本發(fā)明涉及內(nèi)部永磁電機，更具體地涉及用于這種電機的轉(zhuǎn)子組件。

背景技術(shù)：

內(nèi)部永磁電機通常包括可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子具有圍繞轉(zhuǎn)子的外周設(shè)置的多個極性交替的磁體。定子通常包括多個繞組，其在用電流激勵時產(chǎn)生交替極性的電磁極。永磁電機可以具有相對高的轉(zhuǎn)矩/功率密度和其它性能，使得它們優(yōu)于其他裝置，例如具有有刷或無刷激勵器的繞組磁場同步電機。然而，永磁電機可以使用大量的磁性材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開描述了一種內(nèi)部永磁電機，并且包括具有多個電繞組的定子和設(shè)置在定子內(nèi)形成的圓柱形空隙中的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括組裝到軸上的多個鋼疊片，其中軸限定縱向軸線。每個鋼疊片包括多個極，并且每個極包括設(shè)置在外周附近的多個槽。鋼疊片的槽縱向?qū)R。多個永久磁鐵設(shè)置在槽的第一子集中，并且由各向異性材料組裝的多個分組設(shè)置在槽的第二子集中。

本教導(dǎo)的上述特征和優(yōu)點以及其它特征和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖以及用于執(zhí)行如所附權(quán)利要求中限定的本教導(dǎo)的一些最佳模式和其他實施例的詳細(xì)描述中是顯而易見的。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖通過示例的方式描述一個或多個實施例，其中：

圖1示意性地示出根據(jù)本公開的包括形成圓柱形空隙的環(huán)形定子的永磁電機的橫截面圖，同軸轉(zhuǎn)子插入該圓柱形空隙中；

圖2示意性地示出了根據(jù)本公開的圖1描述的永磁電機的單個疊片的單極部的橫截面視圖，該單極部包括極裝置，該極裝置包括設(shè)置在其外周附近的多個槽，其中永久磁鐵或各向異性分組被插入到槽的子集中；

圖3示意性地示出根據(jù)本公開的各向異性分組的第一實施例的透視圖，其包括由具有散置的非磁性隔片的多個各向異性疊片組成的疊片堆疊；

圖4示意性地示出了根據(jù)本公開的各向異性分組的第二實施例的透視圖，其包括由多個各向異性疊片組成的疊片堆疊，每個疊片具有用作磁通壁壘的多個空隙；以及

圖5示意性地示出了根據(jù)本公開的各向異性分組的第三實施例的透視圖，其包括由多個各向異性疊片組成的疊片堆疊。

具體實施方式

現(xiàn)在參考附圖，其中所述描述僅出于說明某些示例性實施例的目的，而不是用于限制本發(fā)明的目的。圖1示意性地示出了永磁電機10的橫截面圖，該永磁電機10包括形成圓柱形空隙的環(huán)形定子12，同軸轉(zhuǎn)子20插入該圓柱形空隙中，在定子12和轉(zhuǎn)子20之間形成空氣間隙14。轉(zhuǎn)子20包括具有端部的可旋轉(zhuǎn)軸26，該端部延伸穿過在定子12的端蓋內(nèi)形成的孔，其中布置有適當(dāng)?shù)陌惭b和軸承裝置。軸26限定了縱向軸線，其徑向線延伸垂直于該縱向軸線。定子12容納沿圓周布置的多個電繞組(未示出)。電繞組電連接到合適的裝置，例如逆變器，其可以由控制器控制以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電場，該旋轉(zhuǎn)電場感應(yīng)出靠近轉(zhuǎn)子20的磁場，并與永久磁鐵的磁場相互作用以在轉(zhuǎn)子20內(nèi)產(chǎn)生機械轉(zhuǎn)矩。電機10可以被控制為作為轉(zhuǎn)矩電動機和/或發(fā)電機運轉(zhuǎn)。與永磁電機10的物理配置和操作有關(guān)的細(xì)節(jié)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的，因此這里不再詳細(xì)描述。

