專利名稱：具有徑向非對(duì)稱磁體構(gòu)造的內(nèi)置式永磁體電機(jī)的制作方法
具有徑向非對(duì)稱磁體構(gòu)造的內(nèi)置式永磁體電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明大致涉及內(nèi)置式永磁體電機(jī)(interior permanent magnet machine),且 更具體地，涉及內(nèi)置式永磁體電機(jī)中轉(zhuǎn)子的構(gòu)造。
背景技術(shù)：
內(nèi)置式永磁體電機(jī)通常包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有多個(gè)磁體，所述磁體具有繞轉(zhuǎn)子 外周邊的交替極性。轉(zhuǎn)子可在定子中旋轉(zhuǎn)，所述定子通常包括多個(gè)繞組和具有交替極性的 磁極。通常，內(nèi)置式永磁體電機(jī)中磁體的構(gòu)造是徑向?qū)ΨQ的，即相對(duì)于原點(diǎn)呈現(xiàn)對(duì)稱性。永 磁體電機(jī)會(huì)生產(chǎn)不期望的扭矩波動(dòng)，造成不需要的振動(dòng)和噪聲。通常，轉(zhuǎn)子中的磁體斜置， 以減少扭矩波動(dòng)，例如通過(guò)使磁體相對(duì)于彼此以一軸向角度放置或步進(jìn)地讓磁體旋轉(zhuǎn)。然 而，斜置會(huì)使得轉(zhuǎn)子制造更復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容
一種內(nèi)置式永磁體電機(jī)設(shè)置有轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括多個(gè)槽道和由多個(gè)槽道限定的 至少一個(gè)屏障。多個(gè)第一和第二磁體布置在屏障內(nèi)。轉(zhuǎn)子配置為使得第一磁體中的至少一 個(gè)相對(duì)于第二磁體中的至少一個(gè)位于距中心不同的徑向距離處。轉(zhuǎn)子可以配置為產(chǎn)生類似 于通過(guò)轉(zhuǎn)子磁體的常規(guī)斜置而獲得的平均化影響。轉(zhuǎn)子包括通過(guò)轉(zhuǎn)子中的相應(yīng)極軸限定的 多個(gè)極且可以配置為反映極之間(極與極)的徑向不對(duì)稱性和/或極內(nèi)的徑向不對(duì)稱性。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一磁體布置在第一極中而第二磁體布置在第二極中，由此呈 現(xiàn)極與極的徑向不對(duì)稱性。第一磁體中的每一個(gè)相對(duì)于第二磁體中的每一個(gè)位于距中心不 同的徑向距離處。第一和第二磁體的徑向不對(duì)稱構(gòu)造可以通過(guò)在轉(zhuǎn)子內(nèi)采用槽道的徑向不 對(duì)稱構(gòu)造而獲得。轉(zhuǎn)子可以包括第一和第二槽道，所述第一和第二槽道設(shè)置在第一極中且 分別位于距中心第一和第二距離處。第三和第四槽道可以設(shè)置在第二極中且分別位于距中 心第三和第四距離處。轉(zhuǎn)子配置為使得第一和第二距離中的至少一個(gè)不同于第三和第四距 離中的至少一個(gè)。第一、第二、第三和第四距離可以每一個(gè)相對(duì)于彼此不同。
在另一實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子包括多個(gè)槽道，所述槽道限定第一和第二屏障。多個(gè)第一磁 體布置在第一極中的第一屏障內(nèi)，從而第一磁體中的至少一個(gè)相對(duì)于第一磁體中的另一個(gè) 位于距中心不同的徑向距離處。多個(gè)第二磁體布置在第一極中的第二屏障內(nèi)，從而第二磁 體中的至少一個(gè)相對(duì)于第二磁體中的另一個(gè)位于距中心不同的徑向距離處，由此呈現(xiàn)極內(nèi) 的徑向不對(duì)稱性。第一磁體中的每一個(gè)相對(duì)于第二磁體中的每一個(gè)位于距中心不同的徑向 距離處。第一和第二磁體的徑向不對(duì)稱構(gòu)造可以通過(guò)在轉(zhuǎn)子中采用槽道的徑向不對(duì)稱構(gòu)造 而獲得。
