CN104038006A - 具有混合稀土磁体和铁氧体磁体的转子的内置式永磁体电机 - Google Patents

Abstract

一种用于内置式永磁体电机的转子芯部，包括至少一个铁氧体磁极和至少一个稀土磁极，其绕轴线以交替关系径向地布置。铁氧体磁极限定多个第一磁极腔体，且稀土磁极限定多个第二磁极腔体。在铁氧体磁极的第一磁极腔体中的每一个内布置多个铁氧体磁体中的一个，且在稀土磁极的第二磁极腔体中的每一个布置内多个稀土磁体中的一个。

Description

具有混合稀土磁体和铁氧体磁体的转子的内置式永磁体电机

技术领域

本发明大体涉及一种内置式永磁体电机，且更具体地涉及一种用于内置式永磁体电机的转子组件。

背景技术

内置式永磁体（IPM）电机包括转子，该转子具有绕转子的外周边布置的交替极性的多个磁体。该转子可在定子内旋转，该定子包括多个绕组。该转子与定子磁性相互作用以产生转子绕旋转轴线的旋转。IPM电机可以在转子中使用铁氧体磁体或稀土磁体，譬如NdFeB。铁氧体磁体较便宜，但是在用于相同配置的IPM电机时与稀土磁体相比产生较低的性能。

发明内容

一种内置式永磁体电机包括绕线定子和转子芯部。转子芯部包括铁氧体磁极和稀土磁极。铁氧体磁极限定多个第一磁极腔体，且稀土磁极限定多个第二磁极腔体。转子芯部与绕线定子磁性地相互作用以中心绕旋转轴线旋转。内置式永磁体电机还包括多个铁氧体磁体和多个稀土磁体。在铁氧体磁极的第一磁极腔体中的每一个内布置多个铁氧体磁体中的一个，且在稀土磁极的第二磁极腔体中的每一个内布置多个稀土磁体中的一个。

还提供了一种用于内置式永磁体电机的转子组件。转子组件包括绕中心旋转轴线同心地布置的转子芯部。转子组件包括多个铁氧体磁极和多个稀土磁极。多个铁氧体磁极的每一个限定多个第一磁极腔体，且多个稀土磁极的每一个限定多个第二磁极腔体。转子组件还包括多个铁氧体磁体和多个稀土磁体。在铁氧体磁极的第一磁极腔体中的每一个内布置多个铁氧体磁体中的一个，且在稀土磁极的第二磁极腔体中的每一个内布置多个稀土磁体中的一个。所述铁氧体磁极的多个铁氧体磁体被布置为相对于中心旋转轴线从彼此径向地间隔开的多个排。多个第一磁极腔体和铁氧体磁极中的多个铁氧体磁体的每一个包括垂直于中心旋转轴线的横截面，其限定具有弧形中心的弧形形状。铁氧体磁极的多个铁氧体磁体的每一个的弧形中心定位为相对彼此同心。稀土磁极的多个稀土磁体的每一个包括垂直于中心旋转轴线的横截面，其限定矩形形状。稀土磁极的多个稀土磁体布置为多个层。稀土磁极的每一层稀土磁体垂直于中心旋转轴线限定凹形V字形状。

因此，转子组件包括铁氧体磁体和稀土磁体两者，其布置在交替磁极中，其配置被特别设计以最小化稀土磁体的体积，同时保持相当的全稀土磁体转子组件的性能。最小化在转子组件中使用的稀土磁体的体积降低了制造转子组件的成本（与全稀土磁体转子组件相比），而没有显著性能损失。

当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些最佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。

附图说明

图1是内置式永磁体电机的示意性横截面视图；

图2是内置式永磁体电机的示意性部分横截面放大视图；

具体实施方式

本领域技术人员将会理解诸如“上方”、“下方”、“上”、“下”、“顶部”、“底部”等术语被用于描述附图，且并不对本发明范围有任何限制，本发明的范围由所附权利要求限定。

