CN112771762B - 转子、永磁电机、电机驱动系统以及汽车 - Google Patents

Abstract

一种转子，用于永磁电机中，包括转轴(111)和套设在转轴(111)上的转子铁芯(112)；还包括若干第一永磁结构(14)，若干第一永磁结构(14)沿着转子铁芯(112)的周向分布设置在转子铁芯(112)上，每个第一永磁结构(14)包括沿着转子铁芯(112)径向设置的第一永磁体(141)和第二永磁体(142)，第一永磁体(141)的矫顽力小于第二永磁体(142)的矫顽力。这样通过矫顽力较低的第一永磁体的磁化和去磁化程度，可以调控气隙主磁通，在弱磁时，部分主磁通通过低矫顽力的第一永磁体短路，从而使永磁磁场在弱磁时实现转子内部磁力线的短路，降低了磁路的饱和，有效的提升了调磁范围。

Description

转子、永磁电机、电机驱动系统以及汽车

技术领域

本申请涉及电机技术领域，特别涉及一种转子、永磁电机、电机驱动系统以及汽车。

背景技术

永磁记忆电机是一种新型磁通可控型永磁电机，它采用低矫顽力铝镍钴永磁体，通过定子绕组或者直流脉绕组产生周向磁场，从而改变永磁体磁化强度，对气隙磁场进行调节，同时低矫顽力永磁体具有磁密水平能够被记忆的特点。其中，混合永磁可调磁通记忆电机为使用两种永磁体构成的电机，磁路电机按照两种永磁体的布置方式分为并联型和串联型，并联型具有去磁电路脉冲小的优点，调磁范围大，但电机磁化状态稳定性不高，而串联型磁化状态稳定性高，但调磁范围有限，因此将两类混合形成的混联型永磁记忆电机拓扑结构成为研究的重点。

目前，常见的永磁记忆电机包括定子、转子和电枢绕组。转子包括转轴和设置在转轴上的转子铁芯，定子套设在转子铁芯的外周上，电枢绕组设置在定子上，在转子铁芯上设置有第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体。第一永磁体呈一字形并在转子铁芯的径向上分布设置，第二永磁体和第三永磁体组成V形结构，且V形结构的开口朝向定子设置，且第二永磁体靠近定子设置，第三永磁体远离定子设置，第一永磁体的矫顽力大于第三永磁体的矫顽力，第二永磁体的矫顽力大于第三永磁体的矫顽力。这样第一永磁体和第二永磁体构成了串联磁路，第二永磁体和第三永磁体构成了并联磁路，在保证永磁电机稳磁能力的同时，提高电机的调磁能力。

然而，在上述的永磁记忆电机中，形成串联磁路的第一永磁体和第二永磁体矫顽力较大，所需的调磁电流较大，调磁范围仍有待进一步提升。

发明内容

本申请提供了一种转子、永磁电机、电机驱动系统以及汽车，有效的提升电机的调磁范围，解决现有电机所需的调磁电流较大，调磁范围有待进一步提升的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种转子，用于永磁电机中，包括转轴和套设在所述转轴上的转子铁芯；

还包括若干第一永磁结构，若干所述第一永磁结构沿着所述转子铁芯的周向分布设置在所述转子铁芯上，每个所述第一永磁结构包括沿着所述转子铁芯径向设置的第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体的矫顽力小于所述第二永磁体的矫顽力。这样第一永磁体为矫顽力较低的永磁体，而第二永磁体为矫顽力较高的永磁体，通过矫顽力较低的第一永磁体的磁化和去磁化程度，可以调控气隙主磁通，在弱磁时，部分主磁通通过低矫顽力的第一永磁体短路，从而使永磁磁场在弱磁时实现转子内部磁力线的短路，降低了磁路的饱和，有效的提升了调磁范围。另外，相邻的第一永磁体和第二永磁体交错设置，低矫顽力的第一永磁体对高矫顽力的第二永磁体产生的磁通有一定阻碍作用，使其不能穿过气隙，削弱了磁能积，进而降低了转子内磁通量的饱和，有利于调磁能力的提升。