轉(zhuǎn)子20由多個盤狀疊片22構(gòu)成，盤狀疊片22由各向同性的鋼或諸如壓縮鐵粉的其它鐵磁材料制成。多個疊片堆疊并壓配合或以其它方式固定地組裝到軸26上以與其一致地旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子20包括多個極部25，其圍繞轉(zhuǎn)子軸26周向地分布，其優(yōu)選地以相同的預(yù)定間隔分布。單個疊片22的一個極部25在圖1中示出，并且在圖2中詳細(xì)的示意性地示出。轉(zhuǎn)子20的實施例可以具有兩個極部25、四個極部25、六個極部25、八個極部25或任何其它合適數(shù)量的極部25。

如圖所示，轉(zhuǎn)子20的單個疊片22的極部25包括極裝置30，該極裝置30包括布置在其外周邊24附近的層31a、31b、31c和31d中的多個槽31，其中層31a、31b、31c和31d由外周邊24限定。雖然示出了四個層，但是可以采用任何數(shù)量的層。當(dāng)多個疊片組裝到軸26上時，槽31被對齊并且被布置成平行于由軸26限定的縱向軸線。裝置可以插入到一些或所有槽31中，并且多個槽31的子集可以是未填充的，并且因此可以用作磁通壁壘。

當(dāng)轉(zhuǎn)子20用于永磁電機10上時，永久磁鐵34可以插入到槽31的子集中，例如，如圖所示的層31c和31d中的槽，并且因此限定每個極裝置30的極。每個極裝置30限定直軸或d軸線28和正交或q軸線29，其中d軸線28與磁極的中心對齊，q軸線29與d軸線28正交，并且與轉(zhuǎn)子的兩個磁極的中點對齊。d軸線28表示具有最低電感的取向，q軸線29表示具有最高電感的取向。因此，每個極裝置30具有與之相關(guān)聯(lián)的d軸線28和q軸線29。

凸極比定義如下：

ξ，＝lq/ld

其中

ξ，是凸極比，

lq是沿著d軸線28的電感，以及

ld是沿著q軸線29的電感。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，永磁電機的性能隨著凸極比的增大而提高。

各向異性插入件36可以插入到槽31的第二子集中，例如，如圖所示的層31a和31b中的槽。圖中示出了各向異性分組36之一的面部38和疊片軋制方向40。

在一個實施例中，槽31的子集可保持空隙。可選地，所有槽31可以包含永久磁體34或各向異性分組36，而槽31中沒有任何一個保持空隙。

圖3示意性地示出了各向異性分組36的第一實施例，其包括由多個各向異性疊片44構(gòu)成的疊片堆疊42，所述疊片具有散布的非磁性隔片46，其中各向異性疊片44沿軸向分層。各向異性分組36的面部38被識別出，并且指示各向異性分組36的部分在轉(zhuǎn)子20的任一端均可見。各向異性材料是沿著不同軸顯示不等物理性質(zhì)的材料。本文所述的各向異性疊片44優(yōu)選顯示出與感應(yīng)磁導(dǎo)率相關(guān)的磁性特性，該感應(yīng)磁導(dǎo)率在加工時隨材料的軋制方向而變化。具體地，與材料的正交方向相比，本文所述的各向異性疊片44優(yōu)選地顯示出在軋制方向上增加的感應(yīng)磁導(dǎo)率、增加的磁化強度和增加的磁通密度。在一個實施例中，多個各向異性疊片44可以由晶粒取向的鋼材料制成。在一個實施例中，晶粒取向的鋼材料包括通過冷軋?zhí)幚淼蔫F-硅磁性合金，其用于實現(xiàn)與感應(yīng)磁導(dǎo)率、磁化強度和增加的磁通密度相關(guān)的優(yōu)選的磁性特性?？蛇x地，多個各向異性疊片44可以由使用快速凝固方法形成的非晶態(tài)金屬合金制成。

