CN110890798A - 一种永磁体及永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁体及永磁电机，所述永磁体上形成有一个或多个分隔槽，所述分隔槽在该分隔槽的第一延伸方向上贯穿所述永磁体、且在该分隔槽的第二延伸方向上不贯穿永磁体，所述分隔槽的第一延伸方向与所述永磁体的充磁方向平行，或者，所述分隔槽的第一延伸方向与所述永磁体的充磁方向具有夹角。本发明的永磁体制造工艺简单、电阻率高、用于转子性能稳定、能够有效降低磁损耗。

Description

一种永磁体及永磁电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种永磁体及永磁电机。

背景技术

永磁体是永磁电机中的必要部件，电机在工作时产生涡流，涡流导致永磁体温度升高，导致永磁体磁损耗，影响电机性能。

现有技术中，降低永磁体磁损耗的途径主要有两种：一是改变永磁体的宏观结构，将磁体分割后再利用绝缘聚合物粘接磁片，该永磁体结构能够有效降低磁损耗，但制造工序繁琐，成本高，磁体性能不稳定，粘结后不利于装配，增大电机振动噪声；二是提高永磁体的电阻率，由于永磁体转子的涡流损耗与电阻率成反比，提高其电阻率有助于减少涡流损耗。

提高永磁体电阻率的方法主要有以下几种：一是为钕铁硼永磁体包覆绝缘层；二是将非金属原子在高温下分散至钕铁硼永磁体本体中，改变其微观构成；三是将钕铁硼磁粉氮化，在磁粉表面形成氮化层。这些方法的缺陷在于永磁体的电阻率提高有限，并且制造工艺难度较大，难以稳定生产。

钕铁硼永磁体被广泛用于永磁电机中，此类永磁体具有较高的电导率和较低的距离温度居里温度较低，工作时，磁损耗较大，降低电机性能。并且，电机功率越高，永磁体体积越大，转子散热性能较差时，工作时引起较高温升，极端情况下甚至导致磁性消失，因此，此类材料的磁损耗缺陷尤其令人关注。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明提供一种永磁体，所述永磁体上设置有一个或多个分隔槽，所述分隔槽在该分隔槽的第一延伸方向上贯穿所述永磁体、且在该分隔槽的第二延伸方向上不贯穿所述永磁体，其中所述分隔槽的第一延伸方向与所述永磁体的充磁方向平行，或者，所述分隔槽的第一延伸方向与所述永磁体的充磁方向具有夹角。

进一步，当所述分隔槽为多个时，所述分隔槽包括第一分隔槽和第二分隔槽，第一分隔槽的第二延伸方向与第二分隔槽的第二延伸方向相反。

进一步，所述永磁体是具有一对磁极的钕铁硼永磁体。

进一步，当分隔槽为多个时，多个分隔槽相互平行。

进一步，所述分隔槽在其第二延伸方向上的长度为所述永磁体在该第二延伸方向的长度的50％以上，更优选为70％-90％。

进一步，所述分隔槽的宽度为0.1mm-0.5mm，所述宽度是指所述分隔槽的两个侧壁之间的距离。

进一步，当分隔槽为多个时，两个相邻分隔槽之间间隔的距离为1-10mm，优选为1-5mm，所述相邻两个分隔槽之间的距离为两个相邻分隔槽之间的永磁体的宽度。

根据本发明的实施方案，所述永磁体上设置尽可能多的分隔槽。例如，所有分隔槽的宽度与所有相邻分隔槽之间永磁体的宽度的总和可以为永磁体截面长度的50％以上，如55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、99％或100％。

