CN103475123A - 内部永磁体马达 - Google Patents

Abstract

用于提高包括内部永磁体电机在内的电机的性能的装置。在一些实施例中，具有多对永磁体。每个永磁体都由一对材料制成，所述材料中的一种被选择来改进高温磁性能；而在一些实施例中，第二种材料被选择来改进在低温下的磁性能，虽然其在高温下具有比另一材料低的磁性能。

Description

内部永磁体马达

相关申请

本申请要求2011年12月28日提交的美国临时申请号61/580841的优先权权益，该临时申请通过引用合并于此。

技术领域

本发明的各种实施例涉及选取用于在电机中使用的永磁体的材料，并且更具体地涉及在内部永磁体（IPM）电机或表面安装式永磁体（SPM）电机中使用的永磁体的多种构型的使用。

背景技术

在高功率IPM电机中，“稀土”材料用来改进性能。用于这些的原材料非常昂贵并且也提供了变化的温度、性能折中。

在IPM电机内的利用高性能磁体的转子可能不能在由所需连续功率水平下所产生的温度下运行。由此，在峰值可用功率与退磁防护之间能够形成折中。目前，必须选取能够承受高温而具有减小的峰值可用功率的磁体，或者具有较高的峰值功率但具有减小的持续温度的磁体。而且，能够耐受较高温度的磁体是较昂贵的。

本文讨论的本发明的各种实施例以新颖而非显然的方式解决IPM电机中的这些方面。

发明内容

本发明的一些实施例的一个方面涉及内部永磁体马达。在一些实施例中，所述马达具有不同尺寸和构型的永磁体，并且使用用于磁体的多种类型的材料。

本发明的一方面涉及永磁体马达。所述转子具有外径以及多个永磁体对，每对所述永磁体对的每个磁体具有第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域具有不同的磁材料性能。而其它实施例包括第一区域和第二区域，所述第一区域在第一磁通密度和预定温度下具有第一退磁拐点，所述第二区域在第二磁通密度和相同的预定温度下具有第二退磁拐点，且所述第一磁通密度小于所述第二磁通密度。

本发明的另一个方面涉及一种永磁体马达。一些实施例包括定子，所述定子包括能够承载预定电流的多个电导体。其它实施例包括转子，所述转子具有外径并且被能旋转地设置于所述定子的内径内，所述转子包括多个永磁体对，每对所述永磁体对的每个磁体具有包括第一材料的第一区域和包括第二材料的第二区域。而其它实施例包括包括在预定定子电流下具有第一磁通密度的第一区域以及在相同的预定定子电流下具有第二磁通密度的第二区域。另外一些实施例包括第一材料和第二材料，所述第一材料在预定温度下具有第一退磁磁通密度，所述第二材料在所述预定温度下具有第二退磁磁通密度，所述第一磁通密度小于所述第二退磁磁通密度，所述第二磁通密度大于所述第二退磁磁通密度。

另一实施例包括转子，所述转子具有外径、和由第一材料制成的第一多个永磁体以及由不同的第二材料制成的第二多个永磁体。在又一实施例中，所述第一材料具有在第一磁通密度下的第一退磁拐点，而所述第二材料具有在第二磁通密度下的第二退磁拐点。又一实施例包括具有第一质量的所述第一多个磁体中的每一个；具有第二质量的所述第二多个磁体中的每一个；其中，所述第一质量小于所述第二质量，并且所述第一磁通密度小于所述第二磁通密度。

本发明的另一方面涉及一种内部永磁体马达。一些实施例包括定子，所述定子包括能够承载预定电流的多个电导体。其他实施例包括可旋转地支承在所述定子内的转子，所述转子包括由第一材料制成的第一多个永磁体和由不同的第二材料制成的第二多个永磁体。在又一实施例中，所述第一多个永磁体具有在预定定子电流下的第一磁通密度，而所述第二多个永磁体具有在相同预定定子电流下的第二磁通密度。在又一实施例中，所述第一材料具有在第一磁通密度下的第一退磁磁通，而所述第二材料具有在所述第二磁通密度下的第二退磁磁通；其中，所述第一磁通密度小于所述第二退磁磁通，而所述第二磁通密度大于所述第二退磁磁通。

应当理解的是，在该发明内容中以及在本申请的其他地方描述的各种装置和方法能够表述为大量不同组合和子组合。所有这些有用的、新颖的和发明性的组合和子组合在本文构思，应当明白的是对这些组合中的每一个的清楚表述是不必要的。

附图说明

本文所示的附图中的一些可以包括维度。另外，本文所示的附图中的一些可以已经由能缩放的绘图或者由能缩放的照片生成。应当理解的是，这些维度、或者在附图内的相对比例是作为示例的，并且不应当理解为限制。

