具有混合稀土磁體和鐵氧體磁體的轉(zhuǎn)子的內(nèi)置式永磁體電的制造方法
【專利摘要】一種用于內(nèi)置式永磁體電機(jī)的轉(zhuǎn)子芯部，包括至少一個(gè)鐵氧體磁極和至少一個(gè)稀土磁極，其繞軸線以交替關(guān)系徑向地布置。鐵氧體磁極限定多個(gè)第一磁極腔體，且稀土磁極限定多個(gè)第二磁極腔體。在鐵氧體磁極的第一磁極腔體中的每一個(gè)內(nèi)布置多個(gè)鐵氧體磁體中的一個(gè)，且在稀土磁極的第二磁極腔體中的每一個(gè)布置內(nèi)多個(gè)稀土磁體中的一個(gè)。
【專利說明】具有混合稀土磁體和鐵氧體磁體的轉(zhuǎn)子的內(nèi)置式永磁體電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明大體涉及一種內(nèi)置式永磁體電機(jī)，且更具體地涉及一種用于內(nèi)置式永磁體電機(jī)的轉(zhuǎn)子組件。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)置式永磁體(IPM)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有繞轉(zhuǎn)子的外周邊布置的交替極性的多個(gè)磁體。該轉(zhuǎn)子可在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，該定子包括多個(gè)繞組。該轉(zhuǎn)子與定子磁性相互作用以產(chǎn)生轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)。IPM電機(jī)可以在轉(zhuǎn)子中使用鐵氧體磁體或稀土磁體，譬如NdFeB。鐵氧體磁體較便宜，但是在用于相同配置的IPM電機(jī)時(shí)與稀土磁體相比產(chǎn)生較低的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種內(nèi)置式永磁體電機(jī)包括繞線定子和轉(zhuǎn)子芯部。轉(zhuǎn)子芯部包括鐵氧體磁極和稀土磁極。鐵氧體磁極限定多個(gè)第一磁極腔體，且稀土磁極限定多個(gè)第二磁極腔體。轉(zhuǎn)子芯部與繞線定子磁性地相互作用以中心繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。內(nèi)置式永磁體電機(jī)還包括多個(gè)鐵氧體磁體和多個(gè)稀土磁體。在鐵氧體磁極的第一磁極腔體中的每一個(gè)內(nèi)布置多個(gè)鐵氧體磁體中的一個(gè)，且在稀土磁極的第二磁極腔體中的每一個(gè)內(nèi)布置多個(gè)稀土磁體中的一個(gè)。
[0004]還提供了一種用于內(nèi)置式永磁體電機(jī)的轉(zhuǎn)子組件。轉(zhuǎn)子組件包括繞中心旋轉(zhuǎn)軸線同心地布置的轉(zhuǎn)子芯部。轉(zhuǎn)子組件包括多個(gè)鐵氧體磁極和多個(gè)稀土磁極。多個(gè)鐵氧體磁極的每一個(gè)限定多個(gè)第一磁極腔體，且多個(gè)稀土磁極的每一個(gè)限定多個(gè)第二磁極腔體。轉(zhuǎn)子組件還包括多個(gè)鐵氧體磁體和多個(gè)稀土磁體。在鐵氧體磁極的第一磁極腔體中的每一個(gè)內(nèi)布置多個(gè)鐵氧體磁體中的一個(gè)，且在稀土磁極的第二磁極腔體中的每一個(gè)內(nèi)布置多個(gè)稀土磁體中的一個(gè)。所述鐵氧體磁極的多個(gè)鐵氧體磁體被布置為相對(duì)于中心旋轉(zhuǎn)軸線從彼此徑向地間隔開的多個(gè)排。多個(gè)第一磁極腔體和鐵氧體磁極中的多個(gè)鐵氧體磁體的每一個(gè)包括垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸線的橫截面，其限定具有弧形中心的弧形形狀。鐵氧體磁極的多個(gè)鐵氧體磁體的每一個(gè)的弧形中心定位為相對(duì)彼此同心。稀土磁極的多個(gè)稀土磁體的每一個(gè)包括垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸線的橫截面，其限定矩形形狀。稀土磁極的多個(gè)稀土磁體布置為多個(gè)層。稀土磁極的每一層稀土磁體垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸線限定凹形V字形狀。
