专利名称：用于车辆的电动马达驱动式压缩机的制作方法
技术领域：
本文献涉及一种用于车辆的电动马达驱动式压缩机。更具体地说，该文献涉及一种具有能够改进用于车辆的电动马达驱动式压缩机的电动马达的性能的结构的电动马达驱动式压缩机。
背景技术：
近年来，根据由化石燃料的消耗和环境污染引起的低污染政策和高燃料效率政策，电动车辆或既使用化石燃料又使用电力作为驱动源的混合车辆变得越来越引人注意，因此已经积极地对上述车辆进行了研究。混合车辆或电动车辆通过电动马达获得驱动动力。因而，广泛使用电动压缩机而不是机械压缩机来用于车辆的空调系统。电动压缩机包括将电能转换为动能的电动马达和控制电动马达的旋转的逆变器。电动压缩机的电动马达典型地包括圆筒状转子和围绕转子的定子，定子包括围绕该定子缠绕的线圈。根据线圈的缠绕方案，可以采用分布式绕组方案或集中式绕组方案。在电动压缩机中，当通过从逆变器供应的电能而使电流流过线圈时，电动马达的转子旋转，并且该转子的旋转力被传递至旋转轴。另外，已经从旋转轴接收动能的机械单元往复运动以压缩致冷剂。当与传统的机械压缩机相比时，电动压缩机的压缩致冷剂的性能下降。这是因为当与通过使用发动机的旋转力来驱动的机械压缩机相比时，电动压缩机代表了由电动马达产生的弱驱动力、较大振动以及逆变器下降的控制性能。另外，由于电动马达代表低效率，供应至车辆的电力可能被浪费。导致电动马达振动并降低电动马达精度的因素的示例包括由永磁体和槽之间的相互作用引起的齿槽转矩和转矩波动。在具有槽的马达中不可避免地存在齿槽转矩和转矩波动。齿槽转矩是沿着径向方向施加至马达系统的力，从而马达系统往往向代表最小磁能的位置(即，平衡状态)移动。齿槽转矩是由于永磁体的磁极和槽的相互关系产生的与负载电流无关的不规则转矩，并且对马达的控制和精度产生了极大影响。为了降低齿槽转矩，在本领域中通常已知将永磁体的磁极数量与槽的数量适当地组合来降低齿槽转矩的方案。
发明内容
技术问题然而，混合车辆的压缩机中使用的电动马达的领域中，很少针对磁极数量与槽数量的最佳比或用于减少齿槽转矩和转矩波动的结构和设计进行调查和研究。该技术问题的解决方案在一个实施方式中，公开了一种电动马达驱动式压缩机。该电动马达包括定子和转子，该定子具有圆筒状形状和沿着轴向方向贯穿的内部，并且该定子在其内周面设置有与所述轴向方向平行地延伸的多个绕组槽，从而线圈缠绕在所述绕组槽中，所述转子具有圆筒状形状并同轴地设置在所述定子中。六个永磁体沿着所述轴向方向插入所述转子中，由穿过所述转子的中心并与一个永磁体的两个端部接触的两条直线形成的角度在大约48.7°到大约51°的范围内。该发明内容并不是为了识别出所要求保护的主题内容的实质特征或关键特征，也不是为了在确定所要求保护的主题内容的范围时所说的那样使用。
图1是示出了根据本发明的详细实施方式的用于车辆压缩机的电动马达的结构的示意性立体图；图2是示出了根据本发明的详细实施方式的用于车辆压缩机的电动马达的剖视图；图3是表示在根据本发明的详细实施方式的用于车辆压缩机的电动马达中齿槽转矩根据永磁体的弧角大小而变化的曲线图；图4是示出了在根据本发明的详细实施方式的用于车辆压缩机的电动马达中转矩波动根据永磁体的弧角大小而变化的曲线图；图5是示出了在根据本发明的详细实施方式的用于车辆压缩机的电动马达中根据永磁体的弧角和转子半径与定子半径之比而变化的齿槽转矩的特性的曲线图；图6是示出了在根据本发明的详细实施方式的用于车辆压缩机的电动马达中根据永磁体的弧角和转子半径与定子半径之比而变化的转矩波动的特性的曲线图；图7是表示在根据本发明的详细实施方式的用于车辆压缩机的电动马达中根据永磁体的弧角和从转子中心到永磁体测量的最短距离与转子半径之比而变化的齿槽转矩的特性的曲线图；以及图8是代表在根据本发明的详细实施方式的用于车辆压缩机的电动马达中根据永磁体的弧角和从转子中心到永磁体测量的最短距离与转子半径之比而变化的转矩波动的特性的曲线图。
