專利名稱：轉子和包括該轉子的發動機的制作方法
技術領域：
根據示例性實施例的裝置涉及一種發動機(motor)，其用于諸如電動車和家用器具的各種工業領域，以將電能轉換成機械能。
背景技術：
由于空氣污染引起的有害環境影響以及化石燃料的日益短缺，混合動力車和電動車已經越來越流行。混合動力車使用內燃機產生動力，并且使用電動機作為輔助動力源。電動車使用電動機作為其主動力源。隨著電池和發動機的技術的發展，預期被稱為無污染汽車的電動車將取代諸如混合動力汽車的“過渡”車，這是因為電動車在驅動時不會釋放污染物或二氧化碳。電動車的發動機起到引擎(engine)的作用，其將從電池供應的電能轉換成機械能。因而，電池和發動機的性能是確定電動車的功率和驅動距離的最重要因素之一。因此，為了實現電動車的功率和驅動距離的增加，發動機的功率密度和效率的改進以及電池性能的提高被認為是重要的。此外，對于全球污染以及其對環境的影響的日益關注和低碳經濟的引入，在包括家用器具和電動汽車的廣泛領域內引起了高效率系統的問題。因此，越來越需要將高效率發動機實施為系統的核心驅動源。
發明內容
根據一個示例性實施例的方面，提供一種轉子，該轉子包括:轉子芯；以及多個轉子磁極，沿著轉子芯的圓周布置，其中每個轉子磁極形成為不對稱的形狀。根據另一示例性實施例的方面，提供一種轉子，該轉子包括:轉子芯；以及多個轉子磁極，沿著轉子芯的圓周布置，其中轉子芯的與每個轉子磁極相應的外部分偏心地形成。根據另一示例性實施例的方面，提供一種發動機，該發動機包括:轉子，包括轉子芯以及沿著轉子芯的圓周布置的轉子磁極，其中每個轉子磁極形成為不對稱的形狀；以及定子，與轉子間隔開，定子包括多個槽，多個槽構造為用于在其上纏繞線圈。根據另一示例性實施例的方面，提供一種發動機，該發動機包括:轉子，包括轉子芯以及沿著轉子芯的圓周布置的多個轉子磁極，其中轉子芯的與每個轉子磁極相應的外部分偏心地形成；以及定子，與轉子間隔開，定子包括多個槽，多個槽構造為用于在其上纏繞線圈。
通過以下結合附圖對示例性實施例的詳細說明，這些和其它示例性特征和方面變將得顯然，在附圖中:圖1是示出示例性發動機的剖視圖的圖示；圖2是示出圖1所示的發動機的局部剖視圖的圖示；
圖3是示出圖1所示的發動機中包括的轉子的透視圖的圖示；圖4是示出矢量圖的示例的圖示，該矢量圖顯示出根據示例性實施例的凸極比(saliency ratio)關于轉子磁極的不對稱形狀的增大；圖5是示出發動機中包括的另一示例性轉子的局部剖視圖的圖示；圖6是示出發動機中包括的另一示例性轉子的局部剖視圖的圖示；以及圖7是示出發動機中包括的另一示例性轉子的剖視圖的圖示。在整個附圖以及詳細說明中，除非另外說明，相同的附圖標記將理解為表示相同的元件、特征和結構。為了清晰、圖示和方便，這些元件的相對尺寸和描繪可以被夸大。
具體實施例提供以下說明以協助閱讀者獲得對在此說明的方法、裝置和/或系統的全面理解。因此，將向本領域的普通技術人員間接地表明在此說明的方法、裝置和/或系統的各種改變、變形和等效物。此外，為了增加清晰性和簡明性，可以省略眾所周知的功能和結構的說明。圖1示出發動機的示例性剖視圖。圖2示出圖1所示的發動機的局部剖視圖。圖3示出圖1所示的發動機中包括的轉子的透視圖。參考圖1至圖3，發動機100可以包括轉子110和定子120。轉子110可以包括轉子芯111以及多個轉子磁極112。轉子芯111可以由軟磁材料制成。轉子芯111可以具有沿長度方向穿過其中心的通孔。軸130可以插入通孔并且耦接到通孔。因此，當轉子110轉動時，軸130隨著轉子110—起旋轉。軸130可以由非磁性材料制成。轉子磁極112沿著轉子芯111的圓周方向布置。轉子磁極112可以嵌入轉子芯111中，并且相互間隔開預定距離。備選地，轉子磁極可以簡單地附接到轉子芯。可以存在偶數個轉子磁極112。在轉子芯111的外圓周表面上，兩個相鄰轉子磁極112的其中之一用作N極，而另一個轉子磁極112用作S極。轉子磁極112可以布置為相互間隔預定距離。