专利名称：具有内置式永磁体的电机的制作方法
技术领域：
本申请涉及电机领域，并且尤其涉及具有永磁体的电机。
背景技术：
内置式永磁体机器被广泛地选作驱动机和发电机，用于多种应用，包 括混合电动车辆。内置式永磁体(IPM)电机具有构造于转子的内部的磁体。 典型地，通过将永磁(PM)材料放入形成于转子上的叠片的叠层中的一个 或多个槽中来产生转子上的每个磁极。虽然形成槽以用于磁体，但是典型 地槽并不完全填充磁性材料。特别是，槽典型地比磁体长，并且磁体放置 在每个槽的中心部分中。这导致在中心具有磁体，而在槽的两个相对的末 端具有空隙的槽。
对于将槽成形为比磁体长以便在槽的末端提供空隙，存在数个原因。 一个原因涉及电机的性能。如果PM材料填充槽，则磁体的末端往往短路， 使得PM材料的使用无效。还有，用于构成转子的钢中的磁通的磁性设计 偏好槽上的平滑弯曲的末端，而不是尖角，尖角典型地设置于磁体的末端。
成形细长的槽的至少一个另外的原因涉及制造问题。例如，为了降低 制造成本， 一般期望最小化磁块上的精磨的量。利用细长的槽，仅需要磨 光磁体的紧密配合槽内的叠片叠层的壁的侧面。 一般不需要在面向槽末端 的磁体的两侧上进行精磨。然而，如果磁体与槽的所有侧面紧密配合，则 需要在磁体的与叠片叠层接触的所有侧面上进行磨光。除以上外，由细长 的槽所提供的附加空间使得在制造过程中较易于将磁体插入槽中。
由于弯曲的槽末端和比槽短的磁体的此转子布置，必需采用一些特征
5来维持磁体在槽中的正确的位置。没有该稳定化特征，磁体将在槽的末端
的空隙之间滑动。然而，IPM机器中的稳定化特征的使用能够影响机器内 的磁场。如果在IPM机器的设计中没有注意，则其中磁场能够随时间对永 磁体进行退磁的状况能够发生。永磁体的不可逆的退磁能够导致电机的性 能降低。
因此，期望给IPM机器提供稳定化特征。也期望该稳定化特征不会不 利地影响电机中的磁场和相关磁性质，该不利影响可能导致机器的永磁体 退磁。此外，期望能够以相对小地增加的制造成本来提供该稳定化特征。
期望提供一种永磁体电机，其提供一个或多个这些或其它有利特征， 这些特征对审阅此公开的那些人是明显的。然而，于此公开的教导延伸至 落入所附权利要求的范围内的那些实施例，不管它们是否实现一个或多个 上述优点。
发明内容
于此公开了一种电机，所述电机包括定子和与所述定子相对的转子。 多个槽形成于所述转子中，所述多个槽的每一个包括定子侧面和相对侧面。 所述多个槽的每一个还包括安置于槽的两个相对末端部分之间的中心磁体 保持部分。所述中心磁体保持部分由形成于所述槽的所述定子侧面上的至 少一个突起界定。所述至少一个突起在所述槽中形成颈部并且将所述磁体 保持部分与所述末端部分之一分开。可以邻近所述槽中的至少一个突起设 置所述槽中的凹陷。磁体安置于所述槽的所述磁体保持部分中。所述槽的 所述两个相对末端部分是空的，并在所述槽的末端设置空隙。
对本领域技术人员来说，通过参照以下详细描述和附图，上述特征和 优点以及其它特征和优点将变得更明显。
fe图说明
图1示出了包括定子和具有内置式永磁体的转子的电机的部分视图； 图2A示出了电机未操作时图1的一个磁体的磁通密度向量； 图2B示出了电机操作时图1的磁体的磁通密度向量； 图3示出了图1的电机的替代实施例的部分视图，其中磁体定位器被移动至楕的定子侧面；
图4示出了电机操作时图3的磁体的磁通密度向量；
图5示出了图3的电机的替代实施例，其中凹陷与磁体定位器关联；
