專(zhuān)利名稱(chēng)：永磁體電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及一種內(nèi)裝式永磁體(或“IPM”)電機(jī)，例如IPM電機(jī)。
背景技術(shù)：
過(guò)去，已經(jīng)將IPM電機(jī)用于各種應(yīng)用中，但是IPM電機(jī)的特定特征限制了該電機(jī)在這樣的應(yīng)用中的使用，在所述應(yīng)用中要求從較小電機(jī)獲得較大轉(zhuǎn)矩或要求低噪音。
例如，由于IPM電機(jī)所使用的轉(zhuǎn)子包括許多內(nèi)裝式永磁體，由所述磁體產(chǎn)生的磁通量趨向于在兩個(gè)相鄰的磁體之間流通。該磁體內(nèi)磁通流通將減少電機(jī)的總轉(zhuǎn)矩輸出，因?yàn)樵诖朋w間流通的磁通不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。除了減少電機(jī)的總轉(zhuǎn)矩，該磁體內(nèi)通量流通還將降低電機(jī)的總效率。
此外，由于IPM電動(dòng)機(jī)使用離散定位的內(nèi)裝式永磁體，容易產(chǎn)生一定的不希望的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)或轉(zhuǎn)矩變化，這通常被稱(chēng)為“齒槽效應(yīng)轉(zhuǎn)矩”。這些齒槽效應(yīng)轉(zhuǎn)矩會(huì)產(chǎn)生不希望的噪音和/或振動(dòng)，并降低電機(jī)的總效率。
IPM電機(jī)的另一可能限制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出和效率的特征是其使電流流入電機(jī)繞組的能力。使電流流入電機(jī)的能力是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和獲得高效電機(jī)的重要因素，因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出將緊密對(duì)應(yīng)于輸入相繞組的電流量，并且，將電流輸入相繞組的速度將影響電機(jī)的效率。通常，IPM電動(dòng)機(jī)具有這樣的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)通常會(huì)導(dǎo)致在電機(jī)的相繞組中具有較高的電感。該較高的電感會(huì)限制使電流流入電機(jī)繞組的能力。
本公開(kāi)描述了這樣的幾個(gè)IPM電機(jī)的實(shí)施例，所述電機(jī)被設(shè)計(jì)用于解決IPM電機(jī)的上述或其它限制特征，而提供這樣的改進(jìn)后的IPM電機(jī)，其具有例如較高的轉(zhuǎn)矩輸出、高效率以及低齒槽效應(yīng)轉(zhuǎn)矩。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)依照本公開(kāi)的特定內(nèi)容構(gòu)造的示例實(shí)施例，提供了一種內(nèi)裝式永磁體電機(jī)，其包括，限定相鄰磁體保持槽的轉(zhuǎn)子疊層；位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部的多個(gè)永磁體，其中，轉(zhuǎn)子在給定磁體保持槽上方的徑向厚度由第一徑向厚度向第二徑向厚度的橋接(bridge)區(qū)域轉(zhuǎn)變，所述第二徑向厚度小于第一徑向厚度，所述橋接區(qū)域被定位在兩個(gè)所述磁體保持槽之間，其中所述轉(zhuǎn)變發(fā)生在落入以下角度范圍的區(qū)域中，所述角度范圍在與通過(guò)所述磁體保持槽的中點(diǎn)延伸的假想半徑成約148°～150°電角度之間；以及低磁導(dǎo)率區(qū)域，其被定位在所述橋接區(qū)域徑向下方的相鄰所述永磁體的端部之間的位置。
根據(jù)依照本公開(kāi)的特定內(nèi)容構(gòu)造的另一示例實(shí)施例，提供了一種內(nèi)裝式永磁體電機(jī)，其包括，限定磁體保持槽的轉(zhuǎn)子疊層；以及被定位于所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部的多個(gè)永磁體，至少一個(gè)所述永磁體被定位于所述磁體保持槽中，其中，所述轉(zhuǎn)子在所述槽上方的徑向厚度從第一徑向厚度轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙较蚝穸?，所述第二徑向厚度小于所述第一徑向厚度，其中所述轉(zhuǎn)變發(fā)生在落入以下角度范圍的區(qū)域中，所述角度范圍在與通過(guò)所述磁體保持槽的中點(diǎn)延伸的假想半徑成約148°～150°電角度之間，其中所述電角度等于機(jī)械角度乘以所述電機(jī)中的永磁體轉(zhuǎn)子極數(shù)。
根據(jù)依照本公開(kāi)的特定內(nèi)容構(gòu)造的另一示例實(shí)施例，提供了一種內(nèi)裝式永磁體電機(jī)，其包括，限定磁體保持槽的轉(zhuǎn)子疊層；以及被定位于所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部的多個(gè)永磁體，至少一個(gè)所述永磁體被定位于所述磁體保持槽中，其中(i)所述磁體保持槽限定這樣的轉(zhuǎn)變區(qū)域，在所述區(qū)域中，所述轉(zhuǎn)子在所述槽上方的徑向厚度從第一徑向厚度轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙较蚝穸龋?ii)所述第二徑向厚度小于所述第一徑向厚度；以及(iii)所述槽在這樣的區(qū)域中從所述第一徑向厚度向所述第二徑向厚度轉(zhuǎn)變，所述區(qū)域的基本大部分落入以下角度范圍中，所述角度范圍在與通過(guò)所述磁體保持槽的中點(diǎn)延伸的假想半徑成約148°～150°電角度之間，其中所述電角度等于機(jī)械角度乘以電機(jī)中永磁體轉(zhuǎn)子極數(shù)。
根據(jù)依照本公開(kāi)的特定內(nèi)容構(gòu)造的示例實(shí)施例，提供了一種用于內(nèi)裝式永磁體電機(jī)中的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括多個(gè)內(nèi)裝式永磁體，其中(i)在兩個(gè)相鄰所述磁體的端部邊緣之間不存在不通過(guò)低磁導(dǎo)率區(qū)域的直線路徑；(ii)在所述永磁體之間不存在這樣的直線路徑，所述直線路徑從所述轉(zhuǎn)子的外部徑向延伸至所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部而不通過(guò)低磁導(dǎo)率區(qū)域。
通過(guò)參考本公開(kāi)、附圖以及權(quán)利要求書(shū)，將使本公開(kāi)的其它方面顯而易見(jiàn)。


