[发明专利]内置式永磁电机内的转子磁体放置

说明书

技术领域

本发明一般地涉及内置式永磁电机，且更特定地涉及内置式永磁电机的转子内磁体的放置。

背景技术

内置式永磁(IPM)电机具有多个使它们在用于车辆推进的应用中更有吸引力的运行特征。例如与AC感应马达和DC马达相比，IPM马达可以提供高效率、高转矩和高功率密度。IPM电机也具有长的恒功率运行范围。IPM电机典型地包括带有多相绕组的定子。具有内置式永磁体的转子与定子以气隙分隔开。由通过定子绕组的电流产生的磁场与由转子磁体产生的磁场相互作用，以此导致转子旋转。

永磁体具有低的磁导率且因此展示出直接地沿IPM电机转子内的磁场轴线(d轴线)的高的磁阻。沿q轴线，在IPM电机转子的磁极或磁体屏障(barrier)之间不存在磁屏障且因此磁阻非常低。此绕转子的磁阻变化在IPM电机的转子结构内提供了凸极性。此凸极性导致转子倾向于与由定子感应的旋转磁场对齐。因此，除由转子内的磁体生成的永磁转矩外，IPM转子展示出了磁阻转矩。在d轴线内的磁阻可以通过每极一个磁体产生，例如，如在单屏障转子设计中所利用。在d轴线内的磁阻也可以以多个屏障来产生，其中磁体放置在一个或多个屏障内。

因为转子和定子之间的槽效应，当转子旋转时内置永磁体(IPM)电机的转子受到在气隙附近的磁通变化的影响。磁通变化导致在转子和磁体中感应出涡电流，特别是在转子的表面附近，且能导致转子损耗和磁体生热。对于高频运行，例如在许多汽车的可变速驱动应用中，涡电流损耗能使得磁体易受消磁。为防止消磁，通用的工业实践是将磁体沿电机的轴向长度分解为更小的部分，因此增加了涡电流电阻。然而，此处理可能使得转子的制造更复杂，在制造中要求将大量的磁体部分插入到转子中。

发明内容

本发明在一个实施例中涉及电机，电机包括定子和具有多个极的转子。每个极至少部分地由多个以距转子外表面预先确定的距离凹进在转子内的永磁体形成。预先确定此距离以最小化在转子相对于定子旋转期间外表面附近的转子磁通变化。

在另一个实施例中，电机包括定子和与定子以气隙分隔开且具有多个槽和多个位于槽的至少数个内以形成转子极的永磁体的转子。每个磁体凹进在转子内以最小化在转子相对于定子旋转期间在磁体内的转子磁通变化。

构建用于IPM电机的转子的方法的实施例包括确定距转子表面的距离，在该距离处将磁体放置在转子内以在转子相对于定子旋转期间限制在磁体内的转子磁通变化。多个槽以确定的距离提供在转子内，且多个磁体放置在槽的至少数个内。

在另一个实施例中，电机包括定子和相对于定子旋转且具有多个凹进在其内的槽的转子。多个烧结永磁体放置在槽的至少数个内以形成转子极。未被磁体占据的槽是空的。

本发明的进一步的适用性范围将从下文中提供的详细描述中变得显见。应理解的是详细描述和特定例子虽然指示了本发明的典型实施例，但仅为阐述的目的且不意图于限制本发明的范围。

附图说明

从如下的详细描述和附图中将更完全地理解本发明，其中：

图1是根据本发明的第一实施例的IPM同步电机的截面图；

图2是根据本发明的第二实施例的IPM同步电机的截面图；

图3是比较了在图1和图2中示出的转子磁体内的磁通变化的曲线图；和

图4是比较了由在图1和图2中示出的电机所产生转矩的曲线图。

具体实施方式

如下对本发明的多种实施例的描述在本质上仅是示例性的且决不意图于限制本发明、本发明的应用或使用。

如在以下进一步描述，在用于IPM电机的多屏障设计中，转子磁体以层提供。多屏障转子设计可以减小泄漏且增加转子凸极性且提供多个优于单屏障设计的优点。多屏障转子在2001年9月14日提交的美国专利申请No.09/952,319、2004年1月6日授权的美国专利No.6,674,205和2003年5月8日提交的美国专利申请No.10/431,744中描述，其披露在此通过对上述文献的完整的参考而合并。前述的申请转让给本申请的受让人。

多屏障同步IPM电机的第一实施例的截面视图在图1中一般地以参考数字20标识。电机20包括具有多个槽28的定子24，多相绕组32通过槽24缠绕。在图1中示出的实施例中，定子24具有四十八个槽28。转子36与定子24以气隙40分隔开。在转子36内的多个槽44形成了多个屏障48，例如内屏障52、中间屏障56和外屏障60。在屏障48内的槽44可以由桥64分隔开。