[0005]因此，轉(zhuǎn)子組件包括鐵氧體磁體和稀土磁體兩者，其布置在交替磁極中，其配置被特別設(shè)計(jì)以最小化稀土磁體的體積，同時(shí)保持相當(dāng)?shù)娜⊥链朋w轉(zhuǎn)子組件的性能。最小化在轉(zhuǎn)子組件中使用的稀土磁體的體積降低了制造轉(zhuǎn)子組件的成本(與全稀土磁體轉(zhuǎn)子組件相比)，而沒有顯著性能損失。
[0006]當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，從下面的用于執(zhí)行如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的一些最佳方式和其它實(shí)施例的具體描述可容易地明白本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)，以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0007]圖1是內(nèi)置式永磁體電機(jī)的示意性橫截面視圖；
[0008]圖2是內(nèi)置式永磁體電機(jī)的示意性部分橫截面放大視圖；
【具體實(shí)施方式】
[0009]本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解諸如“上方”、“下方”、“上”、“下”、“頂部”、“底部”等術(shù)語
被用于描述附圖，且并不對(duì)本發(fā)明范圍有任何限制，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
[0010]參考附圖，其中在多個(gè)視圖中相同的標(biāo)號(hào)指示相同的部件，內(nèi)置式永磁體電機(jī)大體在20處示出。IPM電機(jī)20可以包括但并不局限于電動(dòng)機(jī)或其他類似設(shè)備。
[0011]參考圖1，IPM電機(jī)20包括繞線定子22和轉(zhuǎn)子組件24。轉(zhuǎn)子組件24與繞線定子22磁性地相互作用以繞中心旋轉(zhuǎn)軸線26相對(duì)于繞線定子22旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子組件24包括轉(zhuǎn)子芯部28。中心旋轉(zhuǎn)軸線26被布置在轉(zhuǎn)子芯部28的中心處。轉(zhuǎn)子芯部28包括至少一個(gè)鐵氧體磁極30和至少一個(gè)稀土磁極32。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子組件24包括多個(gè)鐵氧體磁極30和多個(gè)稀土磁極32。鐵氧體磁極30的數(shù)量等于稀土磁極32的數(shù)量。鐵氧體磁極30和稀土磁極32繞中心旋轉(zhuǎn)軸線26以交替關(guān)系徑向地布置。當(dāng)轉(zhuǎn)子組件24包括多個(gè)鐵氧體磁極30和多個(gè)稀土磁極32時(shí)，每一個(gè)鐵氧體磁極30被周向地布置在兩個(gè)稀土磁極32之間，且每一個(gè)稀土磁極32被周向地布置在兩個(gè)稀土磁極30之間。圖1示出了具有總共12個(gè)磁極的IPM電機(jī)，包括6個(gè)鐵氧體磁極30和6個(gè)稀土磁極32。然而，應(yīng)理解IPM電機(jī)20的磁極的總數(shù)可以與圖1中所示的示例性實(shí)施例不同。
[0012]參考圖2，每一個(gè)鐵氧體磁極30包括第一磁極軸線34，其從中心旋轉(zhuǎn)軸線26徑向地向外延伸穿過每一個(gè)相應(yīng)鐵氧體磁極30的中心。每一個(gè)鐵氧體磁極30限定多個(gè)第一磁極腔體36。