每個轉子磁極112可以設計成不對稱的，以改進凸極比。凸極比是q軸電感與d軸電感的比率。例如，每個轉子磁極112可以包括第一永磁體113和第二永磁體114。第一永磁體113和第二永磁體114可以彼此間隔開并且均可以部分地嵌入轉子芯111中。例如，第一永磁體113的一端相比于另一端可以定位于轉子芯111的更內側，而第二永磁體114的一端相比于另一端可以定位于轉子芯111的更內側。換言之，如圖2所示，磁體的更靠近軸的一端相比于磁體的更遠離軸的相反端在徑向方向上插入到轉子芯中達到更大的深度。如圖3所示，第一永磁體113和第二永磁體114可以沿著轉子芯111的旋轉軸延伸，第一永磁體113和第二永磁體114的每個具有預定的截面面積。第一永磁體113和第二永磁體114的每個的截面面積通過沿垂直于轉子芯111的旋轉軸的方向切割第一永磁體113和第二永磁體114而限定。第一永磁體113具有不同于第二永磁體114的截面面積。為此，第一永磁體113的厚度tl可以設置成不同于第二永磁體114的厚度t2。例如，第一永磁體113可以形成為其厚度tl大于第二永磁體114的厚度t2。在這個示例中，如果第一永磁體113的厚度增加，則第二永磁體114的厚度t2可以減小與第一永磁體113的厚度tl的增量相同的量，從而能夠保持第一永磁體113和第二永磁體114的總量。換言之，第一和第二永磁體的總截面面積(垂直于轉子芯的旋轉軸的截面中)固定為預定總量，從而如果磁體之一的厚度增力口、因而增大了該磁體的截面面積，則另一磁體的厚度減小，這減小了該另一磁體的截面面積。在另一示例中，第一永磁體113的長度可以不同于第二永磁體114的長度，或者第一永磁體113可具有與第二永磁體114不同的厚度和不同的長度。第一永磁體113的一端與第二永磁體114的一端之間的間隔可以比第一永磁體113的另一端與第二永磁體114的另一端之間的間隔窄，由此第一永磁體113和第二永磁體114可以設置成V形布置。在又一不例中，第一永磁體113和第二永磁體114可以設置成彼此平行。因而，第一永磁體113和第二永磁體114的布置不局限于上述不例。第一永磁體113和第二永磁體114可以設置成使得其N極或S極彼此面對。第一永磁體113和第二永磁體114可以由硬磁材料形成。定子120設置為與轉子110間隔開。在內部型轉子110的情況下，定子120可以是具有中空部的圓筒形。轉子Iio可以可旋轉地插入到定子120的中空部。定子120可以包括用于纏繞線圈的槽(slot) 121。當電流流過線圈時，定子120產生旋轉的磁場。此外,分隔芯(division core) 115可以插置在第一永磁體113與第二永磁體114之間。如同轉子芯111，分隔芯115可以由磁性材料制成。此外，連接部分116可以將第一永磁體113的一端和第二永磁體114的一端彼此連接。連接部分116可以設置在轉子芯111的內側。連接部分116可以由非磁性材料制成或可以只是空氣。因此，連接部分116能夠防止磁通泄漏。作為另一示例，連接部分116可以具有由磁性材料制成的中心部分以及由非磁性材料或空氣形成的剩余部分。在連接部分116的中心部分由磁性材料制成并且連接部分116的剩余部分由空氣制成的情況下，連接部分116的中心部分可以通過由非磁性材料形成的固定件而緊固到轉子芯。
因為每個轉子磁極112被設計成不對稱的磁極，所以凸極比增加，并且這種增加可以參考以下的方程式I和圖4詳細說明。方程式I用于計算發動機的轉矩。圖4示出矢量圖的示例，該矢量圖顯示出凸極比關于轉子磁極的不對稱形狀的增大。T = PnWai^(Ld-Lq) idiq}= Tm+Tr....(I)這里，T表示轉矩，pn表示磁極對，Wa表示空載磁鏈(no load flux linkage), id表示d軸電流，Ld表示d軸電感，iq表示q軸電流，Lq表示q軸電感。在方程式I的右側，術語PnX Ψ,Χ ,表示磁矩Tm，而術語PnX (Ld-Lq) X idX iq表示磁阻轉矩I；。磁矩Tm是由轉子的永磁體和定子的相應轉子磁場之間的磁引力所引起的轉矩。磁阻轉矩I；是由磁性體所引起的轉矩，該磁性體的特征在于沿著最小化磁場中的磁路的磁阻方向布置。—般而言，Lq大于Ld。因而，(Ld-Lq)的值通常為負(_)值。因為id為負(_)值并且i,為正(+ )值，所以磁阻轉矩I；為正(+ )值。因此，當(Ld-Lq)的值增加時，磁阻轉矩I；也增加。在圖4中，α和α ’的每個表示相位差，Ia表示相電流，β表示電流角度，Ψ。表示負載磁鏈，Ea表示空載逆電動勢，E0表示負載逆電動勢。
