本公開通常涉及一種內(nèi)部永磁機(jī)，以及一種組裝用于內(nèi)部永磁機(jī)的轉(zhuǎn)子組件的方法。

背景技術(shù)：

內(nèi)部永磁(IPM)機(jī)包括轉(zhuǎn)子組件，所述轉(zhuǎn)子組件具有設(shè)置在轉(zhuǎn)子組件外周邊周圍的交變極性的多個(gè)磁體。轉(zhuǎn)子組件可在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，該定子包括多個(gè)繞組。轉(zhuǎn)子組件與定子磁性地相互作用以產(chǎn)生轉(zhuǎn)子組件圍繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的旋轉(zhuǎn)。

電機(jī)中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，通常被稱為轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，是造成機(jī)器噪聲和鐵損耗的主要因素。轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是見于多種電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的一種效應(yīng)，指的是當(dāng)電機(jī)的輸出軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩的周期性增加或減小。轉(zhuǎn)矩波動(dòng)通常作為一個(gè)完整轉(zhuǎn)動(dòng)過程中最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩的差進(jìn)行測量。因此，電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的減小或最小化是電機(jī)設(shè)計(jì)過程中的重要設(shè)計(jì)考慮因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供了一種內(nèi)部永磁機(jī)。內(nèi)部永磁機(jī)包括繞線定子和轉(zhuǎn)子芯。轉(zhuǎn)子芯包括第一極和第二極。第一極限定多個(gè)第一極腔。第二極限定多個(gè)第二極腔。轉(zhuǎn)子芯與繞線定子磁性地相互作用用于圍繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的旋轉(zhuǎn)。內(nèi)部永磁機(jī)進(jìn)一步包括多個(gè)磁體。多個(gè)磁體中的一個(gè)被設(shè)置在多個(gè)第一極腔和多個(gè)第二極腔中的每一個(gè)內(nèi)。多個(gè)磁體中的每一個(gè)被注塑進(jìn)多個(gè)第一極腔和多個(gè)第二極腔的它們相應(yīng)的腔內(nèi)，使得每個(gè)磁體由它們相應(yīng)腔的形狀形成。多個(gè)第一極腔和多個(gè)第二極腔每一個(gè)均以預(yù)定義配置設(shè)置，使得多 個(gè)第一極腔的每個(gè)極腔以與多個(gè)第二極腔的一個(gè)極腔定位在多個(gè)第二極腔的預(yù)定義配置內(nèi)的同樣方式定位在多個(gè)第一極腔的預(yù)定義配置內(nèi)，以限定對應(yīng)的一對極腔。對應(yīng)的一對極腔中至少一個(gè)的多個(gè)第一極腔的極腔和多個(gè)第二極腔的的極腔限定了相對于彼此的不同形狀，使得每對對應(yīng)的磁體的每個(gè)磁體包括相對于彼此的不同形狀。

還提供了一種組裝用于內(nèi)部永磁機(jī)的轉(zhuǎn)子組件的方法。該方法包括形成轉(zhuǎn)子芯。轉(zhuǎn)子芯被形成為包括限定多個(gè)第一極腔的第一極，以及限定多個(gè)第二極腔的第二極。多個(gè)第一極腔和多個(gè)第二極腔的每個(gè)均以預(yù)定義配置設(shè)置，使得多個(gè)第一極腔的每個(gè)極腔以與多個(gè)第二極腔的一個(gè)極腔定位在多個(gè)第二極腔的預(yù)定義配置內(nèi)的同樣方式定位在多個(gè)第一極腔的預(yù)定義配置內(nèi)，以限定對應(yīng)的一對極腔。對應(yīng)的一對極腔中至少一個(gè)的多個(gè)第一極腔的極腔和多個(gè)第二極腔的的極腔限定了相對于彼此的不同形狀。一旦轉(zhuǎn)子芯被形成為限定極腔，熔融磁性材料被引入多個(gè)第一極腔和多個(gè)第二極腔中的每一個(gè)。然后，轉(zhuǎn)子芯的多個(gè)第一極腔和多個(gè)第二極腔中的每一個(gè)內(nèi)的熔融磁性材料被冷卻以分別在每個(gè)極腔中形成多個(gè)磁體，所述磁體包括它們相應(yīng)腔的形狀且粘結(jié)至轉(zhuǎn)子芯。

