电动旋转机器制造技术

本发明专利技术提供一种电动旋转机器，其能够通过降低扭矩波动来提供振荡和噪声减小的高质量和高效率的机器工作。该电动旋转机器包括定子，该定子具有多个面对转子的齿和多个提供用于围绕所述齿缠绕线圈的空间的槽。该转子具有嵌入在其中并且排列成“V”形配置的成对永磁体，以使磁力作用在所述齿上，使得所述定子内的转子被磁阻扭矩和磁扭矩驱动以旋转。转子的外径Dr与定子的外径Ds的外径比Δ在从0.61至0.645的范围内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电动旋转机器，更具体地说，涉及能够作为提供高质量驱动的电动机的永磁电动机器。
技术介绍
电动旋转机器被要求根据使用它们的设备的不同类型而具有不同的特征。例如，当在具有内燃机的混合电动车辆(HEV)中作为牵引电动机或者在电动车辆(EV)中作为驱动源使用时，要求电动机器在宽范围上作为速度可变的电动机，并且在低转速工作时作为高扭矩电动机。因为使用能够有效地一起利用磁阻扭矩与磁扭矩的结构是有利的，所以提出通过采用内部永磁(interior permanent magnet, I PM)结构来构造具有这种特性的电动机器，在该结构中，多对永磁体嵌入在转子中，每对磁体定位成“V”形配置，开口朝向转子外周(例如，参见专利文献I)。在具有这种IPM结构的电动旋转机器中，为了有效利用磁阻扭矩，以每对永磁体定位成“V”形配置的方式，多对永磁体嵌入在转子中，以保持q轴磁路径。这增加了磁阻扭矩与磁扭矩的比例，并且还增加了凸极比(Ld/Lq)，凸极比是d轴的电感与q轴的电感之间的比，这导致较高阶的空间谐波与通量波形重叠的趋势增加。d轴与磁极产生的通量的方向对准，并且作为定位成“V”形的每对永磁体之间的中心轴，而q轴在电和磁上与d轴成90电度的角，并且作为相邻的磁极(即，相邻的永磁体对)之间的中心轴。这在如此的电动旋转机器中引起高扭矩波动，扭矩波动是指在转一圈期间最大扭矩和最小扭矩之间的差。高扭矩波动引起机器的振荡和电磁噪声的增加。特别地，因为在具有该电动机器作为电驱动的车辆中，电磁噪声的频率相对高于内燃机的驱动产生的噪声的频率，因此电磁噪声带来使乘员不舒服的声音，所以希望尽可能地减小电磁噪声。另一方面，要求电动旋转机器的高效驱动从而以较低的电力消耗来有效地产生期望的驱动力，但是振荡变成损耗，从而导致效率降低。在混合动力汽车和电动汽车中，不仅搭载空间受限制，而且近来还要求提高能量转换效率(燃料里程)，随之，对能够提供高能量密度输出的电动旋转机器的轻型化和小型化的要求日益增加。因为例如需要在街上使用时在用于驱动汽车的通常使用范围上提供高效率的驱动，所以减小扭矩波动对于控制颤动、异常振动以及提供平稳的加速性能是有效的。作为独立单元，将小型化与提高效率、减小电磁噪声和降低扭矩波动相结合是非常难的，因为在电动旋转机器(电动机)中，随着每单位体积输出密度的增加，存在电磁噪声增加的趋势和由扭矩波动的出现而引起的效率下降的趋势，而对轻型化和小型化的需求又日益增加。为了实现低电磁噪声和低扭矩波动，提出在轴向上划分转子，以允许相邻的永磁体对之一与另一个呈现角向上扭曲的位置关系，或者给出斜交角(例如，参见专利文献2)。上述在电动旋转机器中给出斜交角的方法不仅引起组装成本的增加，并因此增加生产成本，而且还引起相邻的永磁体对的界面处的差异和界面处磁化率劣化，使永磁体降低了它们的磁通量密度。结果，由电动旋转机器产生的输出扭矩下降。这就是为什么提出与给出斜交角的措施不同的各种思想以实现低电磁噪声和低扭矩波动。这些思想包括如下途径，例如通过修改转子外周的形状，使得转子外周在每个磁极处具有“花瓣”状的突起形状，来修改转子和围绕转子的定子之间的气隙，使得每个P轴与该气隙相交的位置处的气隙长度大于其它位置处的气隙长度(例如，参见专利文献1、3和4)。在专利文献1、3和4中描述的电动旋转机器中，因为气隙宽，所以在每个P轴处的电感增加，这不仅引起凸极比下降和扭矩下降，而且还引起机器效率下降。现有技术文献专利文献[专利文献I]日本特开2008-99418号公报(P2008-99418A)[专利文献2]日本特开 2006-304546 号公报(P2006-304546A)[专利文献3]日本特开 2000-197292 号公报(P2000-197292A)[专利文献4]日本特开 2OO7-3I259I 号公报(P2OO7-3I259IA)
技术实现思路
