CN101841220A - 防止内置式永磁电机中退磁的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及防止内置式永磁电机中退磁的方法和装置。用来与如牵引电动机和混合动力电动车一起使用的内置式永磁电机(“IPM电机”)，包括转子，该转子具有布置为一层或多层的多个铁氧体磁体，其中所述层中的至少一层包括与铁氧体磁体相邻的稀土磁体(例如，NdFeB磁体)，以防止或减少退磁。

Description

防止内置式永磁电机中退磁的方法和装置
技术领域
本发明总体涉及磁装置，例如电动机，且更具体地涉及与内置式永磁电机结合使用的转子。
背景技术
内置式永磁(IPM)电机因其所希望的特性——良好的扭矩密度、高的整体效率、和相对恒定的功率范围等而受到偏爱用于燃料电池和混合动力电动车运行。永磁电机中的转子场依靠其结构获得，而不像其它电机，例如感应式、开关式或同步磁阻式电机，其中所述场通过电源提供的定子电流产生。因此，与其它这类电机相比，永磁电机具有较高的效率。
IPM电机通常包括一个或多个转子屏障(rotor barrier)，该转子屏障包括永磁体和/或气隙(其可填充有非磁性材料)。这些转子层用作下部主磁体层的永磁场的屏障，从而减少气隙磁通量，并降低由永磁场引起的损耗和电机反电动势(反EMF)。
传统的IPM转子在许多方面无法令人满意。例如，期望使用较便宜的铁氧体磁体来替代稀土磁体(例如NdFeB)以降低成本。但是，这种铁氧体磁体在特定的工作条件下(例如，低温和高d-轴电流)常常具有退磁的风险。
发明内容
因此，期望提供一种具有降低的易退磁性的改进型低成本IPM转子设计。结合附图及前面的技术领域和背景技术，从下面的详细描述和所附权利要求，可清楚本发明的其它期望特征和特性。
本发明涉及以下技术方案：
方案1.一种内置式永磁电机，包括：
绕线定子；
转子，其构造成与所述绕线定子磁性地相互作用；
设置在所述转子中的多个腔；以及
设置在所述多个腔中的多个磁体，其中所述多个磁体包括一组铁氧体磁体和一组关联的稀土磁体，所述稀土磁体构造成防止所述铁氧体磁体的退磁。
方案2.如方案1所述的内置式永磁电机，其中，每个腔的总容积仅部分地被所述多个磁体填充，使得相邻于每个磁体都形成气隙或非磁性区域。
方案3.如方案1所述的内置式永磁电机，其中，所述铁氧体磁体尺寸相同，并且基本上为矩形。
方案4.如方案1所述的内置式永磁电机，其中，所述稀土磁体尺寸相同，并且基本上为矩形。
方案5.如方案1所述的内置式永磁电机，其中，所述多个磁体分布成层。
方案6.如方案4所述的内置式永磁电机，其中，下层包括所述稀土磁体。
方案7.如方案1所述的内置式永磁电机，其中，所述稀土磁体为NdFeB磁体。
方案8.一种制造内置式永磁电机的方法，所述方法包括：
提供绕线定子；
提供转子；
在所述转子中形成多个腔；
在所述转子中设置多个铁氧体磁体和多个稀土磁体，使得通过所述稀土磁体防止所述铁氧体磁体的退磁；以及
将所述绕线定子设置成与所述转子磁性地相互作用。
方案9.如方案8所述的方法，其中，每个腔的总容积仅部分地被所述多个磁体填充，使得相邻于每个磁体都形成气隙。
方案10.如方案8所述的方法，其中，所述铁氧体磁体尺寸相同，并且基本上为矩形。
方案11.如方案8所述的方法，其中，所述稀土磁体尺寸相同，并且基本上为矩形。
方案12.如方案8所述的方法，其中，所述多个磁体分布成层。
方案13.如方案12所述的方法，其中，下层包括所述稀土磁体。
方案14.如方案8所述的方法，其中，所述稀土磁体为NdFeB磁体。
方案15.一种构造成用于与车辆一起使用的牵引电动机，所述牵引电动机包括转子、定子、以及插在所述转子中的多个铁氧体磁体和稀土磁体，使得所述稀土磁体防止所述铁氧体磁体的退磁。
方案16.如方案15所述的牵引电动机，其中，所述铁氧体磁体尺寸相同，并且基本上为矩形。
方案17.如方案15所述的牵引电动机，其中，所述稀土磁体尺寸相同，并且基本上为矩形。
方案18.如方案15所述的牵引电动机，其中，所述多个磁体分布成层。
方案19.如方案18所述的牵引电动机，其中，下层包括多对稀土磁体和铁氧体磁体。
方案20.如方案15所述的牵引电动机，其中，所述稀土磁体为NdFeB磁体。
附图说明
结合下面的附图考虑时，通过参考详细的描述和权利要求，可得到对本发明更加全面的理解，其中在整个附图中相同的附图标记指代相同的元件。
图1以截面图的形式示出了根据一个实施例的IPM电机的八分之一部分。
具体实施方式
总体而言，本发明涉及包括转子的永磁电机(“PM电机”)，所述转子具有布置为一层或多层的多个铁氧体磁体，其中所述层中的至少一层包括与铁氧体磁体相邻的稀土磁体，以防止或减少退磁。
在这点上，下面的详细描述实质上仅仅是示意性的，并不意图限制本发明或本发明的应用和使用。另外，也无意受到前面的技术领域、背景技术、发明内容或下面的详细描述中介绍的明示或暗示原理的限制。本文在功能和/或逻辑块构件和各种处理步骤方面描述本发明。应当理解，这种块构件可通过构造成执行特定功能的任意数量的硬件、软件和/或固件构件来实现。为简明起见，本文不详细描述与电动机、磁力学等相关的常规技术和系统。
图1示出了根据一个实施例的IPM 100的示例性局部截面。如图所示，IPM 100通常包括转子106，该转子106构造成相对于定子101以常规方式围绕旋转中心103旋转。IPM 100包括定子101，该定子101具有与布置在转子106中(即，插在形成于其中的槽或间隙中)的磁体110磁性地相互作用的多个绕组102。
转子106初始时包括缺口、槽或“腔”的集合，这些缺口、槽或“腔”中的每个都填充有布置为一层或多层(例如140和142)的一个或多个铁氧体永磁体110，其中至少一个这种层还包括一个或多个稀土磁体112。
磁体110和112可包括目前已知的或未来开发的任何类型的永磁体材料。在所示实施例中，磁体110由本领域公知的传统的烧结的铁氧体磁体材料构成。但是，磁体112由烧结的稀土材料构成，例如钕铁硼(Nd2Fe14B或一般地“NdFeB”)。
在所示实施例中，磁体110布置为两层——140和142——但是可设置任意数量的层。这些层优选地构造为定向成朝外凸(即，远离旋转中心103)的大致弓形曲线。
第二转子层(140)中的稀土磁体112具有相同的形状和尺寸，并且定向成与其其相应的相邻铁氧体磁体110一致。因此，铁氧体磁体110和稀土磁体112具有至少一个共有的直线尺度，使得每对磁体都紧密地配合在其相应的腔中。在一个实施例中，稀土磁体112小于(在体积上)其关联的铁氧体磁体110。
在所示实施例中，稀土磁体112位于最下层140的“底部”——即，在退磁的临界区域(即，最靠近旋转中心112)中。但是，应当理解，还可采用稀土磁体112的其它结构来防止或减少铁氧体磁体110的退磁。
每层都包括两个对称布置的腔，并且可包括任意数量的磁体110。在该实施例中，层140包括四个铁氧体磁体110和四个稀土磁体112，层142包括两个铁氧体磁体110。每相邻对的磁体都可被气隙125或其它非磁性材料(例如塑料等)分隔开。
由于矩形磁体的特征在于直边、尖锐转角、较紧的公差和易于测量的几何结构，所以它们比更加复杂的形状显著地更易于制造。另外，批量生产这种磁体更容易并且更加便宜。因此，期望磁体110具有基本上相同的形状(在该实施例中，矩形或直线的)。尽管附图示出了磁体110的两维截面图，但是应当理解，腔107延伸进转子106中，并且会限定具有任意适当形状的三维容积。
根据替代实施例，在铁氧体和/或稀土磁体上可设置适当的覆层(金属、复合材料等)，以防止因两种磁体彼此接触而产生的不想要的表面相互作用或其它问题。
上述结构在许多方面都是有利的。特别地，可使用相对便宜的铁氧体磁体110作为每个转子层中的主体磁体，同时可通过在一层或多层中使用较小的、更贵的稀土磁体(例如，NdFeB磁体)来防止临界区域中的退磁从而防止退磁。
尽管在前面的详细描述中已经描述了至少一个实施例，但是应当理解，存在大量的变型。例如，除了所示的单一层外还可含有另外的屏障层。还应当理解，本文所述的示例性实施例并不意图以任何方式限制本发明的范围、应用或结构。相反，前面的详细描述将给本领域的技术人员提供实施所述实施例的方便路线图。应当理解，在不脱离本发明及其合法等同物的范围的情况下可对元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (10)