在第一方面的一种可能的实现方式中，转子还包括若干第二永磁结构，所述第二永磁结构位于同一个所述第一永磁结构中的所述第一永磁体和所述第二永磁体之间，且所述第二永磁结构远离所述转轴设置。这样就使第二永磁结构与第一永磁体形成串联磁路，第二永磁结构与第二永磁体也形成串联磁路，同一个第一永磁结构中的第一永磁体和第二永磁体形成串联磁路，而相邻的第一永磁结构中的第一永磁体和第二永磁体也形成串联磁路，使电机具有良好的稳磁性能。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二永磁结构包括第三永磁体和第四永磁体，所述第三永磁体位于所述第四永磁体的两侧。这样第三永磁体和第四永磁体就形成并联磁路，在弱磁时可以使得并联磁路中的两种永磁体的磁场在转子内部形成短路，进一步的提升了调磁范围。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第四永磁体的矫顽力小于所述第三永磁体的矫顽力。第四永磁体和第二永磁体形成串联磁路结构，而相邻的第一永磁体和第二永磁体也形成串联磁路结构，这样的串联磁路结构使的具有低矫顽力的永磁体(第一永磁体和第四永磁体)拥有高矫顽力永磁体(第二永磁体和第三永磁体)的磁力线支撑，从而具有显著的抗负载退磁能力。

在第一方面的一种可能的实现方式中，相邻的两个所述第一永磁结构中，其中一个所述第一永磁结构的所述第一永磁体靠近其中另一个所述第一永磁结构的所述第二永磁体设置。这样在每一个矫顽力较低的第一永磁体邻近的位置设有一个矫顽力较高的第二永磁体，使电机具有更好的稳磁性能。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二永磁结构形状为U型，所述第二永磁结构的开口朝向远离所述转轴的一侧。第二永磁结构为U型，具有很好的聚磁作用。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一永磁结构形状为V型，所述第一永磁结构的开口朝向远离所述转轴的一侧。V型的永磁结构具有很好的聚磁作用。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一永磁体和所述第二永磁体分别以所述转子铁芯圆周的切向方向充磁，所述第三永磁体以多个所述第三永磁体环绕形成的圆周的切向方向充磁，所述第四永磁体以所述转子铁芯圆周的径向方向充磁。使第一永磁体和第二永磁体以转子铁芯圆周的切向方向充磁，第三永磁体以多个第三永磁体环绕形成的圆周的切向方向充磁，而第四永磁体沿转子铁芯圆周的径向方向充磁，这样四个永磁体磁通叠加后同方向流动。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一永磁结构和所述第二永磁结构构成一个磁极，同一磁极的两个所述第一永磁体充磁方向相反，相邻磁极的所述第二永磁体充磁方向相反，同一磁极的所述第三永磁体和所述第四永磁体充磁方向相反，相邻磁极的所述第三永磁体和所述第四永磁体充磁方向相同。这样使永磁体磁通叠加后同方向流动形成回路，进而形成旋转的磁场，电枢绕组通入与转子转速一致的三相交流电流，与转子形成的旋转磁场相互作用，从而实现机电能量转换。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述转子铁芯上还设有磁障，所述磁障位于所述第一永磁体和所述第二永磁体之间，且所述磁障靠近所述转轴设置。磁障能够增强直轴磁阻，从而达到减少漏磁的目的。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述磁障的形状为圆形。与现有的使用三角形等磁障相比，每个三角形磁障往往沿着转子铁芯的径向分布，会从转子铁芯靠近转轴的一端延伸到转子铁芯靠近定子的一端，这样会导致转子铁芯分布较为饱和，使转子的机械强度难以保证，不适用于高速运行区域，而在本申请实施例中，使磁障为圆形，并且靠近转轴设置，就可以避免这样的问题，同时圆形的磁障可方便于转子的机械加工。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一永磁结构和所述第二永磁结构数量相同，且数量为偶数。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一永磁体为铝镍钴永磁体，所述第二永磁体为钕铁硼永磁体。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第三永磁体为钕铁硼永磁体，所述第四永磁体为铝镍钴永磁体。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述转子铁芯上开设有第一磁槽和第二磁槽，所述第一永磁结构设置于所述第一磁槽内，所述第二永磁结构设置于所述第二磁槽内。第一磁槽和第二磁槽分别起到放置安装第一永磁结构和第二永磁结构的作用。

第二方面，本申请实施例提供一种永磁电机，包括定子、电枢绕组和上述任一所述的转子，所述定子套设在所述转子的转子铁芯的外周上，所述电枢绕组设置在所述定子上。

通过包括转子，该转子包括若干第一永磁结构，且该第一永磁结构包括沿转子的转子铁芯径向分布的第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体的矫顽力小于第二永磁体的矫顽力，这样通过矫顽力较低的第一永磁体的磁化和去磁化程度，可以调控气隙主磁通，在弱磁时，部分主磁通通过低矫顽力的第一永磁体短路，从而使永磁磁场在弱磁时实现转子内部磁力线的短路，降低了磁路的饱和，有效的提升了调磁范围。另外，相邻的第一永磁体和第二永磁体交错设置，低矫顽力的第一永磁体对高矫顽力的第二永磁体产生的磁通有一定阻碍作用，使其不能穿过气隙，削弱了磁能积，进而降低了转子内磁量的饱和，有利于调磁能力的提升。

