電場(chǎng)在磁體中穿過并在磁體的導(dǎo)電材料中產(chǎn)生渦電流，這與損失有關(guān)且可能導(dǎo)致磁體的自加熱和退磁。在轉(zhuǎn)子內(nèi)部的磁體的嵌入結(jié)構(gòu)中，具有面磁體的電動(dòng)機(jī)的制造困難可以被大大地消除，然而導(dǎo)致主軸線和副軸線的感應(yīng)的顯著差異。因此，產(chǎn)生的磁阻效果降低了發(fā)電機(jī)的過載容量。通過包圍磁體的薄的軟磁性結(jié)構(gòu)試圖使該效果最小化。然而，這種結(jié)構(gòu)具有機(jī)械和電磁極限。在所述保持結(jié)構(gòu)非常薄的變型結(jié)構(gòu)中，在作為面磁體的磁性材料中出現(xiàn)類似的渦電流損失。文獻(xiàn)W0-2007048211-A2公開了一種具有勵(lì)磁永磁體的轉(zhuǎn)子，其中在每一個(gè)轉(zhuǎn)子磁極的極靴區(qū)中設(shè)置三個(gè)氣密層。這些氣密層被設(shè)計(jì)為平行于磁極主軸線定向的長(zhǎng)杏仁狀開口。通過這些氣密層試圖降低永磁體的磁磁通的擴(kuò)散，但是其結(jié)果不令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種具有嵌入磁體的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，所述永磁勵(lì)磁同步機(jī)具有與具有面磁體的同步機(jī)相似的過載容量，但是磁體中沒有任何額外損失，并且所述永磁勵(lì)磁同步機(jī)避免了現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是保持具有面磁體的永磁勵(lì)磁同步機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，并且使該永磁勵(lì)磁同步機(jī)的高過載容量與嵌入磁體的優(yōu)點(diǎn)，尤其是嵌入磁體的有利的制造能力相結(jié)合。上述任務(wù)已經(jīng)通過隨附的獨(dú)立權(quán)利要求1中主張的根據(jù)本發(fā)明的同步機(jī)解決。更有利的實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中說明。為了增加同步機(jī)的磁矩極限，并且同時(shí)減少轉(zhuǎn)子磁極中的正交磁通，每一個(gè)開口優(yōu)選地以具有恒定寬度的基本上沿徑向的槽的形式形成為選擇性磁通屏障。因此，根據(jù)本發(fā)明，在每一個(gè)轉(zhuǎn)子磁極中設(shè)置至少一個(gè)選擇性磁通屏障，但是通常設(shè)置一些選擇性磁通屏障，由此使得所述轉(zhuǎn)子磁極對(duì)磁體的主磁通不會(huì)表現(xiàn)出任何額外阻抗，但是對(duì)于有害的正交磁通表現(xiàn)出相當(dāng)大的阻抗。因此，已經(jīng)有效地降低了磁阻轉(zhuǎn)矩。通過根據(jù)本發(fā)明的這些選擇性磁通屏障，橫向Q軸線的方向上的磁阻明顯增加并從而大大地抑制了定子關(guān)于正交磁通的效果(主要在Q方向上)。因此，該電機(jī)在高負(fù)荷下的特性非常類似于面磁體電機(jī)的特性。要注意的是該選擇性磁通屏障的恒定寬度起到重要作用，這是因?yàn)檫x擇性磁通屏障通過其相互方向形成類似的“磁通通道”，從而以正弦分布將均勻的磁通“投影”或引導(dǎo)到轉(zhuǎn)子表面上。因此，實(shí)際上由于本發(fā)明，尤其是由于磁通屏障的特定的不平行布置已經(jīng)完全獲得磁通屏障的主要作用，其中所述不平行布置更早地用于其它電機(jī)以解決問題，但沒有成功。因此，根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)成功地如此大地改進(jìn)了先前已經(jīng)提到的(從 W0-2007048211知道的)氣密層，該改進(jìn)與本公開文本中提到的令人驚訝的技術(shù)效果有關(guān)。通過將為具有恒定寬度的基本上沿徑向的槽的形式的選擇性磁通屏障施加到形成在勵(lì)磁永磁體上方的轉(zhuǎn)子磁極的軟磁性部分中，極大地增加磁矩極限。