本发明专利技术涉及一种转子，该转子包括具有旋转中心轴的圆柱形外周和垂直于该中心轴所取的截面，该截面包括：多个内置式永磁体，每个磁体具有大于横向尺寸的纵向尺寸；多个非磁性槽，每个槽与磁体中的一个相关联，每个槽具有大于横向尺寸的纵向尺寸，其中，槽的纵向尺寸的轴不垂直于其所关联的内置式磁体的纵向尺寸的轴。本发明专利技术还涉及具有上述转子的机器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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(interiormagnet machine)的开槽转子。
技术介绍
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。
技术实现思路
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为本专利技术的实施例的截面图，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为本专利技术的实施例的截面图，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为本专利技术的实施例的截面图，其包括六个内置式磁体，各自具有每磁极两个成角度的槽；图19与20为本专利技术的实施例的截面图，其包括两个内置式磁体，各自具有每磁极两个成角度的槽；图19A示出了电机或发电机的磁通分布，该电机或发电机包括转子，该转子具有如图19所示包括成角度槽364的叠片结构；图19B示出了电机或发电机的磁通密度分布，该电机或发电机包括转子，该转子具有如图19所示包括成角度槽364的叠片结构；图21为本专利技术的实施例的截面图，其包括十二个内置磁体，这些内置式磁体被布置为产生具有每磁极两个成角度槽的六个磁极；图22为不具有根据本专利技术的任何成角度槽的、现有技术中的冕状转子(crown rotor)叠片结构的截面图，极表面的冕(crowning)造成不均匀的气隙；图22A示出了不均匀气隙的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22所示、根据现有技术、不包括任何成角度槽的叠片结构；图22B示出了不均匀气隙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22所示、根据现有技术、不包括任何成角度槽的叠片结构； 图23示出了不包括槽的、图1中的转子，且图24示出了图23的转子气隙磁通波形；图25示出了具有槽的图23中的转子，且图26示出了图23的转子气隙磁通波形；图27示出了磁通密度分布，且图28示出了图27的磁通分布的快速傅立叶变换(FFT)。贯穿附图，对应的参考标号表示对应的部分。具体实施例方式在一个实施例中，本专利技术包括一种机器，该机器具有定子以及与定子磁耦合接合的转子，其中，转子有这样的几何结构其具有在磁体表面与转子外直径之间的成角度的槽。在另一实施例中，本专利技术包括一种转子几何结构，其具有被添加在磁体表面与转子外直径之间的槽。槽以这样的角度和位置被放置其能够增大转子磁通分布的基波分量。槽还能降低齿槽转矩。每磁极添加最少两个槽。尽管这里的实施例示出了任意偶数个槽，本领域技术人员将会想到其他的构造。槽的添加将转子磁通分布由梯形变为更为正弦的分布。这种更为正弦的分布的基波分量能够大于梯形分布的基波分量，且该分布的谐波失真能被降低。附录1为本专利技术的数学构造。第一部分示出了不具有槽的均匀(梯形)转子磁通分布。该磁通分布的FFT基波分量为1.433幅值单位。该分布的总谐波失真为11.805％。附录1的下一部分给出了计算槽的位置的方法。所给出的方法将基波分量增大到1.616并将THD减小到4.263％。图1-21示出了与上述数学模型匹配的槽的可能的实施方式。附录2以及图19A与19B示出了有限元分析法所预测的、具有以及不具有槽的、图19中的转子的转子磁通分布。在添加槽的情况下，磁通的基波分量增大了5.6％。FEA模型还示出了磁通分布的总谐波失真的显著降低。注意，数学模型没有计及槽周围的泄漏。使用图17所示的转子，可进行数学模型与FEA模型的比较。该转子具有减小的泄漏路径。FEA模型预测到基波磁通中11.5％的增长，而数学模型预测到12.7％的增长。FEA模型显示出磁通分布形状、磁通分布的基波分量的大小、平均电感、反电动势基波分量大小、齿槽转矩大小、平均转矩以及转矩脉动上的改进。此时没有对槽的位置和角度进行最优化。需要进一步的工作，以便出于转矩产生以及齿槽转矩降低的目的对这些参数进行最优化。上面介绍的优点也适用于线路起动永磁体机器。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种转子，其包括： 圆柱形外周，其具有旋转中心轴； 垂直于所述中心轴所取的截面，其包括： 多个内置式永磁体，每个磁体具有大于横向尺寸的纵向尺寸； 多个非磁性槽，每个槽与所述磁体中的一个相关联，每个槽具有大于横向尺寸的纵向尺寸，其中，所述槽的所述纵向尺寸的轴不垂直于其所关联的内置式磁体的所述纵向尺寸的轴。
【技术特征摘要】
US 2006-4-14 11/279,8721.一种转子，其包括圆柱形外周，其具有旋转中心轴；垂直于所述中心轴所取的截面，其包括多个内置式永磁体，每个磁体具有大于横向尺寸的纵向尺寸；多个非磁性槽，每个槽与所述磁体中的一个相关联，每个槽具有大于横向尺寸的纵向尺寸，其中，所述槽的所述纵向尺寸的轴不垂直于其所关联的内置式磁体的所述纵向尺寸的轴。2.根据权利要求1的转子，其中，每个槽一般被定位在所述外周与所述槽所关联的一个所述内置式磁体之间。3.根据权利要求1的转子，其中，存在与各磁极相关联的至少两个槽。4.根据权利要求1的转子，其中，与各磁体相关联的所述槽具有不同的长度。5.根据权利要求1的转子，其中，所述槽中的至少一个具有下列形状中的至少一个泪珠形和S形。6.根据权利要求1的转子，其还包括邻近各内置式磁体末端的、另外的非磁性端槽。7.根据权利要求1的转子，其中，至少一个槽与用于其所关联的内置式磁体的槽成为一体。8.根据权利要求7的转子，其中，至少部分所述端槽具有与所述转子的半径同轴的轴。9.根据权利要求1的转子，其还包括构成所述转子的内置式起动鼠笼的起动鼠笼槽。10.根据权利要求9的转子，其中，至少一个所述槽被连接到所述至少一个起动鼠笼槽。11.根据权利要求10的转子，其中，所述槽被定位在所述鼠笼与所述磁体之间。12.根据权利要求1的转子，其中，所述磁体具有V形构造，且所述槽与所述转子的半径同轴。13.一种机器，其包括定子；...
【专利技术属性】
技术研发人员：KI霍曼，TA瓦尔斯，
申请(专利权)人：艾默生电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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