圖1概括示出了根據(jù)本公開(kāi)的特定內(nèi)容的改進(jìn)的IPM電機(jī)；圖2A-2D詳細(xì)示出了用于將集中的繞組定位在定子組件內(nèi)以形成三相配置的示例方法，所述三相配置被發(fā)現(xiàn)在需要從較小的電機(jī)獲得較大的轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用中尤其有利；圖3概括示出了根據(jù)本公開(kāi)的特定內(nèi)容構(gòu)造的磁體保持槽；圖4A-4C概括示出了在圖3的磁體保持槽內(nèi)對(duì)磁體的偏移和緊固；圖5概括示出了根據(jù)本公開(kāi)的特定內(nèi)容構(gòu)造的磁體保持槽的一端的放大圖；圖6A和6B概括示出了從磁體保持槽的第一尺寸的第一徑向厚度向第二尺寸的徑向厚度的逐漸轉(zhuǎn)變，所述第二尺寸的徑向厚度限定了橋接；圖7概括示出了根據(jù)本公開(kāi)的特定內(nèi)容的轉(zhuǎn)子周?chē)慕底杩箍p隙的示例位置；圖8A-8B概括示出了用于定位根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的降阻抗縫隙的一些希望區(qū)域；圖9A-9C示出了IPM電機(jī)中降阻抗縫隙的示例可選定位；圖10A-10F概括示出了在圖8A-8B中的降阻抗縫隙可以采用的幾個(gè)可選形狀；圖11概括示出了具有集中線圈的定子的相鄰線圈間的磁通鏈相對(duì)于假想電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的曲線，其中一個(gè)假想電機(jī)只具有一個(gè)與每個(gè)永磁體相關(guān)的縫隙、以及另一假想電機(jī)具有兩個(gè)定位的降阻抗縫隙；圖12A和12B概括示出了轉(zhuǎn)子組件，所述轉(zhuǎn)子組件應(yīng)用于在相鄰永磁體之間具有低磁導(dǎo)率區(qū)域的IPM電機(jī)中；圖13概括示出了轉(zhuǎn)子組件，所述組件使用具有上轉(zhuǎn)的端部的磁體保持槽和圓形的槽間區(qū)域；圖14概括示出了具有上轉(zhuǎn)部分的磁體保持槽的可選設(shè)計(jì)；圖15A和15B概括示出了磁體保持槽和中間低磁導(dǎo)率區(qū)域的另一可選設(shè)計(jì)；圖16示出了IPM電機(jī)的實(shí)施例，其中形成這樣的低磁導(dǎo)率區(qū)域，使得單個(gè)低磁導(dǎo)率區(qū)域通過(guò)自身確保，在相鄰永磁體的邊緣之間或者在相鄰永磁體之間徑向上的所有路徑都通過(guò)至少一個(gè)低磁導(dǎo)率區(qū)域；圖17概括示出了使用高轉(zhuǎn)矩輸出、低齒槽效應(yīng)轉(zhuǎn)矩的IPM電動(dòng)機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)根據(jù)本公開(kāi)的特定內(nèi)容構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，圖1示出了根據(jù)本公開(kāi)的特定內(nèi)容的改進(jìn)的IPM電機(jī)1。IPM電機(jī)1包括限定了內(nèi)膛的定子組件2。轉(zhuǎn)子組件3位于定子組件2的內(nèi)膛中。根據(jù)構(gòu)造旋轉(zhuǎn)電機(jī)的已知技術(shù)，通過(guò)使用轉(zhuǎn)子軸、轉(zhuǎn)子軸承和端蓋(圖1中未示出)將轉(zhuǎn)子組件3定位在定子組件2內(nèi)。
定子組件2限定了多個(gè)向定子膛內(nèi)延伸的定子齒4(在圖1中有12個(gè))。每個(gè)定子齒4包括從定子組件2的主軛延伸出的頸狀部分、以及通常為“T形”的端部?！癟形”部分的端部通過(guò)槽口相互分離，圖1中所示的槽口的角幅等于所示角度θ2。繞組線圈(圖1中未示出)纏繞在每個(gè)定子齒4的頸部上。在圖1所示的示例實(shí)施例中，在每個(gè)頸部上都圍繞著單個(gè)繞組線圈，從而使繞組線圈圍繞定子齒“集中”。這樣集中的線圈是有利的，因?yàn)?，其中，集中的線圈中允許使用短端部線匝，這樣可以減少每個(gè)繞組所需的空間和繞線。
圖2A-2C詳細(xì)示出了用于將集中的繞組定位在定子組件2內(nèi)以形成相繞組的示例方法，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該相繞組在需要從較小的電機(jī)獲得較大的轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用中尤其有利。這樣的應(yīng)用包括在例如洗衣機(jī)的電器中使用IPM電機(jī)1的應(yīng)用，尤其是在直接驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)中使用IPM電機(jī)的應(yīng)用，在所述直接驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)中通過(guò)IPM電機(jī)1直接驅(qū)動(dòng)洗衣桶、旋轉(zhuǎn)式攪拌器或者葉輪(上述可以是單獨(dú)的攪拌器單元、葉輪單元、用于移動(dòng)滾筒的機(jī)構(gòu)或者用于移動(dòng)洗衣機(jī)中的衣物的其它合適裝置)，而不需用齒輪傳動(dòng)。
圖2A示出了三個(gè)分別標(biāo)為A、B和C的相繞組。每個(gè)相繞組包括四個(gè)繞組線圈，每個(gè)腳具有兩個(gè)線圈。每個(gè)相繞組的一端與一個(gè)公共點(diǎn)電耦合，從而在“Y”字形連接點(diǎn)20將相繞組A、B、C耦合在一起。使用Y字形連接的繞組可以允許對(duì)相繞組A、B、C中的兩個(gè)同時(shí)通電。
圖2B示出了可選繞組結(jié)構(gòu)，其中，三個(gè)相繞組A、B、C被耦合成Δ結(jié)構(gòu)。
圖2C概括示出了示例相繞組中的定子線圈的放置，所述繞組例如是圖2A中的繞組A。如圖所示，相A繞組由四個(gè)集中的繞組線圈22、24、26和28構(gòu)成。將每個(gè)繞組線圈纏繞在單個(gè)定子齒4上，當(dāng)電流以第一個(gè)方向通過(guò)相繞組時(shí)，在定子中形成了具有如圖2C所示的極性的電磁極。當(dāng)電流反向通過(guò)相繞組A時(shí)，在定子內(nèi)的相同位置可以形成相反極性的電磁極。
如圖2C所示，將耦合在一起而形成相繞組A的線圈如下布置，使得線圈22和24纏繞在相鄰定子齒4上、以及線圈26和28纏繞在相鄰定子齒上；并且使線圈22與線圈28在定子的直徑上相對(duì)，使線圈24與線圈26在定子的直徑上相對(duì)。這樣纏繞線圈，使得當(dāng)給相通電時(shí)，同相的相鄰線圈以及同相的在直徑上相對(duì)的線圈形成相反極性的電磁體。而且，這樣將繞組線圈纏繞在定子齒4上，使得當(dāng)給相繞組通電時(shí)，在給定槽(例如線圈的軸向延伸部分，該部分沿定子的長(zhǎng)度方向延伸，并且位于同一組相鄰定子齒4之間)中的所有線圈側(cè)面纏繞部分都承載相同方向的電流。繞組線圈的具體形式以及每個(gè)線圈的匝數(shù)將隨應(yīng)用的不同而不同，并且可以調(diào)節(jié)以設(shè)置IPM電機(jī)1的轉(zhuǎn)矩輸出。
圖2D示意性地示出了將繞組線圈纏繞到定子組件2上以形成三個(gè)連接成Y字形的相繞組的方法。圖2D所示正方形內(nèi)的數(shù)字1-12分別對(duì)應(yīng)特定的定子齒4。如圖2D所示，相繞組A包括纏繞在齒12，1，6和7上的線圈，相繞組B包括纏繞在齒4，5，10和11上的線圈，以及相繞組C包括纏繞在齒2，3，8和9上的線圈。盡管在圖中沒(méi)有反映出，但是這樣設(shè)置線圈，使得當(dāng)兩相繞組(比如相A和B)同時(shí)通電時(shí)，在定子的相鄰定子齒上形成的電磁體極性相反。例如，如果給相A繞組通電時(shí)，在齒12的端點(diǎn)處形成北電磁極、在齒1的端點(diǎn)處形成南電磁極，這樣布置相B的繞組，使得在齒2的端點(diǎn)周?chē)纬杀彪姶艠O、并在齒3的端點(diǎn)周?chē)纬赡想姶艠O。
再參考圖1，定子組件2可以由疊層或基本相同的鋼疊片形成。在圖1的實(shí)施例中，可以由單獨(dú)的定子段5以分段的方式形成定子組件，其中每個(gè)定子段5包括限定一個(gè)定子齒4的層疊的疊片和纏繞在齒4上的繞組線圈。然后，利用已知技術(shù)將各段耦合在一起而形成定子組件2。在可選實(shí)施例中，定子組件2由層疊的疊片形成，其中每個(gè)疊片限定一個(gè)定子齒12。圖2C中示出了這樣的非分段定子的示例。
圖1中的轉(zhuǎn)子組件3可以由通過(guò)已知技術(shù)(例如通過(guò)互鎖特征、粘合劑、連接器等)耦合在一起的層疊的鋼轉(zhuǎn)子疊片形成。每個(gè)轉(zhuǎn)子疊片限定多個(gè)內(nèi)裝式磁體保持槽6。在圖1所示的示例IPM電機(jī)1中，每個(gè)轉(zhuǎn)子疊片限定10個(gè)磁體保持槽6。