参考附图，其中在多个视图中相同的标号指示相同的部件，内置式永磁体电机大体在20处示出。IPM电机20可以包括但并不局限于电动机或其他类似设备。

参考图1，IPM电机20包括绕线定子22和转子组件24。转子组件24与绕线定子22磁性地相互作用以绕中心旋转轴线26相对于绕线定子22旋转。转子组件24包括转子芯部28。中心旋转轴线26被布置在转子芯部28的中心处。转子芯部28包括至少一个铁氧体磁极30和至少一个稀土磁极32。优选地，转子组件24包括多个铁氧体磁极30和多个稀土磁极32。铁氧体磁极30的数量等于稀土磁极32的数量。铁氧体磁极30和稀土磁极32绕中心旋转轴线26以交替关系径向地布置。当转子组件24包括多个铁氧体磁极30和多个稀土磁极32时，每一个铁氧体磁极30被周向地布置在两个稀土磁极32之间，且每一个稀土磁极32被周向地布置在两个稀土磁极30之间。图1示出了具有总共12个磁极的IPM电机，包括6个铁氧体磁极30和6个稀土磁极32。然而，应理解IPM电机20的磁极的总数可以与图1中所示的示例性实施例不同。

参考图2，每一个铁氧体磁极30包括第一磁极轴线34，其从中心旋转轴线26径向地向外延伸穿过每一个相应铁氧体磁极30的中心。每一个铁氧体磁极30限定多个第一磁极腔体36。

每个铁氧体磁极30在其中包括相同数量且以相同的取向布置的第一磁极腔体36。第一磁极腔体36三维地延伸到转子芯部28中。第一磁极腔体36可包括切口，槽等。转子组件24还包括多个铁氧体磁体38，其中第一磁极腔体36中的每一个中布置有多个铁氧体磁体38中的一个。应理解，铁氧体磁体38和第一磁极腔体36包括垂直于中心旋转轴线26的基本对应的横截面形状。铁氧体磁体38可完全填充第一磁极腔体36，或可在每个铁氧体磁体38和它们的相应第一磁极腔体之间留有一个或多个空气隙。绕线定子22包括多个绕组40，其与布置在转子芯部30的第一磁极腔体36中的铁氧体磁体38磁性地相互作用以产生扭矩，使得转子芯部28绕中心旋转轴线26相对于绕线定子22旋转。

铁氧体磁体38和第一磁极腔体36的形状和取向在下文参考图2详细地描述。尽管在此处的描述被限制到图2中所示的仅单个铁氧体磁极30，应理解铁氧体磁体38（多个）及它们相应第一磁极腔体36的形状和取向与此处参考图2中所示的单个铁氧体磁体38所描述的取向相同。

第一磁极腔体36和布置在其中的它们相应的铁氧体磁体38的每一个包括垂直于中心旋转轴线26的横截面，其限定具有弧形中心的弧形形状。每一个铁氧体磁极30的磁体优选被关于其相应的第一磁极轴线34对称地布置，使得每一个铁氧体磁体38的弧形中心彼此同心，即每一个铁氧体磁极30的每一个铁氧体磁体38的弧形中心共享相同的径向中心位置42。

每一个铁氧体磁极30的第一磁极腔体36被布置为相对于中心旋转轴线26径向间隔开的一排或多排。每一排从其他排径向地间隔开。如图所示，每一个铁氧体磁极30的第一磁极腔体36限定三排，即第一排44或相对于中心旋转轴线26的径向最外侧排，第二排46或径向中间排，以及第三排48或相对于旋转轴线26的径向最内侧排。因此，第三排48被间隔开为比第二排46更靠近中心旋转轴线26，且第二排46被间隔开为比第一排44更靠近中心旋转轴线26。然而，应理解每一个铁氧体磁极30的第一磁极腔体36可以仅限定单排，或可以限定多于所示的三排。此外，每一排可以在其中包括任意数量的第一磁极腔体36。如所示，第一排44包括两个第一磁极腔体36，第二排46包括三个第一磁极腔体36，且第三排48包括三个第一磁极腔体36。然而，每排中的第一磁极腔体36的数量可以不同于所示的示例性实施例。

第一排44的每个铁氧体磁体38包括第一半径50，第二排46的每个铁氧体磁体38包括第二半径52，以及第三排48的每个铁氧体磁体38包括第三半径54。第三半径54大于第二半径52，且第二半径52大于第一半径50。优选地，第一半径50、第二半径52和第三半径54每一个包括在8mm和25mm范围内的值。然而，应理解第一半径50、第二半径52和第三半径54的值可以不同于此处所提供的示例性范围。

