CN107925282B - 永磁同步电动机 - Google Patents

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Abstract

一种永磁同步电动机，其包括：定子；转子，其可相对于所述定子旋转；以及磁性结构，其具有彼此按磁性串联布置的低矫顽力磁体和高矫顽力磁体，以限定所述永磁同步电动机的磁极对。可通过定子电流脉冲来改变所述低矫顽力磁体的磁化水平，使得额定电流下的定子磁动势等于或大于使所述低矫顽力磁体完全磁化的磁场强度与所述低矫顽力磁体的厚度的乘积。

Description

永磁同步电动机
技术领域
本发明总体而言涉及一种永磁同步电动机。更具体而言，本发明涉及具有可变永磁(PM)磁化特性的永磁同步电动机。
背景技术
电动车辆和混合动力电动车辆(HEV)包括作为车辆的驱动源运转的电动机。在纯电动车辆中，电动机作为唯一的驱动源运转。另一方面，如本领域已知的，HEV包括根据情况而作为车辆的驱动源运转的电动机和常规内燃机。
如本领域所理解的，电动车辆和HEV可以采用具有可变PM磁化特性的电动机。例如，可以增加电动机的PM磁化水平以增加由该电动机产生的扭矩。因此，当驾驶员试图加速车辆以例如超过另一车辆时，电动机控制系统可以通过施加脉冲电流来改变磁化水平，以增大电动机的扭矩输出，并由此增加车辆速度。
在现有技术中已知，电动机包括转子，其中该转子具有彼此按磁性串联地布置的低矫顽力磁体和高矫顽力磁体(例如，参见日本未审查专利申请公开NO.2008-162201)。对于该电动机，可以根据该电动机的运转状态来改变低矫顽力磁体的磁化水平，以提高电动机效率。
发明内容
对于该电动机，通过将低矫顽力磁体和高矫顽力磁体按磁性彼此串联地布置，可以减小完全磁化所需的定子电流。但是，对于该电动机，可实现的磁化水平的范围不足以显着提高电动机效率。例如，对于该电动机，难以降低在高速低扭矩运转时的铁损。
一个目的是提供适当提高电动机效率的永磁同步电动机。
考虑到已知技术的状态，永磁同步电动机的一个方面包括：定子；转子，其能够相对于所述定子旋转；以及磁性结构，其具有彼此按磁性串联布置的低矫顽力磁体和高矫顽力磁体，以限定所述永磁同步电动机的磁极对。可通过定子电流脉冲来改变所述低矫顽力磁体的磁化水平；以及额定电流下的定子磁动势等于或大于使所述低矫顽力磁体完全磁化的磁场强度与所述低矫顽力磁体的厚度的乘积。
附图说明
现在参照形成该原始公开的一部分的附图：
图1是根据第一实施例的永磁同步电动机的局部剖视图；
图2A是形成永磁同步电动机的磁极的磁性结构的示意图；
图2B是示出低矫顽力磁体的B-H曲线与基于永磁同步电动机的等效磁路而获得的磁导曲线之间关系的曲线图；
图3是示出定子磁动势与相对于磁性结构的总厚度具有不同厚度比的低矫顽力磁体的磁化水平之间关系的曲线图；
图4是示出具有永磁同步电动机的NT特性的永磁同步电动机的电动机效率的等值线图；
图5是示出根据第二实施例的永磁同步电动机的电流、定子磁链和电压的相对相位的矢量图；以及
图6是示出根据第三实施例的定子磁动势的空间分布与永磁同步电动机的磁体的相对位置之间关系的示图。
具体实施方式
现在将参照附图解释所选择的实施例。本领域技术人员从本公开中将显而易见的是，提供以下实施例的描述仅用于说明，而不是为了限制由所附权利要求及其等同物所限定的本发明的目的。
第一实施例
参照图1，示出了根据第一实施例的永磁同步电动机10，其也可以被称为内置式永磁同步电动机(IPM)。如图1所示，电动机10基本上包括转子12和定子14。电动机10可用于任何类型的电动车辆或HEV，例如汽车、卡车、SUV等，以及本领域所知的任何其他类型的设备。转子12和定子14可由金属或本领域所知的任何其他合适的材料制成。在所示实施例中，如图1所示，电动机10被示出为IPM。然而，电动机10可以是任何其他类型的永磁同步电动机，例如本领域所理解的表面式永磁同步电动机(SPM)。
