带有分段铁氧体磁体的永磁电机的方法和设备

摘要

本发明涉及带有分段铁氧体磁体的永磁电机的方法和设备。例如与牵引马达和混合动力电动车辆一起使用的内置永磁电机(IPM电机)类型包括转子，转子具有以一层或多层设置的多个尺寸相等的(例如直线的)分段铁氧体磁体。所述磁体插入在比磁体本身更大的转子槽中，使得在每层中靠近磁体形成一个或多个气隙。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及诸如电动马达的磁性装置，且更具体地涉及与内置永磁电机结合使用的转子。

背景技术

由于其期望特性-良好的转矩密度、高总体效率和相对恒定的功率范围等，内置永磁(IPM)电机利于燃料电池和混合动力电动车辆操作。在永磁电机中的转子磁场借助于其结构获得，与磁场由源提供的定子电流产生的其它电机不同，如感应、开关或同步阻抗电机。因而，与其它这种电机相比，永磁电机展现优良的效率。

在IPM电机中，通常添加一个或多个转子屏障-包括永磁体和/或气隙。这些转子层用作下部主磁体层的永磁场的屏障，从而减少气隙磁通量，且降低由永磁场引起的电机反向EMF和损失。

常规IPM转子在多个方面是不令人满意的。例如，设置在转子内的用于接收插入磁体的腔或槽通常具有复杂形状，且通常需要形成具有梯形和/或更复杂几何形状的磁体。这种磁体的制作是耗时、昂贵的，且需要紧密的公差。此外，用于制成这种磁体的磁体材料(例如NdFeB)比常用磁体材料(例如，含铁材料)显著更贵。

因而，期望提供可制造的、便宜的、且保持合适磁性特性的改进IPM转子设计。本发明的其它期望特征和特性将从随后的详细说明和所附权利要求结合附图以及前述技术领域和背景技术显而易见。

附图说明

通过参考详细附图和权利要求结合考虑以下附图可以获得本发明的更完整的理解，其中，在所有附图中相同的附图标记指代相同的元件。

图1以截面图示出了根据一个实施例的IPM电机的八分之一部分；

图2以截面图示出了图1的IPM的放大图。

具体实施方式

总体上，本发明涉及包括转子的永磁电机(PM电机)，转子具有以一层或多层设置的多个尺寸相等的分段铁氧体磁体。磁体被插入到大于磁体本身的转子槽中，使得在每层中靠近磁体形成一个或多个气隙。

在这方面，以下详细说明本质上仅仅是说明性的，且不意在限制本发明或本发明的应用或使用。另外，并非打算受限于前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明确的或隐含的理论。本发明在本文可关于功能和/或逻辑块部件和各个处理步骤来描述。应当理解的是，这种块部件可通过配置成执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件实现。为了简便起见，在本文不详细描述与电动马达、磁体等有关的常规技术和系统。

图1示出了根据一个实施例的IPM100的示例性部分截面。如图所示，IPM100总体上包括转子106，转子106配置成相对于定子101以常规方式围绕旋转中心103旋转。IPM100包括具有多个绕组102的定子101，所述绕组102与设置在转子106中(即，插入在其中形成的槽或间隙中)的磁体110磁性相互作用。

转子106初始包括多个切口、槽或“腔”，其每个填充有以一层或多层(例如，140、142和144)设置的一个或多个尺寸相等的永磁体110。磁体110可包括现在已知的或者以后开发的任何类型的永磁材料，但是在所示实施例中包括常规铁氧体磁体材料，如本领域已知的那样。

这就是说，参考图2，转子106首先设置有配置成接收一个或多个磁体110的多个腔107。在所示实施例中，为了改进制造容易性，每个磁体110为大致矩形或直线形，且具有相同的形状和尺寸，例如15×5×30mm。

因此，转子106中的槽107具有至少两个平行的相对侧(例如，202和204)，使得适当尺寸的磁体110可贴身地插入其中(如图1所示)。因而，使用术语“腔”来指代在插入磁体110之前限定的区域。虽然附图示出了磁体110的二维截面图，但是应当理解的是，腔107延伸到转子106中且将限定具有任何适当形状的三维容积。

在所示实施例中，磁体110以三层140、142和144设置，但是可提供任何数量的层。所述层优选配置成向外凸起定向(即，远离旋转中心103)的大致弧形曲线。

每层包括两个对称设置的腔107，且可包括任何数量的磁体110。在该实施例中，层144包括两个磁体，层142包括四个磁体，且层140包括六个磁体。每个相邻的磁体对由气隙125分开，气隙125可填充有非磁性材料，例如塑料材料。

上述结构在多个方面是有利的。具体地，相对昂贵的磁体(例如NdFeB磁体)可用更便宜的铁氧体磁体取代。铁氧体磁体的较低能量产出通过较高磁阻转矩补偿。使用具有相同尺寸的分段磁体而不是各种具有复杂形状的磁体，则极大地降低制造成本。

矩形磁体比更复杂形状的磁体明显更容易制造，因为它们以直边、尖角、较紧密的公差和易于测量的几何形状为特征。另外，这种磁体更容易和更便宜地规模生产。用于制造腔或槽107的工具更简单。

此外，使用多个分段磁体结构减少气隙125附近的机械应力。即，在旋转期间产生的动态应力沿内部和外部桥更均匀分布，从而允许转子以更高速度旋转和/或允许使用更多磁体。

虽然在前述详细说明中已经示出了至少一个示例实施例，应当理解的是存在大量的变型。例如，除了所示单层之外，可包含附加屏障层。也应当理解的是，本文所述的示例实施例不意在以任何方式限制本发明的范围、应用性或配置。相反，前述具体实施方式将提供本领域技术人员实施所述实施例的便利途径。应当理解的是，可以对元件的功能和布置进行各种变化，而不偏离本发明及其合法等价物的范围。