进一步，所述分隔槽在其第一延伸方向上的投影呈曲线，例如波浪线形状。

进一步，所述第一分隔槽和第二分隔槽交错设置。

进一步，所述永磁体呈扁平状长方体形。

进一步，所述分隔槽的第一延伸方向为所述永磁体的厚度方向，所述分隔槽的第二延伸方向与所述永磁体的长度方向的夹角大于0°并小于等于90°，例如45°。

根据本发明的实施方案，所述永磁体的厚度方向是指与该永磁体最小边长的边平行的方向。

本发明还提供一种电机，所述电机具有转子，所述转子包括如上所述的永磁体之一。

本发明的有益效果：

本发明实施例提出的永磁体制造工艺简单、电阻率高、性能稳定、能够有效降低磁损耗。

附图说明

图1a是本发明实施例1提出的一种永磁体结构侧视图；

图1b是本发明实施例1提出的一种永磁体结构正视图；

图2a是本发明实施例1提出的另一种永磁体结构侧视图；

图2b是本发明实施例1提出的另一种永磁体结构正视图；

图3a是本发明实施例2提出的一种永磁体结构侧视图；

图3b是本发明实施例2提出的一种永磁体结构正视图；

图4a是本发明实施例4提出的一种永磁体结构侧视图；

图4b是本发明实施例4提出的一种永磁体结构正视图；

图5a是本发明实施例6提出的一种电机的转子结构示意图；

图5b是本发明实施例6提出的另一种电机的转子结构正视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。

本发明实施例提出了一种永磁体，该永磁体可用于转子，所述永磁体上形成有一个或多个分隔槽，所述分隔槽在该分隔槽的第一延伸方向上贯穿所述永磁体、且在该分隔槽的第二延伸方向上不贯穿永磁体，所述分隔槽的第一延伸方向与所述永磁体的充磁方向平行，或者，所述分隔槽的第一延伸方向与所述永磁体的充磁方向具有夹角。

优选地，所述永磁体是具有一对磁极的钕铁硼永磁体。

本发明实施例的永磁体具有上述分隔槽，整块永磁体不完全被切断，仍然作为一个整体，分隔槽能够有效提高永磁体的电阻，使永磁体作为转子使用时，能够显著降低涡流损耗，并且，加工简单，转子用于电机时，不影响电机性能。

实施例1

参照图1a、图1b，示例性的，永磁体100呈扁平长方体结构，其包括平行相对的第一表面11和第二表面12，以及与两个表面垂直的、平行相对的第一侧壁13和第二侧壁14；永磁体的充磁方向为自第一表面向与第一表面平行相对的第二表面充磁；永磁体上形成有一个或多个第一分隔槽10，第一分隔槽10的第一延伸方向为自第一表面11沿充磁方向延伸，第一分隔槽贯穿第二表面12，第一分隔槽10在该第一延伸方向上的长度等于永磁体第一表面与第二表面之间的距离，第一分隔槽的第二延伸方向为自第一侧壁13沿与第一侧壁垂直的方向向第二侧壁14延伸，第一分隔槽在该第二延伸方向上的长度小于在该方向上的第一侧壁与第二侧壁之间的距离，即，不贯穿第二侧壁。

优选地，当第一分隔槽为多个时，多个第一分隔槽相互平行。

优选地，当第一分隔槽为多个时，多个第一分隔槽之间等距排列。

优选地，所述第一分隔槽在第二延伸方向上的长度为所述永磁体在该第二延伸方向的长度的50％以上，更优选为70％-90％。

优选地，第一分隔槽宽度为0.1-0.5mm。所述宽度是指所述第一分隔槽的两个侧壁之间的距离。

优选地，当第一分隔槽为多个时，相邻两个第一分隔槽之间间隔的距离为1-10mm，优选为1-5mm。所述相邻两个第一分隔槽之间的距离即为相邻两个第一分隔槽之间的永磁体的宽度。

在另一个实施方式中，第一分隔槽的第一延伸方向还可以沿与所述充磁方向呈一夹角的方向倾斜延伸，贯穿第二表面。该结构具有削弱谐波的效果，将其用作转子时，具有降低涡流损耗的作用。

在另一个实施方式中，参照图2a、图2b，所述第一分隔槽在所述第一延伸方向上的投影呈曲线。此时，多个第一分隔槽相互平行是指多个所述曲线之间相应的点的切线相互平行。第一分隔槽的宽度和相邻第一分隔槽之间的间距的计量方式与之类似。第一分隔槽在第二延伸方向上的长度是指第一分隔槽的两端之间的直线距离。