在所示实施例中，转子12可相对于定子14旋转，并具有转子芯16。电动机10还包括固定地安装到转子芯16的多个(在所示实施例中是六个)磁体18(例如，磁体结构)。转子芯16可相对于定子14围绕电动机10的中心旋转轴O旋转，并且相对于定子14径向向内设置，转子芯16和定子14之间具有气隙20。转子芯16被配置为包括多个磁通屏障24。转子芯16基本上形成为一体式整体构件。在所示实施例中，转子芯16相对于定子14径向向内设置，两者之间具有气隙20。然而，如本领域所理解的，转子芯16可相对于定子14径向向外设置，两者之间具有气隙。在所示实施例中，转子12可以采用本领域已知的常规转子。因此，为了简洁起见，将省略详细的描述。例如，转子12还可以包括表面桥，该表面桥存在为形成每个磁通屏障24的径向向外的边界，其中每个磁通屏蔽24也形成转子12的外周的一部分。
在所示实施例中，定子14相对于电动机10的中心旋转轴O与转子12同心地布置。如上所述，定子14相对于转子12径向向外设置，两者之间具有气隙20。具体地，如图1所示，气隙20存在于转子12的外圆周28和定子14的内圆周30之间，以使得转子12能够围绕中心旋转轴O不受限制地或者基本不受限制地旋转。定子14基本上包括多个定子齿32、多个定子槽34以及可以以任何常规方式配置的其他部件。在所示的实施例中，定子齿32被配置为本领域已知的宽定子齿。然而，定子齿32可以具有任何合适的尺寸，并且定子14可以包括任何数量的定子齿32以实现在此讨论的实施例的可操作性。在该示例中，定子齿32向定子14的内圆周30开口，但是如果需要可以是闭合的。用缠绕在定子齿32上的铜线或铝线插入定子槽34。然而，定子绕组可以由本领域已知的任何合适类型的材料制成。在所示实施例中，定子14可以采用本领域已知的常规定子。因此，为了简洁起见，将省略详细的描述。
在所示实施例中，磁体18围绕转子12的圆周在相邻的一对磁通屏障24之间隔开。如图1所示，磁体18中的每一个都具有高矫顽力磁体40和低矫顽力磁体42，并且以交替的极性限定电动机10的电动机磁极(磁极对)中的每一个。在所示实施例中，六组磁体18周向地放置在六个磁通屏障24之间。然而，磁体18的数量可以相对于磁通屏障24的数量的变化而变化。在所示实施例中，如图1所示，d轴穿过每个磁体18的中心。另一方面，q轴穿过每个磁通屏障24。换句话说，q轴在相邻的一对磁体18之间穿过。然而，磁体18或磁通屏障24可以相对于d轴和q轴放置在任何合适的位置，以实现在此讨论的实施例的可操作性。对于该电动机10，如本领域所理解的，低矫顽力磁体42的磁化水平可以通过施加到定子14的定子电流脉冲而改变。
进一步参照图2A，将解释磁体18中的每一个的磁体配置。如图1和图2A所示，磁体18中的每一个都包括彼此按磁性串联布置以限定电动机10的单个电动机磁极的高矫顽力磁体40和低矫顽力磁体42。具体而言，如图1和图2A所示，低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40在与电动机10的d轴或径向方向平行的厚度方向上相互层叠以限定电动机10的电动机磁极。此外，在所示实施例中，高矫顽力磁体40被设置为比低矫顽力磁体42更靠近定子14与转子12之间的气隙20。如本领域所理解的，这种布置是优选的。但是，如本领域所理解的，可替代地，低矫顽力磁体42可以被设置为比高矫顽力磁体40更靠近定子14与转子12之间的气隙20。
在所示实施例中，高矫顽力磁体40包括NdFeB磁体，而低矫顽力磁体42包括SmCo磁体。然而，高矫顽力磁体40和低矫顽力磁体42可以由本领域所理解的任何合适类型的材料制成。
此外，在所示实施例中，每个磁极对的低矫顽力磁体42的厚度tLow等于或大于每个磁极对的低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40的总厚度tTotal(即，低矫顽力磁体42的厚度tLow和高矫顽力磁体40的厚度tHigh的总和)的70％，如下面的图3所示。更加优选地，每个磁极对的低矫顽力磁体42的厚度tLow等于或大于每个磁极对的低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40的总厚度tTotal(即，低矫顽力磁体42的厚度tLow和高矫顽力磁体40的厚度tHigh的总和)的75％。具体地，在所示实施例中，例如，每个磁极对的低矫顽力磁体42的厚度tLow是每个磁极对的低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40的总厚度tTotal的75％。