具体实施例方式下面将参照附图详细描述根据本发明的示例性实施方式的电动马达驱动式压缩机。一般来说，用于车辆的电动马达驱动式压缩机包括:压缩部，在该压缩部中通过机械部件的往复运动来压缩致冷剂；电动马达，该电动马达用于将机械能传递至压缩部；以及逆变器，该逆变器用于向电动马达供应电能。然而，本发明的主要部件被设置在电动马达的结构中，压缩机的其他部件与用于车辆的一般电动压缩机中的基本相同。因此，下面将仅关注电动马达来描述根据本发明的电动马达驱动式压缩机。图1是示出了根据本发明的详细实施方式的用于车辆压缩机的电动马达100的结构的示意性立体图，图2是示出了根据本发明的详细实施方式的用于车辆压缩机的电动马达100的剖视图。如图1和2所示，根据本发明的该实施方式的用于车辆压缩机的电动马达100包括具有大致圆筒状形状的定子10。如从图2的剖视图可以看出，该定子10具有其中形成有圆筒状孔的环状。定子10在其内周面上设置有多个沿着定子10的贯穿方向延伸的绕组槽15。线圈在绕组槽15的延伸方向上围绕绕组槽15缠绕。绕组槽15的数量可以根据电动马达100的设计而改变。根据本发明的实施方式，可以按均匀间隔设置二十七(27)个绕组槽15。换言之，每个绕组槽15相对于相邻的绕组槽15形成大约13.3°的角度。同时，围绕绕组槽15卷绕的线圈束在定子10的两端处暴露于外部而形成末端线匝20。末端线匝20在定子10的两端从定子10露出预定长度。另外，连接器30可以固定至定子10的外周面上。连接器30牢固地包围设置在线圈的从末端线匝20延伸出的端部上的多个端子。连接器30具有包括热塑性树脂和其中设置有多个端子的单个本体形式。至少一个凸起可在与该本体成一体的同时从该本体延伸出，从而该本体可被固定至定子10的外周面上。另外，连接器30可具有弯曲形状，从而连接器30不与末端线匝20干涉。由于连接器30如上所述那样固定在定子10上，连接器30能够在轴向方向上被支撑至定子10。为此，固定槽11可以形成在定子10的外周面的一侧，从而将连接器30的本体直接固定至定子10。固定槽11从定子10的外周面凹入预定深度,并且固定槽11的宽度朝向定子10的中心增加，如图2所示，从而连接器30不容易从固定槽11被释放。同时，多个凹槽13在定子10的外周面凹入，由此形成致冷剂通道。因而，能够降低作用在致冷剂上的阻力，从而能够提高压缩机的性能。同时，如图2所示，转子40安装在具有圆筒状孔的定子10的内部。在这种情况下，图2示出了没有线圈的电动马达100的剖面。转子40是安装在定子10的穿孔中的圆筒状构件，并且可以包括包括多个永磁体，从而转子40能够借助接收在电流流过围绕定子10缠绕的线圈时产生的电磁力而旋转。旋转轴(未示出)连接至转子40，以将旋转力传递至设置在压缩机内的压缩部。转子40在其中设置有多个与转子40的旋转轴平行地限定的插入孔41，从而永磁体M能够被插入插入孔41中。永磁体M沿着转子40的旋转轴的方向插入插入孔41内。具有彼此相反磁极的永磁体M插入相邻的插入孔41中。如果将永磁体M插入转子40的内部中而不是如上所述安装在转子40的表面上，则可以使用磁性转矩(与磁场布置和磁场强度有关的转矩)和磁阻转矩(与磁阻变化有关的转矩)。因而，由于能够使用更小量的电流来产生相同转矩，因此可以增加电动马达100的效率。