假定每個轉子磁極的永磁體的使用率相同，如果轉子磁極的設計是不對稱的，如圖4所示,則相位差沿著轉子的旋轉方向從α減小為α ’。在這個示例中，因為永磁體的使用率不變，所以無負載磁鏈Wa和負載磁鏈Ψ。在對稱和不對稱的設計中實質上相同。因為q軸磁路的磁阻幾乎不變，所以LqXiq的值在對稱和不對稱的設計中幾乎不變。這里，i,是不變的值，因而q軸電感基本相同。相反，因為d軸磁路的磁阻增加，所以LdX id的值變小。在這種情況下，因為id是不變的值，所以d軸電感減小。因此，凸極比能夠增大。也就是說，d軸電感的減小導致Ld-Lq的值增大，因此，轉矩分量中的磁阻轉矩I；升高。因此，當使用相同量的永磁體時，與對稱的轉子磁極相比，不對稱的轉子磁極保持逆電動勢處于相同水平并且實現更大的磁阻轉矩 ；，從而可以提高發動機100的功率密度和效率。此外，在不對稱的轉子磁極中d軸電感的降低能夠使在給定的電壓范圍內纏繞在定子120上的線圈的匝數增大，由此提供設計中的高自由度。圖4中的示例顯示出d軸電感在轉子110逆時針轉動時降低，相同的結果將在轉子Iio順時針轉動時顯示。不對稱的轉子磁極112的構造可以適用于外部型轉子，因而其不限于此。圖5示出在發動機中包括的轉子的另一示例的局部剖視圖。參考圖5，轉子210的轉子磁極212可以包括至少一個永磁體213，永磁體213在與沿著轉子芯211的徑向方向的中心軸垂直的方向上延伸。永磁體213可以嵌入轉子芯211中。永磁體213的右部分和左部分(關于沿著轉子芯211的徑向方向的中心軸)可以具有不同的厚度，從而永磁體 213能夠具有不對稱的形狀。例如，永磁體213的左邊部分的厚度t3可以大于右邊部分的厚度t4。當然，可以將永磁體213的右邊部分形成得比左邊部分厚。因而，不對稱的永磁體213可以使凸極比增大，如上所述。轉子芯211可以包括磁通阻隔件(flux barrier)214。磁通阻隔件214可以與永磁體213的每個端部接觸。磁通阻隔件214可以防止永磁體213的磁通泄漏。圖6示出在發動機中包括的另一示例性轉子的局部剖視圖。參考圖6，轉子310的轉子磁極312可以包括一個或更多的磁通阻隔件313。在這個示例中，轉子磁極312不包括永磁體。磁通阻隔件313可以設置在轉子芯311的內側，產生與定子120相關的磁阻轉矩。磁通阻隔件313形成為在右部分和左部分(關于沿著轉子芯311的徑向方向的中心軸)之間具有不同的厚度，由此導致不對稱的形狀。例如，磁通阻隔件313的左邊部分的厚度t5可以大于右邊部分的厚度t6。備選地，可以將磁通阻隔件313的右邊部分形成為比左邊部分厚。因此，不對稱的磁通阻隔件313可以使凸極比增大，如上所述。在每個轉子磁極312中包括多個磁通阻隔件313的情況下，每組磁通阻隔件313可以沿著轉子芯311的相同徑向方向設置，每個磁通阻隔件313在中心彎曲，朝向轉子芯311的中心突出。磁通阻隔件313的形狀可以變化，只要其能夠實現上述功能。圖7示出發動機中包括的另一示例性轉子的剖視圖。參考圖7，轉子410的轉子芯411的與轉子磁極412相應的外部分偏心地形成，以增加凸極比。例如，轉子磁極412可以包括具有相同尺寸和形狀的一對永磁體413。永磁體413可以嵌入轉子芯411中并且可以通過連接部分414彼此連接。此外，轉子芯411可以包括插置在一對永磁體413之間的分隔芯415。