每个铁氧体磁极30的铁氧体磁体38的每一层包括厚度。如图2所示，铁氧体磁体38的第一排44包括第一厚度56，铁氧体磁体38的第二排46包括第二厚度58，以及铁氧体磁体38的第三排48包括第三厚度60。因此，每一排中的每个铁氧体磁体38包括相同厚度，但是在每个不同排中的铁氧体磁体38的厚度可不同。如所示，在每一排铁氧体磁体38中的铁氧体磁体38的厚度随着从中心旋转轴线26的径向距离的增大而减小。因此，铁氧体磁体38的第一排44的第一厚度56小于铁氧体磁体38的第二排46的第二厚度58，且铁氧体磁体38的第二排46的第二厚度58小于铁氧体磁体38的第三排48的第三厚度60。优选地，铁氧体磁体38的第一排44的第一厚度56，铁氧体磁体38的第二排46的第二厚度58，以及铁氧体磁体38的第三排48的第三厚度60在2mm到5mm的范围内。然而，应理解第一厚度56、第二厚度58和第三厚度60的值可以不同于此处所提供的示例性范围。

每一个稀土磁极32包括第二磁极轴线62，其从中心旋转轴线26径向地向外延伸穿过每一个相应稀土磁极32的中心。每一个稀土磁极32限定多个第二磁极腔体64。

每个稀土磁极32在其中包括相同数量且以相同的取向布置的第二磁极腔室64。第二磁极腔体64三维地延伸到转子芯部28中。第二磁极腔体64可包括切口，槽等。转子组件24还包括多个稀土磁体66，其中第二磁极腔体64中的每一个中布置有多个稀土磁体66中的一个。应理解，稀土磁体66和第二磁极腔体64包括垂直于中心旋转轴线26的基本对应的横截面形状。稀土磁体66可完全填充第二磁极腔体64，或可在每个稀土磁体66和它们相应的第二磁极腔体64之间留有一个或多个空气隙。绕线定子22的多个绕组40与布置在转子芯部32的第二磁极腔体64中的稀土磁体66磁性地相互作用以产生扭矩，使得转子芯部28绕中心旋转轴线26相对于绕线定子22旋转。

稀土磁体66可以包括任意类型的适用于IPM电机20的稀土磁性材料。例如，每一个稀土磁体66可以由铷铁硼（NdFeB）制造且包括铷铁硼，但并不局限于此。来自其中一个稀土磁极32的强稀土磁体66的磁通增强周向相邻的铁氧体磁极30的磁通，由此降低在相邻铁氧体磁极30中铁氧体磁体38被退磁的可能性。

稀土磁体66和第二磁极腔体64的形状和取向在下文参考图2详细地描述。尽管在此处的描述被限制到图2中所示的仅单个稀土磁极32，应理解稀土磁体66（多个）及它们相应第二磁极腔体64的形状和取向与此处参考图2中所示的单个稀土磁体38所描述的取向相同。

参考图2，第二磁极腔体64和布置在其中的它们相应的稀土磁体66的每一个包括垂直于中心旋转轴线26的横截面，其限定矩形形状。每一个稀土磁极32的稀土磁体66被布置在限定垂直于中心旋转轴线26的凹形V字形状的至少一层中，其中凹形V字形状的顶点68被布置在第二磁极轴线62上。

每一个稀土磁极32的稀土磁体66优选地被布置为关于每一个相应稀土磁极32的第二磁极轴线62对称地布置。每一个稀土磁极32的稀土磁体66被布置为限定稀土磁体66的第一组70，和稀土磁体66的第二组72。稀土磁体66的第一组70布置在第二磁极轴线62的第一侧74上，且稀土磁体66的第二组72布置在第二磁极轴线62的第二侧76上。稀土磁体66的第一组70和稀土磁体66的第二组72优选地跨第二磁极轴线62彼此成镜像。第一组70的稀土磁体66的每一个被完全布置在第二磁极轴线62的第一侧74上。类似地，第二组72的稀土磁体66的每一个被完全布置在第二磁极轴线62的第二侧76上。