轉(zhuǎn)子可以包括徑向地在內(nèi)部的第一和第二槽道，所述第一和第二槽道設(shè)置在第一 極中且分別位于距中心第一和第二距離處。徑向地在外部的第三和第四槽道設(shè)置在第一極 中且分別位于距中心第三和第四距離處。第一、第二、第三和第四距離可以相對(duì)于彼此不 同。在一個(gè)例子中，第一距離可以不同于第二距離，而第三距離可以與第四距離相同。在另一例子中，第三距離可以不同于第四距離，而第一距離可以與第二距離相同。
轉(zhuǎn)子可以包括徑向地在內(nèi)部的第五和第六槽道,所述第五和第六槽道設(shè)置在第二 極中且分別位于距中心第五和第六距離處。轉(zhuǎn)子可以包括徑向地在外部的第七和第八槽 道，所述第七和第八槽道設(shè)置在第二極中且分別位于距中心第七和第八距離處。在一個(gè)例 子中，第五距離可以不同于第六距離，而第七距離可以與第八距離相同。在又一例子中，第 七距離可以不同于第八距離，而第五距離可以與第六距離相同。八個(gè)距離中的每一個(gè)彼此 不同。
在下文結(jié)合附圖進(jìn)行的對(duì)實(shí)施本發(fā)明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理 解上述的本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他的特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是根據(jù)本公開第一實(shí)施例的內(nèi)置式永磁體電機(jī)的示意性截面圖；和
圖2是根據(jù)第二實(shí)施例的內(nèi)置式永磁體電機(jī)示意性部分截面圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)附圖，其中在幾幅圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同或相似的部件，圖1是單屏 障(single barrier)的內(nèi)置式永磁體電機(jī)10的示意性截面圖。電機(jī)10包括轉(zhuǎn)子12,該轉(zhuǎn) 子12具有中心14。轉(zhuǎn)子12可在大致環(huán)形的定子16內(nèi)旋轉(zhuǎn)，該定子16具有多個(gè)繞組18。 轉(zhuǎn)子中的多個(gè)槽道22形成屏障24。槽道22延伸到轉(zhuǎn)子12中且限定出具有任何合適形狀 的三維容積空間。槽道22的全部或一部分可以填充有永磁體26。參見(jiàn)圖1，轉(zhuǎn)子12包括 多個(gè)極28，由相應(yīng)的極軸限定，所述極軸中的一個(gè)大致由附圖標(biāo)記30示出。在所示實(shí)施例 中，轉(zhuǎn)子12具有八個(gè)極28和十六個(gè)槽道22，但是，其可以形成有任何數(shù)量的極或槽道。每 一個(gè)極28至少部分地通過(guò)槽道22中的磁體26形成。磁體26配置為相對(duì)于中心14徑向 地不對(duì)稱,如下所述。
參見(jiàn)圖1，第一和第二槽道34、36設(shè)置在第一極38中且分別位于距中心14第一和 第二距離40、42處。參見(jiàn)圖1，第三和第四槽道44、46設(shè)置在第二極48中且分別位于距中 心14第三和第四距離50、52處。徑向距離可以從相應(yīng)槽道34、36、44、46的中心計(jì)算。轉(zhuǎn) 子12配置為使得第一和第二距離40、42中的至少一個(gè)不同于第三和第四距離50、52中的 至少一個(gè)。參見(jiàn)圖1，多個(gè)第一磁體54置于第一極38中的第一和第二槽道34、36中。多個(gè) 第二磁體56置于第二極48中的第三和第四槽道44、46中。轉(zhuǎn)子12配置為使得第一磁體 54中的至少一個(gè)相對(duì)于第二磁體56中的至少一個(gè)位于距中心14不同的徑向距離處。由此 第一實(shí)施例示出了從一個(gè)極至另一個(gè)極的第一，第二磁體54、56或第一、第二、第三和第四 槽道34、36，44、46的徑向不對(duì)稱(極與極之間的徑向不對(duì)稱)。