在所示实施例中，提供磁体18的上述磁体配置仅用于说明，并且可以采用以参照图2B和图3所解释的以下方式确定的任何其它配置。具体而言，可以通过以下方式来确定所需的定子磁动势和磁体配置(例如，高矫顽力磁体40的厚度tHigh和低矫顽力磁体42的厚度tLow)，以在电流减小的情况下实现期望的磁化状态。
图2B是示出低矫顽力磁体42的B-H曲线与基于电动机10的等效磁路而获得的磁导曲线之间的关系的曲线图。如本领域所理解的，参照图2B，为了使低矫顽力磁体42完全磁化，额定电流下的定子磁动势需要等于或大于使低矫顽力磁体42完全磁化所需的低矫顽力磁体42的厚度tLow与磁场强度103的乘积。具体而言，如图2B所示，磁场强度103是在斜率为磁导系数且穿过完全磁化时的操作点的磁导曲线与斜率为磁导系数且穿过空载时的操作点的磁导曲线之间示出的磁场强度。在这里，如本领域所理解的，例如，额定电流是电动机10在特定条件(例如，不会导致过热或机械过载)下可以承载的定子电流。因此，例如，电动机10的额定电流是预先确定的。
图3示出了曲线图，该曲线图示出定子磁动势(“定子MMF”)与相对于磁性结构的总厚度具有不同厚度比的低矫顽力磁体的磁化水平(“磁化强度”)之间关系，其中每个所述磁性结构都具有低矫顽力磁体和高矫顽力磁体。具体而言，图3示出了定子磁动势与相对于磁性结构的总厚度分别具有厚度比为55％、70％、85％和100％的低矫顽力磁体的磁化水平之间的关系。如本领域所理解的，当低矫顽力磁体的厚度比为100％时，磁性结构仅包括低矫顽力磁体。在所示实施例中，对于具有不同厚度比的低矫顽力磁体，磁性结构的总厚度是恒定的。参照图3，随着低矫顽力磁体的厚度比减小，使低矫顽力磁体完全磁化所需的定子磁动势减小、且额定电流下的最小磁化水平增加。因此，例如，如果磁体18的磁体配置具有磁化特性(例如，磁化特性104)，则可以在减小定子电流的同时实现期望的磁化水平。
如本领域所理解的，使低矫顽力磁体42完全磁化所需的定子磁动势由下面的公式(1)表达：
Figure GDA0001563158000000061
其中，MMF表示额定电流下每个磁极对的定子磁动势或额定电流密度下每个磁极对的定子绕组的可用定子磁动势，HMax表示使低矫顽力磁体42完全磁化的磁场强度，tLow表示低矫顽力磁体42的厚度，JHigh表示高矫顽力磁体40的磁化强度，μ0μrh表示高矫顽力磁体的磁导率，μ0μrl表示低矫顽力磁体的磁导率，tHigh表示高矫顽力磁体40的厚度，JMax表示完全磁化的低矫顽力磁体42的磁化强度，以及tg表示定子14与转子12之间的气隙长度。
此外，如本领域所理解的，获得期望的最小磁化水平所需的定子磁动势由下面的公式(2)表达：
Figure GDA0001563158000000062
其中，MMF表示额定电流下每个磁极的定子磁动势，HMin表示使低矫顽力磁体42退磁到期望水平(例如，期望的最小磁化水平)的磁场强度，tLow表示低矫顽力磁体42的厚度，JHigh表示高矫顽力磁体40的磁化强度，μ0μrh表示高矫顽力磁体的磁导率，μ0μrl表示低矫顽力磁体的磁导率，tHigh表示高矫顽力磁体40的厚度，JMin表示使低矫顽力磁体42退磁到期望水平(例如，期望的最小磁化水平)的低矫顽力磁体42的磁化强度，以及tg表示定子14与转子12之间的气隙长度。
在所示实施例中，定子14、转子12和磁体18(例如，磁性结构)的配置被确定为使得定子14、转子12和磁体18被配置为满足公式(1)和(2)。例如，在所示实施例中，通过公式(2)来确定满足期望的最小磁化水平的定子14的定子磁动势MMF与磁体18的磁体配置，然后还确定所确定的定子磁动势MMF和所确定的磁体配置是否也满足公式(1)。利用这种布置，可以得到在满足期望的最小磁化水平的同时使定子磁动势MMF最小化的磁体配置。