图1为根据本发明的一个实施例的马达组件的立体图。

图2为图1的装置的侧视图。

图3A为图2的转子和定子的分解图。

图3B为图2的转子和定子的侧视立体图。

图4A为图2的组装的转子和定子的截面部分的放大图。

图4B为图4A的装置的一部分的放大图。

图5A为根据本发明的一个实施例的一对涂布磁体组件的立体图。

图5B为图5A的组件在没有涂布情况下的视图。

图5C为图5B的组件的端视图。

图6A为根据本发明的另一实施例的转子和定子的截面的一部分。

图6B为根据本发明的另一实施例的转子和定子的截面的一部分。

图6C为根据本发明的另一实施例的转子和定子的截面的一部分。

图6D为根据本发明的另一实施例的转子和定子的截面的一部分。

图6E为根据本发明的另一实施例的转子和定子的截面的一部分。

图7为根据本发明的一个实施例的材料的磁性曲线作为温度的函数的图像表示。

图8为对于若干不同的材料而言图7的退磁断点作为磁体温度的函数的图像表示。

图9为对于特定材料而言的如在多个不同温度下所示的磁体表面磁通密度的法向分量作为电流的函数的图像表示。

图10为对于不同材料而言的如在多个不同温度下所示的磁体表面磁通密度的法向分量作为电流的函数的图像表示。

图11A-图11H为根据本发明的各种实施例的永磁体的示意图。这些单独的字母标记中的每一个布置为示出正交关系的端视图-端视图-端视图，其中图11A示出了另外的侧视图。

图12是根据本发明的另一实施例的转子和定子的截面的一部分。

图13是根据本发明的另一实施例的转子和定子的截面的一部分。

具体实施方式

为了促进对本发明的原理的理解的目的，现在将对附图中图示的实施例进行参照，并且具体的语言将用来描述这些实施例。但是应当理解的是，不旨在限制本发明的范围；对于所说明装置的改变和进一步的修改、以及本文说明的本发明的原理的进一步的应用均为本发明所涉及领域的技术人员的常规构思。本发明的至少一个实施例将被描述和示出，并且本申请可以示出和/或描述本发明的其他实施例。应当理解的是，对“本发明”的任意参照为对同族发明的实施例的参照，其中除非另外表述，没有单个实施例包括应当包括在所有实施例中的装置、工艺或组成。另外，尽管可能会对由本发明的一些实施例所提供的“优点”进行讨论，但是应当理解的是，又一实施例可以包括这些相同的优点，或者可以包括其他不同的优点。本文所述的任意优点并非理解为限制于权利要求中的任一项。表示优选的词语例如“优选地”的使用指的是在至少一个实施例中出现但对一些实施例而言为可选的结构和方面。

除了后文示出和描述的以外，并且除了介于100与199之间的元件标记以外，N系前缀对于元件标记（NXX.XX）的使用指的是与无前缀元件（XX.XX）相同的元件。作为示例，除了对元件1020.1示出和描述的不同结构以外的那些，元件1020.1与元件20.1相同。另外，共同的元件以及相关元件的共同结构在不同附图中以相同的方式绘出，和/或在不同的附图中使用相同的符号。由此，并非必须描述1020.1和20.1的相同的结构，这是由于这些共同的结构对相关技术领域的技术人员而言是显然的。这种描述惯例也应用到后缀为引号（′）、双引号（”）和三引号（″′）的元件标记上。由此，并非必须描述20.1、20.1′、20.1”和20.1″′的相同的结构，这是由于这些共同的结构对于相关技术领域的技术人员而言是显然的。

尽管各种具体参量（空间维度、温度、压力、时间、力、电阻、电流、磁通密度、电压、浓度、波长、频率、热传递系数、无维度参数等）可以在本文陈述，但是这些具体参量仅仅作为示例给出，并且另外，除非另外表明，这些具体参量为大约值，并且应当视为在每个参量前置有词语“大约”。另外，利用涉及对物质的具体成分的讨论，该描述仅仅作为示例，并且并不限制该成分的其他物品的应用性，而且其也不限制与所述成分不相关的其他成分的应用性。

本发明的各实施例涉及内部永磁体电机，在该电机中，内部永磁体包含具有不同磁性能的至少两种材料。一种材料被选取为在较高温度下具有相对较低磁性能，另一种材料被选取为在较高温度下具有相对较高磁性能。在又一实施例中，一种材料被选取为在较低温度下具有相对较高磁性能，另一种材料被选取为在较高温度下具有相对较高磁性能。通过提供这种双材料磁体，通过在最需要磁场的地方设置较高温度的材料（通常更贵）和仅在能在电机的工作温度内使用的磁场位置处使用低温材料（有时较便宜），能减小IPM的成本和复杂度。

不同的实施例包括制造这些双材料（或“混合”）永磁体。例如，在一些实施例，双性能、双材料磁体被分开制造为多个块，然后这些块被接合在一起，使得其在转子内是一个、一体或整体的磁体。可以通过粘结剂、紧固件和通过接合固定件来实现接合。在使用接合固定件的情形，接合固定件可以是绕被接合的一对部件的带，在边缘处附着至一对部件的弹簧夹。

在又一实施例中，双材料磁体可以同过载磁体的特定部分施加磁性能改变的材料来制造。例如，本发明可以将稀土材料掺杂在磁体的具有在较高温度下的有益的较高磁性能的部分处。类似地，在不必在较高温度下具有较高磁性能的磁体的其他位置处，通常不施加该稀土材料，或施加较少量的稀土材料。而且，虽然不同实施例涉及添加诸如镝或钕的稀土材料，但是应理解，这仅是为了参考，不旨在限制，本发明的其它实施例涉及在磁体的某些被选择的部分上施加任何已知能增强磁性能的任何元素或成分。

而且，应理解，具有转子槽的这些双成分磁体的布置仅是非限制性的示例。在一些实施例中，磁体的在较高温度下具有较高磁性能的部分可能在转子槽的径向最靠外的部分，而在其它实施例中，有利的是，这些磁体定向为较高温度材料在径向最靠内位置。应理解，对双成分、双磁性能最经济有效的利用可能马达设计者眼中的各种参数。例如，不同马达的冷却方案将影响转子磁体所面临的温度。不同的实施例可以在转子温度和周围磁场的结合最理想处使用更贵的高温材料。