在這個示例中，分隔芯415的左邊部分415a和右邊部分415b(關于沿著轉子芯411的徑向方向的中心軸)可以具有不同的截面面積，由此允許轉子芯411偏心。例如，分隔芯415的左邊部分415a可以比右邊部分415b更多地突出到定子120。備選地，可以將右邊部分415b形成為比左邊部分415a更多地突出到定子120。因而，分隔芯415的偏心率能夠使凸極比增大，如上所述。轉子芯411的偏心構造可以適用于圖5所示的轉子210。在這種情況下，永磁體213可以形成為關于永磁體213的中心軸的對稱形狀。此外，轉子芯411的偏心構造可以適用于圖6所示的轉子310。在這種情況下，每個磁通阻隔件312可以形成為關于磁通阻隔件312的中心軸的對稱形狀。根據在此說明的一個或更多的示例性實施例，由于通過使轉子磁極不對稱而使得凸極比增加，即使在使用相同量的永磁體時，發動機的功率密度可以得到改善，并且由此可以降低制造成本。另外，根據一個或更多的示例性實施例，由于d軸電感的減小，因此在規定的電壓范圍內可以實現每個定子上的線圈的匝數的增大，這使得實現了設計的高自由度。以上已經描述了多個示例。然而，應該理解，可以進行各種變型。例如，如果所述技術以不同的順序執行和/或如果在所述系統、構造、器件或電路中的部件以不同的方式組合和/或被其它部件或其等效物替代或補充，則可以實現適當的結果。因此，其它實施方式在隨附的權利要求的范圍之內。本申請要求2012年I月16日提交到韓國知識產權局的韓國專利申請N0.10-2012-0004987的權益，其全部公開通過全文引用結合于此。
權利要求
1.一種轉子，包括: 轉子芯；以及 多個轉子磁極，沿著所述轉子芯的圓周布置，其中所述多個轉子磁極的每個形成為不對稱的形狀。
2.根據權利要求1所述的轉子，其中所述多個轉子磁極的每個包括: 嵌入所述轉子芯中的第一永磁體以及嵌入所述轉子芯中的第二永磁體，其中所述第二永磁體的截面面積不同于所述第一永磁體的截面面積，其中所述第一永磁體和所述第二永磁體彼此間隔開，其中所述第一永磁體的第一端嵌入所述轉子芯中的深度大于所述第一永磁體的第二端嵌入所述轉子芯中的深度，以及所述第二永磁體的第一端嵌入所述轉子芯中的深度大于所述第二永磁體的第二端嵌入所述轉子芯中的深度。
3.根據權利要求2所述的轉子，其中所述第一永磁體的所述第一端與所述第二永磁體的所述第一端之間的間隔 比所述第一永磁體的所述第二端與所述第二永磁體的所述第二端之間的間隔窄。
4.根據權利要求3所述的轉子，還包括: 分隔芯，插置在所述第一永磁體與所述第二永磁體之間；以及 連接部分，將所述第一永磁體的所述第一端連接至所述第二永磁體的所述第一端。
5.根據權利要求1所述的轉子，其中所述多個轉子磁極的每個包括: 嵌入所述轉子芯中的永磁體，所述永磁體包括沿著所述轉子芯的徑向方向具有第一厚度的右部分以及沿著所述轉子芯的徑向方向具有第二厚度的左部分，所述第二厚度不同于所述第一厚度。
6.根據權利要求5所述的轉子，其中所述轉子芯包括多個磁通阻隔件，其中，對于每個永磁體，一個磁通阻隔件接觸所述右部分的一側以及另一磁通阻隔件接觸所述左部分的一側。
7.根據權利要求1所述的轉子，其中所述多個轉子磁極的每個包括: 設置在所述轉子芯中的磁通阻隔件，所述磁通阻隔件包括在所述轉子芯的徑向方向上具有第一厚度的右部分以及在所述轉子芯的徑向方向上具有第二厚度的左部分，其中所述第二厚度不同于所述第一厚度。
8.根據權利要求7所述的轉子，其中所述多個轉子磁極的每個包括在所述轉子芯的徑向方向上交疊的兩個或更多磁通阻隔件，其中所述兩個或更多磁通阻隔件的每個在其中心彎曲，使得所述磁通阻隔件的所述中心朝向所述轉子芯的中心突出。
9.根據權利要求1所述的轉子，其中所述多個轉子磁極的每個包括第一永磁體和第二永磁體，其中在從平行于所述轉子芯的旋轉軸的方向看時，所述第一永磁體具有第一截面面積，以及在從平行于所述轉子芯的所述旋轉軸的方向看時，所述第二永磁體具有不同于所述第一截面面積的第二截面面積。