第三方面，本申请实施例提供一种电机驱动系统，包括控制器、电池和上述所述的永磁电机，其中，所述电池、所述控制器分别与所述永磁电机相连。通过包括永磁电机，该永磁电机在弱磁时实现了转子内部大部分磁力线的短路，降低了磁路饱和，从而有效的提升了调磁范围，实现了全域效率的提升，保证了电机驱动系统在各种运行状态下始终保持有高的效率。

第四方面，本申请实施例提供一种电动车，包括车架和上述所述的电机驱动系统，所述电机驱动系统安装在所述车架上。通过包括该电机驱动系统，该电机驱动系统在各种运行状态下均具有较高的效率，能够有效的增加汽车的续航里程，提高车辆的综合运行效率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种电动车的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种永磁电机的结构示意图；

图3为图2中的永磁电机的横截面的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种永磁电机的剖面示意图；

图5为图4中永磁电机的剖面示意图的部分放大图；

图6为本申请实施例提供的一种永磁电机的拓扑演化示意图；

图7为本申请实施例提供的一种永磁电机在增磁状态时的磁力线分布示意图；

图8为本申请实施例提供的一种永磁电机在弱磁状态时的磁力线分布示意图；

图9为本申请实施例提供的一种永磁电机的不同磁化状态下的反电势图；

图10为本申请实施例提供的一种永磁电机的不同磁化状态下的反电势谐波分析图；

图11为本申请实施例提供的一种永磁电机的工作点稳定性图；

图12为本申请实施例提供的一种永磁电机的增磁电流图；

图13为本申请实施例提供的一种永磁电机的去磁电流图。

附图标记说明：

100-电动汽车； 10-永磁电机； 11-转子；

111-转轴； 112-转子铁芯； 113-磁障；

114-第一磁槽； 114a-第一磁槽部； 114b-第二磁槽部；

115-第二磁槽； 12-定子； 121-定子铁芯齿；

122-定子轭； 123-空腔； 13-电枢绕组；

14-第一永磁结构； 141-第一永磁体； 142-第二永磁体；

15-第二永磁结构； 151-第三永磁体； 152-第四永磁体；

16-气隙； 20-控制器； 30-电池；

40-车架； 41-车轮； 50-减速器。

具体实施方式

本申请的实施方式部分使用的术语仅用于对本申请的具体实施例进行解释，而非旨在限定本申请。

随着对汽车续航里程的需要，电机的高效已成为研究的重点之一，而传统车用PMSM(permanent-magnet synchronous motor，永磁同步电机)气隙磁场不可调，使调速范围受限，存在“低速高转矩”和“高速高功率”这两个相对矛盾的问题，即从低速爬坡的角度出发，需要较大的永磁磁链，获得大转矩系数和转矩密度，从高速的性能出发，要求较小的永磁磁链，提升高速输出能力，进而影响了电机全域效率的提升。调磁通的永磁记忆电机，可以有效的调节气隙磁场，即在低速的时候可以用高磁通，具有大的转矩系数和转矩密度，在高速时可以使用小磁通，有效保证高速输出能力，进而实现了全域效率的提升，将其应用于电动汽车等中，可实现多公里模式运行，使电机与电池有更好的功率匹配，有效的拓宽了恒功率运行区域，提升全区域效率。

目前，现有的混合永磁记忆电机主要是由两种不同材料的永磁体共同励磁，其转子内部设有钕铁硼永磁体和铝镍钴永磁体，其中，钕铁硼永磁体提供气隙主磁场，而铝镍钴永磁体起到磁场调节的作用。但是正如上述背景技术的内容，现有的永磁记忆电机中，在串联磁路上的两个永磁体为矫顽力较高的钕铁硼永磁体，稳磁作用较为明显，所需的调磁电流较大，而使调磁范围受限，同时，还存在磁量较多，饱和较为严重的问题。

为解决上述的技术问题，本申请实施例提供一种永磁电机，该永磁电机可以应用于电动车/电动汽车(Electric Vehicle，简称EV)、纯电动汽车(Pure Electric Vehicle/BatteryElectric Vehicle，简称：PEV/BEV)、混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，简称：HEV)、增程式电动汽车(Range Extended Electric Vehicle，简称REEV)、插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，简称：PHEV)、新能源汽车(New EnergyVehicle)、电池管理(Battery Management)、电机&驱动(Motor&Driver)、功率变换(PowerConverter)、减速器(Reducer)等。