图6示出了图5的电机的转子的放大的视图；以及
图7示出了图3的电机的替代实施例，其中一个磁体定位器在槽的定 子侧面上，而另一磁体定位器在槽的相对侧面上。
具体实施例方式
' 参照图1，示出了电机的部分视图。电机10包括定子12和与定子12 相对的转子20。多个槽30形成于转子20中，多个槽的每一个配置为容纳 永磁体32。应当理解，图1仅示出了转子和定子布置的约45°,该布置实 际上延伸360。以形成完整的圆形布置。
定子12包括由铁磁材料的多个叠片叠层构成的主体部分，铁磁材料诸 如是硅钢。定子12 —般是盘形的并包括圆形或多边形的外周边14和圆形 内周边16。配置为容置转子20的内腔形成于定子的内周边16内。绕组槽 18形成在定子中。至绕组槽的开口 19设置在定子的内周边16处。导体28 (图1中未示出；见图5)放置在绕组槽18中以在定子上形成用于电机的 "乜枢绕组。
转子20包括也由诸如钢的铁磁材料构成的主体部分。转子20 —般是 盘形的并包括圆形外周边24。设计转子并使其形成所需的尺寸，以使其配 合于定子12的内腔内，使得转子20的圆形外周边24与定子12的圆形内 周边16相对安置。小的气隙22将定子与转子分开。在至少一个替代实施 例中，其一般与图1的情况相反，转子将安置于定子外部，其中，定子与 转子的内周边相对安置。
转子20中的每个槽30包括安置于两个相对的末端部分36、 38之间的 中心磁体保持部分34。磁体保持部分34设计为贴身地容纳一个永磁体32。 P 1的实施例中的磁体32 —般是矩形形状，并且从而槽的磁体保持部分34 类似地是矩形形状，并且比磁体32稍大，以便磁体可以插入到槽的磁体保 持部分34中。槽的相对的末端部分36、 38是非铁磁部分。这些非铁磁部 分设计为维持空的，在相对的末端部分36、 38中提供空隙，或由诸如尼龙的非铁磁材料填充。从而，末端部分提供两个非铁磁部分，磁体保持部分 安置于非铁磁部分之间。
每个槽30包括两个细长的侧面。两个细长的侧面包括定子侧面40和 相对的侧面42。定子侧面40—般比相对的侧面42更靠近定子安置。因此， 槽30的定子侧面40 —般与转子的外周边24相对，而槽30的相对的侧面 42—般与转子的内周边相对。在图l的实施例中，细长的侧面在槽的一端 在由参考数字44表示的槽的一个区域中融合到一起。在槽的相对末端，细 长的侧面馈入不同的槽的其它细长的侧面，如由参考数字46和48所表示 的。从而，可以在转子中的单个形成的腔内提供两个槽。在替代实施例中， 可以由较短的侧面在槽的一个或多个末端来连接细长的侧面，使得在单个 腔中形成单个槽(见例如图7)。
磁体定位器50、 52安置于槽的细长的侧面上，并延伸到槽30中。在 图1的实施例中，定位器50、 52安置于槽的与槽的定子侧面40相对的内 侧面42上。磁体定位器50、 52设计为将磁体32保持在槽30的中心部分 34中。磁体定位器50、 52设置为延伸至槽中的突起51、 53。图1的突起 51、 53是沿磁体32的关联的角边缘部分延伸的角形的搁架(shelf)。突起 51、 53与转子20的主体26—体形成。从而，转子的叠片叠层的压层形成 有在其中切割的槽30的包括突起51、 53的形状。应当认识到，在多种替 代实施例中，可以另外地设置磁体定位器50、 52，诸如例如通过紧扣于槽 内的插入物而不是与转子主体26 —体形成的突起来设置。