在所示实施例中，考虑到驱动模式的操作点和损耗降低，期望的低矫顽力磁体42的最小磁化水平优选为等于或小于低矫顽力磁体42的最大磁化水平的一半或实质一半，以获得期望的磁化范围(或可变磁化状态能力)。因此，定子14、转子12和磁体18(例如，磁性结构)的配置被确定为使得定子14、转子12和磁体18被进一步配置为满足公式(3)：
Figure GDA0001563158000000071
其中，JMin表示使低矫顽力磁体42退磁到期望水平(例如，期望的最小磁化水平)的低矫顽力磁体42的磁化强度，以及JMax表示完全磁化的低矫顽力磁体42的磁化强度。
因此，如果磁体18的磁体配置具有图3所示的磁化特性之中的磁化特性(例如，磁化特性104)，则可以使期望的定子磁动势或定子电流最小化。具体而言，磁化特性104示出了当低矫顽力磁体42的厚度等于磁体18的总厚度的70％时，定子磁动势(定子MMF)与低矫顽力磁体42的磁化水平之间的关系。
利用这种布置，在实现期望的磁化范围或者磁化水平的变化量的同时，可以使期望的定子磁动势或者定子电流最小化。因此，可以使伴随低矫顽力磁体42的磁化状态控制而导致的铜损的增加最小化。此外，可以降低高速低扭矩运转时的铁损，这提高了电动机效率。
在所示实施例中，例如，如图1和图2A所示，低矫顽力磁体42包括SmCo磁体，高矫顽力磁体40包括NdFeB磁体，每个磁极对的低矫顽力磁体42的厚度tLow是每个磁极对的低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40的总厚度tTotal的75％。此外，如图1和图2A所示，对于电动机10，低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40在厚度方向上相互层叠以限定电动机10的磁极对，高矫顽力磁体40被设置为比低矫顽力磁体42更靠近定子14与转子12之间的气隙20。此外，对于电动机10，定子14、转子12以及磁体18还被配置为满足公式(1)至公式(3)。图4示出了说明具有电动机10的扭矩-速度特性的电动机10的电动机效率的等值线图。
利用电动机10的这种布置，可以实现低矫顽力磁体
Figure GDA0001563158000000081
42的完全磁化以及等于或小于完全磁化水平的一半或者实质一半的最小磁化水平。此外，如图4所示，如虚线所分开的区域(100％MSe、80％MSe和60％MSe)所示，由低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40的总磁动势所限定的等效磁化水平(MSe)的最小值为低矫顽力磁体42的完全磁化水平的大约60％。此外，如图4所示，在包括高速低扭矩范围的电动机10所需的整个速度范围内，其功率因数等于或大于0.7，这是同步电动机通常所需要的值。
此外，对于电动机10，如图1和图2A所示，高矫顽力磁体40被设置为比低矫顽力磁体42更靠近定子14与转子12之间的气隙20。利用这种布置，即使将具有空间谐波的定子磁动势施加到磁体18，高矫顽力磁铁40也能够防止瞬时退磁，还能防止电动机运转时的扭矩降低。
此外，对于电动机10，可以使低矫顽力磁体42的磁化状态控制所需的定子电流最小化，同时实现在高速低扭矩运转期间提高电动机效率所需的磁化水平的变化量。此外，可以抑制由于定子磁动势的谐波所导致的低矫顽力磁体42的局部退磁。因此，可以抑制伴随着低矫顽力磁体42的磁化状态控制导致的铜损的增大，并可以在使扭矩密度最大化的同时提高电动机效率。
根据本申请的一方面，额定电流下的定子磁动势MMF等于或大于使低矫顽力磁体42完全磁化的磁场强度HMax与低矫顽力磁体42的厚度tLow的乘积。利用这种布置，可以减小改变磁化强度所需的所需定子电流。因此，可以减小高速低扭矩运转时的铁损，同时防止伴随着磁化强度导致的铜损的增加，这提高了电动机效率。
根据本申请的一方面，低矫顽力磁体42的厚度tLow和高矫顽力磁体40的厚度tHigh、低矫顽力磁体42的矫顽力和高矫顽力磁体40的矫顽力、低矫顽力磁体42的最大磁化水平JMax、气隙长度tg、和定子磁动势MMF被配置为满足公式(1)。利用这种布置，使低矫顽力磁体42完全磁化所需要的电流被最小化。因此，可以减小高速低扭矩运转时的铁损，同时防止与磁化过程相关的铜损的增加，这提高了电动机效率。