在以下的讨论中，将参照包含多对磁体的马达，每对磁体被相对于马达的径向延伸的中心线放置。这些构造中的一些可以使出为关于不同的中心线的套叠的V形的磁体对。普通技术人员应理解，对这些套叠的V形的磁体对的说明同样适用于具有关于相应的中心线布置的单个V形或任何其它形状的双材料永磁体。

在本文示出和说明的以及本发明的不同实施例是对进行的一个或多个实验的讨论。应理解，这些示例仅仅是例子，不应被解释为对本发明的任何实施例的限制。应理解，本发明的实施例不必为此出阐明的数学分析所限制或说明。

图1和图2示出了根据本发明的一个实施例的内部永磁体（IPM）电机10的外部视图。电机10优选地为马达例如用来向混合动力车辆提供运动功率的那些马达，但是本发明的其他实施例可以在任意类型应用中使用。马达10的外部结构包括向马达的内部结构提供防护盖的端帽14a、套筒14b和端板14c。接线端子12适配为且配置为向马达10提供三相电功率。

图3A和图3B示出了容纳在套筒14B内的定子20和转子60的简化示意分解图。定子20包括叠片组件22，叠片组件22包括多个基本相同构型的堆叠板。电导体组件24提供在由叠片组件22限定的环形套筒内的分布式三相电功率。转子组件60包括叠片组件62，叠片组件62包括多个堆叠的、基本相同的单独叠片板。这些板联接到毂61上，毂61提供对叠片组件62的支承，并且向旋转的部件（例如传动器或其他机器的输入轴）提供运动功率。转子60由轴承（未示出）支承并且在定子20内绕旋转轴线11旋转。

图4A和图4B为示出定子20和转子60的部分的截面图，其中截面垂直于中心线11。图4A示出了位于定子20内的组装的转子60的四分之一部。叠片组件22的板中的每一个包括绕组件22的内周缘等距分布的多个狭槽22.1。狭槽中的每一个容纳在操作期间提供绕转子60的外径的三相旋转磁场的多个电导体组件24。为了简单起见，在每个狭槽22.1内仅仅示出了单个导体。

图4A示出了制造到叠片组件62的各板中的每一个内的四组腔室62.1的部分。四组腔室62.1a、62.1b、62.1c和62.1d绕转子60的周缘62.2等距地间隔开。图4A和图4B示出了大致为V形的组62.1，并且V形的腿部优选地具有范围为从大约八十度至大约一百二十度的夹角。

图4B是单组腔室62.1的特写。每个叠片板限定用于一组磁体的多个腔室62.1。在一些实施例中，组62.1包括绕组的中心线71对称布置的两对腔室62.1。这些腔室中的一些（但不必是其为全部）被适配为且配置为在它们之内容纳永磁体。外对永磁体74a和74b被容纳在相应的腔室62.74a和62.74b内。内对永磁体76a和76b也绕轴线71对称地设置。在一些实施例中，叠片组件62还包括设置在磁体76a与76b的纵向边缘之间的中央腔室62.12。各种容纳磁体的狭槽62优选地具有适配为且配置为容纳相应的永磁体以及塑料壳体69的形状（参照图5A）。塑料构件69c设置在腔室62.12内。

再次参照图4B，永磁体74和76能够为任意形状，但在一些实施例中为了易于制造和组装，磁体形成为大致矩形的形状（也在图5B和图5C中示出）。在一些实施例中，外对永磁体74和内对磁体76具有基本相同且基本延伸叠片组件62的整个纵向程度的长度。在设计者的裁量下，磁体74和76的高度和宽度能够为任意尺寸。

在本发明的一些实施例中，外对永磁体74的截面形状适配为且配置为用于由第一材料成分制成的永磁体。另外，内对永磁体76的截面形状适配为且配置为用于由第二材料成分制成的磁体。在本发明的一些实施例中，第一材料成分和第二材料成分均包括一种或多种稀土元素，尽管本发明的其他实施例并非如此限制，并且第一和第二材料可以为适于永磁体的任意类型的成分。优选地，外对永磁体74中的每个磁体具有比相应的内对永磁体76的体积明显小的体积。在一些实施例中，每个外磁体小于内磁体的体积的大约一半。但是，本发明的各种实施例可以具有与磁体76基本相同尺寸和/或形状的内磁体74。另外，又一实施例可以具有与磁体76基本相同体积和质量的内磁体74，但是本发明的其他实施例不受如此限制，磁体74可以在形状或体积上不同于或大于磁体76。

在本发明的一些实施例，外对磁体74适配为且配置为（例如就形状、体积和位置而言）由与选取用于内对磁体76的材料不同的材料构成。内对永磁体76适配为且配置为由具有与用于制造外对永磁体74的材料不同性能的材料制成。已经发现的是，由于外对磁体74与定子20的旋转磁场更有效地磁通相联，因此外对磁体74更易于在操作期间退磁。

在其中外磁体在物理上小于内磁体的那些实施例中，并且进一步地在其中外磁体设置为更靠近叠片组件62的外径62.2的那些实施例中，外对磁体74所暴露给的表面磁通密度能够明显小于内对磁体76所暴露给的表面磁通密度。已经发现的是，在内对76与外对74之间的磁通密度的差异足够大（特别是对于在导体24中的高电流的情况）以适应第一材料成分102制成的外对74，和由不同的磁性材料成分104制成的内对76。在一些实施例中，由此可能的是由材料104制成内对76磁体，材料104在给定温度下比选取用于外对74的材料102在更高磁通量B（T）下退磁。外对的材料102能够由当与不同的材料104相比时提供整体较低磁性能的材料102制成。