`因此，本专利技术的目的是提供一种电动旋转机器，其能够通过降低扭矩波动提供振荡和噪声减小的高质量和有效率的机器工作。根据本专利技术的第一方面，提供一种电动旋转机器，其包括转轴位于转子轴线上的转子和可旋转地容纳所述转子的定子，其中所述定子包括向所述转子的外周表面延伸并且在面对所述转子的外周表面的内周表面处终止的多个齿、以及多个槽，每个槽在相邻的两个齿之间，提供用于围绕所述齿缠绕线圈以输入驱动电功率的空间，其中所述转子具有嵌入其中的多个永磁体，以使磁力作用在与所述永磁体相对的所述齿的该表面部分上，其中所述定子内的所述转子被当电流通过所述线圈时产生自穿过所述齿、所述齿的后表面侧和所述转子的磁通量的磁阻扭矩和产生自与所述永磁体干涉的吸引力和排斥力形式的磁扭矩驱动以旋转，其中所述转子的外径Dr与所述定子的外径Ds的外径比在有效地使扭矩波动最小化的范围内。根据本专利技术的第二方面，除了第一方面的指定事项以外，当所述多个永磁体的永磁体组对应于所述多个槽的槽组并形成磁极,并且所述槽组在数量上包括六个槽时，所述外径比Dr/Ds在下式表达的范围内:0.61 ^ Dr/Ds ( 0.645。根据本专利技术的第三方面，除了第一和第二方面之一的指定事项以外，所述电动旋转机器被配置为满足下式表达的条件:Lt/Dr ( 0.042Lt ( Lb0.35 彡 d/Ls 彡 0.440.32 ( Ls/Lt其中:Lt是所述多个齿的每个的厚度，Lb是所述多个齿的每个的后表面侧的厚度，d是所述线圈的导体的直径，Ls是所述多个槽的每个的开口宽度。磁极可以由永磁体形成，每对永磁体嵌入在转子中并且排列成“V”形配置，开口朝向转子外周。根据本专利技术的第一方面，转子和定子满足转子的外径Dr与定子的外径Ds的外径比在有效使扭矩波动最小化的范围内。结果，提供振动和噪声减小的高质量的机器工作，同时因为扭矩波动被减小，所以还提供损耗减小的高效率的机器工作。根据本专利技术的第二方面，当转子中的每组或每对永磁体的一个磁极在数量上对应于六个槽的组时，所述外径比在从0.61至0.645的范围内。这导致除了振动和噪声减小以夕卜，还实现了损耗减小的高质量的机器工作。根据本专利技术的第三方面，因为条件(每个定子齿的厚度Lt)/(转子的外径Dr) ^ 0.04, (2Lt)((每个定子齿的后表面侧的厚度Lb)，0.35 < (线圈导体的直径d)/(每个槽的开口宽度Ls) ( 0.44以及0.32 < (每个槽的开口宽度Ls) / (每个定子齿的厚度Lt)，所以除了铁损 耗减小以外，还可以通过使用自动卷线机自动在相邻的齿之间的每个槽中绑定绕组来形成线圈。附图说明图1是示出根据本专利技术的电动旋转机器的一个实施方式的平面图，其示出了该电动旋转机器的整体结构的概要。图2是示出该机器中的磁极的有效磁极开口角度的局部平面图。图3是示出当该机器的转子没有磁极时由该机器的定子产生的磁通量流型的平面图。图4是磁通量的近似波形的图形表示(基频)。图5是示出磁通量的近似波形、有效磁极开口角度和磁体开口角度之间关系的示意图。图6A和图6B是示出在定子中产生的振荡或振动模式的示意图。图7A和图7B是示出与图6A和图6B的振动模式不同的定子中的另一个振荡或振动模式的示意图。图8是示出将转子与定子的外径比作为参数的电磁分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动旋转机器，其包括转轴位于转子轴线上的转子和可旋转地容纳所述转子的定子。其中所述定子包括向所述转子的外周表面延伸并且在面对所述转子的外周表面的内周表面处终止的多个齿、以及多个槽，每个槽在相邻的两个齿之间，提供用于围绕所述齿缠绕线圈以输入驱动电功率的空间，其中所述转子具有嵌入其中的多个永磁体，以使磁力作用在与所述永磁体相对的所述齿的表面部分上，其中所述定子内的所述转子由当电流通过所述线圈时产生自穿过所述齿、所述齿的后表面侧和所述转子的磁通量的磁阻扭矩和产生自与所述永磁体干涉的吸引力和排斥力形式的磁扭矩驱动以旋转，其中所述转子的外径Dr与所述定子的外径Ds的外径比在有效地使扭矩波动最小化的范围内。

【技术特征摘要】
2011.11.02 JP 2011-2414081.一种电动旋转机器，其包括转轴位于转子轴线上的转子和可旋转地容纳所述转子的定子。其中所述定子包括向所述转子的外周表面延伸并且在面对所述转子的外周表面的内周表面处终止的多个齿、以及多个槽，每个槽在相邻的两个齿之间，提供用于围绕所述齿缠绕线圈以输入驱动电功率的空间， 其中所述转子具有嵌入其中的多个永磁体，以使磁力作用在与所述永磁体相对的所述齿的表面部分上， 其中所述定子内的所述转子由当电流通过所述线圈时产生自穿过所述齿、所述齿的后表面侧和所述转子的磁通量的磁阻扭矩和产生自与所述永磁体干涉的吸引力和排斥力形式的磁扭矩驱动以旋转， ...

【专利技术属性】
技术研发人员：青山真大，
申请(专利权)人：铃木株式会社，
类型：发明
国别省市：