根据本申请的一方面，低矫顽力磁体42厚度tLow和高矫顽力磁体40的厚度tHigh、低矫顽力磁体42的矫顽力和高矫顽力磁体40的矫顽力、低矫顽力磁体42的最小磁化水平JMin、气隙长度tg、和定子磁动势MMF被配置为满足公式(2)。利用这种布置，可以实现提高电动机效率所需的最小磁化水平，同时抑制定子电流的增加。因此，可以减小高速低扭矩运转时的铁损，同时防止伴随着退磁导致的铜损的增加，这提高了电动机效率。
根据本申请的一方面，低矫顽力磁体42的最大磁化水平JMax和低矫顽力磁体42的最小磁化水平JMin被配置为满足公式(3)。利用这种布置，可以减小高速低扭矩运转时的铁损，这提高了电动机效率。
根据本申请的一方面，低矫顽力磁体42包括SmCo磁体，高矫顽力磁体40包括NdFeB磁体，每个磁极对的低矫顽力磁体42的厚度tLow等于或大于每个磁极对的低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40的总厚度tTotal的75％。利用这种布置，可以确保在高速低扭矩运转时减小铁损所需的磁化水平的变化量，并且可以使低矫顽力磁体42的磁化状态控制所需的定子电流最小化。因此，可以抑制伴随着低矫顽力磁体42的磁化状态控制导致的铜损的增加。此外，可以减小高速低扭矩运转时的铁损，这提高了电动机效率。
根据本申请的一方面，低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40在厚度方向上相互层叠以限定电动机10的磁极对，并且高矫顽力磁体40被设置为比低矫顽力磁体42更靠近定子14与转子12之间的气隙20。利用这种布置，可以防止由于定子磁动势的谐波而导致的低矫顽力磁体42的局部退磁。因此，可以在使扭矩密度最大化的同时提高电动机效率。
在所示实施例中，电动机10被配置为满足公式(1)至公式(3)。然而，根据需要和/或期望，电动机10也可以被配置为仅满足公式(1)至公式(3)中的一个或两个。
第二实施例
现在参照图5，现在将解释根据第二实施例的永磁同步电动机10的示例。鉴于第一实施例和第二实施例之间的相似性，与第一实施例的部分相同或基本相同的第二实施例的部分将被给予与第一实施例的部分相同的附图标记。此外，为了简洁起见，可以省略与第一实施例的部分相同的第二实施例的部分的描述。
基本上，除了根据第二实施例的电动机10进一步被配置为满足以下公式(4)外，根据第二实施例的电动机10与根据第一实施例的电动机10相同：
Figure GDA0001563158000000101
其中，MMF表示额定电流下每个磁极对的定子磁动势，JMax表示完全磁化的低矫顽力磁体42的磁化强度，μ0μrh表示高矫顽力磁体的磁导率，μ0μrl表示低矫顽力磁体的磁导率，tLow表示低矫顽力磁体42的厚度，JHigh表示高矫顽力磁体40的磁化强度，以及tHigh表示高矫顽力磁体40的厚度。
具体而言，基于公式(4)可以确定所需的定子磁动势和磁体配置(例如，低矫顽力磁体42的厚度tLow和高矫顽力磁体40的厚度tHigh)，以实现所需的功率能力。
图5示出了矢量图，该矢量图示出了当低矫顽力磁体42的厚度tLow和最大磁化水平JMax、高矫顽力磁体40的厚度tHigh和磁化水平JHigh、以及定子磁动势MMF满足公式(4)时，电流、定子磁链和电压的相对相位。具体而言，图5示出了定子磁动势或定子电流201、由磁体18引起的定子磁链202、由定子磁动势201引起的定子磁链203、总定子磁链204和电压205。当磁体18的磁体配置和定子磁动势MMF满足公式(4)时，由定子磁动势201引起的定子磁链203变得小于由磁体18引起的定子磁链202，电流201和电压205之间的相位差等于或小于45度，其功率因数等于或大于0.7，这是同步电动机通常需要的值。
利用这种布置，相对于常规同步电动机，可以在不增加电动机驱动逆变器的能力的情况下，提高电动机效率。