磁休定位器50、 52界定槽30的中心磁体保持部分34的边界。磁体定 位器50、 52之间的槽的部分界定中心磁体保持部分32;邻接中心磁体保持 部分的空隙部分(即非铁磁部分)界定槽的末端部分36、 38。磁体定位器 50、 52间隔于槽中，以便它们紧靠要放置于槽中的磁体32的相对的较短的 末端安装。因此，利用磁体定位器50、 52，槽配置成使得， 一旦将磁体插 入到槽中，槽的形状就使得将磁体保持在其正确的位置。
在图1的实施例中，磁体32—般是矩形形状并且设计为贴身地安装于 中心磁体保持部分34中。因此，矩形磁体包括两个毗邻槽30的细长的侧 伊40、 42的细长的侧面。磁体32还包括毗邻在中心部分34的边界处的磁 ^定位器50、 52的两个较短的侧面。从而，矩形磁体的所有四个侧面毗邻固体表面，并且此布置确保磁体32处于槽30中适当的位置。
图2A示出了电机不操作时磁体32中的磁通密度向量(于此也称作B 向量)。如此图中所示，磁通密度分布是对称的，在磁体的较短边缘处的磁 通密度较大并且从磁体指向定子。这是磁体中没有外部影响的标准的磁通 密度分布。
图2B示出了电机实际操作时永磁体32中的磁通密度向量100。如图 2B中所示，磁体中的磁通密度分布100已由在电机操作期间电流流过绕组 时从电枢绕组提供的磁力改变。虽然磁体的中心部分的磁通密度向量延伸 朝向定子，但是在磁体32的角处的磁通密度向量已经显著改变了。例如， 在角60处的B向量100a已经改变为几乎平行于磁体的边缘线延伸。此外， 在角62处的B向量100b旋转到它们远离定子指向的程度。在两种情况下， ，自电枢绕组的磁力以显著不同于磁体的法向方向的方式对磁体的B场进 行重定向。当永磁体32暴露于足够强的退磁力时，永磁体将具有局部退磁。 利用施加相反的B场的附加的周期，此局部退磁的区域可以扩大并引起永 磁体励磁的降低，导致电机的性能降低。
为了避免永磁体的不可逆的退磁，而不损失性能，可以使用较高等级 的永磁材料。更具体地，可以使用较高矫顽力磁体。在磁体等级内，为了 更高的矫顽力，能够对Br进行折衷，但是机器的扭力输出将下降。为了保 持扭力输出和对退磁的提高的阻抗，需要相同的Br和更高的矫顽力，这导 致较高能量的产品(等级)材料)。这些较高等级的永磁材料不易受到退磁 的影响。利用较高等级的永磁材料，来自电枢的磁力较小可能恶化和随时 间对永磁体的角区进行退磁。不幸的是，该较高等级的永磁材料也是昂贵 的并提高了电机的总成本。
图3示出了图1的电机的替代实施例。除磁体定位器50、 51的位置从 槽30的细长的内侧面42改变为槽30的细长的定子侧面40夕卜，图3的布 置与图1的布置相同。特别是，如图3中所示，在槽30的内侧面42上不 存在突起或其它磁体定位器，并且替代地，以界定颈部、搁架、或其它特 征的方式来设置没有延伸到槽中的表面的连续的表面，颈部、搁架、或其 它特征设计为紧紧毗邻磁体32的末端以将其容纳于合适的位置。相反，在 槽30的定子侧面40上，第一突起54设置在第一末端部分36处，而第二
9突起56设置在第二末端部分38处。这些突起54、 56在槽的相对末端界定 两个颈部55、 57。每个突起54、 56提供类似搁架的表面，该表面毗邻磁体 32并将磁体容纳于槽内合适的位置。在图3的实施例中，突起54、 56是圆 形的、类似旋钮地延伸到槽30中。在替代实施例中，突起能够界定多边形 形状，其中边缘或尖角设置在槽中。
