[发明专利]具有非垂直槽的内置磁体式机器

说明书

技术领域

本发明一般涉及具有埋藏在转子芯中的永磁体的机器，特别是用于在 电子控制下以可变频率运行或以固定频率运行的内置磁体式机器(interior magnet machine)的开槽转子。

背景技术

内置磁体式机器具有以下特性。

首先，与表面安装磁体式机器(surface mounted magnet machine)相 比，许多内置磁体式机器具有较低的功率密度。在埋藏时，磁体的表面积 通常被降低，需要更大的电机或发电机来获得相同的输出功率。尺寸更大 的电机或发电机可在最终应用时产生封装问题或性能问题。

第二，内置磁体式转子通常产生梯形的气隙磁通分布。在绕组电流为 正弦曲线的应用中，梯形的磁通分布产生显著的转矩脉动。转矩脉动在最 终应用中促成了振动和噪音。可通过正确的槽与极数的选择使之最小化， 但这种解决方案并不总是实用的。

第三，转子磁通分布中的突变促成齿槽转矩(cogging torque)，偏移 (skewing)等典型用于降低齿槽转矩的技术导致较低的功率密度。

第四，与表面磁体式机器相比，内置磁体式机器具有较高的平均电感。 较高的电感在运行期间降低了机器的功率因数，增大了为产生给定输出转 矩需要的、来自驱动器的复功率(VA)。如果必须使用较大的功率器件， 增大驱动器的伏安需求可增大驱动器的成本。

内置永磁体式机器的输出转矩与反电动势与绕组电流成比例，在二者 同相的条件下。固定总线电压系统中的绕组电流受到反电动势和机器的电 阻与电感的限制。导致较高的反电动势或较低的电感的转子几何结构使得 匝数能被调节以获得最小的电流消耗。电流的降低可允许使用较小的功率 器件，降低系统成本。

现有技术中用于具有大于或等于表面磁体式机器的功率密度的内置磁 体式机器的解决方案包括“V”形磁体和轮辐式(spoke)磁体设计。这些 设计可能难以磁化并倾向于具有高的齿槽转矩。

现有技术中用于降低梯形转子磁通分布的影响的解决方案包括具有分 布式绕组的机器。由于末端线圈，具有分布式绕组的定子倾向于大于单齿 绕组，并且可能不能装配在某些应用所需要的封装中。也能使用每个槽的 电角度数不等于120或240的单齿绕组。实际的组合的数量受到机器尺寸 的限制。

现有技术中用于降低齿槽转矩的解决方案包括偏移以及定子与转子气 隙表面的成形。这些解决方案倾向于降低机器的功率密度。

现有技术中用于降低内置磁体式机器的平均电感的解决方案包括向转 子极盖添加狭缝(slit)。在大多数情况下，这些狭缝垂直于磁体表面放置。

发明内容

其他的目的和特征部分是显而易见的，部分从下文中指出。

附图说明

图1、2、3、6、9、10、14、15和16为本发明的实施例的截面图，其 包括四个内置式磁体，各自具有每磁极两个成角度的槽；

图1A示出了电机或发电机的反电动势，该电机或发电机包括转子， 该转子具有如图1所示具有成角度的槽16的叠片结构(lamination)；

图1B示出了电机或发电机的反电动势，该电机或发电机包括转子， 该转子具有如图1所示不具有成角度的槽16的叠片结构；

图2A、3A、6A、9A、10A、14A与15A示出了电机或发电机的反电 动势，该电机或发电机包括转子，该转子具有分别如图2、3、6、9、10、 14与15所示各自包括成角度的槽的叠片结构；

图4、5、7、8、11、12与13为本发明的实施例的截面图，其包括四 个内置式磁体，各自具有每磁极四个成角度的槽；

图4A、5A、7A、8A、11A、12A与13A示出了电机或发电机的反电 动势，该电机或发电机包括转子，该转子具有分别如图4、5、7、8、11、 12与13所示各自包括成角度的槽的叠片结构；

图9B示出了电机或发电机的齿槽转矩，该电机或发电机包括转子， 该转子具有如图9所示包括成角度槽172的叠片结构；

图11B示出了电机或发电机的齿槽转矩，该电机或发电机包括转子， 该转子具有如图11所示包括成角度槽202的叠片结构；

图17与18为本发明的实施例的截面图，其包括六个内置式磁体，各 自具有每磁极两个成角度的槽；