磁矩極限的該增加尤其是在作為用于REX發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的實(shí)施例中為最大優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明中，與具有嵌入磁體的傳統(tǒng)的永磁勵(lì)磁電機(jī)相比，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)必須非?？斓剡_(dá)到其旋轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度時(shí)，在REX發(fā)電機(jī)，尤其是車輛的起動(dòng)和上坡階段中顯著降低磁阻轉(zhuǎn)矩。因此有利地，例如冷起動(dòng)狀態(tài)可以盡可能地短，但是廢氣的后處理可以盡可能地簡(jiǎn)單，這也是重要優(yōu)點(diǎn)。如果REX發(fā)電機(jī)不符合這些特性，則無(wú)法避免高的原料排放(這就是為什么現(xiàn)有技術(shù)中需要相當(dāng)多的附加測(cè)量)?？蛇x地，REX發(fā)電機(jī)可以裝備有額外的面磁體，由此主驅(qū)動(dòng)裝置的均勻劃分原理將變得困難且不可能，并且這將導(dǎo)致上述缺點(diǎn)。要注意的是這種均勻劃分原理之前對(duì)于沒有設(shè)置在REX發(fā)電機(jī)上的根據(jù)本發(fā)明的磁阻屏障而具有嵌入磁體的傳統(tǒng)的永磁電機(jī)是不可能的，這是因?yàn)榭傻玫降拇啪貥O限對(duì)于同時(shí)實(shí)現(xiàn)所有任務(wù)是不足夠的。根據(jù)本發(fā)明的永磁勵(lì)磁同步機(jī)容易制造，其中轉(zhuǎn)子疊片被極靴區(qū)中的槽形凹部沖壓。較小的電橋或連接板可以保持可用作連接橋以使轉(zhuǎn)子獲得所需的強(qiáng)度特性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述機(jī)械的不相交的連接橋或連接板被附加的相對(duì)小的永磁體占據(jù)或充滿，使得雖然所述連接橋或連接板由軟鐵制成，但所述連接橋或連接板本身還用作附加的磁通屏障。優(yōu)選地，在所述槽中的至少一個(gè)中可以布置作為附加磁通屏障的至少一個(gè)永磁體。所需的磁體體積基本上小于用于主磁場(chǎng)的磁質(zhì)量的10%。優(yōu)選地，預(yù)先磁化的永磁體僅被推入磁通屏障的準(zhǔn)備好的“袋狀部”，即，推入具有恒定寬度的基本上徑向的槽(極靴的開槽部分)。在沒有該措施的情況下，磁通屏障將僅在具有不希望有的正交磁通的連接橋飽和之后作用，從而導(dǎo)致磁阻減少較小。令人驚訝地，通過插入附加的永磁體可以更多地減少磁阻。本發(fā)明基于傳統(tǒng)的內(nèi)永磁勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)(IPM)提供了一種具體用于增程發(fā)電機(jī)(REX發(fā)電機(jī))的新式永磁勵(lì)磁同步機(jī)，所述永磁勵(lì)磁同步機(jī)具有以下有利的特性-磁極面被設(shè)計(jì)成使得磁體感應(yīng)磁通具有正弦分布。-另一方面，沿著轉(zhuǎn)子磁極的主軸線或D軸線布置磁體的軟磁性區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)磁通屏障，從而顯著降低橫軸線(Q)的感應(yīng)，但是主軸線(D)的磁通沒有受到任何額外阻抗的阻礙。因此，可以在沒有任何限制的情況下保持磁通的初始值，從而降低不期望的磁阻，并且磁矩已經(jīng)增加到具有表面安裝磁體的等效電機(jī)的范圍。


將參照附圖使用本發(fā)明的示例性實(shí)施例、具有嵌入磁體的永磁勵(lì)磁同步機(jī)說明這種及進(jìn)一步的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中-圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有磁通線的永磁體勵(lì)磁同步機(jī)的橫截面；-圖2顯示作為我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖1的同步機(jī)的一部分的變型實(shí)施例的示意圖； 以及-圖3顯示根據(jù)圖2的轉(zhuǎn)子磁極的放大俯視圖。相同的附圖標(biāo)記在所有附圖中表示相同或相似的部件。