图4示出了电机实际操作期间图3的永磁体32中的磁通密度向量。将 图4与图2A比较，能够看出磁体中的磁通密度向量100仅由电机操作期间 从电枢绕组提供的磁力稍微改变。特别是，图4中角60和62处的B向量 基本保持与图2A中所示的相同的方向和幅度。这与图1的实施例的情况大 不相同，其中图2B中的磁通密度向量的差异基本与图2A中的那些相当。 因此，即使在图1和3中使用相同等级的磁体，图3的布置也比图1的布 置使得磁体32较少受到随时间的退磁的影响。因此，图3的实施例提供一 种电机，其较小可能经历永磁体退磁，不增加与较高等级的磁体关联的成 本。
图5和6示出了电机的另一替代实施例，其中磁体定位器50、 52设置 在槽30中。在图5和6的实施例中，槽和关联的磁体以嵌套的方式设置， 两个较大的槽和磁体形成在两个较小的槽和磁体附近。此外，图5和6中 所示的槽每个都包括与两个突起54、 56关联的两个槽凹陷64、 66。这在图 6中所示的转子20的放大的视图中可以最佳地看到。
如图6中所示，槽突起54、 56均设置在槽30的定子侧面40上。然而， 与图3的实施例相区别的是，每个槽的中心部分34包括两个小的凹陷64、 66，该凹陷紧邻槽中的相应突起54、 56。凹陷64、 66比槽的紧邻所述凹陷 的部分更进一步将槽延伸至转子20的定子侧周边24。凹陷64、 66每个都 设置弯曲的部分，弯曲部分具有从磁体32离开的半径，使得由凹陷在槽中 形成了附加的空隙(或其它非铁磁部分)。凹陷64、 66不仅在槽中提供附 加的空间以有助于将磁体32插入槽中，而且甚至还减小了永磁体对退磁的 敏感性。应当认识到，图6中将凹陷64、 66示为圆形的，但是其也可以成 形为具有角，使得凹陷类似于多边形。
现在参照图7，示出了电机的替代实施例。在此实施例中，磁体定位器 54、 56包括在每个槽的定子侧面40上的一个磁体定位器54和在每个槽的
10内侧面42上的一个磁体定位器56。每个磁体定位器54、 56包括延伸到槽 中、在槽中形成颈部的突起74、 76，以及毗邻磁体32的末端的搁架。这两 个磁体定位器54、 56与细长的侧面40、 42协同地起作用，以将永磁体32 保持于槽30中。
虽然针对某些优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理 解，其它的实施或调整是可能的。此外，存在对于此描述的单独的改进的 优点，无需结合上述其它方面来获得这些优点。因此，所附权利要求的精 神和范围不应限于于此所含有的优选实施例的描述。
权利要求
1、一种电机，包括a)定子；b)与所述定子相对的转子；以及c)形成于所述转子中的多个槽，所述多个槽的每一个包括定子侧面和相对侧面，所述多个槽的每一个包括安置于槽的相对末端部分之间的磁体保持部分，其中，所述磁体保持部分由形成于所述槽的所述定子侧面上的至少一个突起界定，所述至少一个突起将所述磁体保持部分与所述槽的所述末端部分之一分开。
2、 如权利要求l所述的电机，其中，所述多个槽的每一个具有细长的 形状，所述磁体保持部分基本是矩形的。
3、 如权利要求2所述的电机，其中，所述基本矩形的磁体保持部分的 至少一个角是圆形的。
4、 如权利要求3所述的电机，其中，所述圆形的角设置凹陷，所述凹 陷比所述磁体保持部分的紧邻所述圆形的角的部分使得所述槽更进一步朝 向所述转子的外周边延伸。
5、 如权利要求l所述的电机，其中，所述相对末端部分设置邻接所述 磁体保持部分的空隙区域。