本发明的一些实施例的另外的方面在于选取用于制造外对74磁体的材料102当与选取用于制造内对76磁体的材料104相比时优选地具有更好的高温性能。一些实施例的又一方面在于外对74磁体使用比内对76少的材料。在结合前述方面中的一个或多个的那些实施例中，可能的是将更昂贵材料102的使用限制于较小的外对74，并且对内对76使用较便宜的材料104，从而导致不仅内对和外对的组合总体上较便宜，而且总体上还更抵抗退磁。

图7是材料的磁性能的图形表示。图7示出了以特斯拉为单位的磁通密度作为以千安培每米为单位的磁场强度的函数。图7示出了组100的六种材料的性能，其中绘图的每根线表示不同的材料温度。箭头101示出了温度在整个组上增大的方向。能够见到的是，恒定温度线中的五根其特征在于具有三个响应区域：（1）具有磁通密度作为场强函数的线性关系的区域，特别是当场强接近零时；（2）在其中磁通密度基本竖直渐近的场强水平的区域；以及（3）在区域（1）与（2）之间的过渡或“拐点”。

图7示出了最低材料温度线，其中对于整个图形范围存在从场强为-3ΔH至场强为0的线性关系（具有正斜率）。在下一最高材料温度处的第二根线显示了在大约-2.5ΔH的场强处的拐点特征A。下一最高温度线（从左向右的第三根）显示了在大约-2.2ΔH处的拐点特征B。第四恒定温度线显示了在大约-0.8ΔH的场强处发生的拐点特征C。在组100内的最高温度线显示了在大约-0.75ΔH处的拐点特征。拐点特征表示从有用的磁性能范围（即，其中磁性能对于提供运动功率为有用的范围（1））和其中材料的磁化为可能的范围（即，几乎为竖直的范围（2））的过渡。在区域（2）内操作的IPM电机可能经历转子磁体的部分或完全退磁。

图8是图7的信息中的一些与对应于不同材料类型的相似数据相结合的图形表示。图8示出了一组曲线，其表示作为材料温度的函数的材料的过渡磁通密度。图8包括线102，其表示在各种温度下呈现拐点特征的点的位置，并且在应用平滑算法以在值之间进行插值之后。第一材料的拐点数据点A、B、和C连同在其他温度下的退磁磁通密度拐点在曲线102上示出。在一个实施例中，材料102表示包括一定量的钕、镝、铁和硼的稀土磁体。图8也示出了具有不同性能的材料104的特征。图8识别点A′、B′和C′，其中点A′、B′和C′识别材料104在与用于识别材料102的相同温度下的拐点特征。在一些实施例中，材料104也为包括一定量的钕、镝、铁和硼的稀土永磁体，但优选地为与材料102不同的百分比或者利用不同的处理。图8示出了在任意特定温度下，由材料104制成的磁体在比由材料102制成的磁体高的磁通密度下遇到退磁拐点过渡。

图9和图10是分别用于材料102和104的磁通密度作为定子电流的函数的图像表示。这两张图中的任一张包括在预定设计温度106下的拐点特征，其描绘为恒定磁通密度的直线。这些图还包括预定设计的定子电流108，其描绘为竖直线。在一些实施例中，温度线106与最大连续温度相关，而设计特征108与最大峰值定子电流相关。

图9和图10也示出了由磁体对遇到的磁通密度作为定子电流的函数。线114表示用于外对74转子磁体的磁通密度相对于电流的特征。曲线116表示由内对76磁体遇到的磁通密度作为定子电流的函数。曲线114和116在一些实施例中通过马达10的分析模型建立，但本发明的各种实施例可以描绘通过任意方法开发或测量的外对特征114和内对特征116。

图9和图10还示出了用于相应材料的过渡或拐点退磁特征的温度曲线组。图9示出了表示磁通退磁拐点作为特定温度的一组基本水平线（通过由点分开的双虚线表示）。来自图8的曲线102的相应点A、B和C各自描绘作为图9中相应的线A、B和C。类似地，图10包括可选材料104的材料特征，其中拐点特征A′、B′和C′描绘作为图10中相应的基本水平线A′、B′和C′。

图9和图10中的每一个分别包括箭头115和117，箭头115和117分别表示与外对74和内对76相关的设计余量的类型。首先参照图9，能够见到的是，在峰值电流108处，外对74的磁通密度114在设计温度106的上方间隔开（由箭头115表示）。由此，当外对74磁体在由极值106表示的温度下操作时，并且进一步地当向定子提供由极值108表示的电流时，磁体将在图7的区域（1）中操作，并且由此具有使外对74的退磁不太可能的设计余量。对于由相同材料102制成的内对76磁体，箭头117表示保护免于在温度条件106和电流条件108的作用下的退磁的甚而更大的余量。

参照图10，相同的电流和磁通密度特征114和116示出为叠置在不同的第二材料104的特征之上。电流等级108和温度等级106在图10上与图9相同。但是，能够见到的是，利用材料104，外对74磁体将具有如有箭头115′表示的负设计余量。在温度等级106和电流等级108的这些操作条件下，外对74以比用于材料104的相应退磁拐点高的温度操作。由此，当马达10在分别在温度条件106和电流条件108下进行操作时，存在磁体对74将变为退磁的较大可能性。但是，由材料104制成的磁体对76显示在等级条件下的正设计余量117′。由此，由材料104制成的磁体对76不太可能在这些操作条件下退磁。但是，如关于图9讨论地，磁体对74能够由材料102制成以使对76具有正退磁设计余量。