具體實(shí)施例方式在附圖中，圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的具有磁通線的永磁勵(lì)磁同步機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的示意性橫截面。所示實(shí)施例對(duì)于增程發(fā)電機(jī)特別優(yōu)化。同步機(jī)1裝備有外定子2和內(nèi)轉(zhuǎn)子3。定子2以傳統(tǒng)方式設(shè)置有用于公知的分布繞組(未示出)的溝槽2A。定子2的內(nèi)孔11的直徑在圖1中用2B表示。定子2的該孔 11被設(shè)計(jì)成用于容納轉(zhuǎn)子3。定子齒2C在定子2中設(shè)置在所述溝槽2A之間。轉(zhuǎn)子3具有用于容納軸的內(nèi)孔10，所述內(nèi)孔具有直徑3A。在所示實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子3具有6磁極結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的意義上，轉(zhuǎn)子3還可以具有 2磁極、4磁極、8磁極等結(jié)構(gòu)。在圖1中，顯示了轉(zhuǎn)子3具有凸轉(zhuǎn)子磁極4，其中磁極鐵芯和極靴分別由5和6表示。主中心極軸D還由4A表示(圖1和圖3)。在圖1中還顯示了副軸線或橫向軸線Q，所述軸線通過磁極4之間的間隙。轉(zhuǎn)子磁極4中的每一個(gè)都與勵(lì)磁永磁體7相關(guān)聯(lián)，所述勵(lì)磁永磁體水平放置在磁極鐵芯5中(圖2和圖幻且兩側(cè)由兩個(gè)延遲電橋4B限制。勵(lì)磁永磁體7被布置在轉(zhuǎn)子磁極4的長(zhǎng)矩形磁體空腔4C中。轉(zhuǎn)子4的外表面在附圖中由4D表示。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的作為我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖1所示的同步機(jī)1的變形實(shí)施例的示意圖。根據(jù)本發(fā)明，極靴6設(shè)有基本上新式的轉(zhuǎn)子幾何結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子3的其余元件與具有嵌入磁體的傳統(tǒng)機(jī)器中的元件基本上相同。
在本發(fā)明的意義上，為了增加同步機(jī)1的磁矩極限，并且另一方面為了減少轉(zhuǎn)子磁極4中的正交磁通，在每一個(gè)轉(zhuǎn)子磁極4中至少一個(gè)(優(yōu)選地，多個(gè))選擇性磁磁通屏障優(yōu)選地以縱向槽8形式沿轉(zhuǎn)子磁極4的主軸線4A的磁磁通方向設(shè)置。這表示換句話說，所述槽8實(shí)際上在極靴6中具有基本上沿徑向的定向且具有恒定寬度B。因此，用作選擇性磁通屏障的槽8在極靴6中形成為具有基本上平行的側(cè)面9的大致沿徑向的縱向開口。如圖 3所示，槽8在平行于矩形磁體空腔4C的縱向軸線的轉(zhuǎn)子圓弦長(zhǎng)段為扇形結(jié)構(gòu)。據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步特征，用作選擇性磁通屏障的槽8的方向被選擇為使得極靴6 中的其余軟金屬部分在極靴6的相關(guān)部分中具有與定子齒2C幾乎相同的數(shù)量(圖1)。實(shí)施例中的槽8和轉(zhuǎn)子磁極4的尺寸和方向顯示在圖2和圖3中，相對(duì)窄的基本上沿徑向的槽8具有長(zhǎng)度L和所述寬度B。槽8的長(zhǎng)度L由永磁體7的表面和轉(zhuǎn)子磁極4 的外表面4D減去轉(zhuǎn)子3的充分機(jī)械強(qiáng)度所需的金屬橋或織物14限制。槽8的寬度B主要不大于槽8之間的最小距離15的比值。另一方面，所述寬度B優(yōu)選地不小于定子齒2C的寬度與定子溝槽2A的寬度的比值。如附圖所示的長(zhǎng)度與寬度的關(guān)系大致是最佳的。