因此，由于磁體被注塑進(jìn)轉(zhuǎn)子芯的相應(yīng)腔內(nèi)，轉(zhuǎn)子芯的極腔可被形成為包括不同形狀，而無需提供特定、預(yù)成型、對應(yīng)成形的磁體以裝配在每個(gè)相應(yīng)極腔內(nèi)。通過改變對應(yīng)的一對極腔中至少一個(gè)相對于彼此的特定形狀，且通過使用注塑技術(shù)以形成磁體，電機(jī)的轉(zhuǎn)子組件可被設(shè)計(jì)且制作成減小或最小化電機(jī)中的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，而不會(huì)大幅增加制造轉(zhuǎn)子組件的成本或復(fù)雜性。

從以下結(jié)合附圖對實(shí)施本教導(dǎo)的最佳方式進(jìn)行的詳細(xì)描述中能夠很容易了解到本教導(dǎo)的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是內(nèi)部永磁機(jī)的示意性橫截面圖。

圖2是內(nèi)部永磁機(jī)的放大示意性局部橫截面圖。

具體實(shí)施方式

本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，例如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“頂部”和“底部”等術(shù)語是為附圖描述性地使用，并不代表對本發(fā)明范圍(由所附權(quán)利要求所限定)的限制。另外，在此可以以功能和/或邏輯塊部件和/或各種處理步驟的方式來描述本教導(dǎo)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，這種塊部件可包括任意數(shù)目的被配置成用于實(shí)現(xiàn)具體功能的硬件、軟件和/或固件部件。

參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示多個(gè)視圖中相同的部分，內(nèi)部永磁(IPM)機(jī)通常被示作為20。該IPM機(jī)20可包括，但不限于電動(dòng)機(jī)或其它類似裝置。

參考圖1，IPM機(jī)20包括繞線定子22和轉(zhuǎn)子組件24。轉(zhuǎn)子組件24被配置成用于與繞線定子22磁性地相互作用以相對于繞線定子22圍繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線26實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。如所示出，轉(zhuǎn)子組件24包括沿著第一極軸32居中的第一極28(例如，北極)和沿著第二極軸34居中的第二極30(例如，南極)。第一極軸32和第二極軸34從中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線26徑向向外延伸，并分別地穿過第一極28和第二極30的中心。中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線26設(shè)置于轉(zhuǎn)子芯36的中心。

優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子組件24包括多個(gè)第一極28和多個(gè)第二極30。第一級28的數(shù)量與第二極30的數(shù)量相同。第一極28和第二極30以交替關(guān)系的方式圍繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線26成角度地設(shè)置。當(dāng)轉(zhuǎn)子組件24包括多個(gè)第一極28和多個(gè)第二極30時(shí)，每個(gè)第一極28周向地設(shè)置在兩個(gè)第二極30之間，且每個(gè)第二極30周向地設(shè)置在兩個(gè)第一極28之間。圖1示出了IPM機(jī)20，其總共具有8個(gè)極，包括4個(gè)第一極28和4個(gè)第二極30。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，IPM機(jī)20的極的總數(shù)可能與圖1中示出的示例性實(shí)施例有所不同。