1.一种内置式永磁电机，包括：
绕线定子；
转子，其构造成与所述绕线定子磁性地相互作用；
设置在所述转子中的多个腔；以及
设置在所述多个腔中的多个磁体，其中所述多个磁体包括一组铁氧体磁体和一组关联的稀土磁体，所述稀土磁体构造成防止所述铁氧体磁体的退磁。
2.如权利要求1所述的内置式永磁电机，其中，每个腔的总容积仅部分地被所述多个磁体填充，使得相邻于每个磁体都形成气隙或非磁性区域。
3.如权利要求1所述的内置式永磁电机，其中，所述铁氧体磁体尺寸相同，并且基本上为矩形。
4.如权利要求1所述的内置式永磁电机，其中，所述稀土磁体尺寸相同，并且基本上为矩形。
5.如权利要求1所述的内置式永磁电机，其中，所述多个磁体分布成层。
6.如权利要求4所述的内置式永磁电机，其中，下层包括所述稀土磁体。
7.如权利要求1所述的内置式永磁电机，其中，所述稀土磁体为NdFeB磁体。
8.一种制造内置式永磁电机的方法，所述方法包括：
提供绕线定子；
提供转子；
在所述转子中形成多个腔；
在所述转子中设置多个铁氧体磁体和多个稀土磁体，使得通过所述稀土磁体防止所述铁氧体磁体的退磁；以及
将所述绕线定子设置成与所述转子磁性地相互作用。
9.如权利要求8所述的方法，其中，每个腔的总容积仅部分地被所述多个磁体填充，使得相邻于每个磁体都形成气隙。
10.一种构造成用于与车辆一起使用的牵引电动机，所述牵引电动机包括转子、定子、以及插在所述转子中的多个铁氧体磁体和稀土磁体，使得所述稀土磁体防止所述铁氧体磁体的退磁。
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