專(zhuān)利名稱(chēng)：永磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用在家庭用的電冰箱和空調(diào)或者其它不同類(lèi)型的工業(yè)機(jī)械的壓縮機(jī)中的永磁電機(jī)，以及具體而言，涉及能夠?qū)⒎措妱?dòng)勢(shì)波近似為(approximate)正弦波的永磁電機(jī)，由此降低噪音并增加效率。
背景技術(shù)：
通常，諸如無(wú)刷DC電機(jī)的永磁電機(jī)具有安裝在轉(zhuǎn)子芯部上的永久磁鐵以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力?；谟谰么盆F如何安裝到轉(zhuǎn)子芯部，永磁電機(jī)被分類(lèi)為表面安裝永磁電機(jī)和嵌入(embedded)永磁電機(jī)。
嵌入永磁電機(jī)具有安裝在轉(zhuǎn)子芯部中的多個(gè)永久磁鐵。在嵌入永磁電機(jī)中，永久磁鐵的分散使用磁矩以及磁阻轉(zhuǎn)矩結(jié)構(gòu)防止。結(jié)果，嵌入永磁電機(jī)比表面安裝永磁電機(jī)提供了更高的效率，所述表面安裝永磁電機(jī)具有安裝在轉(zhuǎn)子芯部的表面上的永久磁鐵以產(chǎn)生磁場(chǎng)，以及因此，當(dāng)需要高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，使用嵌入永磁電機(jī)。
基于線圈如何纏繞在定子芯部上，嵌入永磁電機(jī)被分為線圈集中類(lèi)型電機(jī)和線圈分配類(lèi)型電機(jī)。圖1顯示了傳統(tǒng)的根據(jù)線圈分配類(lèi)型纏繞方法所構(gòu)造的傳統(tǒng)永磁電機(jī)的橫截面視圖，以及圖2是根據(jù)線圈集中類(lèi)型纏繞方法所構(gòu)造的另外的傳統(tǒng)永磁電機(jī)。
參照?qǐng)D1、2，傳統(tǒng)的永磁電機(jī)包括定子1a、1b，線圈纏繞在所述定子1a、1b上；以及轉(zhuǎn)子4a、4b，所述轉(zhuǎn)子4a、4b可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在定子1a、1b上。
定子1a、1b包括通過(guò)以圓柱體的形狀疊置多個(gè)磁性薄鋼板所形成的定子芯部2a、2b；多個(gè)形成在定子芯部2a、2b上的槽3a、3b，同時(shí)被安置在周向方向上；以及多個(gè)纏繞槽3a、3b的線圈。
轉(zhuǎn)子4a、4b包括通過(guò)以圓柱形疊置多個(gè)磁性鋼板所形成的轉(zhuǎn)子芯部5a、5b，轉(zhuǎn)子芯部5a、5b設(shè)置在定子1a、1b的中空部分中，同時(shí)以預(yù)定的距離從定子1a、1b的中空部分分開(kāi)；形成在轉(zhuǎn)子芯部5a、5b上的多個(gè)永久磁鐵插入孔6a、6b，同時(shí)安置在周向方向上；以及多個(gè)永久磁鐵7a、7b，所述永久磁鐵7a、7b分別插入到永久磁鐵插入孔6a、6b中。旋轉(zhuǎn)軸8a、8b被插入到形成在轉(zhuǎn)子4a、4b的中心上的中空部分中，并由此與轉(zhuǎn)子4a、4b一起旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)電流被供給到纏繞在具有上述結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)永磁電機(jī)的定子1a、1b的槽3a、3b上的線圈時(shí)，線圈的極性被順序改變。因此，在槽3a、3b之間所形成的定子1a、1b的齒9a、9b上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。結(jié)果，磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子4a、4b上產(chǎn)生，其中永久磁鐵7a、7b被嵌入，同時(shí)與齒9a、9b相鄰。轉(zhuǎn)子4a、4b的磁場(chǎng)跟隨在定子1a、1b的齒9a、9b上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并且因此，轉(zhuǎn)子4a、4b與旋轉(zhuǎn)軸8a、8b一起旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力。