其中，在本申请实施例中，以该永磁电机应用于电动汽车为例进行说明，参见图1所示，该电动汽车100可以包括车架40和电机驱动系统，电机驱动系统安装在车架40上，车架40作为电动车的结构骨架，用于支撑、固定和连接各个系统，承受汽车系统内部和来自外部环境的载荷。

电机驱动系统是由一系列部件构成、用于生产动力并将动力传递到路面的系统，其中，参见图1所示，电机驱动系统可以包括控制器20、电池30和永磁电机10，电池30和永磁电机10电连接，控制器20与永磁电机10电连接，用于控制永磁电机10的工作。该电机驱动系统还可以包括减速器50，减速器50用于与电机电连接，以实现对车辆速度的调节。

电动汽车100还包括有设置在车架40上的车轮41，电机的转轴通过传动部件与车轮41相连，这样电机的转轴输出动力，传动部件将动力传递给车轮41，使车轮41转动。其中，在本申请实施例中，电机驱动系统所包括的永磁电机10的数量可以是一个，也可以是两个，当电机数量为一个时，此时电机通过传动部件与两个前车轮或两个后车轮相连，当电机数量为两个时，则其中一个电机通过传动部件与两个前车轮相连，另一个电机通过另一传动部件与两个后车轮相连。

本申请实施例提供的电机驱动系统，通过包括永磁电机10，该永磁电机10在弱磁时实现了转子内部大部分磁力线的短路，降低了磁路饱和，从而有效的提升了调磁范围，实现了全域效率的提升，保证了电机驱动系统在各种运行状态下始终保持有高的效率。

本申请实施例提供的汽车通过包括该电机驱动系统，该电机驱动系统在各种运行状态下能够保持高的效率，能够有效的增加汽车的续航里程，提高车辆的综合运行效率。

其中，参见图2和图4所示，永磁电机10包括定子12、电枢绕组13和转子11，其中如图2和图3所示，转子11可以包括转子铁芯112和转轴111，转子铁芯112和转轴111可以呈圆柱状，其具有轴向和圆周面，转子铁芯112内具有沿轴向延伸的轴孔，转子铁芯112通过该轴孔套设在转轴111上并与转轴111固定连接，以使转轴111随着转子铁芯112的转动而转动。

定子12可以具有圆筒状的内腔，定子12套设在转子铁芯112的外周上，并使转子铁芯112位于定子12的内腔中，参见图4所示，转子铁芯112的外圆周面与定子12内腔的腔壁之间留有气隙16。转轴111穿出定子12的内腔外，以便于与车轮41进行连接输出转矩。其中，定子12可以包括定子铁芯齿121、定子轭122以及相邻的定子铁芯齿121之间形成的空腔123，电枢绕组13通过该空腔123并缠绕在定子铁芯齿121上。

参见图4和图5所示，在本申请实施例中，该转子11还包括若干第一永磁结构14，若干第一永磁结构14沿着转子铁芯112的周向分布设置在转子铁芯112上，具体的，第一永磁结构14为多个时，多个第一永磁结构14可以沿着转子铁芯112的周向等分分布在转子铁芯112上。

参见图4和图5所示，每个第一永磁结构14包括第一永磁体141和第二永磁体142，其中，第一永磁体141和第二永磁体142均沿着转子铁芯112的径向设置，并且第一永磁体141的矫顽力小于第二永磁体142的矫顽力，即第一永磁体141为矫顽力较低的永磁体，而第二永磁体142为矫顽力较高的永磁体，这样通过矫顽力较低的第一永磁体141的磁化和去磁化程度，可以调控气隙16主磁通。在弱磁时，高矫顽力的第二永磁体142产生的部分主磁通通过低矫顽力的第一永磁体141短路，从而使永磁磁场在弱磁时实现转子11内部磁力线的短路，降低了磁路的饱和，有效的提升了调磁范围。