每個(gè)磁體保持槽6限定一個(gè)中間部分，該中間部分具有基本平行的上壁和下壁，并且在給定角幅(在圖1中示為θ1)上具有這樣的橫截面，所述橫截面在從轉(zhuǎn)子組件3的外部向轉(zhuǎn)子組件的內(nèi)部延伸的軸上限定了較恒定的尺寸。每個(gè)磁體保持槽6還限定了端部，其中一個(gè)端部由標(biāo)號(hào)7示出，所述端部的橫截面的寬度在從轉(zhuǎn)子組件的外部向其內(nèi)部延伸的軸上變化。
將高能釹永磁體8放置在每個(gè)磁體保持槽6內(nèi)，所述磁體8為塊狀磁體，并通常具有矩形橫截面。這樣布置永磁體，使得每塊永磁體的極性方向與相鄰塊永磁體的極性相反，從而所述永磁體在轉(zhuǎn)子組件3的外部形成極性交替變化的磁極。通過(guò)使用例如粘合劑，可以將永磁體塊8固定在磁體保持槽6內(nèi)?？蛇x的是，可以調(diào)整永磁體塊8的大小，使得通過(guò)摩擦安裝設(shè)置將其固定在磁體保持槽6內(nèi)。
在根據(jù)本公開(kāi)的特定內(nèi)容構(gòu)造的IPM電機(jī)1的一個(gè)實(shí)施例中，盡管磁體塊8的變化微小和磁體保持槽6的尺寸準(zhǔn)確，但仍使用特定結(jié)構(gòu)的磁體保持槽6來(lái)幫助將磁體8保持放置在磁體保持槽6內(nèi)，并防止磁體在槽內(nèi)進(jìn)行不希望的高速和/或高電流的移動(dòng)(通常稱(chēng)為磁場(chǎng)“顫振”)。該實(shí)施例還提供了對(duì)IPM的消音操作，并且可以允許增加磁體塊8和磁體保持槽6的尺寸公差，從而可以減小與制造IPM電機(jī)1相關(guān)的成本。圖3示出了該實(shí)施例的一個(gè)示例。
圖3示出了示例的磁體保持槽6。所述槽6內(nèi)放置有高能磁體塊8，該磁體塊8具有基本矩形的橫截面。磁體保持槽6包括由頂部平表面30和底部平表面31限定的中間部分。每個(gè)表面限定這樣的平面，所述平面與由磁體塊8的上表面或者下表面限定的平面基本平行。
如圖3所示，底部平表面的長(zhǎng)度(在圖3中標(biāo)為31L)小于頂部平表面30的長(zhǎng)度(標(biāo)為30L)。而且，將頂部平表面30的長(zhǎng)度設(shè)置為略大于磁體塊8的希望長(zhǎng)度。例如，頂部平表面的尺寸可以是約0.903英寸，而底部平表面的尺寸可以是約0.845英寸。
在上平表面30的端點(diǎn)處，磁體保持槽6的上表面的尺寸變化，從而形成較銳邊33a和33b。只要在端點(diǎn)處形成銳邊，對(duì)于本公開(kāi)而言，在上平部分30的端點(diǎn)處發(fā)生的尺寸變化的精度并不重要。
槽6的下表面的尺寸在下平表面31的端點(diǎn)處發(fā)生變化，從而形成向上的斜面34a和34b。這些斜面的坡度較緩(例如等于約18°)。由于下平部分31的長(zhǎng)度小于上平部分30的長(zhǎng)度，因此斜面34a和34b位于銳邊33a和33b的下方。
斜面34a、34b與銳邊33a、33b的組合提供了這樣機(jī)構(gòu)，在所述機(jī)構(gòu)中將槽6中的永磁體8“緊固”在位，從而防止磁體8在槽內(nèi)左右移動(dòng)或軸向移動(dòng)。原因是，當(dāng)由于磁體8或槽6的尺寸發(fā)生微小變化、或者由于電機(jī)轉(zhuǎn)速或電機(jī)內(nèi)形成的磁場(chǎng)強(qiáng)度而導(dǎo)致磁體發(fā)生移動(dòng)時(shí)，所述磁體將移動(dòng)到這樣的位置上，在所述位置上斜面部分34a、34b結(jié)合銳邊33a、33b將磁體“緊固”在位。因?yàn)?，永磁體8向磁體保持槽6的一端的移動(dòng)(例如移向左側(cè))，將導(dǎo)致磁體8的該端沿移動(dòng)方向移到斜面上(例如左側(cè)斜面34a)，從而將磁體8夾在槽6的上表面與下斜面之間、或者使相對(duì)于斜面的銳邊(例如邊緣33a)將磁體8的端部截住、咬合或夾緊，而將磁體保持在移動(dòng)后的位置。依靠作用在磁體8上的旋轉(zhuǎn)速度和電機(jī)內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，可以將磁體8緊固或夾入偏移后的位置，使磁體在電機(jī)以后的操作中不會(huì)移動(dòng)，從而消除或減少了磁場(chǎng)振顫或移動(dòng)。由于磁體位于轉(zhuǎn)子組件3的內(nèi)部，因此，將永磁體8緊固在略微偏移的位置處基本不影響永磁體產(chǎn)生的凈磁通量，或基本不影響電機(jī)的輸出特征。
圖4A-4C概括示出了在槽6內(nèi)對(duì)磁體8的偏移和緊固。
圖4A概括示出了定位在槽6內(nèi)的磁體塊8，其中槽6具有參考圖3所述的結(jié)構(gòu)。圖4B概括示出了磁體8在向右偏移時(shí)可能的位置。如圖所示，當(dāng)磁體8向上偏移到斜面上的一點(diǎn)時(shí)，磁體在所述點(diǎn)處被夾在點(diǎn)33b附近的上表面和底部斜面34b之間。圖4C概括示出了當(dāng)磁體8向左偏移時(shí)發(fā)生的緊固。
在圖3和圖4A-4C的例子中，將槽6構(gòu)造為其兩端都具有邊緣和斜面部分?？紤]這樣的可選實(shí)施例，其中將槽構(gòu)造為只有一端具有可以緊固磁體的部分。
在使用圖3和圖4A-4C所示的實(shí)施例中，可以在電動(dòng)機(jī)的常規(guī)操作中實(shí)現(xiàn)在槽6內(nèi)緊固磁體8?？蛇x的是，在組裝或測(cè)試IPM電機(jī)時(shí)，通過(guò)以較高的速度運(yùn)行和/或運(yùn)行和制動(dòng)具有圖中所示結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)，可以“預(yù)緊固”磁體。在該過(guò)程中，使得用于預(yù)緊固過(guò)程中的速度和磁場(chǎng)強(qiáng)度為，其可以保證轉(zhuǎn)子組件內(nèi)的所有或大部分永磁體得到緊固。
使用參考圖3和圖4A-4C所述的磁體保持槽，將消除位于槽內(nèi)的永磁體的左右移動(dòng)?？梢允褂猛瑯拥姆椒ㄏ来朋w的軸向移動(dòng)，通過(guò)在軸向方向上設(shè)置磁體保持槽，所述槽在軸向端部形成如上所述的斜面邊緣，從而當(dāng)永磁體軸向移動(dòng)時(shí)在邊緣之間緊固所述磁體?？梢赃@樣形成軸向緊固，通過(guò)在磁體保持槽的開(kāi)口端的一端或兩端插入軸向延伸的插入物；或者通過(guò)相對(duì)于外部轉(zhuǎn)子疊片逐漸改變磁體保持槽的幾何尺寸，從而由疊片自身限定一個(gè)或多個(gè)軸向緊固。上述用于阻止左右移動(dòng)和軸向移動(dòng)的技術(shù)，既可以單獨(dú)使用，也可以相互結(jié)合使用，還可以與其他將磁體保持在槽內(nèi)的方法結(jié)合起來(lái)使用，所述其它方法例如使用粘合劑。
參考圖3和圖4A-4C中的磁體保持槽6，注意，槽6的尺寸在離開(kāi)磁體8的一點(diǎn)處發(fā)生變化，該變化使得槽6上方的轉(zhuǎn)子部分的徑向厚度發(fā)生較大變化，并且槽6上方的部分變窄以限定徑向厚度較恒定的橋接部分。在圖4A中，將該轉(zhuǎn)變點(diǎn)標(biāo)為點(diǎn)36，將橋接部分標(biāo)為區(qū)域38。從圖4A中點(diǎn)36附近可以看出，位于槽上方的轉(zhuǎn)子部分的徑向厚度由在圖4A中標(biāo)為L(zhǎng)1的第一厚度變化為標(biāo)為L(zhǎng)2的第二厚度，其中L2一般小于L1。意外地確定出發(fā)生轉(zhuǎn)變的整個(gè)區(qū)域會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生顯著影響，并且，通過(guò)注意控制發(fā)生轉(zhuǎn)變的區(qū)域可以減少不希望的齒槽效應(yīng)轉(zhuǎn)矩。