在嵌入永磁電機(jī)中，在纏繞在定子槽3a、3b上的線圈上所感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)波根據(jù)嵌入到轉(zhuǎn)子4a、4b中的永久磁鐵7a、7b的位置和形狀包含許多很高的諧波成分。但是，各齒9a、9b的表面和轉(zhuǎn)子4a、4b的外周表面之間的間隙94a、94b的長(zhǎng)度是均勻的。結(jié)果，根據(jù)轉(zhuǎn)子4a、4b的旋轉(zhuǎn)在間隙94a、94b上的磁通量的變化在以非正弦波的形狀發(fā)生。因此，反電動(dòng)勢(shì)波是扭曲的，如圖3所示。結(jié)果，產(chǎn)生非正弦反電動(dòng)勢(shì)波，并且因此，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增加。結(jié)果，當(dāng)轉(zhuǎn)子4a、4b旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，并且由于振動(dòng)，噪音增加。結(jié)果，電機(jī)的效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一方面是提供一種永磁電機(jī)，具有形成在定子的齒的中間部分上的臺(tái)階凸起和/或者形成在轉(zhuǎn)子的外周表面上的臺(tái)階槽以將間隙上的磁通量的改變近似為正弦波，由此產(chǎn)生正弦反電動(dòng)勢(shì)波。
本發(fā)明的額外方面和/或者優(yōu)點(diǎn)將在下述的說(shuō)明中并結(jié)合附圖而詳細(xì)了解到，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種永磁電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，具有設(shè)置在其中的永久磁鐵，其中轉(zhuǎn)子具有一個(gè)或者多個(gè)形成在外周表面上的槽，所述槽與定子的內(nèi)周表面相對(duì)，以近似磁通量中正弦改變。
一個(gè)或者多個(gè)槽可以包括在周向方向上安置在轉(zhuǎn)子的外周表面上的多個(gè)槽，多個(gè)槽從定子的內(nèi)周表面分開(kāi)預(yù)定的間隙。
轉(zhuǎn)子可以設(shè)有形成在永久磁鐵的相對(duì)端上的通量障礙孔，以及槽可以分別設(shè)置相鄰于通量障礙孔。
通量障礙孔可以設(shè)置與永久磁鐵插入孔平行，其中永久磁鐵被分別插入。
一個(gè)或者多個(gè)槽可以以至少一個(gè)臺(tái)階的形狀所形成。
根據(jù)本發(fā)明的另外一方面，本發(fā)明提供了一種永磁電機(jī)，包括設(shè)有多個(gè)齒的定子，以及具有設(shè)置在其中的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，其中，定子具有一個(gè)或者多個(gè)分別形成在齒的表面上的凸起，凸起與轉(zhuǎn)子的外周表面相對(duì)，以在磁通量中近似正弦變化。
一個(gè)或者多個(gè)凸起可以形成在定子的齒的中間部分上，所述齒以預(yù)定的間隙從轉(zhuǎn)子的外周表面分開(kāi)。
一個(gè)或者多個(gè)凸起的每個(gè)可以以至少一個(gè)臺(tái)階的形狀所形成。
根據(jù)本發(fā)明的另外一方面，本發(fā)明提供了一種永磁電機(jī)，包括設(shè)有多個(gè)齒的定子，以及具有設(shè)置在其中的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子具有一個(gè)或者多個(gè)形成在外周表面上的槽，所述槽與定子的內(nèi)周表面相對(duì)，以近似磁通量中的正弦改變，以及定子具有一個(gè)或者多個(gè)定子凸起，所述定子凸起分別形成在齒的表面上，凸起與轉(zhuǎn)子的外周表面相對(duì)，以近似磁通量中的正弦改變。
一個(gè)或者多個(gè)定子凸起可以以至少一個(gè)臺(tái)階的形狀形成在定子的齒的中間部分上。
一個(gè)或者多個(gè)轉(zhuǎn)子槽可以包括在周向方向上安置在轉(zhuǎn)子的外周表面上的多個(gè)轉(zhuǎn)子槽，所述槽以預(yù)定的間隙從定子的內(nèi)周表面分開(kāi)。
轉(zhuǎn)子可以設(shè)有形成在永久磁鐵的相對(duì)端上的通量障礙孔，以及槽可以分別設(shè)置相鄰于通量障礙孔。
一個(gè)或者多個(gè)凸起可以以至少一個(gè)臺(tái)階的形狀所形成。
根據(jù)本發(fā)明的另外一方面，本發(fā)明提供了一種永磁電機(jī)，包括定子和設(shè)置在其中的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，其中定子具有形成在內(nèi)周表面上的一個(gè)或者多個(gè)凸起，所述凸起與轉(zhuǎn)子的外周表面相對(duì)，以近似磁通量中的正弦改變。
根據(jù)本發(fā)明的另外一方面，本發(fā)明提供一種永久磁鐵，包括定子和具有設(shè)置在其中的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子；其中與定子的內(nèi)周表面相對(duì)的轉(zhuǎn)子的外周表面在徑向方向上變化以在轉(zhuǎn)子和定子之間提供非均勻間隙以近似磁通量中的正弦改變。
根據(jù)本發(fā)明的另外一方面，本發(fā)明提供了一種永磁電機(jī)，包括具有設(shè)置在其中的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，以及具有齒朝向轉(zhuǎn)子向內(nèi)延伸的定子，其中與轉(zhuǎn)子的外周表面相對(duì)的定子的齒的內(nèi)周表面在徑向方向上變化以在轉(zhuǎn)子和和定子之間提供非均勻間隙以近似磁通量中的正弦改變。