与现有技术中的永磁记忆电机相比，参见图6中a所示，以两个高矫顽力的第二永磁体142形成串联磁路为例，在本申请实施例提供的永磁电机10的转子11中，使用于形成串联磁路的两个永磁体的矫顽力形成差异，即将低矫顽力的永磁体偏置于串联磁路的一侧(如图6中b所示)，第一永磁体141为低矫顽力永磁体，第二永磁体142为高矫顽力永磁体，这样弱磁时通过第一永磁体141实现转子11内磁力线的短路，从而有效的提升了电机的调磁范围，解决了现有电机所需调磁电流较大，调磁范围有待进一步提升的问题。同时，串联磁路中的第一永磁体141为低矫顽力永磁体，可降低转子11内磁量的饱和，也有利于调磁范围的提升。

参见图4和图5所示，转子铁芯112上的第一永磁结构14为多个，每个第一永磁结构14包括一个低矫顽力的第一永磁体141和一个高矫顽力的第二永磁体142，这样第一永磁体141和第二永磁体142交错设置在转子铁芯112的周向上，使第一永磁体141的工作点稳定，具有良好的稳磁性能。同时，相邻的第一永磁体141和第二永磁体142交错设置，低矫顽力的第一永磁体141对高矫顽力的第二永磁体142产生的磁通有一定阻碍作用，使其不能穿过气隙16，削弱了磁能积，进而降低了转子11内磁量的饱和，有利于调磁范围的提升。

其中，在本申请实施例中，转子铁芯112可以包括若干个转子铁芯片(图中未示出)，转子铁芯片可以呈圆柱状，所有的转子铁芯片沿轴向依次层叠，转子铁芯片的圆周向轮廓完全重叠形成转子铁芯112，每个转子铁芯片上均设置有第一永磁结构14。

参见图4和图5所示，在本申请实施例中，该转子11还包括若干第二永磁结构15，第二永磁结构15位于同一个第一永磁结构14中的第一永磁体141和第二永磁体142之间，且第二永磁结构15远离转轴111设置，这样就使第二永磁结构15与第一永磁体141形成串联磁路，第二永磁结构15与第二永磁体142也形成串联磁路，同一个第一永磁结构14中的第一永磁体141和第二永磁体142形成串联磁路，而相邻的第一永磁结构14中的第一永磁体141和第二永磁体142也形成串联磁路，使电机具有良好的稳磁性能。

其中，第二永磁结构15可以是一个具有高矫顽力的永磁体，或者第二永磁结构15也可以是由高矫顽力的永磁体和低矫顽力的永磁体共同构成。每个转子铁芯片上也可以均设有该第二永磁结构。

具体的，在一种可能的实现方式中，参见图5和图6所示，第二永磁结构15包括第三永磁体151和第四永磁体152，第三永磁体151位于第四永磁体152的两侧，这样第三永磁体151和第四永磁体152就形成并联磁路(如图6中c所示)，在弱磁时可以使得并联磁路中的两种永磁体的磁场在转子11内部形成短路，进一步的提升了调磁范围。

第四永磁体152的矫顽力小于第三永磁体151的矫顽力，参见图4和图5所示，第四永磁体152和第二永磁体142形成串联磁路结构，而相邻的第一永磁体141和第二永磁体142也形成串联磁路结构，这样的串联磁路结构使的具有低矫顽力的永磁体(第一永磁体141和第四永磁体152)拥有高矫顽力永磁体(第二永磁体142和第三永磁体151)的磁力线支撑，从而具有显著的抗负载退磁能力。

参见图4所示，在相邻的两个第一永磁结构14中，其中一个第一永磁结构14中的第一永磁体141靠近其中另一个第一永磁结构14中的第二永磁体142设置，这样在每一个第一永磁体141邻近的位置处就设有一个第二永磁体142，高矫顽力的第二永磁体142可以为低矫顽力的永磁体141提供磁力线支撑，使电机具有更好的稳磁性能。

综上，在本申请实施例提供的永磁电机10中，将低矫顽力的永磁体偏置于串联磁路的一侧(如图6中b所示)，使第一永磁体141为低矫顽力永磁体，第二永磁体142为高矫顽力永磁体，这样弱磁时通过第一永磁体141实现转子11内磁力线的短路，从而有效的提升了电机的调磁范围，同时将偏置后的串联磁路与第三永磁体151和第四永磁体152形成的并联磁路(如图6中c所示)结合，获得混联的永磁磁路(如图6中d所示)，进一步的提升调磁的能力。

在本申请实施例中，参见图5所示，第二永磁结构15形状为U型，第二永磁结构15的开口朝向远离转轴111的一侧，使第二永磁结构15为U型，具有很好的聚磁作用。

其中，需要说明的是，第三永磁体151和第四永磁体152组合形成U型的第二永磁结构15，第三永磁体151和第四永磁体152之间可以留有间隙，或者第三永磁体151和第四永磁体152之间不存在间隔。