轉(zhuǎn)子組件24包括轉(zhuǎn)子芯36，其限定了多個(gè)腔。該腔為第一極腔38、或第二極腔40。第一極腔38為第一極28中的一個(gè)的一部分，且第二極腔 40為第二極30中的一個(gè)的一部分。第一極28中的每一個(gè)包括位于其中的預(yù)定數(shù)量的第一極腔38，其以預(yù)定義配置被設(shè)置，且第二極30中的每一個(gè)包括位于其中的預(yù)定數(shù)量的第二極腔40，其如第一極腔38一樣以相同的預(yù)定義配置被設(shè)置。第一極28的每個(gè)極中的第一極腔38的數(shù)量與第二極30的每個(gè)極中的第二極腔40的數(shù)量相同。因此，第一極腔38和第二極腔40的每一個(gè)都以相同的預(yù)定義配置(例如，相同的定向)被設(shè)置。然而，如以下更詳細(xì)的描述，在預(yù)定義配置中給定位置處的腔的準(zhǔn)確尺寸可在第一極28與第二極30之間改變。如在附圖頁上所示，所有的第一極腔38和第二極腔40三維地延伸至轉(zhuǎn)子芯36中。如本領(lǐng)域已知的，腔可包括切口、槽等。

轉(zhuǎn)子組件24進(jìn)一步包括多個(gè)磁體42。多個(gè)磁體42中的一個(gè)磁體設(shè)置在多個(gè)腔中的每個(gè)腔內(nèi)。多個(gè)磁體42中的每個(gè)磁體注塑進(jìn)多個(gè)第一極腔38和多個(gè)第二極腔40中它們各自的腔內(nèi)。因此，每個(gè)磁體42由它們各自的腔的形狀來形成。磁體42可包括任何類型的磁性材料，該磁性材料適合用于IPM機(jī)20中，且能夠注塑進(jìn)轉(zhuǎn)子芯36的腔內(nèi)。例如，每個(gè)磁體42可由鐵氧體磁性材料、阿爾尼科磁性材料、或可替換地由稀土磁性材料(例如但不限于釹鐵硼(NdFeB))制成，且可包括這些材料。

用于形成磁體42的注塑工藝對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的。一旦磁體42形成，它們可以被稱作為粘結(jié)磁體。用于形成磁體42的注塑工藝簡要地包括生產(chǎn)提供了顯著的磁性和物理特性的磁性粉末。磁性粉末通常為金屬釹與鐵和硼的合金，且有時(shí)與其它少量的元素(例如鈷)合金的混合物。磁性粉末與合成樹脂或聚合物組合以形成混合物，其用于經(jīng)由注塑工藝形成粘結(jié)磁體42。磁性聚合物和合成樹脂或聚合物的混合物可被注入進(jìn)多個(gè)腔38、40中且在高溫下熔化?？墒┘訖C(jī)械或液壓壓力至混合物，以使得確保所有的腔38、40被全部地填充。在注塑工藝中，外部磁場(用于各向異性磁體)還可施加于磁體。然后，混合物被允許適當(dāng)?shù)乩鋮s，因而形成粘結(jié)磁體42。

用于形成在第一極腔38和第二極腔40中的每一個(gè)中的磁體42的磁性材料可以相同，或者可以不同。因此，可以設(shè)想的是形成并且設(shè)置在多 個(gè)第一極腔38中的磁體42可以由第一材料形成，并且形成并且設(shè)置在多個(gè)第二極腔40中的磁體42可以由與第一材料不同的第二材料形成?？商娲?，形成并且設(shè)置在第一極腔38和第二極腔40兩者中的磁體42可以包括相同磁性材料并且由相同磁性材料形成。

繞線定子22包括多個(gè)繞組44，該多個(gè)繞組44分別與設(shè)置在轉(zhuǎn)子芯36的第一極28和第二極30的第一極腔38和第二極腔40內(nèi)的磁體42磁性地相互作用，以生成轉(zhuǎn)矩，并且導(dǎo)致轉(zhuǎn)子芯36相對于繞線定子22圍繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線26旋轉(zhuǎn)，如本領(lǐng)域已知的。

下面將參照圖2對磁體42和它們相應(yīng)腔的形狀和取向進(jìn)行詳細(xì)描述。雖然本文提出的說明限于在圖2中示出的第一極28和第二極30，但是應(yīng)該理解轉(zhuǎn)子組件24的所有第一極28和所有第二極30可以與參照在圖2中示出的第一極28和第二極30在本文中所描述的取向相同。