本發(fā)明的這些和/或者其它方面和特征將從實(shí)施例的下述說(shuō)明并結(jié)合附圖而詳細(xì)了解到，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的線圈分配類(lèi)型纏繞方法所構(gòu)造的傳統(tǒng)永磁電機(jī)的橫截面視圖；圖2是根據(jù)線圈集中類(lèi)型纏繞方法所構(gòu)造的另外的傳統(tǒng)永磁電機(jī)的橫截面視圖；圖3是顯示了傳統(tǒng)的永磁電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的永磁電機(jī)的橫截面視圖；圖5是如圖4所示的定子的齒和轉(zhuǎn)子的表面的詳細(xì)視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的如圖4所示的實(shí)施例的永磁電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的視圖；圖7顯示了基于定子凸起角度θs和轉(zhuǎn)子槽角度θr的改變，根據(jù)如圖4所示的本發(fā)明的實(shí)施例的永磁電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的總諧波變形(THD)的分布的視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例顯示永磁電機(jī)的橫截面視圖；圖9是如圖8所示的轉(zhuǎn)子的齒的詳細(xì)視圖；圖10是如圖8所示的轉(zhuǎn)子的表面的詳細(xì)視圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的如圖8所示的實(shí)施例的永磁電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的視圖；圖12顯示了基于定子凸起角度θs2和轉(zhuǎn)子槽角度θr2的改變，如圖8所示的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的永磁電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的總諧波變形(THD)的分布的視圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例顯示永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子的表面的詳細(xì)視圖；圖14是基于轉(zhuǎn)子槽角度θr1的改變根據(jù)本發(fā)明如圖13所示的實(shí)施例的永磁電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的總諧波變形(THD)的分布的視圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的永久磁鐵的有效磁極角度θPM和永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子凸起角度θR2之間的關(guān)系的視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其中附圖中說(shuō)明了示例，其中相似的引用數(shù)字表示相似的部件。下述的實(shí)施例通過(guò)參照附圖來(lái)說(shuō)明。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說(shuō)明永磁電機(jī)的橫截面視圖，以及圖5是說(shuō)明定子的齒以及如圖4所示的轉(zhuǎn)子的表面的詳細(xì)視圖。
如圖4所示，永磁電機(jī)包括通過(guò)以圓柱體形狀疊置多個(gè)磁性薄鐵板所形成的轉(zhuǎn)子10；通過(guò)以圓柱體形狀疊置多個(gè)磁性鋼板所形成的轉(zhuǎn)子20，轉(zhuǎn)子20可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在定子10中同時(shí)從定子10分開(kāi)預(yù)定的距離；以及旋轉(zhuǎn)軸30插入到轉(zhuǎn)子20的中空中心中，這樣旋轉(zhuǎn)軸30與轉(zhuǎn)子20一起旋轉(zhuǎn)。
定子10包括圓形定子芯部11，形成定子10的外邊；多個(gè)在徑向方向上從定子芯部11向內(nèi)延伸的齒12；多個(gè)槽13，所述多個(gè)槽13形成在各齒12之間；以及纏繞槽13以產(chǎn)生三相磁場(chǎng)的線圈。
如圖5所示，定子10的各齒12在中間部分上設(shè)置具有臺(tái)階定子凸起12-1，這樣定子10的各齒12的表面和轉(zhuǎn)子20的外周表面之間的間隙40的長(zhǎng)度不是均勻的。由于轉(zhuǎn)子20的旋轉(zhuǎn)，提供臺(tái)階轉(zhuǎn)子凸起12-1用于在間隙40上近似磁通量的改變至正弦波。