圖5概括示出了磁體保持槽50的一端的放大圖。所示磁體塊8被定位于槽內(nèi)?？梢酝ㄟ^(guò)粘膠或粘合劑、或通過(guò)如圖3和圖4A-4C所示的緊固裝置，將磁體8保持在槽內(nèi)。如果使用所述緊固裝置，則槽50的底表面將與圖5申所示的不同。
如圖5所示，存在點(diǎn)36，該點(diǎn)處的槽上方的區(qū)域從第一徑向厚度(T1)變窄為第二徑向厚度(T2)，從而形成橋接38。點(diǎn)36對(duì)應(yīng)于角度X，該角度在電角度(electrical degree)中被定義為磁體8的中點(diǎn)與轉(zhuǎn)變點(diǎn)之間的角幅，所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)指槽在其處由第一厚度變?yōu)榈诙穸榷薅蚪?8的點(diǎn)。此外，角度X與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所圍繞的點(diǎn)39相關(guān)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果角度X在約148°～約150°電角度之間，那么使用圖5所示的槽的IPM電機(jī)的齒槽效應(yīng)轉(zhuǎn)矩得到減小，其中，所述電角度的大小等于機(jī)械角度乘以電機(jī)中永磁體轉(zhuǎn)子極數(shù)。因此，對(duì)于包括10個(gè)永磁體轉(zhuǎn)子極的IPM來(lái)說(shuō)，理想的角度X值在約148°～約150°電角度之間、或者在約14.8°～約15°機(jī)械角度之間。對(duì)于包括6個(gè)永磁體轉(zhuǎn)子極的轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，理想的角度X在約24.7°(148°/6)～約25°(150°/6)機(jī)械角度之間。槽上方的轉(zhuǎn)子徑向部分的厚度的精確尺寸并不被認(rèn)為是重要的，但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，橋接的尺寸為約0.060英寸是適合的。
對(duì)于具有如圖5所示的槽的基本結(jié)構(gòu)的磁體保持槽來(lái)說(shuō)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于減少齒槽效應(yīng)轉(zhuǎn)矩有利的是，保證如下的轉(zhuǎn)變是漸變的而不是突變的，所述轉(zhuǎn)變從第一尺寸的徑向厚度變?yōu)榈诙叽绲膹较蚝穸榷薅蚪?。這樣的漸變的轉(zhuǎn)變可以通過(guò)包括具有半徑的拐角來(lái)實(shí)現(xiàn)，這在圖6A和6B中概括地示出。
圖6A示出了磁體保持槽的包括點(diǎn)60的部分，在點(diǎn)60處，位于所述槽上方的轉(zhuǎn)子的厚度從一個(gè)尺寸轉(zhuǎn)變到限定橋接的更小的尺寸。當(dāng)將點(diǎn)60定位在上述區(qū)域(即從約148°電角度到約150°電角度)內(nèi)時(shí)，可以減小電機(jī)的齒槽效應(yīng)轉(zhuǎn)矩，通過(guò)消除在點(diǎn)60處的突變轉(zhuǎn)變，可以進(jìn)一步減小齒槽效應(yīng)轉(zhuǎn)矩。這可以通過(guò)利用半徑為R的拐角62如圖6B所示在具有半徑的拐角處進(jìn)行轉(zhuǎn)變而實(shí)現(xiàn)。半徑R的大小隨應(yīng)用的不同而不同，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一些應(yīng)用中R＝0.015英寸的尺寸是適用的。
再參考圖1中，注意，限定轉(zhuǎn)子組件3的疊片除了限定磁體保持槽6之外，還限定了降阻抗縫隙9。圖1的示例中共有20個(gè)降阻抗縫隙9，其中每?jī)蓚€(gè)降阻抗縫隙9與一個(gè)永磁體8相關(guān)。
在圖1所示的例子中，降阻抗縫隙9是指在轉(zhuǎn)子內(nèi)特定位置形成的空氣腔的縫隙，降阻抗縫隙可以減小相繞組在全部轉(zhuǎn)子位置上的阻抗，從而允許將更多的電流輸入定子組件2的相繞組中，從而可以使電機(jī)1具有更高的轉(zhuǎn)矩輸出。
圖7更具體地示出了降阻抗縫隙9的位置，其中除去定子組件2示出了圖1中的轉(zhuǎn)子組件3。標(biāo)出了兩個(gè)降阻抗縫隙9a和9b。
如圖7所示，這樣定位示例的降阻抗縫隙9a和9b，使得假想直線70與假想中線72限定角α1，其中假想直線70從轉(zhuǎn)子中心(即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所圍繞的點(diǎn))向外徑向通過(guò)縫隙9a的中點(diǎn)，所述假想中線72從轉(zhuǎn)子的中心點(diǎn)徑向延伸通過(guò)磁體保持槽6的中點(diǎn)，其中縫隙9a和9b關(guān)于直線72相對(duì)。同樣，假想直線74與假想中線72限定角α2，其中假想直線74從轉(zhuǎn)子中心(即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所圍繞的點(diǎn))向外徑向地通過(guò)縫隙9b的中點(diǎn)。在圖7所示的例子中，α1與α2相等。
已經(jīng)確定，α1與α2的希望值隨定子齒(或利用集中繞組的電機(jī)的定子極)數(shù)以及永磁體轉(zhuǎn)子極數(shù)而變化。尤其是，已經(jīng)確定，通過(guò)下面的公式確定α1與α2的最佳值，所述公式在機(jī)械角度下確定α1與α2的希望值希望角度＝絕對(duì)值[360°/(轉(zhuǎn)子極數(shù))-360°/(定子極數(shù))]從而，在包括12個(gè)定子極和10個(gè)轉(zhuǎn)子極的圖1和圖7的示例中，α1和α2等于6°機(jī)械角度，因?yàn)橄Ｍ嵌龋浇^對(duì)值[360°/10-360°/12]希望角度＝絕對(duì)值[36°-30°]希望角度＝6°圖7的例子中，這樣選擇降阻抗縫隙9a和9b，使其角幅與相鄰定子齒端部之間的槽口的角幅近似相等。所述槽口在上文中通過(guò)參考圖1得到描述，其在圖1中被表示為角θ 2。
還考慮了此處所述的具有降阻抗縫隙的IPM電機(jī)的可選實(shí)施例。尤其是，考慮這樣的可選實(shí)施例，其中降阻抗縫隙的角幅小于相鄰定子齒之間的槽口的角幅。還是在圖7的例子中，此外，降阻抗縫隙9a和9b分別具有與這樣的假想直線對(duì)準(zhǔn)的中點(diǎn)，所述假想直線與從轉(zhuǎn)子中心通過(guò)相關(guān)的永磁體的假想直線偏離希望的角度。還考慮了這樣的可選實(shí)施例，其中，降阻抗縫隙的中線被定位在其它位置。
圖8A-8B概括示出了用于定位根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的降阻抗縫隙的一些希望區(qū)域。特別是，圖8A示出了包括中點(diǎn)的示例永磁體8，其中假想直線80從轉(zhuǎn)子的中心(未示出)通過(guò)磁體8的中點(diǎn)。為了清晰，圖中未示出定位永磁體8的轉(zhuǎn)子組件。假想直線82a和82b限定了從轉(zhuǎn)子中心通過(guò)磁體的直線，對(duì)于特定電機(jī)所述直線從直線80偏移希望的角度，該希望的角度通過(guò)利用上述確定的公式而確定。區(qū)域84a和84b分別具有由直線82a和82b限定的中點(diǎn)和與相鄰定子齒之間的槽口的角幅相等的角幅。作為示例，圖8B還示出了用于測(cè)量示例的相鄰定子齒之間的槽口的方法。
已經(jīng)確定，通常，通過(guò)使由所述縫隙限定的氣隙全部或部分位于上述區(qū)域84a和84b內(nèi)，可以從降阻抗縫隙的使用獲得希望的益處。
圖9A-9C示出了IPM電機(jī)中降阻抗縫隙的示例的可選定位。為了示意，兩縫隙中只有一個(gè)與給定的永磁體相關(guān)。