每个转子40设置了六个插入孔41和六个永磁体M。换言之，两个相邻的插入孔41形成了 120°的角度。同时，如果必要，转子40可以在其中形成有多个铆钉孔43。可以将铆钉(未示出)插入铆钉孔43中。另外，可以沿着旋转轴的方向贯穿转子40形成多个通孔45。转子40在其中央部分中设置有轴孔47，轴孔47用于收纳旋转轴以将转子40的旋转力传递至压缩机的压缩部。在具有上述结构的电动马达100中，设置了六个永磁体M以使得电动马达100的效率最大，同时根据逆变器的开关频率提供最佳数量的磁极，并且可以提供与六个永磁体M对应的二十七个绕组槽15，以使得没有负载的反电动力的总谐波畸变最小。假定形成在从转子40的中心延伸穿过插入在插入孔41的每个永磁体M的两端的两条直线之间形成的弧角为α，则在具有二十七个绕组槽15和六个永磁体M的电动马达100中，该弧角α优选形成在大约48.7°到51°的范围内。如果用于压缩机的电动马达100的齿槽转矩为电动马达100的额定转矩的3%或以下，则可以使得由于齿槽转矩引起的电动马达100的振动和噪音最小。因而，齿槽转矩优选具有与额定转矩的3%或以下对应的值。为了找到满足上述条件的弧角α范围，本发明的发明人进行了各种实验。下面将基于实验结果描述弧角α的范围。图3是表示在根据本发明的实施方式的用于车辆压缩机的电动马达100中齿槽转矩根据永磁体M的弧角α的大小而变化的曲线图。根据图3的曲线图，当弧角α在大约48.7°至大约51°的范围内时，齿槽转矩具有与额定转矩的3%或以下对应的低值。齿槽转矩是当转子40在电能未被供应至电动马达100的状态下旋转时由围绕定子10的绕组槽缠绕的线圈和转子40的永磁体M之间的相互作用引起的。由于齿槽转矩不是通过施加电能而被施加至转子40的转矩分量，因此随着齿槽转矩的值的降低，转子40的旋转能够被容易地控制。因而，从图3的曲线图可以推导出代表低齿槽转矩的弧角α范围。另外，如果齿槽转矩最小，则在施加电能时引起的转矩波动(转矩的振动)可能被降低，从而可以以基本正弦波形式表示无负载反电动力。因而，能够提高用于电动马达100的逆变器的控制性能，并且能够降低电动马达100产生的振动或噪音。图4是示出了根据本发明的实施方式的用于车辆压缩机的电动马达100的转矩波动根据永磁体M的弧角α的大小而变化的曲线图。根据图4的曲线图，如上所述当弧角α在大约48.7°至大约51°的范围内时，转矩波动存在于小于9%的范围内。因而，弧角α的上述范围使得齿槽转矩最小同时使得转矩波动也最小。同时，假定转子40的半径为Rr，并且定子10的从转子40的中心开始的半径为Rs，则两个半径之比Rr/Rs相对于弧角α的范围优选在大约0.48到大约0.51的范围内。图5是示出了在根据本发明的详细实施方式的用于车辆压缩机的电动马达100中根据永磁体M的弧角α和转子40的半径Rr与定子10的半径Rs之比Rr/Rs而变化的齿槽转矩的特性的曲线图。换言之，如上所述，在其中齿槽转矩具有与额定转矩的3%或以下对应的值的区域中，允许弧角α在大约48.7°至大约51°的范围内的转子40的半径Rr与定子10的半径Rs的比Rr/Rs在大约0.48至大约0.51的范围内。另外，参照图6的曲线图，该曲线图示出了在电动马达100中根据永磁体M的弧角α和转子40的半径Rr与定子10的半径Rs之比Rr/Rs而变化的转矩波动的特性；当弧角α在大约48.7°至大约51°的范围内时，与其中转矩波动为9%或以下的区域对应的转子40的半径Rr与定子10的半径Rs之比Rr/Rs可以在0.48到0.51的范围内，这类似于图5。