第一極腔38和第二極腔40中的每一個(gè)設(shè)置在預(yù)定義配置中，從而使得第一極腔38中的每一個(gè)極腔相同地定位在第一極腔38的預(yù)定義配置內(nèi)，其中第二極腔40的極腔中的一個(gè)在第二極腔40的預(yù)定義配置內(nèi)，以限定一對相對應(yīng)的極腔。例如，參照圖2，預(yù)定義配置的由第一極28和第二極30中的每一個(gè)使用的示例性實(shí)施例包括相對于中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線26相互徑向間隔隔開的第一行46、第二行48、第三行50和第四行52。第一行46比第二行48距離中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線26徑向間隔更遠(yuǎn)，第一行48比第三行50距離中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線26徑向間隔更遠(yuǎn)，并且第三行50比第四行52與中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線26徑向間隔更遠(yuǎn)。因此，第四行52是徑向最接近中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線26的行，然而，第一行46是徑向距離中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線26最遠(yuǎn)的行。第一行46、第二行48、第三行50和第四行52中的每一個(gè)包括三個(gè)極腔，每個(gè)極腔包含磁體42。雖然示出的預(yù)定義配置的示例性實(shí)施例具有四行，每行中有三個(gè)腔，但是應(yīng)該理解預(yù)定義配置可以通過此處所示出并且描述的示例性實(shí)施例而變化。

如上所述，第一極腔38和第二極腔40中的每一個(gè)設(shè)置在該相同預(yù)定義配置中。如上所述，預(yù)定義配置的示例性實(shí)施例包括四行，其中每行具有三個(gè)腔。如圖2所示，一對相對應(yīng)的腔的一個(gè)示例包括第一極28的腔 54和第二極30的腔56。應(yīng)該理解第一極28的腔54和第二極30的腔56是相對應(yīng)的腔，因?yàn)槊恳粋€(gè)均定位在它們相應(yīng)極軸的左側(cè)上，并且位于它們相應(yīng)預(yù)定義配置的第四行52中。相似地，一對相對應(yīng)的腔的另一示例包括第一極28的腔58和第二極30的腔60。應(yīng)該理解第一極28的腔58和第二極30的腔60是相對應(yīng)的腔，因?yàn)槊恳粋€(gè)均定位在它們相應(yīng)極軸的右側(cè)上，并且位于它們相應(yīng)預(yù)定義配置的第二行48中。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是第一極28中每一個(gè)腔包括第二極30的相對應(yīng)的腔。如此，因?yàn)轭A(yù)定義配置的示例性實(shí)施例包括12個(gè)腔和磁體，所以在示例性實(shí)施例中有12對相對應(yīng)的腔。

第一極28和第二極30的相對應(yīng)的每對極腔包括基本上相似的形狀。然而，相對應(yīng)的每對極腔的精確形狀，和由此設(shè)置在其內(nèi)的磁體42，可以稍微不同以便減少在內(nèi)部永磁機(jī)20中的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。腔的精確形狀和大小可以變化以便控制IPM機(jī)20的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。應(yīng)該理解改變腔的形狀和大小將改變設(shè)置在其中的磁體42的形狀和大小，并且從而改變設(shè)置在每個(gè)相應(yīng)腔內(nèi)的磁體42的重量。具體地，相對應(yīng)的一對極腔中的至少一個(gè)的第一極腔38的極腔和第二極腔40的極腔，中的每一個(gè)均可以限定出相對于彼此稍微不同的形狀，從而使得相對應(yīng)的每對磁體42中的每個(gè)磁體42包括相對于彼此不同的形狀。例如，腔54可以包括與腔56稍微不同的形狀和/或大小。在圖2中示出的相對應(yīng)的每對腔可以顯示包括相對于彼此相同的大小和形狀。然而，這僅僅出于附圖的比例。在相對應(yīng)的腔諸如腔54、56中的每一個(gè)的大小和形狀的不同之處非常小，并且在它們當(dāng)前比例下的附圖中是看不出來的。