实施例2

参照图3a、图3b，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的永磁体还包括一个或多个第二分隔槽10＇，所述第二分隔槽10＇的第一延伸方向为自第一表面11沿充磁方向延伸，第二分隔槽贯穿第二表面12，第二分隔槽10＇在该延伸方向上的长度等于永磁体第一表面与第二表面之间的距离，第二分隔槽的第二延伸方向为自第二侧壁14沿与第二侧壁垂直的方向向第一侧壁13延伸，第二分隔槽在该延伸方向上的长度小于在该方向上的第一侧壁与第二侧壁之间的距离，即不贯穿第一侧壁，第二分隔槽的第二延伸方向与第一分隔槽的第二延伸方向相反。

优选地，所述第一分隔槽和第二分隔槽相互平行。

优选地，所述第一分隔槽和第二分隔槽交错设置。

优选地，所述第一分隔槽和所述第二分隔槽之间等距排列。

优选地，所述第一分隔槽在其第二延伸方向上的长度为所述永磁体在该第二延伸方向的长度的50％以上，更优选为70％-90％；所述第二分隔槽在其第二延伸方向上的长度为所述永磁体在该方向的长度的50％以上，更优选为70％-90％。

优选地，所述第一分隔槽和所述第二分隔槽的宽度均为0.1-0.5mm。所述宽度是指分隔槽的两个侧壁之间的距离。

优选地，两个相邻分隔槽之间间隔的距离为1-10mm，优选为1-5mm。所述相邻两个分隔槽之间的距离即为相邻两个分隔槽之间的永磁体的宽度。所述相邻分隔槽是指包括第一分隔槽和第二分隔槽在内的所有分隔槽，例如，当二者交错设置时，相邻分隔槽即为相邻的第一分隔槽和第二分隔槽。

在另一个实施方式中，所述第二分隔槽在所述第一延伸方向上的投影呈曲线。此时，多个第二分隔槽相互平行是指多个所述曲线之间相应的点的切线相互平行。第二分隔槽的宽度和相邻第二分隔槽之间的间距的计量方式与之类似。

本实施方式的分隔槽在两个方向相对设置，具有更加显著的技术效果，将其用作转子时，降低涡流损耗的效果更佳。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，所述第一分隔槽的第二延伸方向为自第一侧壁沿与第一侧壁倾斜的方向(即与第一侧壁不垂直的方向，第一分隔槽的第二延伸方向与永磁体长度方向的夹角大于0°并小于90°)向第二侧壁延伸，且第一分隔槽在该延伸方向上的长度小于在该方向上的第一侧壁与第二侧壁之间的距离，即，不贯穿第二侧壁。

在另一个实施方式中，所述第一分隔槽在所述第一延伸方向上的投影呈曲线。

实施例4

参照图4a、图4b，本实施例与实施例3的区别在于，本实施例的永磁体还包括一个或多个第二分隔槽10＇，所述第二分隔槽10＇的第一延伸方向为自第一表面沿充磁方向延伸，贯穿第二表面，第二分隔槽在该延伸方向上的长度等于永磁体第一表面与第二表面之间的距离，所述第二分隔槽的第二延伸方向为自第二侧壁沿与第二侧壁倾斜的方向(即与第二侧壁不垂直的方向，第二分隔槽的第二延伸方向与永磁体长度方向的夹角大于0°并小于90°)向第一侧壁延伸，且第二分隔槽在该延伸方向上的长度小于在该方向上的第一侧壁与第二侧壁之间的距离，即，不贯穿第一侧壁。

实施例5

本实施例中永磁体为扇环形(参照图5b的转子中的永磁体)或者梯形体等异形永磁体，当永磁体为此类异形体时，所述永磁体上形成有一个或多个第一分隔槽，所述第一分隔槽中的至少一个在第一分隔槽的第一延伸方向上贯穿所述永磁体而在第二延伸方向上不贯穿永磁体，所述第一延伸方向与所述永磁体的充磁方向一致，或者，所述第一延伸方向与所述永磁体的充磁方向具有夹角。

实施例6

本实施例提出一种电机，所述电机具有转子，所述转子包括上述永磁体之一。

参照图5a、图5b，所述转子包括转子铁芯20，所述转子铁芯具有永磁体槽21，所述永磁体100固定于所述永磁体槽21内。

实施例7

本实施例通过测试永磁体加热后的温度升高值，对比不同永磁体的技术效果。

样品：长方体钕铁硼永磁体；长*宽*厚：80mm*40mm*5mm，充磁方向为厚度方向。

未进行机械加工的永磁体记为A0；

将A0沿厚度方向四等分切分为四个分离的部分，再用绝缘聚合物粘结剂粘结拼接，记为A10；

将A0沿厚度方向采用线切割方式，等间距形成三个与永磁体长度方向垂直的、贯穿厚度方向的分隔槽，被分隔槽分隔的永磁体的四个部分亦均等，分隔槽的长度为28mm，槽宽0.1mm，记为A11；