可選地，參見(jiàn)圖1，第一、第二、第三和第四距離40、42、50、52中的三個(gè)是相同的， 而一個(gè)是不同的。僅通過(guò)例子的方式，第一、第二、第三和第四距離40、42、50、52 (以mm 表示)可以是[48. 1,48. 1,49. 1，48.1]?？蛇x地，第一、第二、第三和第四距離40、42、50、 52中的兩個(gè)是相同的，而兩個(gè)是不同的。僅通過(guò)例子的方式，距離(以mm表示)可以是 [48. 1，48. 5，48. 1,49. 5] 0可選地，第一、第二、第三和第四距離中的每一個(gè)相對(duì)于彼此不 同。僅通過(guò)例子的方式，距離(以mm表示)可以是[49. 1,48. 5,48. 1,49. 5]。距離40、42、50、52之間的最小差值可以是制造轉(zhuǎn)子12的公差極限。在一個(gè)例子中，制造公差極限是 O.1mm0
圖2示出了內(nèi)置式永磁體電機(jī)110的第二實(shí)施例的示意性部分截面圖。電機(jī)110 是雙屏障電機(jī)，其具有轉(zhuǎn)子112，該轉(zhuǎn)子112具有中心114。轉(zhuǎn)子112可在大致環(huán)形的定子 116中旋轉(zhuǎn)，該定子116具有多個(gè)繞組118。轉(zhuǎn)子中的多個(gè)槽道122形成第一屏障124和第 二屏障126。在所示實(shí)施例中，第一屏障124徑向地在第二屏障126以內(nèi)。也可以使用具有 多于兩個(gè)屏障的轉(zhuǎn)子。槽道122延伸到轉(zhuǎn)子112中且限定具有任何合適形狀的三維容積空 間。槽道122的全部或一部分可以填充有永磁體130。轉(zhuǎn)子112可以包括空氣穴132，所述 空氣穴132在相對(duì)于磁體130的各位置處并入到結(jié)構(gòu)中。參見(jiàn)圖2，轉(zhuǎn)子112包括第一和第 二極134、136，該第一和第二極134、136由相應(yīng)極軸138、140限定。轉(zhuǎn)子112可以形成有任 何數(shù)量的極或槽道122。第一和第二極134、136至少部分地通過(guò)槽道122中的磁體130形 成。
磁體130配置為相對(duì)于中心114徑向不對(duì)稱，如下所述。多個(gè)第一磁體144定位 在第一極134中的第一屏障124內(nèi)，使得第一磁體144中的至少一個(gè)相對(duì)于第一磁體144 中的另一個(gè)位于距中心114不同徑向距離處。多個(gè)第二磁體146定位在第一極134中的第 二屏障126內(nèi)，使得第二磁體146中的至少一個(gè)相對(duì)于第二磁體146中的另一個(gè)位于距中 心114不同徑向距離處。由此該實(shí)施例示出了在一個(gè)極內(nèi)的第一和第二磁體144、146的徑 向不對(duì)稱。
僅通過(guò)例子的方式，圖2顯示了徑向地在內(nèi)部的第一和第二槽道150、152，所述第 一和第二槽道150、152設(shè)置在第一極134中且分別位于距中心114第一和第二距離154、 156。徑向距離可以從第一和第二槽道150、152的中心計(jì)算。第一和第二槽道150、152可以 相對(duì)于極軸138成角度，由此限定朝向轉(zhuǎn)子112的外表面148的凹角。然而，可以使用產(chǎn)生 類似于通過(guò)轉(zhuǎn)子磁體的常規(guī)斜置而獲得的效果的平均化效果的任何徑向不對(duì)稱構(gòu)造。徑向 地在外部的第三和第四槽道160、162設(shè)置在第一極134中且分別位于距中心114第三和第 四距離164、166處。在一個(gè)例子中，第一距離154不同于第二距離156且第三距離164與第 四距離166相同。在另一例子中，第三距離164不同于第四距離166且第一距離154與第 二距離156相同。在又一例子中，第一、第二、第三和第四距離每一個(gè)相對(duì)于彼此不同?？?選地，距離154、156、164、166之間的最小差值是制造轉(zhuǎn)子12的公差極限。在一個(gè)例子中， 制造公差極限是O. 1mm。