图6A、图6B、图6C、图6D、和图6E示出了根据本发明的其他实施例的内磁体和外磁体的布置。

图6A是根据本发明的另一实施例的马达210的一部分的截面图。马达210包括转子260，转子260由定子220支承且位于定子220内。图6A示出了位于定子220的叠片组件222内的腔室，应当理解的是，这些腔室适配为且配置为容纳用于提供三相功率的导体组件。

转子260的叠片组件262限定多个腔室262.74a、262.74b、262.76a和262.76b，这些腔室制造到叠片组件的每个板内且延伸转子260的纵向长度。这些腔室优选地布置为使得叠片板材料的分隔壁设置在相邻的腔室262.74a与262.74b之间，并且也在腔室262.76a与262.76b之间。

外对永磁体274a和274b设置在它们相应的腔室内。内对276a和276b设置在它们相应的腔室内。优选地，磁体接收在它们相应的腔室内，使得在位于磁体的每一侧上的腔室中存在敞开空间，该敞开空间在一些实施例中未填充而在其他实施例中填充有塑料材料。优选地，磁体274a和274b中的每一个为基本相同的形状和尺寸，并且进一步地磁体276a和276b为基本相同的形状和尺寸。优选地，每个磁体274具有比内磁体276中任一个小的体积。在一些实施例中，外磁体274由第一磁性材料制成，而内磁体276由不同的第二材料制成，使得第一材料以与先前讨论的材料102关于材料104的性能相似的方式具有与第二材料相关的性能。

图6B是根据本发明的另一实施例的马达310的一部分的截面图。马达310包括转子360，转子360由定子320支承且位于定子320内。图6B示出了位于定子320的叠片组件322内的腔室，应当理解的是，这些腔室适配为且配置为容纳用于提供三相功率的导体组件。

转子360的叠片组件362限定多个腔室362.74和362.76，这些腔室制造到叠片组件的每个板内且延伸转子360的纵向长度。在一些实施例中，腔室362.74和362.76各自为单个连续腔室，并且还优选地具有适于作为未填充空间的位于中央的区域。

外对永磁体374a和374b设置在它们相应的腔室内。内对376a和376b设置在它们相应的腔室内。优选地，磁体接收在它们相应的腔室内，使得在位于磁体的每一侧上的腔室中存在敞开空间，该敞开空间在一些实施例中未填充而在其他实施例中填充有塑料材料。优选地，磁体374a和374b中的每一个为基本相同的形状和尺寸，并且进一步地磁体376a和376b为基本相同的形状和尺寸。优选地，每个磁体374具有比内磁体376中任一个小的体积。在一些实施例中，外磁体374由第一磁性材料制成，而内磁体376由不同的第二材料制成，使得第一材料以与先前讨论的材料102相对于材料104的性能相似的方式具有与第二材料相关的性能。

图6C是根据本发明的另一实施例的马达410的一部分的截面图。马达410包括转子460，转子460由定子420可旋转地支承且位于定子420内。图6C示出了位于定子420的叠片组件422内的腔室，应当理解的是，这些腔室适配为且配置为容纳用于提供三相功率的导体组件。

转子460的叠片组件462限定多个腔室462.74和462.76，这些腔室制造到叠片组件的每个板内且延伸转子460的纵向长度。在一些实施例中，腔室462.74和462.76各自为单个连续腔室，并且还优选地分别包括位于中央的永磁体474c和476c。

多个外永磁体474a、474b和474c设置在它们在腔室462.74中的相应部分内。多个内永磁体476a、476b和476c设置在它们在腔室462.76中的相应部分内。优选地，磁体接收在它们相应的腔室内，使得在位于磁体的每一侧上的腔室中存在敞开空间，该敞开空间在一些实施例中未填充而在其他实施例中填充有塑料材料。优选地，磁体474a、474b和474c中的每一个为基本相同的形状和尺寸，并且进一步地磁体476a、476b和476c为基本相同的形状和尺寸，但是还构思的是位于中央的磁体474c和476c可以为与位于它们的组内的其他磁体不同的尺寸和构型。优选地，每个磁体474具有比内磁体476中任一个小的体积。在一些实施例中，外磁体474由第一磁性材料制成，而内磁体476由不同的第二材料制成，使得第一材料以与先前讨论的材料102相对于材料104的性能相似的方式具有与第二材料相关的性能。

图6D是根据本发明的另一实施例的马达510的一部分的截面图。马达510包括转子560，转子560由定子520可旋转地支承且位于定子520内。图6D示出了位于定子520的叠片组件522内的腔室，应当理解的是，这些腔室适配为且配置为容纳用于提供三相功率的导体组件。

转子560的叠片组件562限定多个腔室562.74a、562.74b、562.76a和562.76b，这些腔室制造到叠片组件的每个板内且延伸转子560的纵向长度。这些腔室优选地布置为使得叠片材料的分隔壁设置在相应的腔室562.74a与562.74b之间，并且也在腔室562.76a与562.76b之间。