如上所述，稀土磁极32的第二磁极腔体64被布置为一层或更多层。如果每个稀土磁极32的第二磁极腔体64被布置为多层，则这些层被布置为相对于中心旋转轴线26从彼此径向间隔开。如图所示，每一个稀土磁极32的第二磁极腔体64被布置为限定两层，即第一层78或相对于中心旋转轴线26的径向最外侧层，以及第二层80或相对于旋转轴线26的径向最内侧层。因此，第一层78被布置为径向相距中心旋转轴线26比第二层80更远。应理解第二磁极腔体64可以仅限定单层，或可以限定多于所示的两层。此外，每一层可以在其中包括任意数量的第二磁极腔体64。如所示，第一层78包括两个第二磁极腔体64，且第二层80包括两个第二磁极腔体64。然而，每个稀土磁极32的每层中的第二磁极腔体64的数量可以不同于所示的示例性实施例。

每个稀土磁极32的稀土磁体66的每层包括厚度。如图2所示，第一层78包括第一厚度82，且第二层80包括第二厚度84。因此，同一层中的每个磁体包括相同厚度。每层中磁体的厚度是不同的。如所示，在每层磁体中的磁体的厚度随着距中心旋转轴线26的径向距离的增大而减小。因此，磁体的第一层78的第一厚度82小于磁体的第二层80的第二厚度84。优选地，稀土磁体66的第一层78的第一厚度82和稀土磁体66的第二层80的第二厚度84在2mm到5mm的范围内。然而，应理解稀土磁体66的第一层78的第一厚度82和稀土磁体66的第二层80的第二厚度84的值可以不同于此处所提供的示例性范围。

详细的说明书和附图支持和描述了本发明，但是本发明的范围仅受到权利要求的限定。尽管用于执行本发明的一些最佳模式和其他实施例已经详细地描述，存在用于实施所附权利要求中限定的本发明的各种替代设计和实施例。

Claims (11)

1.一种内置式永磁体电机，包括：

绕线定子；

转子芯部，包括限定多个第一磁极腔体的铁氧体磁极，和限定多个第二磁极腔体的稀土磁极，其中转子芯部与绕线定子磁性地相互作用，用于绕中心旋转轴线旋转；

多个铁氧体磁体，其中在铁氧体磁极的每个第一磁极腔体中布置有多个铁氧体磁体中的一个；

多个稀土磁体，其中在稀土磁极的每个第二磁极腔体中布置有多个稀土磁体中的一个。

2.如权利要求1所述的内置式永磁体电机，其中所述铁氧体磁极中的多个铁氧体磁体的每一个包括垂直于中心旋转轴线的横截面，该横截面限定具有弧形中心的弧形形状。

3.如权利要求2所述的内置式永磁体电机，其中所述铁氧体磁极的多个铁氧体磁体的每一个的弧形中心彼此同心。

4.如权利要求3所述的内置式永磁体电机，其中所述铁氧体磁极的多个铁氧体磁体被布置为相对于中心旋转轴线从彼此径向地间隔开的多个排。

5.如权利要求4所述的内置式永磁体电机，其中所述铁氧体磁体的多个排包括第一排、第二排和第三排，其中第三排被间隔开为比第二排更靠近中心旋转轴线，且第二排被间隔开为比第一排更靠近中心旋转轴线。

6.如权利要求5所述的内置式永磁体电机，其中铁氧体磁极中的铁氧体磁体的第一排、第二排和第三排的每一个限定不同的厚度。

7.如权利要求6所述的内置式永磁体电机，其中在铁氧体磁体的第一排、第二排和第三排的每一个中的铁氧体磁体的厚度随着与中心旋转轴线的径向距离的增大而减小。

8.如权利要求1所述的内置式永磁体电机，其中所述稀土磁极的多个稀土磁体的每一个包括垂直于中心旋转轴线的横截面，该横截面限定矩形形状。

9.如权利要求8所述的内置式永磁体电机，其中所述稀土磁极的稀土磁体被布置为关于第二磁极轴线限定布置在第二磁极轴线的第一侧上的第一组稀土磁体，和布置在稀土磁极轴线的第二侧上的第二组稀土磁体。

10.如权利要求9所述的内置式永磁体电机，其中第一组稀土磁极和第二组稀土磁极跨第二磁极轴线彼此成镜像。

11.如权利要求10所述的内置式永磁体电机，其中稀土磁极的多个稀土磁体被布置为垂直于中心旋转轴线限定凹形V字形状的至少一层，其中凹形V字形状的顶点被布置在第二磁极轴线上。