定子凸起12-1在圍繞旋轉(zhuǎn)軸30通過(guò)定子凸起角度θs所測(cè)量的寬度中以一個(gè)臺(tái)階的形狀凸起。優(yōu)選地，盡管不是必須的，定子凸起角度θs大約是32度。
轉(zhuǎn)子20包括以圓柱體形狀近似形成的轉(zhuǎn)子芯部21；多個(gè)形成在轉(zhuǎn)子芯部21的邊上的永久磁鐵插入孔22，同時(shí)被安置在周向方向上；以及多個(gè)永久磁鐵23，所述多個(gè)永久磁鐵23被分別插入到永久磁鐵插入孔22中。
永久磁鐵23被插入到各永久磁鐵插入孔22中，這樣相鄰的磁極具有相反的極性。各永久磁鐵23的相對(duì)端上形成通量障礙孔24以防止磁通量缺少和/或者泄漏。通量障礙孔24與永久磁鐵插入孔22平行設(shè)置，或者與永久磁鐵插入孔22在相同的線上。
在轉(zhuǎn)子20的外周表面上形成臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽20-1，所述臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽20-1與通量障礙孔24相鄰并安置在周向方向上，如圖5所示，這樣定子10的各齒12的表面和轉(zhuǎn)子20的外周表面之間的間隙40的長(zhǎng)度不是均勻的。由于轉(zhuǎn)子20的旋轉(zhuǎn)，臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽20-1的提供用作在間隙40上近似磁通量的改變至正弦波。
各臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽20-1在圍繞旋轉(zhuǎn)軸30通過(guò)轉(zhuǎn)子槽角度θr所測(cè)量的寬度以一個(gè)臺(tái)階形狀凹陷。優(yōu)選地，盡管不是必須的，轉(zhuǎn)子槽角度θr大約是22度。
當(dāng)電流被供給到纏繞在具有上述的結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)的定子10的槽13上的線圈時(shí)，線圈的極性順序改變，并且因此，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在槽13之間所形成的齒12上產(chǎn)生。結(jié)果，磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子20上產(chǎn)生，其中永久磁鐵23被嵌入同時(shí)與齒12相鄰。轉(zhuǎn)子20的磁場(chǎng)跟隨在定子10的齒12上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，以及因此，轉(zhuǎn)子20與旋轉(zhuǎn)軸30一起旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力。
此時(shí)，由于在定子10的齒12的相對(duì)端上以及轉(zhuǎn)子20的橋部分24a上的磁通量的集中，在定子10的線圈上所感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)波包含很多高諧波成分。根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例，單臺(tái)階定子凸起12-1被形成在定子10的齒12的中間部分上，以及單臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽20-1被形成在轉(zhuǎn)子20的外周表面上以與轉(zhuǎn)子20的橋部分24a相鄰。結(jié)果，轉(zhuǎn)子10的各齒12的表面和轉(zhuǎn)子20的外周表面之間的間隙40的長(zhǎng)度不是均勻的，以及，因此，由于轉(zhuǎn)子20的旋轉(zhuǎn)在間隙40上的磁通量的改變被近似為正弦波。結(jié)果，產(chǎn)生正弦反電動(dòng)勢(shì)波。
本發(fā)明的此實(shí)施例的永磁電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)(BEMF)如圖6所示。
如圖6所示，除了第一高諧波之外的所有的高諧波成分通過(guò)在定子10的齒12的中間部分上形成單臺(tái)階定子凸起12-1以及在轉(zhuǎn)子20的外周表面上的單臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽20-1而減小。結(jié)果，反電動(dòng)勢(shì)波近似為正弦波。
結(jié)果，減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，以及，因此，在轉(zhuǎn)子20的旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中所產(chǎn)生的振動(dòng)被最小化，以及噪音也減小。結(jié)果，電機(jī)的可靠性被改良。