疊片軋制方向40指示多個各向異性疊片44，當(dāng)各向異性分組36插入轉(zhuǎn)子20中時，轉(zhuǎn)子20的優(yōu)選的主要d軸線28和q軸線29也是如此。非磁性隔片46可以通過氧化物沉積在各向異性疊片44的表面上來制造，或者可以由鋁或氧化鋁制成，或者包括兩者，這取決于所需的厚度。各向異性分組36和非磁性隔片46的厚度優(yōu)選地在考慮磁性能、磁導(dǎo)率、溫度，轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生和其它因素的情況下使用在模擬電動機負(fù)載條件下的電動機模擬來確定。圖中還示出了各向異性分組36的深度50，并且指示各向異性分組36伸入到轉(zhuǎn)子20的槽31中的長度。優(yōu)選地，并且如圖所示，各向異性分組36的低磁阻軸線與轉(zhuǎn)子20的q軸線29對齊，其對應(yīng)于多個各向異性疊片44的冷軋方向40。各向異性分組36的深度50可以被限制，以便減少渦流損耗和便于插入。

可選地，各向異性分組36的第一實施例可包括由多個各向異性疊片44組成的疊片堆疊42，其中各向異性疊片44沿軸向分層而沒有散置的非磁性隔片。

圖4示意性地示出了各向異性分組136的第二實施例，其包括由多個各向異性疊片144組成的疊片堆疊142，每個疊片具有多個用作磁通壁壘的空隙146，其中各向異性疊片144沿徑向分層。各向異性分組136的面部138被識別出，并且指示各向異性分組136的部分在轉(zhuǎn)子20的任一端均可見?？障?46可以使用任何合適的技術(shù)制造，例如沖壓或激光切割。每個各向異性疊片144具有平坦表面，空隙146被制造在平坦表面中。堆疊的各向異性疊片144的平坦表面具有類似于轉(zhuǎn)子20的相關(guān)槽31的至少一部分的橫截面形狀的形狀，各向異性分組136被組裝到該轉(zhuǎn)子20中。

多個各向異性疊片144中的每一個優(yōu)選地由晶粒取向的鋼材料制成。在一個實施例中，晶粒取向的鋼材料包括通過冷軋?zhí)幚淼蔫F-硅磁性合金，其用于實現(xiàn)與軋制方向上的磁導(dǎo)率相關(guān)的優(yōu)選磁性能?？蛇x地，多個各向異性疊片144可以由使用快速凝固方法形成的非晶態(tài)金屬合金制成。

疊片軋制方向40指示多個各向異性疊片144，當(dāng)各向異性分組136插入轉(zhuǎn)子20中時，轉(zhuǎn)子20的優(yōu)選的主要d軸線28和q軸線29也是如此。各向異性分組136的厚度優(yōu)選地在考慮磁性能、磁導(dǎo)率、溫度、轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生和其它因素的情況下在模擬電動機負(fù)載條件下使用電動機模擬來確定。圖中還示出了各向異性分組136的深度50，并且指示各向異性分組136伸入到轉(zhuǎn)子20的槽31中的長度。優(yōu)選地，如圖所示，轉(zhuǎn)子20的q軸線29與各向異性分組136的低磁阻軸線對齊，其對應(yīng)于多個各向異性疊片144的冷軋方向40。因此，各向異性分組136的該實施例包括由多個各向異性疊片144組成的疊片堆疊142，每個疊片具有用作磁通壁壘的多個空隙146，其中轉(zhuǎn)子20的q軸線29與低磁阻軸線對齊，其對應(yīng)于材料的冷軋方向。在各個各向異性疊片144之間不需要隔片。然而，疊片堆疊142的端部在d軸線通量的路徑中不存在障礙。該泄漏路徑是低材料磁導(dǎo)率的方向上，垂直于軋制方向上，因此泄漏將相對較低。