然而，不同的關(guān)系都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明的永磁勵(lì)磁同步機(jī)1的特別有效的實(shí)施例中，如圖2和圖3所示，至少一個(gè)相對(duì)小的附加永磁體13 (例如，總共0. Ikg磁體/50kW額定功率)作為附加磁通屏障優(yōu)選地布置在至少一個(gè)槽8的徑向內(nèi)部中。所述附加永磁體可以但不是必須地填充整個(gè)槽8(參見圖3)。如果磁體13將完全填充槽8，則將最大可能地降低磁通屏障的效果，另一方面，轉(zhuǎn)子3將更重。在極靴6的外部中，磁體13將受到特定的加熱和/或退磁。然而，在特定的應(yīng)用中也可以考慮該實(shí)施例。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，作為附加磁通屏障的永磁體13的北極-南極位置可以橫交于槽8布置。此外，作為附加磁通屏障的永磁體13優(yōu)選地成形為楔形或梯形且朝向轉(zhuǎn)子3 的內(nèi)孔10逐漸變窄，如圖3中所示。兩個(gè)或更多個(gè)槽8設(shè)置在每一個(gè)極靴6中，并且作為選擇性磁通屏障的槽8的數(shù)量可以被確定為對(duì)應(yīng)于相應(yīng)極靴6的區(qū)域中的定子齒2C的數(shù)量。優(yōu)選地，本身還表現(xiàn)為附加流動(dòng)屏障的已經(jīng)預(yù)先磁化的永磁體13被設(shè)計(jì)成使得其產(chǎn)生的磁通線應(yīng)該能夠使導(dǎo)磁連接板(web) 14飽和，所述導(dǎo)磁連接板限制磁通屏障并且在機(jī)械方面被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)。預(yù)先飽和的連接板14接著具有抵抗每一個(gè)磁磁通的高阻力。操作中，永磁體13由于槽8的延伸表現(xiàn)出抵抗有效磁通，這是因?yàn)樵诒旧暾?qǐng)中，連接板14的任何干擾導(dǎo)磁性被插入的永磁體13完全消除或阻擋。轉(zhuǎn)子中的這些連接板14在機(jī)械方面還有利于吸收軸與轉(zhuǎn)子3之間的軸配合的離心力和壓力。所述連接板基于強(qiáng)度考慮被精確地設(shè)計(jì)且適于當(dāng)前申請(qǐng)。磁通屏障在具有嵌入永磁體的永磁勵(lì)磁凸極電機(jī)1中的橫軸線Q(圖2、的方向上的機(jī)械需要的中斷通過附加永磁體13的有意飽和呈現(xiàn)出本發(fā)明的根本改進(jìn)，其中所述附加永磁體已經(jīng)為此目的專門引入用作附加磁通屏障。該實(shí)質(zhì)改進(jìn)可以普遍用于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，S卩，值得獨(dú)立于上述應(yīng)用使用。在這點(diǎn)上，我們強(qiáng)調(diào)本發(fā)明不局限于內(nèi)部永磁勵(lì)磁電機(jī)。無(wú)論什么情況下為了強(qiáng)度原因需要板狀電橋，但是從磁性方面來(lái)看磁通屏障是有利的，由此這種磁體可以用于除去金屬電橋處的導(dǎo)磁性。
根據(jù)本發(fā)明的上述磁通屏障明顯增加了永磁勵(lì)磁凸極電機(jī)1中的磁矩極限，這是因?yàn)榕c不具有磁通屏障的實(shí)施例相比，產(chǎn)生的q電感將以1. 5-2. 0的系數(shù)降低。這迄今為止已經(jīng)成為內(nèi)部永磁電機(jī)被認(rèn)為能夠與具有表面安裝磁體的機(jī)器相比為較小轉(zhuǎn)矩的原因。 另一方面具有其它缺點(diǎn)。
由于提出的選擇性磁阻屏障，S卩，徑向槽8和插入的磁體13，在具有90Nm額定轉(zhuǎn)矩的試驗(yàn)機(jī)(具有123mm的有效長(zhǎng)度和165mm的轉(zhuǎn)子直徑)中實(shí)現(xiàn)了為360Nm的最大轉(zhuǎn)矩， 即為額定轉(zhuǎn)矩的四倍。不考慮轉(zhuǎn)換器的性能，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的沒有提出的選擇性磁阻屏障的類似的電動(dòng)機(jī)僅可以制造成大約250Nm，該轉(zhuǎn)矩在極端工作條件下對(duì)于為了安全冷起動(dòng)的相當(dāng)大的尺寸的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)過少。