圖7顯示了當(dāng)定子凸起角度θs在28-36度的范圍之內(nèi)改變時(shí)反電動(dòng)勢(shì)的總諧波變形(THD)的模擬結(jié)果，以及轉(zhuǎn)子槽角度θr在14-22度的范圍之內(nèi)改變。
可以從圖7所示，根據(jù)本發(fā)明特征在于單臺(tái)階定子凸起12-1被形成在定子10的齒12的中間部分上、單臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽20-1被形成在轉(zhuǎn)子20的外周表面上的此實(shí)施例的永磁電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的總諧波變形(THD)大約是2.9-3％，這小于傳統(tǒng)的永磁電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的總諧波變形(大約15％)。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的永磁電機(jī)的橫截面視圖，圖9是如圖8中所示的定子的齒的詳細(xì)視圖，圖10是顯示了如圖8所示的轉(zhuǎn)子的表面的詳細(xì)視圖?？赡芘c本發(fā)明的前述所討論的相同的本發(fā)明的此優(yōu)選實(shí)施例的部件可以用與本發(fā)明的前述所討論的實(shí)施例的相同的參考數(shù)字來(lái)指示，以及將不給出詳細(xì)的說(shuō)明。
參照?qǐng)D8、9，定子10的各齒14在中間部分上設(shè)有臺(tái)階定子凸起14-1，這樣定子10的各齒14的表面和轉(zhuǎn)子26的外周表面之間的間隙40的長(zhǎng)度不是均勻的。
定子凸起14-1在圍繞旋轉(zhuǎn)軸30通過(guò)第一定子凸起角度θs1所測(cè)量的寬度上突起，以及進(jìn)一步在圍繞旋轉(zhuǎn)軸30通過(guò)第二定子凸起角度θs2所測(cè)量的寬度中突起。結(jié)果，定子凸起14-1被形成為雙臺(tái)階形狀。優(yōu)選地，盡管不是必須的，第一定子凸起角度θs1大致是34度，第二定子凸起角度θs2大致是28度。
參照?qǐng)D8、10，轉(zhuǎn)子26在外周表面上設(shè)有臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽26-1，其與通量障礙孔24相鄰并安置在周向方向上，這樣定子10的各齒14的表面和轉(zhuǎn)子26的外周表面之間的間隙40的長(zhǎng)度不是均勻的。
各臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽26-1在圍繞旋轉(zhuǎn)軸30通過(guò)第二轉(zhuǎn)子槽角度θr2所測(cè)量的寬度中凹陷，并進(jìn)一步在圍繞旋轉(zhuǎn)軸30通過(guò)第一轉(zhuǎn)子槽角度θr1所測(cè)量的寬度中凹陷。結(jié)果，各臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽26-1被形成為雙臺(tái)階形狀。優(yōu)選地，盡管不是必須的，第二轉(zhuǎn)子槽角度θr2大致是22度，第一轉(zhuǎn)子槽角度θr1大致是16度。
當(dāng)電流被供給到纏繞在具有如上所述的結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)的定子10的槽13上的線圈時(shí)，線圈的極性被順序改變，因此，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在形成在槽13之間的齒14上產(chǎn)生。結(jié)果，磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子26上產(chǎn)生，其中永久磁鐵23被嵌入同時(shí)與齒14相鄰。轉(zhuǎn)子26的磁場(chǎng)順著定子10的齒14上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，以及因此轉(zhuǎn)子26與旋轉(zhuǎn)軸30一起旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力。
此時(shí)，由于在定子10的齒14以及轉(zhuǎn)子26的橋部分24a的相對(duì)端上的磁通量的集中，在定子10的線圈上所感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)波包含許多高諧波成分。根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例，雙臺(tái)階定子凸起14-1被形成在定子10的齒12的中間部分上，以及雙臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽26-1被形成在轉(zhuǎn)子26的外周表面上以與轉(zhuǎn)子26的橋部分24a相鄰。結(jié)果，這樣定子10的各齒14的表面和轉(zhuǎn)子26的外周表面之間的間隙40的長(zhǎng)度不是均勻的，并且因此，由于轉(zhuǎn)子26的旋轉(zhuǎn)，磁通量在間隙40上的改變被近似為正弦波。結(jié)果，產(chǎn)生正弦反電動(dòng)勢(shì)波。