圖9A是示出為兩個(gè)定子齒4的轉(zhuǎn)子組件3。所述轉(zhuǎn)子組件包括如圖具有一定角幅的降阻抗縫隙90，該角幅與相鄰定子齒4之間的槽口的角幅基本相等。另外，這樣定位縫隙90，使得縫隙90的中線與圖8A中的假想直線80對(duì)準(zhǔn)。圖9B示出了類(lèi)似的電機(jī)圖，但是圖9B中的電機(jī)包括的降阻抗縫隙92的角幅約為所述槽口寬的一半。與圖9A中的縫隙相同，圖9B的縫隙也是對(duì)準(zhǔn)的，所述縫隙的中線與假想直線80對(duì)準(zhǔn)。圖9C示出了另一可選實(shí)施例，其中示出了降阻抗縫隙94。圖9C中的降阻抗縫隙94未與假想直線80對(duì)準(zhǔn)，而是偏離直線80而使得直線80不通過(guò)縫隙94。然而，注意，縫隙94仍然位于這樣的區(qū)域內(nèi)，所述區(qū)域的角幅與槽口寬相等，并且該區(qū)域的中線與直線80一致。
在圖1，7，8A和9A-9C中的每個(gè)示例中，降阻抗縫隙由穿透的氣隙構(gòu)成，所述氣隙通常為矩形，其所有側(cè)面均被其中形成有縫隙的轉(zhuǎn)子疊片所圍繞。還考慮了降阻抗縫隙的可選形式。通常，降阻抗縫隙可以是轉(zhuǎn)子疊片中任意形式的磁導(dǎo)率較低的區(qū)域。例如，降阻抗縫隙不一定是氣腔，而可以是其它一些低磁導(dǎo)率物質(zhì)(例如不導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂)的腔。而且，降阻抗縫隙還可以是各種幾何形狀，而不一定為矩形。
圖10A-10F概括示出了降阻抗縫隙可以采用的幾個(gè)可選形狀。
圖10A概括示出了在轉(zhuǎn)子內(nèi)部形成的矩形降阻抗縫隙100。圖10B示出了端部開(kāi)口的縫隙102，所述端部開(kāi)口是指縫隙頂端是開(kāi)口的，而沒(méi)有被轉(zhuǎn)子疊片圍繞。
圖10C是使用降阻抗縫隙的IPM電機(jī)的完整示意圖，其中示出轉(zhuǎn)子組件103與定子組件104定位在一起。注意，轉(zhuǎn)子組件為每個(gè)永磁體限定兩個(gè)端部開(kāi)口的降阻抗縫隙102。圖10C還示出了降阻抗縫隙在如下電機(jī)中的使用，所述電機(jī)的定子極/轉(zhuǎn)子極組合與圖1和圖7所示不同。在圖10C中，所示IPM電機(jī)具有12個(gè)定子極和14個(gè)永磁體轉(zhuǎn)子極。同樣，用于確定降阻抗縫隙所在區(qū)域的希望角度與前面的例子不同。在圖10C的示例中，每個(gè)降阻抗縫隙102具有與這樣的直線重合的中點(diǎn)，所述直線從轉(zhuǎn)子中心延伸出、并從通過(guò)永磁體中點(diǎn)的直線偏離希望角度。在圖10C的示例中，如下得出希望角度為4.29°機(jī)械角度希望角度＝絕對(duì)值[360°/14-360°/12]希望角度＝絕對(duì)值[25.71°-30°]希望角度＝4.29°圖10D示出了其中降阻抗縫隙104為基本橢圓形的可選實(shí)施例。圖10E示出了降阻抗縫隙為矩形的可選實(shí)施例，所述降阻抗縫隙被設(shè)置在磁體保持槽107上并從其延伸。最后，圖10F概括示出了楔形降阻抗縫隙108。
相比于使用單個(gè)中心定位的縫隙，使用如上述定位的兩個(gè)降阻抗縫隙產(chǎn)生顯著更好的結(jié)果。這在圖11中概括示出，其中圖解示出了具有集中線圈的定子的相鄰線圈間的磁通鏈相對(duì)于假想電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的曲線，其中一個(gè)假想電機(jī)只具有一個(gè)與每個(gè)永磁體相關(guān)的縫隙(線110)、以及另一假想電機(jī)具有兩個(gè)如上述定位的降阻抗縫隙(線112)?？梢岳斫猓磐ㄦ溤降?，電機(jī)的阻抗越低，而電機(jī)的阻抗越低，可以輸入繞組中的電流越多，并且轉(zhuǎn)矩輸出越大。如圖11所示，在轉(zhuǎn)子的所有角度位置上，所述的具有兩個(gè)縫隙的電機(jī)的磁通鏈(112)總是小于只有單個(gè)縫隙的電機(jī)的磁通鏈(110)。
在上述示例中，每個(gè)永磁體都與兩個(gè)降阻抗縫隙相關(guān)。還考慮了這樣的可選實(shí)施例，其中，具有至少兩個(gè)如上述定位的縫隙的每個(gè)永磁體與更多的縫隙相關(guān)。例如，考慮這樣的可選實(shí)施例，其中，每個(gè)永磁體與三個(gè)降阻抗縫隙相關(guān)，其中兩個(gè)縫隙如上述定位，另一個(gè)縫隙位于由如下的假想直線限定的區(qū)域中，所述假想直線是從轉(zhuǎn)子中心通過(guò)永磁體的中點(diǎn)。
如上所述，圖1和圖7～11示出了已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的關(guān)于使用低磁導(dǎo)率區(qū)域(在所述示例為由縫隙限定的氣腔)的益處，所述區(qū)域位于永磁體上方、轉(zhuǎn)子組件的周?chē)?。另外已?jīng)發(fā)現(xiàn)，在永磁體的兩端間仔細(xì)定位低磁導(dǎo)率區(qū)域，可以使電機(jī)的輸出特征為有利的結(jié)果。尤其是，已經(jīng)確定，如果相鄰永磁體之間包括具有特定幾何形狀的低磁導(dǎo)率區(qū)域，可以使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出更高。
圖12A和12B概括示出了轉(zhuǎn)子組件120，所述轉(zhuǎn)子組件用于如上述在相鄰永磁體之間具有低磁導(dǎo)率區(qū)域的IPM電機(jī)中。在圖12A和12B中，與上文概括描述的圖1中的轉(zhuǎn)子組件3相同，轉(zhuǎn)子組件120由層疊的疊片構(gòu)成。轉(zhuǎn)子組件120限定了6個(gè)磁體保持槽122。每個(gè)磁體保持槽122限定了定位永磁體124的中間部分。每個(gè)磁體保持槽122還這樣限定端部，使得在槽內(nèi)的永磁體124的端部與磁體保持槽122的外緣之間存在氣隙。圖12B概括示出了該特征，其中示出了兩個(gè)磁體保持槽122a和122b的部分。每個(gè)磁體保持槽限定這樣的中間部分，其中將永磁體124定位于角形的端部124a和124b處，從而形成氣隙124a和124b。可以理解，端部124a和124b的幾何形狀并不重要，可以采用其他幾何形狀在槽內(nèi)永磁體的邊緣與槽的邊緣之間限定氣隙。
定位在磁體保持槽122a和122b之間的是氣隙形式的低磁導(dǎo)率區(qū)域126。所述低磁導(dǎo)率區(qū)域126具有一定的形狀、尺寸和位置，使得在與氣隙124a和124b的結(jié)合中(i)在兩個(gè)相鄰的磁體的端部邊緣之間不存在不通過(guò)低磁導(dǎo)率區(qū)域的直線路徑；以及(ii)在永磁體之間不存在這樣的直線路徑，所述直線路徑從所述轉(zhuǎn)子的外部徑向延伸至所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部而不通過(guò)低磁導(dǎo)率區(qū)域。例如，在相鄰永磁體端部邊緣之間通過(guò)的假想直線路徑128，將通過(guò)低磁導(dǎo)率區(qū)域124a和124b。同樣，相應(yīng)于直線129的路徑將通過(guò)由氣隙124a和124b限定的低磁導(dǎo)率區(qū)域，還通過(guò)低磁導(dǎo)率區(qū)域126。在徑向方向，假想直線124將通過(guò)低磁導(dǎo)率區(qū)域124a，還通過(guò)低磁導(dǎo)率區(qū)域126。
參考圖12B得出，在相鄰永磁體的邊緣之間或者在相鄰永磁體之間的徑向方向上沒(méi)有不通過(guò)低磁導(dǎo)率區(qū)域的直線路徑。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)上述標(biāo)準(zhǔn)定位低磁導(dǎo)率區(qū)域，可以將電機(jī)的磁通從相鄰的永磁體集中出并使其進(jìn)入電機(jī)的氣隙中，從而產(chǎn)生更高的轉(zhuǎn)矩，并使電機(jī)的Q軸電感更低(這可以允許向電機(jī)輸入更多的電流)。