将A0沿厚度方向采用线切割方式，等间距形成三个与永磁体长度方向垂直的、贯穿厚度方向的分隔槽，被分隔槽分隔的永磁体的四个部分亦均等，位于中间的分隔槽与另外两个分隔槽自相对的方向形成，分隔槽的长度为28mm，槽宽0.1mm，记为A12；

将A0沿厚度方向九等分切分为九个分离的部分，再用绝缘聚合物粘结剂粘结拼接，记为A20；

将A0沿厚度方向采用线切割方式，等间距形成八个与永磁体长度方向垂直的、贯穿厚度方向的分隔槽，被分隔槽分隔的永磁体的九个部分亦均等，分隔槽的长度为28mm，槽宽0.1mm，记为A21；

将A0沿厚度方向采用线切割方式，等间距形成八个与永磁体长度方向垂直的、贯穿厚度方向的分隔槽，被分隔槽分隔的永磁体的九个部分亦均等，相邻的分隔槽自相对的方向形成，交错设置，分隔槽的长度为28mm，槽宽0.1mm，记为A22。

采用中频加热炉，在相同的位置放置上述样品，室温为20摄氏度条件下，设置同样的中频加热炉频率、温度，采用保温棉包裹磁体，加热10分钟后，测得磁体升温后的温度，如表1所示。

表1样品加热后的温度

序号	磁体	实验后磁体温度(℃)	温升(℃)
				1	A0	96.5	76.5
2	A10	48.4	28.4
				3	A11	57.7	37.7
4	A12	53.6	33.6
				5	A20	39.4	19.4
6	A21	48.8	28.8
				7	A22	44.1	24,1

以上实验反映了不同永磁体样品温升的趋势，温升越高，磁体涡流损失越大，装机后电机性能越差。根据以上数据可知，A0磁体的温升最高，涡流损失最大，装机电机后性能最差。等分方式相同，加工方式不同时(A10、A11、A12)，完全分割后再粘接的温升最低，对向形成分隔槽的样品稍高，同向形成分隔槽的样品最高；加工方式相同，等分方式不同时(A10与A20，A11与A21，A12与A22的比较)，分隔槽越多，温升越低，磁体涡流损失越小，装机后电机性能越好。虽然完全分割再粘接后的温升最低，但该工艺成本高，工序复杂，并且难以适应异形磁体。

实施例8

本实施例通过测试永磁体的电阻率，对比不同永磁体的技术效果。

试验条件：样品同实施例8，测量各样品的电阻率，每件样品测量3次，取平均值测得各磁体的电阻率，测量值如表2所示。

表2样品的电阻率

序号	磁体	电阻率(Ω·m)
			1	A0	0.9
2	A10	2.4
			3	A11	1.8
4	A12	2.2
			5	A20	10.6
6	A21	8.4
			7	A22	9.2

以上实验反映了不同永磁体样品的电阻率，电阻率越低，磁体涡流损失越大，装机后电机性能越差。由以上数据可知，未进行任何加工的A0的电阻率为0.9Ω·m，电阻率最低，涡流损失最大，装机电机后性能最差。等分方式相同，加工方式不同时(A10、A11、A12，以及A20、A21、A22)，完全分割后再粘接的电阻率最低，对向形成分隔槽的样品稍高，同向形成分隔槽的样品最高；加工方式相同，等分方式不同时(A10与A20，A11与A21，A12与A22比较)，分隔槽越多，电阻率越低，磁体涡流损失越小，装机后电机性能越好。虽然完全分割再粘接后的电阻率最低，但该工艺成本高，工序复杂，并且难以适应异形磁体。