本發(fā)明的此實(shí)施例的永磁電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)被顯示在圖11中。
如圖11中所示，除了第一高頻諧波之外的所有高頻諧波成分通過(guò)在定子10的齒14的中間部分上形成雙臺(tái)階定子凸起14-1以及在轉(zhuǎn)子26的外周表面上的雙臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽26-1而減小。結(jié)果，反電動(dòng)勢(shì)波被近似為正弦波。
結(jié)果，減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，并且因此，在轉(zhuǎn)子26的旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中所產(chǎn)生的振動(dòng)被最小化，以及噪音也減小。結(jié)果，電機(jī)的可靠性被改良。
圖12顯示了當(dāng)?shù)诙ㄗ油蛊鸾嵌圈萻2在30-42度的范圍之內(nèi)改變，以及第二轉(zhuǎn)子槽角度θr2在14-30度的范圍之內(nèi)改變時(shí)所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)的總諧波變形的模擬結(jié)果。
從圖12可見(jiàn)，根據(jù)本發(fā)明特征在于雙臺(tái)階定子凸起14-1被形成在定子10的齒14的中間部分上、雙臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽26-1被形成在轉(zhuǎn)子26的外周表面上的此實(shí)施例的永磁電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的總諧波變形大約是2.2％，這小于傳統(tǒng)的永磁電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的總諧波變形(大約15％)。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子27的表面的詳細(xì)視圖。
如圖13中所示，轉(zhuǎn)子27在外周表面上設(shè)有臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽27-1，其與通量障礙孔24相鄰并安置在周向方向上，這樣定子10的各齒14的表面和轉(zhuǎn)子27的外周表面之間的間隙40的長(zhǎng)度不是均勻的。
各轉(zhuǎn)子槽27-1在圍繞旋轉(zhuǎn)軸30通過(guò)第二轉(zhuǎn)子槽角度θr2所測(cè)量的寬度中凹陷，以及進(jìn)一步圍繞旋轉(zhuǎn)軸30通過(guò)第一轉(zhuǎn)子槽角度θr1所測(cè)量寬度中凹陷。結(jié)果，各轉(zhuǎn)子槽27-1被形成為雙臺(tái)階形狀。優(yōu)選地，盡管不是必須的，第二轉(zhuǎn)子槽角度θr2大約是22度，以及第一轉(zhuǎn)子槽角度θr1大約是2-18度。
如圖14中所示，當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)子槽角度θr1在2-18度的范圍之內(nèi)改變時(shí)所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)的總的諧波變形小于大約2％，這小于傳統(tǒng)的永磁電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的總諧波變形(大約15％)。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的永久磁鐵的有效磁極角度θPM和永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子凸起角度θR2之間的關(guān)系的視圖。
在假設(shè)第二轉(zhuǎn)子槽角度θr2和圖8所示的實(shí)施例的下一個(gè)第二轉(zhuǎn)子槽角度θr2之間的角度θR2是轉(zhuǎn)子凸起角度，反電動(dòng)勢(shì)的總諧波變形的減小和變動(dòng)(cogging)力矩的減小基于轉(zhuǎn)子凸起角度θR2和永久磁鐵的有效磁極角度θPM而改變。
如果轉(zhuǎn)子凸起角度θR2大于永久磁鐵的有效磁極角度θPM，例如，反電動(dòng)勢(shì)的總諧波變形(THD)比變動(dòng)力矩進(jìn)一步減小。另一方面，如果轉(zhuǎn)子凸起角度θR2小于永久磁鐵的有效磁極角度θPM，變動(dòng)力矩比反電動(dòng)勢(shì)的總諧波變形(THD)進(jìn)一步減小。
根據(jù)本發(fā)明，永磁電機(jī)被設(shè)計(jì)這樣轉(zhuǎn)子凸起角度θR2大于或者等于永久磁鐵的有效磁極角度θPM，以最大地減小反電動(dòng)勢(shì)的總諧波變形(THD)。