外对永磁体574a和574c1设置在它们的腔室内，另一对磁体574b和574c2设置在它们的腔室内。内对576a和576c1设置在它们的腔室内，而576b和576c2设置在它们的腔室内。优选地，磁体接收在它们相应的腔室内，使得在位于磁体的每一侧上的腔室中存在敞开空间，该敞开空间在一些实施例中未填充而在其他实施例中填充有塑料材料。在一些实施例中，位于中央的磁体574c1和574c2设置在中央分隔壁的任一侧上，并且位于中央的磁体576c1和576c2设置在分隔壁的任一侧上。

优选地，磁体574a和574b中的每一个为基本相同的形状和尺寸，并且进一步地磁体576a和576b为基本相同的形状和尺寸。在一些实施例中，磁体574c1和574c2为相同的尺寸，并且，磁体574c1和574c2的每一个小于中央磁体576c1和576c2（也具有相同尺寸）。在一些实施例中，外磁体574由第一磁性材料制成，而内磁体576由不同的第二材料制成，使得第一材料以与先前讨论的材料102相对于材料104的性能相似的方式具有与第二材料相关的性能。

图6E是根据本发明的另一实施例的马达610的一部分的截面图。马达610包括转子660，转子660由定子620支承且位于定子620内。图6E示出了位于定子620的叠片组件622内的腔室，应当理解的是，这些腔室适配为且配置为容纳用于提供三相功率的导体组件。

转子660的叠片组件662限定多个腔室662.74和662.76，这些腔室制造到叠片组件的每个板内且延伸转子660的纵向长度。在一些实施例中，腔室662.74和662.76各自为单个连续腔室，并且还优选地具有适于与永磁体一起使用的位于中央的区域。

外永磁体674c设置在其相应的腔室内。内磁体676c设置在其相应的腔室内。优选地，磁体接收在它们相应的腔室内，使得在位于磁体的每一侧上的腔室中存在敞开空间，该敞开空间在一些实施例中未填充而在其他实施例中填充有塑料材料。优选地，磁体674c具有比内磁体676c小的体积。在一些实施例中，外磁体674c由第一磁性材料制成，而内磁体676c由不同的第二材料制成，使得第一材料以与先前讨论的材料102相对于于材料104的性能相似的方式具有与第二材料相关的性能。

图11、图12和图13描绘了在包括内部永磁体（IPM）电机和电马达的表面永磁体（SPM）转子中使用的永磁体的各个方面。

如前面讨论的，存在与在IPM和SPM电机中的永磁体的选择和构型相关的权衡。作为一个示例，提供在升高温度下的改进的磁通密度水平和/或矫顽力的材料能够比具有较低温度下的相似性能的材料昂贵。另外，一些材料（例如镝）具有较少的商业来源，这通常导致提高的价格和/或不规则的可得性。

在本发明的一些实施例中，不同成分的稀土材料被组合为在单势垒永磁体转子中使用的一件式磁体。在一些实施例中，一体式磁体包括已经接合或加工为单一件的明显不同的材料。在又一实施例中，永磁体在特定选定的区域中被掺杂（例如，包括镝的那些），其中掺杂的材料随后被加工为基体材料，以便提供具有可变成分的单件式磁体。根据本发明的一些实施例的永磁体具有在单个磁体内的多于一个的不同的B-h曲线，使得在磁体的不同区域中存在不同水平的磁通密度（B）和矫顽力（h）。

在一些实施例中，磁体的各个区域被单独形成并且随后物理接合。这种物理接合能够通过多种方法，包括使用粘结剂、紧固件和通过接合固定件。在又一实施例中，多级磁体材料在对磁体材料的加工期间接合到一起。例如，不同层的磁性粉末能够被置于模具内，每层含有不同成分的材料。分层的粉末随后能够被压缩以形成具有不同区域的一件式固态磁体。在又一实施例中，磁体能够通过常规的方法生产，并且随后磁体的部分能够涂布各种掺杂材料（例如，包括镝的那些）。这些掺杂区域随后被加工以使掺杂材料扩散到磁体材料内。

图11A、图11B、图11C和图11F分别示出了永磁体874、974、1074和774的各种构型，其中不同永磁体材料的两个区域（x78-1和x78-2）形成为单一的、一体式磁体。在所有这些示例中，两种不同的磁性材料标记为以-1代表较低磁通密度的材料，并且以-2代表较高磁体密度的材料。还理解的是，-1标记能够代表具有较低矫顽力的材料，而-2材料能够代表具有较高矫顽力的不同材料。在这些示例中，在两种不同材料区域之间存在明显的分隔线。作为示例，该分隔线能够代表介于不同磁性粉末层之间的粘结剂层或分隔区。

图11A示出了磁体874的四个正交布置图，磁体874具有设置在多级磁体878的角部上的较高磁通密度材料的区域878-2。在一些实施例中，在区域878-1与872-2之间的分隔线通常对应于其中磁体874被使用的转子的恒定半径。当安装时，较高磁通密度的区域878-2大致平行于转子的轴线延伸。

图11B示出了与磁体874相似构造的磁体974，除了在区域978-2与978-1之间的分隔线大致正交于外部边界。磁体974的构型能够在其中-2和-1层的材料被布置在模具中且随后被迫压且加热为最终形状的那些应用中为有用的。图11F示出了与磁体974相似构造的磁体774，除了在-2与-1材料之间的分隔线布置为在安装时使-2材料的纵向表面布置为大致面对定子。诸如磁体774之类的构型可以在SPM应用中为有用的。