6、 如权利要求l所述的电机，其中，所述转子包括主体，并且形成于 所述槽的所述定子侧面上的所述至少一个突起与所述转子的所述主体一体 形成。
7、 如权利要求l所述的电机，其中，所述至少一个突起包括形成于所 述槽的所述定子侧面上、在所述相对末端部分的第一末端上的第一突起和形成于所述槽的所述定子侧面上、邻近所述相对末端部分的第二末端的第 二突起。
8、 如权利要求l所述的电机，其中，所述至少一个突起仅部分地延伸 到所述槽中，并不延伸越过整个槽。
9、 如权利要求l所述的电机，其中，所述至少一个突起在所述槽中形 成颈部。
10、 一种电机，包括a) 定子；b) 与所述定子相对的转子；C)至少一个具有两个细长的侧面、形成于所述转子中的槽，所述两个 细长的侧面包括定子侧面和相对侧面，所述定子侧面比所述相对侧面更靠 近所述定子安置，所述槽的所述定子侧面包括至少一个从所述定子侧面延 伸到所述槽中的磁体定位器；d)安置于所述槽中的磁体，所述磁体毗邻所述磁体定位器，所述磁体 定位器将所述磁体与设置在所述槽的末端部分中的非铁磁部分分开。
11、 如权利要求10所述的电机，其中，所述至少一个槽具有细长的形 状并且所述磁体具有基本矩形的形状。
12、 如权利要求IO所述的电机，其中，至少一个凹陷设置在所述槽中， 邻近所述至少一个磁体定位器。
13、 如权利要求12所述的电机，其中，相对所述磁体的角设置所述槽 中的所述至少一个凹陷。
14、 如权利要求10所述的电机，其中，所述非铁磁材料部分是空隙部 分，并且其中，所述空隙部分是所述槽中的第一空隙部分，且所述磁体安置于所述第一空隙部分与第二空隙部分之间。
15、 如权利要求10所述的电机，其中，所述转子包括由多个叠片形成 的主体，并且所述至少一个磁体定位器与所述转子的所述主体一体形成。
16、 如权利要求10所述的电机，其中，所述至少一个磁体定位器包括 毗邻所述磁体的第一末端的第一突起和毗邻所述磁体的第二末端的第二突 起。
17、 一种电机，包括a) 定子；b) 与所述定子相对的转子；c) 至少一个具有两个细长的侧面、形成于所述转子中的槽，所述两个 细长的侧面包括定子侧面和相对侧面，所述定子侧面比所述相对侧面更靠 近所述定子安置；d) 磁体，安置于所述槽中、在所述细长的侧面之间，使得在所述槽的 末端部分中设置非铁磁部分；以及e) 用于将所述磁体保持在所述槽中，使得所述磁体不进入所述空隙的 装置，用于保持的所述装置安置于所述槽的所述定子侧面上。
18、 如权利要求17所述的电机，其中，用于保持的所述装置包括至少 一个延伸到所述槽中的突起。
19、 如权利要求17所述的电机，还包括至少一个在所述槽的所述定子 侧面上、邻近用于保持的所述装置的凹陷。
全文摘要
于此公开了一种电机，所述电机包括定子和与所述定子相对的转子。多个槽形成于所述转子中，所述多个槽的每一个包括定子侧面和相对侧面。所述多个槽的每一个还包括安置于槽的两个相对末端部分之间的中心磁体保持部分。所述中心磁体保持部分由形成于所述槽的所述定子侧面上的至少一个突起界定。所述至少一个突起在所述槽中形成颈部并且将所述磁体保持部分与所述末端部分之一分开。磁体安置于所述槽的所述磁体保持部分中。所述槽的所述两个相对末端部分是空的，并在所述槽的末端设置空隙。
文档编号H02K21/12GK101501969SQ200780029910
公开日2009年8月5日 申请日期2007年6月12日 优先权日2006年6月12日
发明者D·富尔顿, W·蔡 申请人:雷米国际公司