根据本申请的一方面，低矫顽力磁体42的厚度tLow和最大磁化水平JMax、高矫顽力磁体40的厚度tHigh和磁化水平JHigh、以及定子磁动势MMF被配置为满足公式(4)。利用这种布置，可以实现同步电动机通常所需的功率因数。因此，可以在不增加电动机驱动逆变器的能力的情况下，提高电动机效率。
在所示实施例中，除了根据第二实施例的电动机10进一步被配置为满足公式(4)外，根据第二实施例的电动机10与根据第一实施例的电动机10相同。换句话说，在所示实施例中，根据第二实施例的电动机10被配置为满足公式(1)至公式(4)。然而，根据第二实施例的电动机10也可以根据需要和/或期望而被配置为仅满足公式(4)。此外，根据第二实施例的电动机10还可以根据需要和/或期望而被配置为除了公式(1)至公式(3)中的一个或两个以外还满足公式(4)。
第三实施例
现在参照图6，现在将解释根据第三实施例的永磁同步电动机10的示例。鉴于第一实施例、第二实施例和第三实施例之间的相似性，与第一实施例或第二实施例的部分相同或基本相同的第三实施例的部分将被给予与第一实施例或第二实施例的部分相同的附图标记。此外，为了简洁起见，可以省略与第一实施例或第二实施例的部分相同的第三实施例的部分的描述。
基本上，除了电动机10进一步被配置为使得低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40分别具有彼此实质相同的宽度、以及电动机10被进一步配置为满足以下公式(5)外，根据第三实施例的电动机10与根据第一实施例或第二实施例的电动机10相同：
Figure GDA0001563158000000121
其中，MMF表示额定电流下每个磁极的定子磁动势，P表示总磁极数，mw表示磁体宽度，Rsi表示定子内半径，Hc_min表示完全磁化的低矫顽力磁体42的矫顽力，tLow表示低矫顽力磁体42的厚度，JHigh表示高矫顽力磁体40的磁化强度，μ0μrh表示高矫顽力磁体的磁导率，μ0μrl表示低矫顽力磁体的磁导率，tHigh表示高矫顽力磁体40的厚度，JMax表示完全磁化的低矫顽力磁体42的磁化强度，以及tg表示定子14与转子12之间的气隙长度。
具体而言，可以基于公式(5)来进一步确定所需的定子磁动势MMF和磁体配置(例如，磁体18的磁体宽度mw)，以用于即使在具有最大磁化状态的最大负载下也能够通过防止退磁来最大化地利用低矫顽力磁体42。
图6示出了当定子磁动势MMF具有实质正弦的波形时，在电流相位β处每个磁极对的定子磁动势分布。如图6所示，具有高矫顽力磁体40和低矫顽力磁体42的磁体18的中心位于零度的电角度处。
如图6所示，在磁体18的端部处施加到磁体18的磁场301大于在磁体18的中心处施加到磁体18的磁场302。具体地，如图6所示，在电角度为负的范围内，沿使磁体18退磁的方向施加磁场。如果该磁场强度超过退磁极限，则磁体18变为不能保持磁化水平，并且将被退磁。另一方面，当定子磁动势MMF和磁体配置(例如，磁体宽度mw)被配置为满足公式(5)时，施加到磁体18的端部的磁场301未使低矫顽力磁体42退磁，因此可以防止在磁体18端部的局部退磁。
因此，可以最大化地利用低矫顽力磁体42，这在防止成本增加的同时提高了电动机效率。
根据本申请的一方面，低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40分别具有彼此实质相同的宽度mw。此外，宽度mw被配置为满足公式(5)。利用这种布置，在最大扭矩运转时可以防止在由于定子磁动势MMF导致的退磁。因此，可以最大化地利用低矫顽力磁体42，这在防止成本增加的同时提高了电动机效率。