图11C描绘了多级磁体1074，其中在-2与-1材料之间的分隔区定向为使得所安装的磁体1074的磁通密度水平沿着转子轴线的长度变化。

图11D和图11E示意性表示通过扩散工艺制造的多级磁体1174。图11D示出了均匀材料1178′-1的磁体。材料1178′-3的覆层布置为绕磁体1174′的一个端部。这种-3材料能够为包括镝水平的材料，其中镝水平比-1材料内的水平高。在适当的扩散工艺（例如，包括升高的温度或压力）之后，-3掺杂材料分布在磁体1178的端部内以形成区域1178-2，区域1178-2具有比未掺杂区域1178-1高的磁通密度水平。在一些实施例中，期望的是所完成的磁体1174的磁通密度水平将从左向右（参照图11E的中央侧视图）均匀变化。图11G和图11H描绘了与磁体1174的构型相似的磁体1274的构型，除了掺杂材料1278′-3沿着磁体1274的边缘（其大致平行于转子的轴线）设置。

图12示出了布置在马达710的转子760上的单个势垒中的一对永磁体774a和774b。

图13示出了布置在马达710的转子760上的单个势垒中的一对永磁体874a和874b。

本发明的不同实施例的各方面在以下X1和X2段落部分中阐述：

X1.本发明的一个方面涉及一种内马达，包括：定子；以及转子，所述转子具有外径并且被能旋转地设置于所述定子内。所述转子包括多个永磁体对，每对所述永磁体对的每个磁体具有第一区域和第二区域。所述第一区域的材料在第一磁通密度和预定温度下具有第一退磁拐点，所述第二区域的材料在第二磁通密度和相同的预定温度下具有第二退磁拐点。优选地，所述第一磁通密度小于所述第二磁通密度。

X2.本发明的另一个方面涉及一种马达，包括：定子，所述定子包括靠近内径的能够承载预定电流的多个电导体。所述马达优选包括转子，所述转子具有外径并且被能旋转地设置于所述定子的内径内，所述转子包括多个永磁体对，每对所述永磁体对的每个磁体具有包括第一材料的第一区域和包括第二材料的第二区域。所述马达优选包括在预定定子电流下具有第一磁通密度的第一区域以及在相同的预定定子电流下具有第二磁通密度的第二区域。优选地，所述第一材料在预定温度下具有第一退磁磁通密度，所述第二材料在所述预定温度下具有第二退磁磁通密度，所述第一磁通密度小于所述第二退磁磁通密度，所述第二磁通密度大于所述第二退磁磁通密度。

而其它实施例涉及前述X1和X2陈述中的任何一个，其与以下其它特征中的一个或多个结合。

其中，所述第一区域包括第一数量的稀土，所述第二区域包括第二数量的稀土，所述第一数量大于所述第二数量。

其中，所述稀土是钕或镝。

其中，所述第一区域被稀土掺杂，而所述第二区域不被稀土掺杂；和/或所述掺杂稀土扩散进入所述第一区域。

其中，每对所述永磁体对的每个磁体均是整体的；和/或每个所述磁体的第一区域和每个所述磁体的第二区域被分开制成且被接合成整体结构；和/或所述第一区域和所述第二区域是通过粘结剂接合；和/或所述第一区域和所述第二区域是通过机械紧固件接合；和/或所述第一区域和所述第二区域是通过接合固定件接合。

其中，所述转子包括多个沿周缘间隔开的腔室，所述腔室具有大致V形的一对腿部，其中每对所述永磁体对的磁体位于不同腿部上；所述转子包括多个径向延伸的中心线，相应的所述磁体对的每个磁体被关于相应的中心线相对于另一永磁体对称地放置。

其中，每对所述永磁体对是关于相应的中心线对称地放置的仅有的永磁体对。

其中，每个所述磁体的第一区域的一部分距离所述中心线的位置比每个所述磁体的第二区域距离所述中心线的位置远。

其中，所述第一区域的一部分距离外径的位置比所述第二区域距离外径的位置近。

其中，所述第一磁通密度和所述第二磁通密度均大于所述第一退磁磁通密度。

其中，所述第一磁通密度是表面磁通密度的法向分量。

其中，所述预定电流是所述马达的最大峰值电流等级；和/或所述预定温度大致小于或等于所述马达的最大连续温度等级。

其中，所述转子包括多个径向延伸的中心线，相应的所述永磁体对的每个磁体被关于相应的中心线设置为所述永磁体对的另一磁体的镜像。

其中，每对所述永磁体对是关于相应的中心线对称地放置的仅有的永磁体对。

其中，每个所述磁体的第一区域的一部分距离所述中心线的位置比每个所述磁体的第二区域距离所述中心线的位置远。

其中，所述第一区域的一部分距离外径的位置比所述第二区域距离外径的位置近。其中，所述第二区域的一部分距离外径的位置比所述第一区域距离外径的位置近。

尽管已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本发明，但是这些在性质上应当视为说明性的而非限制性的，应当理解的是，仅仅某些实施例已经被示出和描述并且在本发明的范围内的所有变化和修改也期望受到保护。

Claims (37)

1.一种内部永磁体马达，包括：

定子，所述定子包括多个电导体；以及

转子，所述转子具有外径并且被能旋转地设置于所述定子内，所述转子包括多个永磁体对，每对所述永磁体对的每个磁体具有第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域具有不同的磁材料性能；

其中，所述第一区域在第一磁通密度和预定温度下具有第一退磁拐点，所述第二区域在第二磁通密度和相同的预定温度下具有第二退磁拐点，所述第一磁通密度小于所述第二磁通密度。