雖然對應(yīng)的成對的腔中僅僅一對可包括不同形狀的腔，但應(yīng)理解的是，一對以上或者所有的對應(yīng)的成對的腔可包括不同形狀的腔。于是，對應(yīng)的成對的極腔的每對極腔的每個(gè)極腔可包括相對于每對相應(yīng)的對應(yīng)的成對的極腔的另一極腔不同的形狀。

優(yōu)選地，并且如圖所示，多個(gè)第一極腔38和多個(gè)第二極腔40的每一個(gè)的每個(gè)極腔包括由圓錐截面等式1所限定的垂直于中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線26的截面形狀。

Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+F＝0 1)

在公式1內(nèi)，A、B、C、D、E和F是常數(shù)；x是沿著笛卡爾坐標(biāo)系的x軸的數(shù)值；而y是沿著笛卡爾坐標(biāo)系的y軸的數(shù)值。

如上所述，對應(yīng)的成對的腔的腔之間的大小和形狀差別極小。相對應(yīng)的每對極腔中的每個(gè)極腔可包括相差至少0.1mm的尺寸。該尺寸可，例如，包括相應(yīng)腔的寬度62或相應(yīng)腔的長度64。雖然大體參照腔54示出了極腔的寬度62和長度64，但應(yīng)理解的是，第一極腔38和第二極腔40的所有極腔限定它們的自身的相應(yīng)寬度62和長度64。對應(yīng)的成對的腔的腔之間的形狀差別可通過上述圓錐截面公式1的常數(shù)A、B、C、D、E和F中的一個(gè)的差別之一所限定，其描述了相應(yīng)腔的每個(gè)的形狀。

轉(zhuǎn)子組件24通過形成轉(zhuǎn)子芯36制造，以包括限定了多個(gè)第一極腔38的第一極28和限定了多個(gè)第二極腔40的第二極30，其中第一極腔38和第二極腔40的每一個(gè)均以預(yù)定義配置形成。如上所述，形成對應(yīng)的成對的腔的至少一個(gè)以包括含有類似的又一不同大小和形狀的腔。此外，如上所述，形成對應(yīng)的成對的腔的一個(gè)以上或所有，以包括含有類似的又一不同大小和形狀的腔。相對應(yīng)的每對腔的大小和形狀的至少一個(gè)尺寸相差至少0.1mm。

一旦形成包括第一極腔38和第二極腔40的轉(zhuǎn)子芯36，就將形成磁體42的熔融磁性材料導(dǎo)入至多個(gè)第一極腔38和多個(gè)第二極腔40的每一個(gè)中。將磁性材料加熱至其熔點(diǎn)，由此形成熔融磁性材料。該磁性材料可以任何合適的方式加熱至其熔點(diǎn)。該熔融磁性材料可以完全填充或僅僅部分地填充每個(gè)相應(yīng)的腔。一旦熔融磁性材料設(shè)置在相應(yīng)的腔內(nèi)，那么熔融磁性材料就在轉(zhuǎn)子芯36的第一極腔38和第二極腔40的每一個(gè)內(nèi)冷卻，以分別在每個(gè)極腔中形成多個(gè)磁體42。

通過經(jīng)由如上所述的注塑工藝在轉(zhuǎn)子芯36的腔中形成磁體42，磁體42可形成為包括與如上所述略微不同的形狀，而無需在磁體42的大小上預(yù)先成型并且制造每個(gè)變型，由此簡化制造過程且不會(huì)增加制造成本。

詳細(xì)描述和圖示或附圖是對本公開的支持和說明，但本公開的范圍僅 僅由權(quán)利要求限定。雖然已詳細(xì)地描述了用于執(zhí)行所要求教導(dǎo)的其中一些最佳實(shí)施方式和其它實(shí)施例，但仍存在各種替代的設(shè)計(jì)和實(shí)施例用以實(shí)踐在所附權(quán)利要求中限定的本公開。