另外，如圖2所示的第二實(shí)施例也可以并入極與極之間的徑向不對(duì)稱性。參見(jiàn)圖 2，徑向地在內(nèi)部的第五和第六槽道170、172設(shè)置在第二極136中且分別位于距中心114第 五和第六距離174、176處。徑向地在外部的第七和第八槽道180、182設(shè)置在第二極136中 且分別位于距中心第七和第八距離184、186處。在一個(gè)例子中，第五距離174不同于第六 距離176且第七距離184與第八距離186相同。在另一例子中，第七距離184不同于第八 距離186且第五距離174與第六距離176相同。在又一例子中，第一到第八距離154、156、 164、166、174、176、184、186 中的每一個(gè)彼此不同。
第一和第二實(shí)施例中的磁體26、130的位置可以被優(yōu)化以獲得用于轉(zhuǎn)子12的期望 的平均化水平。該優(yōu)化可以經(jīng)驗(yàn)地執(zhí)行或通過(guò)本領(lǐng)域中已知的常規(guī)計(jì)算機(jī)建模方法執(zhí)行。 僅通過(guò)例子的方式，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)是用于建立一組虛擬或物理實(shí)驗(yàn)的方法，其中輸入變量以系統(tǒng)化方式變化，目的是確定輸入變量之間的關(guān)聯(lián)和預(yù)測(cè)結(jié)果或輸出(這與一次一因 數(shù)法(one-factor-at-a-time)形成對(duì)照)。例如,轉(zhuǎn)子12中的每一個(gè)磁體26的位置可以不 同，且結(jié)果觀察到產(chǎn)生的輸出或扭矩波動(dòng)變化。在一個(gè)例子中，可以以扭矩波動(dòng)在2到5牛 頓米(“Nm”)之間為目的而建立優(yōu)化。扭矩波動(dòng)可以限定為在一個(gè)循環(huán)或一轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的 最小和最大扭矩之間的差?？蛇x地，可以以通過(guò)電機(jī)產(chǎn)生的最小平均扭矩為至少IOONm的 約束而建立優(yōu)化。另一約束可以是系統(tǒng)中總的能量損耗小于或等于100千焦。又一約束可 以是電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電壓大于或等于30伏特。
盡管已經(jīng)對(duì)執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進(jìn)行了詳盡的描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得 知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來(lái)實(shí)施本發(fā)明的許多替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)置式永磁體電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子，具有中心和多個(gè)槽道；屏障，由轉(zhuǎn)子中的所述多個(gè)槽道限定；多個(gè)第一磁體和多個(gè)第二磁體，布置在屏障中；和其中第一磁體中的至少一個(gè)相對(duì)于第二磁體中的至少一個(gè)位于距中心不同的徑向距離處。
2.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中第一磁體中的每一個(gè)相對(duì)于第二磁體中的每一個(gè)位于距中心不同的徑向距離處。
3.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，進(jìn)一步包括第一和第二極，通過(guò)轉(zhuǎn)子中的相應(yīng)極軸限定；且其中第一磁體位于第一極中且第二磁體位于第二極中，由此呈現(xiàn)極與極之間的徑向不對(duì)稱性。