在所示的實(shí)施例中，定子凸起12-1、14-1以單或者雙臺(tái)階形狀被形成在定子10的齒12、14的中間部分上，以及轉(zhuǎn)子槽20-1、26-1、27-1以單或者雙臺(tái)階形狀被形成在轉(zhuǎn)子20、26、27的外周表面上，但是本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。例如，定子可以具有單臺(tái)階定子凸起同時(shí)轉(zhuǎn)子具有雙臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽，或者定子可以具有雙臺(tái)階定子凸起同時(shí)轉(zhuǎn)子具有單臺(tái)階轉(zhuǎn)子槽，這可以實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明的所示的實(shí)施例相同的方面和特征。
從上述說(shuō)明很明顯，本發(fā)明提供了一種永磁電機(jī)，具有形成在定子的齒的中間部分上的臺(tái)階凸起和/或者形成在轉(zhuǎn)子的外周表面上的臺(tái)階槽，以在間隙上的磁通量的改變近似為正弦波，由此產(chǎn)生正弦反電動(dòng)勢(shì)波。結(jié)果，減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，以及，因此，在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中所產(chǎn)生的振動(dòng)被最小化，以及噪音也減小。結(jié)果，電機(jī)的可靠性被改良。
盡管對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但是普通技術(shù)人員可以理解，在不背離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改，其范圍由權(quán)利要求書(shū)及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種永磁電機(jī)，包括定子；以及具有設(shè)置在其中的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子；其中轉(zhuǎn)子具有一個(gè)或者多個(gè)形成在外周表面上的槽，所述槽與定子的內(nèi)周表面相對(duì)，以近似磁通量中的正弦改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或者多個(gè)槽包括在周向方向上安置在轉(zhuǎn)子的外周表面上的多個(gè)槽，多個(gè)槽從定子的內(nèi)周表面上分開(kāi)預(yù)定的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn)子設(shè)有形成在永久磁鐵的相對(duì)端上的通量障礙孔，以及槽被分別形成相鄰于通量障礙孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電機(jī)，其特征在于，通量障礙孔被設(shè)置與永久磁鐵插入孔平行，其中永久磁鐵被分別插入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或者多個(gè)槽被形成為具有至少一個(gè)臺(tái)階的形狀。
6.一種永磁電機(jī)，包括設(shè)有多個(gè)齒的定子；以及具有設(shè)置在其中的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子；其中，定子具有一個(gè)或者多個(gè)分別形成在齒的表面上的凸起，凸起與轉(zhuǎn)子的外周表面相對(duì)，以在磁通量中近似正弦變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或者多個(gè)凸起形成在定子的齒的中間部分上，齒以預(yù)定的間隙從轉(zhuǎn)子的外周表面分開(kāi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或者多個(gè)凸起的每個(gè)以至少一個(gè)臺(tái)階的形狀所形成。
9.一種永磁電機(jī)，包括設(shè)有多個(gè)齒的定子；以及具有設(shè)置在其中的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子；其中，轉(zhuǎn)子具有一個(gè)或者多個(gè)形成在外周表面上的槽，所述槽與定子的內(nèi)周表面相對(duì)，以近似磁通量中的正弦改變，以及定子具有一個(gè)或者多個(gè)定子凸起，所述定子凸起分別形成在齒的表面上，凸起與轉(zhuǎn)子的外周表面相對(duì)，以近似磁通量中的正弦改變。