在根據(jù)圖1-3的永磁勵(lì)磁同步機(jī)1中，主軸線D的感應(yīng)與橫軸線Q(圖1)的感應(yīng)之間的關(guān)系已經(jīng)降低到傳統(tǒng)面磁電機(jī)的水平，從而令人驚訝地已經(jīng)達(dá)到其磁矩極限，但是沒有公知的面磁電機(jī)的任何缺點(diǎn)。
因?yàn)闄C(jī)械所需的限制電橋或連接板14也可以飽和并因此不會(huì)真正用作磁通屏障，因此通過平行于磁極磁通線將磁體13引入作為附加磁通屏障的槽8中，可以進(jìn)一步增加上述效果。
當(dāng)然，本發(fā)明不局限于所述實(shí)施例。許多另外的實(shí)施例及其組合基于上述公開內(nèi)容也可以在主張的保護(hù)范圍內(nèi)。
附圖標(biāo)記的列表
1-具有嵌入磁體的永磁勵(lì)磁同步機(jī)
2-定子
2A-溝槽(用于繞組)
2B-定子的內(nèi)孔直徑
2C-定子齒
3-轉(zhuǎn)子
3A-轉(zhuǎn)子的內(nèi)孔的直徑
4-轉(zhuǎn)子磁極
4A-極軸
4B-延遲電橋
4C-用于容納磁體的空腔
4-外磁極面
5-磁極鐵芯
6-極靴
7-勵(lì)磁永磁體
8-作為選擇性磁通屏障的槽
9-側(cè)面
10-轉(zhuǎn)子的內(nèi)孔
11-定子的內(nèi)孔
13-
14-
15-
B-:
L-:
D-
Q-: 13-作為附加磁通屏障的永磁體14-連接板
權(quán)利要求
1.一種具有嵌入磁體的永磁勵(lì)磁同步機(jī)(1)，所述永磁勵(lì)磁同步機(jī)特別地用于增程發(fā)電機(jī)，所述永磁勵(lì)磁同步機(jī)包括定子( 和轉(zhuǎn)子(3)，其中所述轉(zhuǎn)子C3)具有至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁極G)，每一個(gè)所述轉(zhuǎn)子磁極都具有勵(lì)磁永磁體(7)和作為磁通屏障的開口，其特征在于，所述開口中的每一個(gè)以具有恒定寬度(B)的基本上沿徑向的槽(8)的形式形成為選擇性磁通屏障，以增加所述同步機(jī)⑴的磁矩極限以及減少所述轉(zhuǎn)子磁極⑷中的正交磁通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子磁極(4)形成為凸極；以及作為選擇性磁通屏障的所述槽(8)形成為平行于主磁極通量定向的縱向開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，作為選擇性磁通屏障的所述槽 (8)中的每一個(gè)都具有長(zhǎng)度(L)，所述長(zhǎng)度通過橋或連接板(14)由外磁極面GB)和容納所述磁體(7)的磁極空腔GC)限定。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，作為選擇性磁通屏障的所述槽( 的所述寬度(B)被設(shè)計(jì)成使得所述槽( 根據(jù)其極限的最小距離與所述槽的寬度(B)之間的關(guān)系至少等于或大于所述定子O)的齒OC)和所述定子O)的溝槽以K)的突出部的寬度與所述定子⑵的內(nèi)孔直徑OB)之間的比值。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，所述槽(8)中的至少一個(gè)與作為附加磁通屏障的至少一個(gè)永磁體(13)相關(guān)聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，作為附加磁通屏障的所述永磁體 (13)為楔形且朝向所述轉(zhuǎn)子(3)的所述內(nèi)孔(10)逐漸變窄。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，作為附加磁通屏障的所述永磁體 (13)僅填充所述槽(8)的三分之一的徑向內(nèi)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，作為附加磁通屏障的所述永磁體(1 的北極-南極位置橫交于所述槽布置。