参见图5所示，第一永磁结构14形状为V型，第一永磁结构14的开口朝向远离转轴111的一侧，V型的永磁结构具有很好的聚磁作用，U型的第二永磁结构15位于靠近V型的第一永磁结构14的开口处。

参见图7所示，在初始充磁时，第一永磁体141以转子铁芯112圆周的切向方向充磁，第二永磁体142以转子铁芯112圆周的切向方向充磁(如图7中e所示)，第四永磁体152以转子铁芯112的圆周的径向方向充磁，多个第三永磁体151环绕形成圆周，第三永磁体151分布在该圆周的径向上，第三永磁体151以该圆周的切向方向充磁(如图7中f所示)，由于第一永磁体141和第二永磁体142沿着转子铁芯112的径向分布，而组成U型的第三永磁体151和第四永磁体152位于第一永磁体141和第二永磁体142之间，第三永磁体151位于第四永磁体152两侧，这样第四永磁体152就位于圆周的切向方向上，使第一永磁体14和第二永磁体142沿转子铁芯112圆周的切向方向充磁，第三永磁体151沿着多个第三永磁体151形成的圆周切向方向充磁，而第四永磁体152沿转子铁芯112圆周的径向方向充磁，这样四个永磁体磁通叠加后就同方向流动。

需要说明的是，第三永磁体151可以与第一永磁体141平行，即第三永磁体151可以沿着转子铁芯112圆周的径向延伸，或者第三永磁体151可以与第一永磁体141之间具有一定的角度。当第三永磁体151与第一永磁体141平行均沿转子铁芯112的径向分布时，第三永磁体151以转子铁芯112圆周的切向方向充磁。

其中，一个第一永磁结构14和一个第二永磁结构15构成一个磁极，如磁体的南极或北极，这样一个磁极内包括有一个第一永磁体141、一个第二永磁体142、两个第三永磁体151和一个第四永磁体152。在初始充磁时，参见图7所示，同一磁极的两个第三永磁体151充磁方向相反，相邻磁极的第四永磁体152充磁方向相反，同一磁极的第一永磁体141和第二永磁体142充磁方向相反，相邻磁极的第一永磁体141和第二永磁体142充磁方向相同，这样使永磁体磁通叠加后同方向流动形成回路。

参见图8所示，在弱磁时，高矫顽力的第二永磁体142的永磁磁通一部分会被同一极内的低矫顽力的第一永磁体141短路，降低磁路的饱和，提升调磁范围。同时，与该第二永磁体142相邻的第一永磁体141也会阻碍第二永磁体142的磁力线的穿过，达到弱磁的目的，有利于提升调磁的能力(如图8中e所示)。另外，第三永磁体151和第四永磁体152构成并联的磁路结构，在弱磁时，并联磁路中高矫顽力的第三永磁体151的一部分磁通也会被低矫顽力的第四永磁体152在转子11内部短路(如图8中f所示)，进一步的提升调磁能力，扩大调磁的范围。

本申请实施例提供的永磁电机其运行原理如下：考虑径向充磁的第四永磁体152和切向充磁的第一永磁体141此时的磁化方向，若如图7所示，此时第四永磁体152和第一永磁体141处于增磁状态，永磁磁通首先从切向充磁的第二永磁体142的北极出发，一部分磁通穿过第三永磁体151后，途经转子铁心，经过气隙16，到达定子铁芯齿121，再穿过定子轭122，以相同的路径回到第一永磁体141，最终回到第二永磁体142的南极；而另一部分磁通到达第四永磁体152的南极，第四永磁体152的永磁体磁通与第三永磁体151、第一永磁体141和第二永磁体142叠加后同方向流动。若第四永磁体152和第一永磁体141此时的磁化方向如图8所示，第四永磁体152和第一永磁体141与第三永磁体151和第二永磁体142间磁通方向相反，此时第四永磁体152和第一永磁体141处于弱磁状态，第二永磁体142的大部分磁通将与第四永磁体152和第一永磁体141的永磁体的磁通在转子内部短路。与此同时，电枢绕组13通入与转子11转速一致的三相交流电流，与转子11形成的旋转磁场相互作用，从而实现电机能量转换。

在本申请实施例中，参见图4和图5所示，转子铁芯112上还设有磁障113，磁障113位于第一永磁体141和第二永磁体142之间，且磁障113靠近转轴111设置。磁障113能够增强直轴磁阻，从而达到减少漏磁的目的。