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或者多個(gè)凸起形成在定子的齒的中間部分上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或者多個(gè)凸起的每個(gè)以至少一個(gè)臺(tái)階的形狀形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或者多個(gè)轉(zhuǎn)子槽包括在周向方向上安置在轉(zhuǎn)子的外周表面上的多個(gè)轉(zhuǎn)子槽，所述槽以預(yù)定的間隙從定子的內(nèi)周表面分開(kāi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn)子設(shè)有形成在永久磁鐵的相對(duì)端上的通量障礙孔，所述槽被分別形成相鄰于通量障礙孔。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或者多個(gè)轉(zhuǎn)子槽被形成為至少一個(gè)臺(tái)階的形狀。
15.一種永久磁鐵，包括定子；以及具有設(shè)置在其中的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子；其中定子在內(nèi)周表面上具有一個(gè)或者多個(gè)凸起，所述凸起與轉(zhuǎn)子的外周表面相對(duì)，以近似磁通量中的正弦改變。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機(jī)，其特征在于，定子設(shè)有多個(gè)齒，以及一個(gè)或者多個(gè)凸起被分別設(shè)置在齒的表面上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或者多個(gè)凸起被形成在齒的中間部分上。
18.一種永久磁鐵，包括定子；以及具有設(shè)置在其中的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子；其中與定子的內(nèi)周表面相對(duì)的轉(zhuǎn)子的外周表面在徑向方向上變化以在轉(zhuǎn)子和定子之間提供非均勻間隙以近似磁通量中的正弦改變。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或者多個(gè)槽設(shè)置在轉(zhuǎn)子的外周表面上以在徑向方向上變化外周表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或者多個(gè)槽被形成為至少一個(gè)臺(tái)階形狀。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電機(jī)，其特征在于，第一槽圍繞轉(zhuǎn)子的外周表面形成有大致14-30度的寬度。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電機(jī)，其特征在于，第二槽圍繞轉(zhuǎn)子的外周表面以及在第一槽之內(nèi)形成有大約2-18度的寬度。
23.一種永磁電機(jī)，包括具有設(shè)置在其中的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子；以及具有齒向內(nèi)朝向轉(zhuǎn)子延伸的定子；其中與轉(zhuǎn)子的外周表面相對(duì)的定子的齒的內(nèi)周表面在徑向方向上變化以在轉(zhuǎn)子和定子之間提供非均勻間隙以近似磁通量中的正弦改變。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或者多個(gè)凸起被設(shè)置在定子的齒的內(nèi)周表面上以變化內(nèi)周表面。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或者多個(gè)凸起被形成為至少一個(gè)臺(tái)階的形狀。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電機(jī)，其特征在于，第一凸起圍繞至少齒之一的內(nèi)周表面形成有大約30-42度的寬度。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的電機(jī)，其特征在于，第二凸起圍繞至少齒之一的內(nèi)周表面以及在第一凸起上形成有大約28度的寬度。
全文摘要
一種永磁電機(jī)，包括其中設(shè)置有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，和定子，其中轉(zhuǎn)子的外周表面與定子的內(nèi)周表面相對(duì)，以及轉(zhuǎn)子的外周表面和定子的內(nèi)周表面之一或者二者在徑向方向上變化以在兩個(gè)表面之間提供非均勻的間隙以近似磁通量中的正弦改變。
文檔編號(hào)H02K21/14GK1881747SQ20061000362
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2006年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月13日
發(fā)明者金永均 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社