可以理解，上述磁體保持槽結(jié)構(gòu)和低磁導(dǎo)率區(qū)域126是多種結(jié)構(gòu)的示例，所述結(jié)構(gòu)可以確保(i)在兩個(gè)相鄰磁體的端部邊緣之間不存在不通過(guò)低磁導(dǎo)率區(qū)域的直線路徑；以及(ii)在永磁體之間不存在這樣的直線路徑，所述直線路徑從所述轉(zhuǎn)子的外部徑向延伸至所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部而不通過(guò)低磁導(dǎo)率區(qū)域。例如，圖13示出了轉(zhuǎn)子組件130，所述組件使用具有上轉(zhuǎn)的端部的磁體保持槽131和圓形的槽間區(qū)域132，用以保證滿(mǎn)足所述標(biāo)準(zhǔn)，所述轉(zhuǎn)子130符合本公開(kāi)的內(nèi)容。圖14概括示出了具有類(lèi)似設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子的部分。在圖14的設(shè)計(jì)中，包括具有上轉(zhuǎn)部分142的磁體保持槽141。永磁體143位于所述槽內(nèi)。這樣構(gòu)造槽的上轉(zhuǎn)部分，使得由槽的上轉(zhuǎn)部分與永磁體的邊緣所確定的角度144小于或等于90°。使角度144小于或等于90°，有利于阻止磁體143的左右移動(dòng)。轉(zhuǎn)子組件限定了橢圓形氣隙146形式的低磁導(dǎo)率區(qū)域。如圖14所示，區(qū)域146和槽的上轉(zhuǎn)部分協(xié)作，確保了在相鄰永磁體邊緣之間或者在相鄰永磁體之間徑向上的所有路徑都通過(guò)至少一個(gè)低磁導(dǎo)率區(qū)域。
圖15A和15B示出了另一個(gè)實(shí)施例，其中，通過(guò)中間的淚珠形氣隙162的形式的低磁導(dǎo)率區(qū)域?qū)⑾噜彺朋w保持槽分開(kāi)，所述磁體保持槽為具有圓形端部161的整體為直線的結(jié)構(gòu)。
還考慮了另一實(shí)施例，其中形成這樣的單個(gè)低磁導(dǎo)率區(qū)域，所述低磁導(dǎo)率區(qū)域通過(guò)自身確保，在相鄰永磁體的邊緣之間或者在相鄰永磁體之間徑向上的所有路徑都通過(guò)至少一個(gè)低磁導(dǎo)率區(qū)域。圖16概括示出了這樣的實(shí)施例，其中，示出轉(zhuǎn)子組件150包括磁體保持槽151和在相鄰磁體保持槽之間低磁導(dǎo)率區(qū)域152。注意，所述低磁導(dǎo)率區(qū)域?yàn)檎w倒轉(zhuǎn)的T形，并且其被構(gòu)造為，使得，在相鄰永磁體邊緣之間的任何直線路徑都通過(guò)區(qū)域152的基本徑向的部分153，并且在相鄰永磁體之間的任何直線徑向路徑都通過(guò)區(qū)域152內(nèi)基本平行于磁體保持槽的部分。
通過(guò)使用全部或部分上述技術(shù)，可以開(kāi)發(fā)出尺寸較小的高轉(zhuǎn)矩輸出、低齒槽效應(yīng)轉(zhuǎn)矩的IPM電機(jī)。例如，通過(guò)使用全部或部分上述技術(shù)，對(duì)于外徑為約6.3″、在其整個(gè)最寬徑向部分上的軸向長(zhǎng)度為約0.75″的IPM電機(jī)，可以開(kāi)發(fā)出約4牛頓·米的轉(zhuǎn)矩輸出，其中齒槽效應(yīng)轉(zhuǎn)矩令人滿(mǎn)意地低(0.02牛頓·米(峰值))。這些特征允許根據(jù)此處特定內(nèi)容的所述IPM電機(jī)適用于電器中，尤其適用于直接驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)中。
圖17概括示出了使用高轉(zhuǎn)矩輸出、低齒槽效應(yīng)轉(zhuǎn)矩IPM電動(dòng)機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)根據(jù)本公開(kāi)的特定內(nèi)容構(gòu)造。IPM電動(dòng)機(jī)可以是例如如圖1所示的一個(gè)包括12個(gè)定子極、10個(gè)轉(zhuǎn)子極的IPM電機(jī)，所述IPM電機(jī)具有圖2A和2B所示的三相集中繞組模式。在美國(guó)專(zhuān)利4,819,460中概括描述了所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械部分，其在此引用作為參考。
如專(zhuān)利′460所公開(kāi)的，直接驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)611包括一個(gè)攪拌器或葉輪623以及一個(gè)穿孔洗衣桶619，其圍繞它們的共線縱軸旋轉(zhuǎn)。IPM電動(dòng)機(jī)在洗滌循環(huán)內(nèi)直接驅(qū)動(dòng)攪拌器或葉輪，而在甩干循環(huán)內(nèi)同時(shí)直接驅(qū)動(dòng)攪拌器或葉輪和洗衣桶，從而不必提供齒輪傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)為IPM電動(dòng)機(jī)提供電力。在實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置為IPM電動(dòng)機(jī)提供正弦電流激勵(lì)。由于沒(méi)有齒輪傳動(dòng)，攪拌器或葉輪以及洗衣桶的旋轉(zhuǎn)速率與電動(dòng)機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)速率完全相同。由于洗衣桶與攪拌器或葉輪的唯一軸向支撐來(lái)自于電動(dòng)機(jī)，因此可以在電動(dòng)機(jī)中提供重型軸承。上述結(jié)構(gòu)的各種細(xì)節(jié)在本領(lǐng)域是公知的，并且/或者在專(zhuān)利′460中得到公開(kāi)。
盡管根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明的裝置和方法，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然的是，在不偏離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍下，可以對(duì)本文所述的過(guò)程進(jìn)行各種變化。例如，盡管圖17示出了在洗衣桶垂直安裝的洗衣機(jī)中使用利用本文公開(kāi)的一些技術(shù)構(gòu)造的電機(jī)，但是可以考慮這樣的可選實(shí)施例，其中將上述電機(jī)用于洗衣桶水平安裝的洗衣機(jī)中。所有這些對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然的類(lèi)似的替換和修改都被包括在本發(fā)明的范圍和構(gòu)思內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)裝式永磁體電機(jī)，包括限定相鄰的磁體保持槽的轉(zhuǎn)子疊層；被定位在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部的多個(gè)永磁體，其中，所述轉(zhuǎn)子在所述磁體保持槽上方的徑向厚度從第一徑向厚度轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂械诙较蚝穸鹊臉蚪訁^(qū)域，所述第二徑向厚度小于所述第一徑向厚度，所述橋接區(qū)域被定位在兩個(gè)所述磁體保持槽之間，其中所述轉(zhuǎn)變發(fā)生在落入以下角度范圍的區(qū)域中，所述角度范圍在與通過(guò)所述磁體保持槽的中點(diǎn)延伸的假想半徑成約148°～150°電角度之間，其中，所述電角度等于機(jī)械角度乘以所述永磁體的總數(shù)；以及低磁導(dǎo)率區(qū)域，其被定位在所述橋接區(qū)域徑向下方的相鄰所述永磁體的端部之間的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)子，其中(i)在兩個(gè)相鄰所述磁體的端部邊緣之間不存在這樣的直線路徑，所述直線路徑不通過(guò)所述低磁導(dǎo)率區(qū)域；(ii)在所述永磁體之間不存在這樣的直線路徑，所述直線路徑從所述轉(zhuǎn)子的外部徑向延伸至所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部而不通過(guò)所述低磁導(dǎo)率區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的轉(zhuǎn)子，其中所述永磁體被定位于相鄰所述磁體保持槽內(nèi)，使得每個(gè)所述磁體保持槽的端部限定所述低磁導(dǎo)率區(qū)域，以及在所述兩個(gè)相鄰磁體的端部邊緣之間的每個(gè)直線路徑通過(guò)至少一個(gè)所述低磁導(dǎo)率區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的轉(zhuǎn)子，其中由所述磁體保持槽的所述端部限定的所述低磁導(dǎo)率區(qū)域包括氣隙。