2.根据权利要求1所述的马达，其中，所述第一区域包括第一数量的稀土，所述第二区域包括第二数量的稀土，所述第一数量大于所述第二数量。

3.根据权利要求2所述的马达，其中，所述稀土是钕。

4.根据权利要求2所述的马达，其中，所述稀土是镝。

5.根据权利要求1所述的马达，其中，所述第一区域被稀土掺杂，而所述第二区域不被稀土掺杂。

6.根据权利要求5所述的马达，其中，所述掺杂稀土扩散进入所述第一区域。

7.根据权利要求5所述的马达，其中，所述稀土是钕。

8.根据权利要求5所述的马达，其中，所述稀土是镝。

9.根据权利要求1所述的马达，其中，每对所述永磁体对的每个磁体均是整体的。

10.根据权利要求9所述的马达，其中，每个所述磁体的第一区域和每个所述磁体的第二区域被分开制成且被接合成整体结构。

11.根据权利要求10所述的马达，其中，所述第一区域和所述第二区域是通过粘结剂接合。

12.根据权利要求10所述的马达，其中，所述第一区域和所述第二区域是通过机械紧固件接合。

13.根据权利要求10所述的马达，其中，所述第一区域和所述第二区域是通过接合固定件接合。

14.根据权利要求1所述的马达，其中，所述转子包括多个沿周缘间隔开的腔室，所述腔室具有大致V形的一对腿部，其中每对所述永磁体对的磁体位于相应的所述腔室的不同腿部上。

15.根据权利要求1所述的马达，其中，所述转子包括多个径向延伸的中心线，相应的所述磁体对的每个磁体关于相应的中心线相对于另一永磁体对称地放置。

16.根据权利要求15所述的马达，其中，每对所述永磁体对是关于相应的中心线对称地放置的仅有的永磁体对。

17.根据权利要求15所述的马达，其中，每个所述磁体的第一区域的一部分距离所述中心线的位置比每个所述磁体的第二区域距离所述中心线的位置远。

18.根据权利要求1所述的马达，其中，所述第一区域的一部分距离外径的位置比所述第二区域距离外径的位置近。

19.一种内部永磁体马达，包括：

定子，所述定子包括靠近内径的能够承载预定电流的多个电导体；以及

转子，所述转子具有外径并且被能旋转地设置于所述定子的内径内，所述转子包括多个永磁体对，每对所述永磁体对的每个磁体具有包括第一材料的第一区域和包括第二材料的第二区域；

其中，所述第一区域在预定定子电流下具有第一磁通密度，所述第二区域在相同的预定定子电流下具有第二磁通密度；

所述第一材料在预定温度下具有第一退磁磁通密度，所述第二材料在所述预定温度下具有第二退磁磁通密度，所述第一退磁磁通密度小于所述第二退磁磁通密度；以及

所述第一磁通密度小于所述第二退磁磁通密度，所述第二磁通密度大于所述第二退磁磁通密度。

20.根据权利要求19所述的马达，其中，所述第一磁通密度和所述第二磁通密度均大于所述第一退磁磁通密度。

21.根据权利要求19所述的马达，其中，所述第一磁通密度是表面磁通密度的法向分量。

22.根据权利要求19所述的马达，其中，所述预定电流是所述马达的最大峰值电流等级。

23.根据权利要求22所述的马达，其中，所述预定温度大致小于或等于所述马达的最大连续温度等级。

24.根据权利要求19所述的马达，其中，所述第一材料包括不包括在所述第二材料中的至少一种稀土材料。

25.根据权利要求19所述的马达，其中，所述第一区域包括第一数量的镝，所述第二区域包括第二数量的镝，所述第一数量大于所述第二数量。

26.根据权利要求19所述的马达，其中，所述第一区域被稀土掺杂，而所述第二区域不被稀土掺杂。

27.根据权利要求26所述的马达，其中，所述掺杂稀土扩散进入所述第一区域。

28.根据权利要求19所述的马达，其中，每对所述永磁体对的每个磁体均是整体的。

29.根据权利要求28所述的马达，其中，每个所述磁体的第一区域和每个所述磁体的第二区域被分开制成且被接合成整体结构。

30.根据权利要求19所述的马达，其中，所述转子包括多个沿周缘间隔开的腔室，所述腔室具有一对腿部，其中每对所述永磁体对的磁体位于相应的所述腔室的不同腿部上。

31.根据权利要求19所述的马达，其中，所述转子包括多个径向延伸的中心线，相应的所述永磁体对的每个磁体关于相应的中心线设置为所述永磁体对的另一磁体的镜像。

32.根据权利要求31所述的马达，其中，每对所述永磁体对是关于相应的中心线对称地放置的仅有的永磁体对。

33.根据权利要求31所述的马达，其中，每对所述永磁体对是关于所述相应的中心线对称地放置的第一永磁体对，所述马达还包括第二多个永磁体对，每对所述第二永磁体对关于所述中心线对称地放置。

34.根据权利要求31所述的马达，其中，每个所述磁体的第一区域的一部分距离所述中心线的位置比每个所述磁体的第二区域距离所述中心线的位置远。

35.根据权利要求31所述的马达，其中，每个所述磁体的第二区域的一部分距离所述中心线的位置比每个所述磁体的第一区域距离所述中心线的位置远。

36.根据权利要求19所述的马达，其中，所述第一区域的一部分距离外径的位置比所述第二区域距离外径的位置近。

37.根据权利要求19所述的马达，其中，所述第二区域的一部分距离外径的位置比所述第一区域距离外径的位置近。

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