其中，该磁障113的形状为圆形，与现有的使用三角形等磁障相比，每个三角形磁障往往沿着转子铁芯112的径向分布，会从转子铁芯112靠近转轴111的一端延伸到转子铁芯112靠近定子12的一端，这样会导致转子铁芯112分布较为饱和，使转子11的机械强度难以保证，不适用于高速运行区域，而在本申请实施例中，使磁障113为圆形，并且靠近转轴111设置，就可以避免这样的问题，同时圆形的磁障113可方便于转子11的机械加工。

参见图4所示，第一永磁结构14和第二永磁结构15数量相同，且数量为偶数，从而保证形成磁通回路。

具体的，在本申请实施例中，第一永磁体141为铝镍钴永磁体，第二永磁体142为钕铁硼永磁体，第三永磁体151也可以为钕铁硼永磁体，第四永磁体152也可以为铝镍钴永磁体。其中，铝镍钴永磁体(Alnico)是一种铁合金，除了铁以外，还添加了铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)以及少量其他增强磁性的成分，具有较低的矫顽力。钕铁硼永磁体(NdFeB magnet)是由钕、铁、硼(Nd₂Fe₁₄B)形成的四方晶系晶体，具有较高的矫顽力。

其中，参见图4和图5所示，第一永磁体141和第二永磁体142的形状可以是一字型，一个一字型的第一永磁体141和一个一字型的第二永磁体142形成V型的第一永磁结构14。第三永磁体151和第四永磁体152的形状也可以是一字型，一字型的第四永磁体152作为U型结构的底端，两个一字型的第三永磁体151分别位于U型结构的两侧，形成第二永磁结构15。

在一种可能的实施方式中，参见图4所示，转子铁芯112上开设有第一磁槽114和第二磁槽115，第一永磁结构14设置于第一磁槽114内，第二永磁结构15设置于第二磁槽115内。第一磁槽114和第二磁槽115可以分别是在转子铁芯片成型时在其表面上形成的凹槽，用于放置第一永磁结构14和第二永磁结构15，其中，第一磁槽114可以包括有用于放置第一永磁体141的第一磁槽部114a，和用于放置第二永磁体142的第二磁槽部114b。

其中，转子铁芯112包括若干个转子铁芯片，每个转子铁芯片上均开设有第一磁槽114和第二磁槽115。其中，转子铁芯片上开设有若干个第一磁槽114和第二磁槽115，根据产品的性需求，各个转子铁芯片同一位置的磁槽可以形成设定的位置关系，例如，各个转子铁芯片同一位置的所有磁槽完全重叠，即各个转子铁芯片上的第一磁槽114位置重叠，第二磁槽115位置也重叠。或者，各个转子铁芯片同一位置的所有磁槽可以依次错位。

相应的，第一磁槽114和第二磁槽115的形状分别与第一永磁结构14和第二永磁结构15相对应，具体的，在本申请实施例中，第一磁槽114的形状可以是V型，第二磁槽115的形状可以是U型。

本申请实施例提供的永磁电机10，通过使该永磁电机10的转子11包括沿着转子铁芯112径向分布的第一永磁体141和第二永磁体142，并使第一永磁体141的矫顽力小于第二永磁体142的矫顽力，在弱磁时，部分主磁通通过低矫顽力的第一永磁体141短路，从而使永磁磁场在弱磁时实现转子11内部磁力线的短路，降低了磁路的饱和，有效的提升了永磁电机10的调磁范围。另外，该转子11还包括有第三永磁体151和第四永磁体152，第三永磁体151和第四永磁体152形成并联的磁路结构，在弱磁时可以使两种永磁体的磁场在转子11内部形成短路，进一步的提升了永磁电机10的调磁能力，扩大了调磁范围。

其中，在最大调磁电流318Arms，最大直流母线电压470V的限制下，从实际增磁和实际去磁情况下的空载反电势可以直接反映电机的调磁能力，参见图9和图10所示，对本申请实施例提供的永磁电机10的反电势进行检测，由图9和图10可以看出，本申请实施例提供的永磁电机结构，其增磁/去磁反电势基波幅值为119.97V/60.48V＝1.984倍，具有显著的调磁能力。

在电机运行中，低矫顽力永磁体工作点的稳定性十分重要，参见图11所示，本申请实施例提供的永磁电机10，由于同一极的第四永磁体152和第二永磁体142形成串联磁路，相邻极间的第一永磁体141和第二永磁体142也形成串联磁路结构，串联磁路中的高矫顽力永磁体能够保障低矫顽力永磁体拥有较高的磁力线支撑，具有显著的抗负载退磁能力，进而稳定了低矫顽力永磁体的工作点。