5.一種內(nèi)裝式永磁體電機(jī)，包括限定磁體保持槽的轉(zhuǎn)子疊層；以及被定位于所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部的多個(gè)永磁體，至少一個(gè)所述永磁體被定位于所述磁體保持槽中，其中，所述轉(zhuǎn)子在所述槽上方的徑向厚度從第一徑向厚度轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙较蚝穸龋龅诙较蚝穸刃∮谒龅谝粡较蚝穸?，其中所述轉(zhuǎn)變發(fā)生在落入以下角度范圍的區(qū)域中，所述角度范圍在與通過(guò)所述磁體保持槽的中點(diǎn)延伸的假想半徑成約148°～150°電角度之間，其中所述電角度等于機(jī)械角度乘以所述電機(jī)中的永磁體轉(zhuǎn)子極數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的轉(zhuǎn)子，其中所述第二徑向厚度為約0.060英寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的轉(zhuǎn)子，其中從所述第一徑向厚度到所述第二徑向厚度的轉(zhuǎn)變是逐漸轉(zhuǎn)變。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的轉(zhuǎn)子，其中所述磁體保持槽限定具有半徑的拐角，所述拐角限定了所述逐漸轉(zhuǎn)變。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的轉(zhuǎn)子，其中所述半徑為約0.015英寸。
10.一種內(nèi)裝式永磁體電機(jī)，包括限定磁體保持槽的轉(zhuǎn)子疊層；以及被定位于所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部的多個(gè)永磁體，至少一個(gè)所述永磁體被定位于所述磁體保持槽中，其中(i)所述磁體保持槽限定這樣的轉(zhuǎn)變區(qū)域，在所述區(qū)域中，所述轉(zhuǎn)子在所述槽上方的徑向厚度從第一徑向厚度轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙较蚝穸龋?ii)所述第二徑向厚度小于所述第一徑向厚度；以及(iii)所述槽在這樣的區(qū)域中從所述第一徑向厚度向所述第二徑向厚度轉(zhuǎn)變，所述區(qū)域的基本大部分落入以下角度范圍中，所述角度范圍在與通過(guò)所述磁體保持槽的中點(diǎn)延伸的假想半徑成約148°～150°電角度之間，其中所述電角度等于機(jī)械角度乘以所述電機(jī)中的永磁體轉(zhuǎn)子極數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的轉(zhuǎn)子，其中所述第二徑向厚度為約0.060英寸。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的轉(zhuǎn)子，其中從所述第一徑向厚度到所述第二徑向厚度的轉(zhuǎn)變是逐漸轉(zhuǎn)變。
13.一種用于內(nèi)裝式永磁體電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括多個(gè)內(nèi)裝式永磁體，其中(i)在兩個(gè)相鄰的所述磁體的端部邊緣之間不存在這樣的直線路徑，所述直線路徑不通過(guò)所述低磁導(dǎo)率區(qū)域；以及(ii)在所述永磁體之間不存在這樣的直線路徑，所述直線路徑從所述轉(zhuǎn)子的外部徑向延伸至所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部而不通過(guò)所述低磁導(dǎo)率區(qū)域。
14.一種用于內(nèi)裝式永磁體電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括多個(gè)內(nèi)裝式永磁體；以及裝置，用于確保在兩個(gè)相鄰所述磁體的端部邊緣之間不存在這樣的直線路徑，所述直線路徑不通過(guò)所述低磁導(dǎo)率區(qū)域；以及，確保在所述永磁體之間不存在這樣的直線路徑，所述直線路徑從所述轉(zhuǎn)子的外部徑向延伸至所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部而不通過(guò)所述低磁導(dǎo)率區(qū)域。
15.一種用于內(nèi)裝式永磁體電機(jī)中的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括限定多個(gè)磁體保持槽的轉(zhuǎn)子；多個(gè)永磁體，每個(gè)所述磁體被定位于一個(gè)所述磁體保持槽內(nèi)，使得在每個(gè)所述磁體的端部和定位所述磁體的所述磁體保持槽的邊緣表面之間形成低磁導(dǎo)率間隙；以及位于每組相鄰所述永磁體之間的低磁導(dǎo)率槽間區(qū)域，其中定位所述低磁導(dǎo)率間隙和所述低磁導(dǎo)率區(qū)域，使得(i)在兩個(gè)相鄰所述磁體的端部邊緣之間不存在這樣的直線路徑，所述直線路徑不通過(guò)所述低磁導(dǎo)率區(qū)域；(ii)在所述永磁體之間不存在這樣的直線路徑，所述直線路徑從所述轉(zhuǎn)子的外部徑向延伸至所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部而不通過(guò)所述低磁導(dǎo)率區(qū)域，其中，所述低磁導(dǎo)率間隙在每個(gè)所述磁體的端部和定位所述磁體的所述磁體保持槽的邊緣表面之間形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的轉(zhuǎn)子，其中所述低磁導(dǎo)率的槽間區(qū)域限定了氣隙。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的轉(zhuǎn)子，其中所述磁體保持槽限定了所述槽的上轉(zhuǎn)槽部分和端部。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的轉(zhuǎn)子，其中由所述磁體保持槽的所述上轉(zhuǎn)部分與位于所述槽中的所述永磁體的邊緣限定的角度大于或者等于90°。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的轉(zhuǎn)子，其中所述槽間區(qū)域是圓形的。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的轉(zhuǎn)子，其中所述低磁導(dǎo)率間隙包括氣隙，所述低磁導(dǎo)率間隙形成于每個(gè)所述磁體的端部和定位所述磁體的所述槽的邊緣之間。