在所示实施例中，除了电动机10进一步被配置为使得低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40分别具有彼此实质相同的宽度、以及电动机10被进一步配置为满足公式(5)外，根据第三实施例的电动机10与根据第一实施例或第二实施例的电动机10相同。换句话说，根据第三实施例的电动机10被配置为使得低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40分别具有彼此实质相同的宽度、并且根据第三实施例的电动机10被配置为满足公式(1)至公式(5)。然而，根据第三实施例的电动机10可以仅被配置为使得低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40分别具有彼此实质相同的宽度、并且第三实施例的电动机10可以根据需要和/或期望而被配置为满足公式(5)。此外，根据第三实施例的电动机10还可以被配置为使得低矫顽力磁体42和高矫顽力磁体40分别具有彼此实质相同的宽度，并且根据第三实施例的电动机10可以根据需要和/或期望而被配置为除公式(1)至公式(4)中的一个、两个或三个以外还满足公式(5)。
术语的一般解释
在理解本发明的范围时，本文所使用的术语“包含”及其派生词旨在是开放式术语，其指定所陈述的特征、元件、组件、组、整体和/或步骤的存在，但是不排除其他未陈述的特征、元件、组件、组、整体和/或步骤的存在。前述内容也适用于具有类似含义的词语，如术语“包括”、“具有”和它们的派生词。此外，当以单数形式使用术语“部分”、“片段”、“部”、“构件”或“元件”时，这些术语可以具有双重含义：单个部分或多个部分。本文所使用的诸如“基本”、“大约”和“近似”的程度术语意味着修改项的合理偏差量，使得最终结果不会发生显着改变。
尽管仅选择了选定的实施例来说明本发明，但是对于本领域技术人员来说，根据本公开将显而易见的是，在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。例如，各种组件的尺寸、形状、位置或取向可以根据需要和/或期望而改变。显示为直接连接或彼此接触的组件可以具有设置在它们之间的中间结构。可以由两个元件执行一个元件的功能，反之亦然。一个实施例的结构和功能可以在另一个实施例中采用。所有优点不一定同时存在于特定实施例中。现有技术中的每个唯一的特征，单独或与其他特征组合，也应该被认为是申请人对进一步发明的单独描述，包括由这些特征体现的结构和/或功能概念。因此，根据本发明的实施例的前述描述仅被提供用于说明，而不是为了限制由所附权利要求及其等同物所限定的本发明的目的。

Claims (9)

1.一种永磁同步电动机，包括：
定子；
转子，其能够相对于所述定子旋转；和
磁性结构，其具有彼此按磁性串联地布置的低矫顽力磁体和高矫顽力磁体，以限定所述永磁同步电动机的磁极对，
其中，能够通过定子电流脉冲来改变所述低矫顽力磁体的磁化水平，
额定电流下的定子磁动势等于或大于使所述低矫顽力磁体完全磁化的磁场强度与所述低矫顽力磁体的厚度的乘积，以及
所述定子、所述转子和所述磁性结构被进一步配置为满足下面的公式(1)：
Figure FDA0003114664220000011
其中，MMF表示所述额定电流下每个磁极的所述定子磁动势，HMax表示使所述低矫顽力磁体完全磁化的磁场强度，tLow表示所述低矫顽力磁体的厚度，JHigh表示所述高矫顽力磁体的磁化强度，μ 0 μ rh 表示所述高矫顽力磁体的磁导率，μ 0 μ rl 表示所述低矫顽力磁体的磁导率，tHigh表示所述高矫顽力磁体的厚度，JMax表示完全磁化的低矫顽力磁体的磁化强度，以及tg表示所述定子与所述转子之间的气隙长度。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其中
所述定子、所述转子和所述磁性结构被进一步配置为满足下面的公式(2)：
Figure FDA0003114664220000012
其中，MMF表示所述额定电流下每个磁极的所述定子磁动势，HMin表示使所述低矫顽力磁体退磁到期望水平的磁场强度，tLow表示所述低矫顽力磁体的厚度，JHigh表示所述高矫顽力磁体的磁化强度，μ0μrh表示所述高矫顽力磁体的磁导率，μ0μrl表示所述低矫顽力磁体的磁导率，tHigh表示所述高矫顽力磁体的厚度，JMin表示使所述低矫顽力磁体退磁到期望水平的所述低矫顽力磁体的磁化强度，以及tg表示所述定子与所述转子之间的气隙长度。
3.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其中
所述定子、所述转子和所述磁性结构被进一步配置为满足下面的公式(3)：