概括地说，转子40的半径Rr与定子10的半径Rs之比Rr/Rs优选在大约0.48至大约0.51的范围内，从而使得弧角α能够在与其中齿槽转矩为大约3%或以下并且转矩波动为9%或以下的区域对应的大约48.7°至大约51°的范围内。另外，如上所述，为了满足其中齿槽转矩具有与额定转矩的3%或以下对应的值并且转矩波动为9%或以下的条件，一设计因子(B卩，从转子40的中心到永磁体M测量的最短距离Rm与转子40的半径Rr之比Rm/Rr)优选在大约0.74至大约0.78的范围内。图7是表示在根据本发明的详细实施方式的用于车辆压缩机的电动马达100中根据永磁体M的弧角α和从转子40的中心到永磁体M测量的最短距离Rm与转子40的半径Rr之比Rm/Rr而变化的齿槽转矩的特性的曲线图。图8是代表在根据本发明的详细实施方式的用于车辆压缩机的电动马达100中根据永磁体M的弧角α和从转子40的中心到永磁体M测量的最短距离Rm与转子40的半径Rr之比Rm/Rr而变化的转矩波动的特性的曲线图。如图7所示，从转子40的中心到永磁体M测量的最短距离Rm与转子40的半径Rr之比Rm/Rr在大约0.74到大约0.79的范围内，从而弧角α能够在与其中齿槽转矩具有大约3%或以下的值的区域对应的大约48.7°至大约51°的范围内。另外，如图8所示，比Rm/Rs在大约0.74到大约0.78的范围内，从而弧角α能够在与其中转矩波动变成9%或以下的区域对应的大约48.7°至大约51°的范围内。尽管为了说明目的描述了本发明的优选实施方式，但本领域的技术人员应意识至IJ，在不脱离本发明的如所附权利要求公开的范围和精神的情况下，各种修改、增添和替换都是可行的。
权利要求
1.一种电动马达驱动式压缩机，该电动马达驱动式压缩机包括: 电动马达，该电动马达包括定子和转子，该定子具有圆筒状形状和沿着轴向方向被贯穿的内部，并且所述定子在其内周面设置有与所述轴向方向平行地延伸的多个绕组槽，从而线圈缠绕在所述绕组槽中，所述转子具有圆筒状形状并同轴地设置在所述定子中； 其中六个永磁体沿着所述轴向方向插入所述转子中，由穿过所述转子的中心并与一个永磁体的两个端部接触的两条直线形成的角度在大约48.7°到大约51°的范围内。
2.根据权利要求1所述的电动马达驱动式压缩机，其中，沿着所述定子的内周面以规则间隔设置二十七个绕组槽。
3.根据权利要求2所述的电动马达驱动式压缩机，其中，所述转子的半径与所述定子的半径之比在大约0.48到大约0.51的范围内。
4.根据权利要求2所述的电动马达驱动式压缩机，其中，从所述转子的中心到每个永磁体测量的最短距离与所述转子的半径之比在大约0.74到大约0.78的范围内。
5.根据权利要求3所述的电动马达驱动式压缩机，其中，从所述转子的中心到每个永磁体测量的最短距离与所述转子的半径之比在大约0.74到大约0.78的范围内。
6.根据权利要求1所述的电动马达驱动式压缩机，其中，所述电动马达采用分布式绕组方案。
全文摘要
公开了一种电动马达驱动式压缩机，该压缩机具有能够提高用于车辆的电动马达驱动式压缩机的电动马达的性能的结构。该电动马达驱动式压缩机具有由穿过所述转子的中心并与一个永磁体的两个端部接触的两条直线形成的角度，该角度在大约48.7°到大约51°的范围内。齿槽转矩和转矩波动被最小化，提高了电动马达的功率，并且容易控制电动马达。
文档编号H02K1/27GK103180611SQ201180044530
公开日2013年6月26日 申请日期2011年7月21日 优先权日2010年9月20日
发明者赵庆锡, 赵诚国, 郑敬勋, 白赞皓 申请人:汉拏空调株式会社