[发明专利]旋转电机

说明书

技术领域

本发明涉及旋转电机，更特别地涉及能作为提供高质量驱动的电动机的永磁式电机。

背景技术

在使用旋转电机的不同类型的设备中，要求旋转电机具有不同的特性。例如，当电机在具有内燃机的混合动力车(HEV)中用作牵引电动机或者在电动车(EV)中用作驱动源时，要求电机在较宽的范围上作为可变速电动机，并且在低转速运行时作为高转矩电动机。

提出一种具有这样的特性的电机，其通过采用内置式永磁(IPM)结构来构造，其中多对永磁体以每对磁体以朝转子外周开口的“V”形结构来设置的方式嵌入转子中，因为使用能够有效地利用磁阻转矩连同磁性转矩的结构是有利的，参见例如专利文献1、2和3。

现有技术文件

专利文献

专利文献1：日本特开平2006-254629(P2006-254629 A)

专利文献2：日本特开平2008-104323(P2008-104323 A)

专利文献3：日本特开平2004-282889(P2004-282889 A)

发明内容

采用IPM结构使得电机能够有效地利用磁阻转矩，因为q轴磁路是由嵌入转子中的以“V”形结构设置的的每对永磁体保持的。这提高了磁阻转矩相对于磁性转矩所占的比例以及凸极比(Ld/Lq)，即d轴感应系数与q轴感应系数之比，导致较高阶的空间谐波覆盖通量波形的趋势增大。直轴或d轴与磁极产生的通量方向对齐，并作为以“V”形设置的每对永磁体之间的中心轴，而正交轴或q轴在电力和磁力上与d轴成90电角度，并作为相邻磁极(即相邻的永磁体对)之间的中心轴。

这导致这种旋转电机中存在较高的转矩脉动，即一转中最大转矩与最小转矩之差。高转矩脉动导致电机振荡和电磁噪声增大。特别是，因为与内燃机驱动装置产生的噪声相比，较高频的电磁噪声会给用电机作为电驱动装置的车辆内的乘客带来不愉快的声音，因此希望尽可能地减小电磁噪声。

另一方面，振荡变小导致电机的性能效率降低，但是要求高效的性能以通过较少的耗电有效地产生所需的驱动力。

需要降低的不仅是转矩脉动，还包括总谐波失真(THD)，因为降低叠加在线电压上的较高谐波以保持低输入功率能够实现电机的高效运转。

以上列出的专利文献1，2和3描述了旋转电机结构中用于提高能效的各种情况，但是所述的各种情况不能提供较低的转矩脉动从而降低振荡和噪声，因为没有对随后描述的磁开度角以及磁极开度角和磁开度角之比对降低振荡和噪声的影响给予关注。

因此，本发明的目的是提供一种旋转电机，该电机不仅通过降低转矩脉动，还通过降低线电压和总谐波失真THD，来减小振荡和噪声，从而提供高品质和有效的运转。

根据本发明的第一方面，提供一种旋转电机，包括转子和定子，所述转子的转子轴位于转子轴线上，所述定子可转动地容纳所述转子，

其中所述定子包括多个齿部和多个槽，所述多个齿部朝所述转子的外周表面延伸并且终止于面对所述转子的所述外周表面的内周表面，每个槽位于相邻的两个齿部之间，提供绕所述齿部缠绕用于输入驱动电力的线圈所用的空间，

其中所述转子具有嵌入其中的多个永磁体，从而使得磁力作用在齿部的与所述永磁体相对的表面，还具有形成为用于限制转子内部沿永磁体侧方的泄漏通量的多个通量屏障，

其中在电流通过所述线圈时由通过所述齿部、所述齿部的后表面侧和所述转子的磁通量所产生的磁阻转矩以及与所述永磁体的干扰所产生的吸引和排斥形式的磁体转矩的作用下，所述定子中的所述转子被驱动转动，

其中所述永磁体的位置设置为当所述转子中的所述多个永磁体中的一组永磁体和所述多个通量屏障中的一组通量屏障对应于所述定子中的所述多个槽中的一组槽并且形成磁极时，每组永磁体的磁体开度角和包括通量屏障外边缘的磁极的有效磁极开度角之比落入有效地使转矩脉动最小化的范围内。

根据本发明的第二方面，提供一种旋转电机，其特征是除了上述第一方面指出的特征之外，通过嵌入所述一组永磁体来形成所述转子中的一个磁极，使得永磁体对以朝所述转子的外周表面开口的“V”形结构设置，所述一组槽为六个，所述一个磁极设置为使得所述磁体开度角除以有效磁极开度角得到的开度角比δ落入0.762≤δ≤0.816的范围内。