4.如權(quán)利要求3所述的電機(jī)，其中所述多個(gè)槽道包括第一、第二、第三和第四槽道；第一和第二槽道設(shè)置在第一極中且分別位于距中心第一和第二距離處；第三和第四槽道設(shè)置在第二極中且分別位于距中心第三和第四距離處；且第一和第二距離中的至少一個(gè)不同于第三和第四距離中的至少一個(gè)。
5.如權(quán)利要求4所述的電機(jī)，其中第一、第二、第三和第四距離每一個(gè)相對(duì)于彼此不同。
6.一種內(nèi)置式永磁體電機(jī),包括轉(zhuǎn)子，具有中心和多個(gè)槽道；第一和第二屏障，由轉(zhuǎn)子中的所述多個(gè)槽道限定；第一和第二極，通過(guò)相應(yīng)極軸限定；和多個(gè)第一磁體，布置在第一極中的第一屏障內(nèi)，使得第一磁體中的至少一個(gè)相對(duì)于第一磁體中的另一個(gè)位于距中心不同的徑向距離處；和多個(gè)第二磁體，布置在第一極中的第二屏障內(nèi)，使得第二磁體中的至少一個(gè)相對(duì)于第二磁體中的另一個(gè)位于距中心不同的徑向距離處，由此在第一極內(nèi)呈現(xiàn)徑向不對(duì)稱性。
7.如權(quán)利要求6所述的電機(jī)，其中第一磁體中的每一個(gè)相對(duì)于第二磁體中的每一個(gè)位于距中心不同的徑向距離處。
8.如權(quán)利要求6所述的電機(jī),進(jìn)一步包括第一和第二極，通過(guò)相應(yīng)的極軸限定；徑向地在內(nèi)部的第一和第二槽道，設(shè)置在第一極中且分別位于距中心第一和第二距離處；且徑向地在外部的第三和第四槽道，設(shè)置在第一極中且分別位于距中心第三和第四距離處。
9.如權(quán)利要求8所述的電機(jī)，其中第一、第二、第三和第四距離每一個(gè)相對(duì)于彼此不同。
10.一種內(nèi)置式永磁體電機(jī),包括轉(zhuǎn)子，具有中心和多個(gè)槽道；第一和第二屏障，由轉(zhuǎn)子中的多個(gè)槽道限定；第一和第二極，通過(guò)相應(yīng)極軸限定；和多個(gè)第一磁體，布置在第一極中的第一屏障內(nèi)，使得第一磁體中的至少一個(gè)相對(duì)于第一磁體中的另一個(gè)位于距中心不同的徑向距離處；多個(gè)第二磁體，布置在第一極中的第二屏障內(nèi)，使得第二磁體中的至少一個(gè)相對(duì)于第二磁體中的另一個(gè)位于距中心不同的徑向距離處，由此在第一極內(nèi)呈現(xiàn)徑向不對(duì)稱性； 第一和第二極，通過(guò)相應(yīng)極軸限定；徑向地在內(nèi)部的第一和第二槽道，設(shè)置在第一極中且分別位于距中心第一和第二距離處；且徑向地在外部的第三和第四槽道，設(shè)置在第一極中且分別位于距中心第三和第四距離處；徑向地 在內(nèi)部的第五和第六槽道,設(shè)置在第二極中且分別位于距中心第五和第六距離處；徑向地在外部的第七和第八槽道，設(shè)置在第二極中且分別位于中心第七和第八距離處；且其中八個(gè)距離中的每一個(gè)彼此不同。
全文摘要
一種內(nèi)置式永磁體電機(jī)設(shè)置有轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括多個(gè)槽道和通過(guò)多個(gè)槽道限定的至少一個(gè)屏障。多個(gè)第一和第二磁體布置在屏障內(nèi)。轉(zhuǎn)子配置為使得第一磁體中的至少一個(gè)相對(duì)于第二磁體中的至少一個(gè)位于距中心不同的徑向距離處。轉(zhuǎn)子可以配置為生產(chǎn)類似于通過(guò)轉(zhuǎn)子磁體的常規(guī)斜置而獲得的平均化效果。轉(zhuǎn)子包括由轉(zhuǎn)子中的相應(yīng)極軸限定的多個(gè)極，且可以配置為反映極之間(極與極)的徑向不對(duì)稱性和/或極內(nèi)的徑向不對(duì)稱性。
文檔編號(hào)H02K1/27GK103023180SQ20121034954
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者S.朱科維克, K.M.拉曼, X.周, X.韓, Q.牛 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司