实施例9

本实施例通过测试永磁体的电阻率，对比不同永磁体的技术效果。

样品：长方体钕铁硼永磁体；长*宽*厚：80mm*40mm*5mm，充磁方向为厚度方向。

未进行机械加工的永磁体记为B0；

将B0沿厚度方向采用线切割方式，等间距形成四个与永磁体长度方向垂直的、贯穿厚度方向的分隔槽，被分隔槽分隔的永磁体的五个部分亦均等，分隔槽的长度分别为20mm、28mm、36mm，槽宽0.1mm，分别记为B11、B12、B13；

将B0沿厚度方向采用线切割方式，等间距形成四个与永磁体长度方向垂直的、贯穿厚度方向的分隔槽，被分隔槽分隔的永磁体的五个部分亦均等，相邻的分隔槽自相对的方向形成，分隔槽的长度分别为20mm、28mm、36mm，槽宽0.1mm，记为B21、B22、B23；

将B0沿厚度方向采用线切割方式，等间距形成四个与永磁体长度方向呈45°的、贯穿厚度方向的分隔槽，分隔槽的长度为28mm，槽宽0.1mm，记为B32；

将B0沿厚度方向采用线切割方式，等间距形成四个与永磁体长度方向垂直的、贯穿厚度方向的分隔槽，分隔槽在厚度方向上的投影呈波浪线形状，分隔槽的两端之间的直线长度为28mm，槽宽0.1mm，记为B42。

测量各样品的电阻率，每件样品测量3次，取平均值测得各磁体的电阻率，如表3所示。

表3样品的电阻率

以上实验反映了不同永磁体样品的电阻率，电阻率越低，磁体涡流损失越大，装机后电机性能越差。由以上数据可知，在切割方式相同时(B11、B12、B13，以及B21、B22、B23)分隔槽长度越大，电阻率越高，涡流损失越低，装机后电机性能越好；分隔槽长度相同，分隔槽形状、角度不同时(B12、B32、B42)，分隔槽呈波浪线形状时，电阻率最高，分隔槽与长度方向呈45°时，次之，分隔槽同向时，电阻率最低。这是因为波浪线形状、分隔槽与长度方向不垂直时，能够增加削弱谐波的功能，增加了散热面积，涡流损失更低。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种永磁体，其特征在于，所述永磁体上形成有一个或多个分隔槽，所述分隔槽在该分隔槽的第一延伸方向上贯穿所述永磁体、且在该分隔槽的第二延伸方向上不贯穿永磁体，所述分隔槽的第一延伸方向与所述永磁体的充磁方向平行，或者，所述分隔槽的第一延伸方向与所述永磁体的充磁方向具有夹角。

2.如权利要求1所述的永磁体，其特征在于，当所述分隔槽为多个时，所述分隔槽包括第一分隔槽和第二分隔槽，第一分隔槽的第二延伸方向与第二分隔槽的第二延伸方向相反。

3.如权利要求1或2所述的永磁体，其特征在于，所述永磁体是具有一对磁极的钕铁硼永磁体；优选地，所述分隔槽在其第一延伸方向上的投影呈曲线。

4.如权利要求1-3任一项所述的永磁体，其特征在于，当分隔槽为多个时，多个分隔槽相互平行。

5.如权利要求1-4任一项所述的永磁体，其特征在于，所述分隔槽在其第二延伸方向上的长度为所述永磁体在该第二延伸方向的长度的50％以上，更优选为70％-90％。

6.如权利要求1-5任一项所述的永磁体，其特征在于，所述分隔槽的宽度为0.1mm-0.5mm，所述宽度是指所述分隔槽的两个侧壁之间的距离。

7.如权利要求1-6任一项所述的永磁体，其特征在于，当分隔槽为多个时，两个相邻分隔槽之间间隔的距离为1-10mm，优选为1-5mm，所述相邻两个分隔槽之间的距离为两个相邻分隔槽之间的永磁体的宽度。

8.如权利要求2-7任一项所述的永磁体，其特征在于，所述第一分隔槽和第二分隔槽交错设置。

9.如权利要求1-8任一项所述的永磁体，其特征在于，所述永磁体呈扁平状长方体形，所述分隔槽的第一延伸方向为所述永磁体的厚度方向，所述分隔槽的第二延伸方向与所述永磁体的长度方向的夹角大于0°并小于等于90°。

10.一种电机，所述电机具有转子，其特征在于，所述转子包括如权利要求1-9任一项所述的永磁体。

Images