10.根據權利要求1所述的轉子，其中所述多個轉子磁極的每個包括左部分和右部分，所述右部分在所述轉子芯的圓周方向上鄰近于所述左部分，其中所述左部分的在從平行于所述轉子芯的旋轉軸的方向看時的厚度不同于所述右部分的在從所述轉子芯的旋轉軸的方向看時的厚度。
11.一種轉子，包括:轉子芯；以及 多個轉子磁極，沿著所述轉子芯的圓周布置， 其中所述轉子芯的與所述多個轉子磁極的每個相應的外部分是偏心的，使得所述外部分關于所述轉子芯的徑向方向不對稱。
12.根據權利要求11所述的轉子，其中所述多個轉子磁極的每個包括嵌入所述轉子芯中的第一永磁體以及嵌入所述轉子芯中的第二永磁體，所述轉子芯包括設置在所述第一永磁體與所述第二永磁體之間的轉子芯部分，其中所述轉子芯部分關于平行于所述轉子芯的徑向方向并且在所述第一永磁體與所述第二永磁體之間具有相等間隔的線不對稱。
13.—種發動機,包括: 轉子，包括: 轉子芯，以及 多個轉子磁極，沿著所述轉子芯的圓周布置，其中所述多個轉子磁極中的每個具有不對稱的形狀；以及 定子，與所述轉子間隔開，其中所述定子包括多個槽，所述多個槽構造為用于在其上纏繞線圈。
14.根據權利要求13所述 的發動機，其中所述多個轉子磁極的每個包括: 嵌入所述轉子芯中的第一永磁體以及嵌入所述轉子芯中的第二永磁體，其中所述第二永磁體的截面面積不同于所述第一永磁體的截面面積，其中所述第一永磁體和所述第二永磁體彼此間隔開，其中所述第一永磁體的第一端嵌入所述轉子芯中的深度大于所述第一永磁體的第二端嵌入所述轉子芯中的深度，以及所述第二永磁體的第一端嵌入所述轉子芯中的深度大于所述第二永磁體的第二端嵌入所述轉子芯中的深度。
15.根據權利要求14所述的發動機，其中所述第一永磁體的所述第一端與所述第二永磁體的所述第一端之間的間隔比所述第一永磁體的所述第二端與所述第二永磁體的所述第二端之間的間隔窄。
16.根據權利要求15所述的發動機，還包括: 分隔芯，插置在所述第一永磁體與所述第二永磁體之間；以及 連接部分，將所述第一永磁體的所述第一端連接至所述第二永磁體的所述第一端。
17.根據權利要求13所述的發動機，其中所述多個轉子磁極的每個包括: 嵌入所述轉子芯中的永磁體，所述永磁體包括沿著所述轉子芯的徑向方向具有第一厚度的右部分以及沿所述轉子芯的徑向方向具有第二厚度的左部分，所述第二厚度不同于所述第一厚度。
18.根據權利要求17所述的發動機，其中所述轉子芯包括多個磁通阻隔件，其中，對于每個永磁體，一個磁通阻隔件接觸所述右部分的一側以及另一磁通阻隔件接觸所述左部分的一側。
19.根據權利要求13所述的發動機，其中所述多個轉子磁極的每個包括: 設置在所述轉子芯中的磁通阻隔件，所述磁通阻隔件包括在所述轉子芯的徑向方向上具有第一厚度的右部分以及在所述轉子芯的徑向方向上具有第二厚度的左部分，其中所述第二厚度不同于所述第一厚度。
20.根據權利要求19所述的發動機，其中所述多個轉子磁極的每個包括在所述轉子芯的徑向方向上交疊的兩個或更多磁通阻隔件，其中所述兩個或更多磁通阻隔件的每個在其中心彎曲，使得所述磁通阻隔件的所述中心朝向所述轉子芯的中心突出。
21.—種發動機,包括: 轉子，包括: 轉子芯，以及 多個轉子磁極，沿著所述轉子芯的圓周布置布置，其中所述轉子芯的與所述多個轉子磁極的每個相應的外部分是偏心的，使得所述外部分關于所述轉子芯的徑向方向不對稱；以及 定子，與所述轉子 間隔開，其中所述定子包括多個槽，所述多個槽構造為用于在其上纏繞線圈。
全文摘要
本發明提供一種轉子和包括該轉子和定子的發動機。該轉子包括轉子芯和轉子磁極。轉子磁極在轉子芯上環繞地布置，并且每個轉子磁極形成為不對稱的形狀。定子與轉子間隔開，并且包括構造為用于纏繞線圈的槽。
文檔編號H02K1/27GK103208872SQ20121046706
公開日2013年7月17日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年1月16日
發明者金成一, 樸晟爀 申請人:三星電子株式會社