21.一種用于內(nèi)裝式永磁體電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括被定位于所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部的永磁體；以及至少兩個(gè)與所述永磁體相關(guān)的降阻抗縫隙。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的轉(zhuǎn)子，其中每個(gè)所述降阻抗縫隙包括氣腔，所述氣腔被形成于所述轉(zhuǎn)子中從所述永磁體徑向向外的位置。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的轉(zhuǎn)子，其中每個(gè)所述降阻抗縫隙包括穿孔氣隙，所述氣隙通常為矩形、并且其四面均被所述轉(zhuǎn)子包圍。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的轉(zhuǎn)子，其中每個(gè)所述降阻抗縫隙包括未被所述轉(zhuǎn)子包圍的一面。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的轉(zhuǎn)子，其中所述永磁體被定位于在所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部形成的所述磁體保持槽中，以及其中至少一個(gè)所述降阻抗縫隙從所述磁體保持槽延伸。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的轉(zhuǎn)子，其中三個(gè)所述降阻抗縫隙與所述永磁體相關(guān)。
27.根據(jù)權(quán)利要求21的轉(zhuǎn)子，結(jié)合限定多個(gè)定子齒的定子，所述定子齒在其之間限定槽口，其中至少一個(gè)所述降阻抗縫隙的角幅約等于所述槽口的角幅，所述槽口位于相鄰的所述定子齒的端部之間。
28.根據(jù)權(quán)利要求21的轉(zhuǎn)子，結(jié)合限定多個(gè)所述定子齒的所述定子，所述定子齒在其之間限定槽口，其中至少一個(gè)所述降阻抗縫隙的角幅小于所述槽口的角幅。
29.根據(jù)權(quán)利要求21的轉(zhuǎn)子，其中至少一個(gè)所述降阻抗縫隙包括低磁導(dǎo)率物質(zhì)。
30.一種內(nèi)裝式永磁體電機(jī)，包括定子，所述定子限定多個(gè)定子極和定子齒，所述定子齒在其之間限定槽口；轉(zhuǎn)子；多個(gè)永磁體，其被定位于所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部；以及至少兩個(gè)與每個(gè)所述永磁體相關(guān)的降阻抗縫隙，每個(gè)所述降阻抗縫隙包括被定位于與其相關(guān)的所述永磁體的徑向向外處的氣隙，其中每個(gè)所述降阻抗縫隙被定位，使得至少所述槽的部分位于限定的區(qū)域內(nèi)，其中(i)由兩條假想直線限定一個(gè)角度，一條所述假想直線從所述轉(zhuǎn)子的中心徑向延伸并通過(guò)所述限定區(qū)域的中點(diǎn)，另一條所述假想直線從所述轉(zhuǎn)子的中心徑向延伸并通過(guò)與所述槽相關(guān)的所述永磁體的中點(diǎn)，其中所述限定的角度約等于[360°/R-360°/S]的絕對(duì)值，其中R是所述永磁體的個(gè)數(shù)、S是所述定子極的個(gè)數(shù)；以及(ii)所述限定區(qū)域的角幅約等于所述槽口的角幅，所述槽口位于相鄰的所述定子齒之間。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的電機(jī)，其中10個(gè)所述永磁體被定位在所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，以及其中兩個(gè)所述降阻抗縫隙與每個(gè)所述內(nèi)裝式永磁體相關(guān)。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的電機(jī)，其中每個(gè)所述降阻抗縫隙的角幅約等于所述槽口的角幅，所述槽口位于相鄰的所述定子齒之間。
33.根據(jù)權(quán)利要求30的電機(jī)，其中至少一個(gè)所述降阻抗縫隙被定位，使得由兩條假想直線限定一個(gè)角度，一條所述假想直線從所述轉(zhuǎn)子的中心徑向延伸并通過(guò)所述槽的中點(diǎn)，另一條所述假想直線從所述轉(zhuǎn)子的中心徑向延伸并通過(guò)與所述槽相關(guān)的所述永磁體的中點(diǎn)，所述限定的角度約等于[360°/R-360°/S]的絕對(duì)值，其中R是所述永磁體的個(gè)數(shù)、S是所述定子極的個(gè)數(shù)。
34.根據(jù)權(quán)利要求30的電機(jī)，其中每個(gè)所述降阻抗縫隙包括穿孔氣隙，所述氣隙通常為矩形、并且其四面均被所述轉(zhuǎn)子包圍。
35.根據(jù)權(quán)利要求30的電機(jī)，其中每個(gè)所述降阻抗縫隙包括未被所述轉(zhuǎn)子包圍的一面。
36.根據(jù)權(quán)利要求30的電機(jī)，其中至少一個(gè)所述降阻抗縫隙的整體被定位于所述限定的區(qū)域中。
37.根據(jù)權(quán)利要求30的電機(jī)，其中至少一個(gè)所述降阻抗縫隙的角幅約等于所述槽口角幅的一半，所述槽口位于相鄰的所述定子齒之間。
38.根據(jù)權(quán)利要求30的電機(jī)，其中至少一個(gè)所述降阻抗縫隙包括低磁導(dǎo)率物質(zhì)。
39.根據(jù)權(quán)利要求30的電機(jī)，其中至少三個(gè)所述降阻抗縫隙與每個(gè)所述永磁體相關(guān)。
40.一種用于內(nèi)裝式永磁體電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括至少兩個(gè)被定位于所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部的永磁體；至少兩個(gè)與所述永磁體相關(guān)的降阻抗縫隙，每個(gè)所述降阻抗縫隙被定位于所述永磁體的徑向向外處；以及被定位于所述永磁體的端部之間的低磁導(dǎo)率區(qū)域。
41.一種內(nèi)裝式永磁體電機(jī)，包括定子；至少一相被定位于所述定子內(nèi)的繞組；被定位于所述定子的內(nèi)部的多個(gè)永磁體；以及被定位于所述轉(zhuǎn)子內(nèi)的裝置，所述裝置用于減少所述相繞組的阻抗。
全文摘要
一種電機(jī)，包括限定至少兩個(gè)相鄰磁體保持槽的轉(zhuǎn)子和多個(gè)內(nèi)裝式永磁體。轉(zhuǎn)子在磁體保持槽上方的徑向厚度從第一厚度轉(zhuǎn)變?yōu)楹穸葹楦〉牡诙穸鹊臉蚪訁^(qū)域。所述轉(zhuǎn)變?cè)谙薅ǖ慕嵌确秶鷥?nèi)進(jìn)行。低磁導(dǎo)率區(qū)域被定位于橋接區(qū)域下方的磁體之間。在磁體的端部之間不存在不通過(guò)低磁導(dǎo)率區(qū)域的直線路徑，在磁體之間不存在這樣的直線路徑，所述路徑從轉(zhuǎn)子的外部徑向延伸至轉(zhuǎn)子的內(nèi)部而不通過(guò)低磁導(dǎo)率區(qū)域。一種電機(jī)，包括限定定子極的定子和具有內(nèi)裝式永磁體的轉(zhuǎn)子。在一個(gè)實(shí)施例中，至少兩個(gè)降阻抗縫隙被定位于磁體的徑向向外處，并且至少每個(gè)縫隙的部分位于限定區(qū)域中。
文檔編號(hào)H02K1/27GK1689211SQ03823459
公開(kāi)日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2003年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月28日
發(fā)明者G·E·霍斯特, R·E·小哈茨弗里德, M·E·卡里爾, A·D·卡爾波 申請(qǐng)人:美國(guó)艾默生電氣公司