Figure FDA0003114664220000021
其中，JMin表示使所述低矫顽力磁体退磁到期望水平的所述低矫顽力磁体的磁化强度，并且JMax表示完全磁化的低矫顽力磁体的磁化强度。
4.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其中
所述定子、所述转子和所述磁性结构被进一步配置为满足下面的公式(4)：
Figure FDA0003114664220000022
其中，MMF表示所述额定电流下每个磁极的所述定子磁动势，JMax表示完全磁化的低矫顽力磁体的磁化强度，μ0μrh表示所述高矫顽力磁体的磁导率，μ0μrl表示所述低矫顽力磁体的磁导率，tLow表示所述低矫顽力磁体的厚度，JHigh表示所述高矫顽力磁体的磁化强度，以及tHigh表示所述高矫顽力磁体的厚度。
5.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其中
所述低矫顽力磁体和所述高矫顽力磁体分别具有彼此实质相同的宽度，以及
所述定子、所述转子和所述磁性结构被进一步配置为满足下面的公式(5)：
Figure FDA0003114664220000023
其中，MMF表示所述额定电流下每个磁极的所述定子磁动势，P表示总磁极数，mw表示磁体宽度，Rsi表示定子内半径，Hc_min表示完全磁化的低矫顽力磁体的矫顽力，tLow表示所述低矫顽力磁体的厚度，JHigh表示所述高矫顽力磁体的磁化强度，μ0μrh表示所述高矫顽力磁体的磁导率，μ0μrl表示所述低矫顽力磁体的磁导率，tHigh表示所述高矫顽力磁体的厚度，JMax表示完全磁化的低矫顽力磁体的磁化强度，以及tg表示所述定子与所述转子之间的气隙长度。
6.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其中
所述低矫顽力磁体包括SmCo磁体，
所述高矫顽力磁体包括NdFeB磁体，以及
每个磁极对的所述低矫顽力磁体的厚度等于或大于每个磁极对的所述低矫顽力磁体和所述高矫顽力磁体的总厚度的75％。
7.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其中
所述低矫顽力磁体和所述高矫顽力磁体在厚度方向上相互层叠以限定所述永磁同步电动机的磁极对，以及
所述高矫顽力磁体被设置为比所述低矫顽力磁体更靠近所述定子与所述转子之间的气隙。
8.一种永磁同步电动机，包括：
定子；
转子，其能够相对于所述定子旋转；和
磁性结构，其具有低矫顽力磁体和高矫顽力磁体，所述低矫顽力磁体和所述高矫顽力磁体彼此按磁性串联地布置、并且在厚度方向上沿着所述转子的延伸穿过所述低矫顽力磁体和所述高矫顽力磁体的d轴相互层叠以限定所述永磁同步电动机的磁极对，
其中，能够通过定子电流脉冲来改变所述低矫顽力磁体的磁化水平，
所述高矫顽力磁体被设置为比所述低矫顽力磁体更靠近所述定子与所述转子之间的气隙，
额定电流下的定子磁动势等于或大于使所述低矫顽力磁体完全磁化的磁场强度与所述低矫顽力磁体的厚度的乘积，以及
所述定子、所述转子和所述磁性结构被进一步配置为满足下面的公式(1)：
Figure FDA0003114664220000041
其中，MMF表示所述额定电流下每个磁极的所述定子磁动势，HMax表示使所述低矫顽力磁体完全磁化的磁场强度，tLow表示所述低矫顽力磁体的厚度，JHigh表示所述高矫顽力磁体的磁化强度，μ0μrh表示所述高矫顽力磁体的磁导率，μ0μrl表示所述低矫顽力磁体的磁导率，tHigh表示所述高矫顽力磁体的厚度，JMax表示完全磁化的低矫顽力磁体的磁化强度，以及tg表示所述定子与所述转子之间的气隙长度。
9.根据权利要求8所述的永磁同步电动机，其中
所述低矫顽力磁体包括SmCo磁体，
所述高矫顽力磁体包括NdFeB磁体，以及
每个磁极对的所述低矫顽力磁体的厚度等于或大于每个磁极对的所述低矫顽力磁体和所述高矫顽力磁体的总厚度的75％。
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