在本申请实施例中，在对永磁电机10进行调磁时，可采用短时脉冲对其进行调磁，几乎无励磁铜耗，能够实现反复去磁，参见图12和图13所示，通过d轴脉冲电流对电机进行调磁，该永磁电机10的结构可在保证低矫顽力永磁体工作点稳定的基础上，实现永磁磁场大部分在转子11内部的短路，有效的提升调磁的范围，使该永磁电机10具有显著的调磁能力。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

本申请实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

Claims (11)

1.一种转子，用于永磁电机中，其特征在于，包括转轴（111）和套设在所述转轴（111）上的转子铁芯（112），所述转子铁芯（112）上设有磁障（113）；

还包括若干第一永磁结构（14）和若干第二永磁结构（15），若干所述第一永磁结构（14）沿着所述转子铁芯（112）的周向分布设置在所述转子铁芯（112）上，每个所述第一永磁结构（14）包括沿着所述转子铁芯（112）径向设置的第一永磁体（141）和第二永磁体（142），所述转子铁芯（112）上开设有第一磁槽（114），所述第一永磁结构（14）设置于所述第一磁槽（114）内，所述第一磁槽（114）由第一磁槽部（114a）和第二磁槽部（114b）组成，所述第一磁槽部（114a）用于仅放置一个第一永磁体（141），所述第二磁槽部（114b）用于仅放置一个第二永磁体（142），所述第一永磁体（141）的矫顽力小于所述第二永磁体（142）的矫顽力，所述第二永磁结构（15）位于同一个所述第一永磁结构（14）中的所述第一永磁体（141）和所述第二永磁体（142）之间，且所述第二永磁结构（15）远离所述转轴（111）设置，所述第二永磁结构（15）包括第三永磁体（151）和第四永磁体（152），所述第三永磁体（151）位于所述第四永磁体（152）的两侧，所述第四永磁体（152）的矫顽力小于所述第三永磁体（151）的矫顽力，所述第一永磁体（141）和所述第二永磁体（142）分别以所述转子铁芯（112）圆周的切向方向充磁，所述第三永磁体（151）以多个所述第三永磁体（151）环绕形成的圆周的切向方向充磁，所述第四永磁体（152）以所述转子铁芯圆周的径向方向充磁，所述第一永磁结构（14）和所述第二永磁结构（15）构成一个磁极，同一磁极的两个所述第三永磁体（151）充磁方向相反，相邻磁极的所述第四永磁体（152）充磁方向相反，同一磁极的所述第一永磁体（141）和所述第二永磁体（142）充磁方向相反，相邻磁极的所述第一永磁体（141）和所述第二永磁体（142）充磁方向相同，所述磁障（113）位于所述第一永磁体（141）和所述第二永磁体（142）之间，且所述磁障（113）靠近所述转轴（111）设置，所述磁障（113）的形状为圆形。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，相邻的两个所述第一永磁结构（14）中，其中一个所述第一永磁结构（14）的所述第一永磁体（141）靠近其中另一个所述第一永磁结构（14）的所述第二永磁体（142）设置。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述第二永磁结构（15）形状为U型，所述第二永磁结构（15）的开口朝向远离所述转轴（111）的一侧。

4.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述第一永磁结构（14）形状为V型，所述第一永磁结构（14）的开口朝向远离所述转轴（111）的一侧。

5.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述第一永磁结构（14）和所述第二永磁结构（15）数量相同，且数量为偶数。

6.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述第一永磁体（141）为铝镍钴永磁体，所述第二永磁体（142）为钕铁硼永磁体。

7.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述第三永磁体（151）为钕铁硼永磁体，所述第四永磁体（152）为铝镍钴永磁体。

8.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述转子铁芯（112）上开设有第二磁槽（115），所述第二永磁结构（15）设置于所述第二磁槽（115）内。

9.一种永磁电机，其特征在于，包括定子（12）、电枢绕组（13）和上述权利要求1-8任一所述的转子（11），所述定子（12）套设在所述转子（11）的转子铁芯（112）的外周上，所述电枢绕组（13）设置在所述定子（12）上。

10.一种电机驱动系统，其特征在于，包括控制器（20）、电池（30）和上述权利要求9所述的永磁电机（10），其中，所述电池（30）、所述控制器（20）分别与所述永磁电机（10）相连。

11.一种电动车，其特征在于，包括车架（40）和上述权利要求10所述的电机驱动系统，所述电机驱动系统安装在所述车架（40）上。

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