圖5示意性地示出了各向異性分組236的第三實施例，其包括由多個各向異性疊片244構(gòu)成的疊片堆疊242。在一個實施例中，多個非磁性隔片246可以與各向異性疊片244彼此交替?？蛇x地，可以不使用非磁性隔片246。各向異性分組236的面部238被識別出，并且指示各向異性分組236的部分在轉(zhuǎn)子20的任一端均可見。每個各向異性疊片244具有平坦表面，該平坦表面具有類似于轉(zhuǎn)子20的相關(guān)聯(lián)的槽31的至少一部分的橫截面形狀，各向異性分組236組裝到該轉(zhuǎn)子中。多個各向異性疊片244中的每一個優(yōu)選地由晶粒取向的鋼材料制成。在一個實施例中，晶粒取向的鋼材料包括通過冷軋?zhí)幚淼蔫F-硅磁性合金，其用于實現(xiàn)與軋制方向上的磁導(dǎo)率相關(guān)的優(yōu)選磁性能。可選地，多個各向異性疊片244可以由使用快速凝固方法形成的非晶態(tài)金屬合金制成。

疊片軋制方向40指示多個各向異性疊片244，當(dāng)各向異性分組236插入轉(zhuǎn)子20中時，轉(zhuǎn)子20的優(yōu)選的主要d軸線28和q軸線29也是如此。圖中還示出了各向異性分組236的深度50，并且指示各向異性分組236伸入到轉(zhuǎn)子20的槽31中的長度。優(yōu)選地，如圖所示，轉(zhuǎn)子20的q軸線29與各向異性分組236的低磁阻軸線對齊，其對應(yīng)于多個各向異性疊片244的冷軋方向40。

本公開提高了內(nèi)部永磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子凸極性，這導(dǎo)致對永久磁體的依賴性降低，因此允許減小磁體的質(zhì)量以在一些實施例中實現(xiàn)類似的性能?？蛇x地，電機的性能如轉(zhuǎn)矩/安培和效率可以得到改進。此外，由于使用軸向插入轉(zhuǎn)子槽中的晶粒取向的鋼疊片，可以改善內(nèi)部永磁電機的實施例的凸極性。晶粒取向的鋼疊層軸向放置在徑向疊層的轉(zhuǎn)子槽中，產(chǎn)生具有軸向和徑向疊層的混合結(jié)構(gòu)。高凸極比(lq＞＞ld)可以增加轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生并提高電機效率。增加的凸極性也提高了電機的高速性能。轉(zhuǎn)子凸極的增加通過晶粒取向疊片的軸向插入而引起的q軸線電感的增加來實現(xiàn)，同時保持d軸線電感不受影響。使用徑向疊片和軸向疊片組有助于更高的極數(shù)增加的每安培轉(zhuǎn)矩和增加的峰值電動機轉(zhuǎn)矩或減小電動機尺寸和磁體質(zhì)量以實現(xiàn)類似的性能。

如本說明書和權(quán)利要求中所使用的，術(shù)語“例如”，“比如”，“諸如”和“像”和動詞“包括”，“具有”，當(dāng)與一個或多個組件或其他項目的列表結(jié)合使用時，每個都被解釋為開放式的，意味著列表不被認(rèn)為是排除其他附加組件或項目。其他術(shù)語將使用其最廣泛的合理含義來解釋，除非它們在需要不同解釋的上下文中使用。此外，在閱讀權(quán)利要求書時，旨在當(dāng)使用諸如“一”，“一個”，“至少一個”或“至少一個部分”的詞語時，并不意圖將權(quán)利要求限制為僅一個項目，除非具體地在權(quán)利要求中相反地說明。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上述說明中使用的諸如優(yōu)選的，優(yōu)選地，優(yōu)選的或更優(yōu)選的詞的使用指示所描述的特征可能是更期望的，但是它可以不是必要的，并且可以在本公開的范圍內(nèi)預(yù)期缺少該特征的實施例，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。

詳細(xì)描述和附圖或圖是對本教導(dǎo)的支持和描述，但是本教導(dǎo)的范圍僅由權(quán)利要求書限定。雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了用于執(zhí)行本教導(dǎo)的一些最佳模式和其他實施例，但是存在用于實踐在所附權(quán)利要求書中限定的本教導(dǎo)的各種替代設(shè)計和實施例。