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，兩個(gè)或更多個(gè)槽(8)設(shè)置在每一個(gè)極靴(6)中，并且其中作為選擇性磁通屏障的所述槽(8)的數(shù)量被確定為對(duì)應(yīng)于相應(yīng)極靴(6)的區(qū)域內(nèi)的所述定子齒OC)的數(shù)量。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，所述槽(8)具有朝向所述轉(zhuǎn)子⑶的所述內(nèi)孔(10)的放射圖案。
11.一種永磁勵(lì)磁同步機(jī)，包括定子，所述定子具有多個(gè)圓周定子齒；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子被構(gòu)造成在所述定子中旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸支撐所述轉(zhuǎn)子以使所述轉(zhuǎn)子關(guān)于所述旋轉(zhuǎn)軸的軸線旋轉(zhuǎn)；位于所述轉(zhuǎn)子上的凸極，所述凸極包括極心，所述凸極包括位于所述極心上的極靴；位于所述凸極中的矩形橫截面空腔，所述矩形橫截面空腔具有與由轉(zhuǎn)子直徑限定的圓的弦重合的橫截面主軸，所述矩形橫截面空腔具有平行于所述弦和所述主軸的徑向外上壁；位于所述矩形橫截面空腔中的勵(lì)磁永磁體；位于所述凸極中的多個(gè)選擇性磁通屏障槽，所述多個(gè)選擇性磁通屏障槽從所述永磁體徑向向外設(shè)置并設(shè)置在所述矩形橫截面空腔的所述徑向外上壁與所述極靴的外表面之間；所述多個(gè)選擇性磁通屏障槽相對(duì)于所述弦以扇形結(jié)構(gòu)設(shè)置，使得所述多個(gè)選擇性磁通屏障槽中的沿圓周方向更靠近所述磁極的主軸線定位的選擇性磁通屏障槽與所述選擇性磁通屏障槽中的在圓周方向上距離所述主極軸相對(duì)較遠(yuǎn)的選擇性磁通屏障槽相比相對(duì)于所述主極軸以較小絕對(duì)值的傾斜角度傾斜；以及所述多個(gè)選擇性磁通屏障槽的數(shù)量被選擇為與在徑向上與所述極靴相對(duì)的所述定子齒的數(shù)量相對(duì)應(yīng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，還包括位于所述多個(gè)選擇性磁通屏障槽中的一個(gè)選擇性磁通屏障槽中的磁通屏障永磁體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，所述磁通屏障永磁體沿縱向橫截面為楔形，并且在徑向上朝向所述旋轉(zhuǎn)軸逐漸變窄。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，所述磁通屏障永磁體填充所述多個(gè)選擇性磁通屏障槽中的所述一個(gè)選擇性磁通屏障槽的不多于徑向內(nèi)部的三分之一。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，所述磁通屏障永磁體的北極-南極方向橫交于所述選擇性磁通屏障槽設(shè)置。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，還包括多個(gè)磁通屏障永磁體，所述多個(gè)磁通屏障永磁體中的各個(gè)對(duì)應(yīng)磁通屏障永磁體設(shè)置在所述多個(gè)選擇性磁通屏障槽中相應(yīng)的一個(gè)選擇性磁通屏障槽中。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，所述選擇性磁通屏障槽中的每一個(gè)在其各自的長(zhǎng)度上具有恒定寬度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，所述多個(gè)選擇性磁通屏障槽中的相鄰的選擇性磁通屏障槽之間的最小距離與所述選擇性磁通屏障槽的寬度的比值至少等于或大于定子齒寬度與相鄰的定子齒之間的定子間隙的寬度的比值。
19.一種永磁勵(lì)磁同步機(jī)，包括定子，所述定子具有多個(gè)圓周定子齒；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子被構(gòu)造成在所述定子中旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸支撐所述轉(zhuǎn)子以使所述轉(zhuǎn)子關(guān)于所述旋轉(zhuǎn)軸的軸線旋轉(zhuǎn)；位于所述轉(zhuǎn)子上的凸極，所述凸極包括極心，所述凸極包括位于所述極心上的極靴；位于所述凸極中的矩形橫截面空腔，所述矩形橫截面空腔具有與由轉(zhuǎn)子直徑限定的圓的弦重合的橫截面主軸，所述矩形橫截面空腔具有平行于所述弦和所述主軸的徑向外上壁；位于所述矩形橫截面空腔中的勵(lì)磁永磁體；位于所述凸極中的多個(gè)選擇性磁通屏障槽，所述多個(gè)選擇性磁通屏障槽從所述永磁體徑向向外設(shè)置并設(shè)置在所述矩形橫截面空腔的所述徑向外上壁與所述極靴的外表面之間；多個(gè)磁通屏障永磁體，所述多個(gè)磁通屏障永磁體中的各個(gè)相應(yīng)的磁通屏障永磁體設(shè)置在所述多個(gè)選擇性磁通屏障槽中的相應(yīng)一個(gè)選擇性磁通屏障槽中；所述磁通屏障永磁體沿其相應(yīng)的縱向橫截面為楔形，并且在徑向上朝向所述旋轉(zhuǎn)軸逐漸變窄；以及所述多個(gè)選擇性磁通屏障槽的數(shù)量被選擇為與在徑向上與所述極靴相對(duì)的所述定子齒的數(shù)量相對(duì)應(yīng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，所述多個(gè)磁通屏障永磁體中的每一個(gè)填充不多于其中設(shè)置有該磁通屏障永磁體的相應(yīng)的選擇性磁通屏障槽的徑向內(nèi)部的三分之一。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，所述磁通屏障永磁體中的每一個(gè)的北極-南極方向橫交于其中設(shè)置有該磁通屏障永磁體的相應(yīng)的選擇性磁通屏障槽設(shè)置。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，所述選擇性磁通屏障槽中的每一個(gè)在其各自的長(zhǎng)度上具有恒定寬度。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，所述多個(gè)選擇性磁通屏障槽中的相鄰的選擇性磁通屏障槽之間的最小距離與所述選擇性磁通屏障槽的寬度的比值至少等于或大于定子齒寬度與相鄰的定子齒之間的定子間隙的寬度的比值。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的永磁勵(lì)磁同步機(jī)，其中，所述多個(gè)選擇性磁通屏障槽相對(duì)于所述弦以扇形結(jié)構(gòu)設(shè)置，使得所述多個(gè)選擇性磁通屏障槽中的沿圓周方向更靠近所述磁極的主軸線的選擇性磁通屏障槽與所述選擇性磁通屏障槽中的在圓周方向上距離所述主極軸相對(duì)較遠(yuǎn)的選擇性磁通屏障槽相比相對(duì)于所述主極軸以為較小絕對(duì)值的傾斜角度傾斜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有嵌入磁體的永磁勵(lì)磁同步機(jī)(1)，所述永磁勵(lì)磁同步機(jī)特別適用于增程發(fā)電機(jī)。所述永磁勵(lì)磁同步機(jī)由定子(2)和設(shè)有勵(lì)磁磁體(7)的轉(zhuǎn)子(3)組成。轉(zhuǎn)子(3)具有至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁極(4)，每一個(gè)轉(zhuǎn)子磁極都設(shè)有一個(gè)勵(lì)磁磁體(7)。為了增加同步機(jī)(1)的磁矩極限，在每一個(gè)轉(zhuǎn)子磁極(4)中，至少一個(gè)，優(yōu)選為幾個(gè)的選擇性磁通屏障優(yōu)選地作為平行于主磁極磁通的基本上沿徑向的槽(8)設(shè)置在極靴的區(qū)域中。
文檔編號(hào)H02K1/27GK102498640SQ201080040894
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者阿諾·馬陶 申請(qǐng)人:布魯薩電子公司