[0013]每個(gè)鐵氧體磁極30在其中包括相同數(shù)量且以相同的取向布置的第一磁極腔體36。第一磁極腔體36三維地延伸到轉(zhuǎn)子芯部28中。第一磁極腔體36可包括切口，槽等。轉(zhuǎn)子組件24還包括多個(gè)鐵氧體磁體38，其中第一磁極腔體36中的每一個(gè)中布置有多個(gè)鐵氧體磁體38中的一個(gè)。應(yīng)理解，鐵氧體磁體38和第一磁極腔體36包括垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸線26的基本對(duì)應(yīng)的橫截面形狀。鐵氧體磁體38可完全填充第一磁極腔體36，或可在每個(gè)鐵氧體磁體38和它們的相應(yīng)第一磁極腔體之間留有一個(gè)或多個(gè)空氣隙。繞線定子22包括多個(gè)繞組40，其與布置在轉(zhuǎn)子芯部30的第一磁極腔體36中的鐵氧體磁體38磁性地相互作用以產(chǎn)生扭矩，使得轉(zhuǎn)子芯部28繞中心旋轉(zhuǎn)軸線26相對(duì)于繞線定子22旋轉(zhuǎn)。
[0014]鐵氧體磁體38和第一磁極腔體36的形狀和取向在下文參考圖2詳細(xì)地描述。盡管在此處的描述被限制到圖2中所示的僅單個(gè)鐵氧體磁極30，應(yīng)理解鐵氧體磁體38(多個(gè))及它們相應(yīng)第一磁極腔體36的形狀和取向與此處參考圖2中所示的單個(gè)鐵氧體磁體38所描述的取向相同。
[0015]第一磁極腔體36和布置在其中的它們相應(yīng)的鐵氧體磁體38的每一個(gè)包括垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸線26的橫截面，其限定具有弧形中心的弧形形狀。每一個(gè)鐵氧體磁極30的磁體優(yōu)選被關(guān)于其相應(yīng)的第一磁極軸線34對(duì)稱地布置，使得每一個(gè)鐵氧體磁體38的弧形中心彼此同心，即每一個(gè)鐵氧體磁極30的每一個(gè)鐵氧體磁體38的弧形中心共享相同的徑向中心位置42。[0016]每一個(gè)鐵氧體磁極30的第一磁極腔體36被布置為相對(duì)于中心旋轉(zhuǎn)軸線26徑向間隔開的一排或多排。每一排從其他排徑向地間隔開。如圖所示，每一個(gè)鐵氧體磁極30的第一磁極腔體36限定三排，即第一排44或相對(duì)于中心旋轉(zhuǎn)軸線26的徑向最外側(cè)排,第二排46或徑向中間排，以及第三排48或相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線26的徑向最內(nèi)側(cè)排。因此，第三排48被間隔開為比第二排46更靠近中心旋轉(zhuǎn)軸線26，且第二排46被間隔開為比第一排44更靠近中心旋轉(zhuǎn)軸線26。然而，應(yīng)理解每一個(gè)鐵氧體磁極30的第一磁極腔體36可以僅限定單排，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數(shù)量的第一磁極腔體36。如所示，第一排44包括兩個(gè)第一磁極腔體36，第二排46包括三個(gè)第一磁極腔體36，且第三排48包括三個(gè)第一磁極腔體36。然而，每排中的第一磁極腔體36的數(shù)量可以不同于所示的示例性實(shí)施例。
[0017]第一排44的每個(gè)鐵氧體磁體38包括第一半徑50，第二排46的每個(gè)鐵氧體磁體38包括第二半徑52，以及第三排48的每個(gè)鐵氧體磁體38包括第三半徑54。第三半徑54大于第二半徑52，且第二半徑52大于第一半徑50。優(yōu)選地，第一半徑50、第二半徑52和第三半徑54每一個(gè)包括在8mm和25mm范圍內(nèi)的值。然而，應(yīng)理解第一半徑50、第二半徑52和第三半徑54的值可以不同于此處所提供的示例性范圍。
[0018]每個(gè)鐵氧體磁極30的鐵氧體磁體38的每一層包括厚度。如圖2所示，鐵氧體磁體38的第一排44包括第一厚度56，鐵氧體磁體38的第二排46包括第二厚度58，以及鐵氧體磁體38的第三排48包括第三厚度60。因此，每一排中的每個(gè)鐵氧體磁體38包括相同厚度，但是在每個(gè)不同排中的鐵氧體磁體38的厚度可不同。如所示，在每一排鐵氧體磁體38中的鐵氧體磁體38的厚度隨著從中心旋轉(zhuǎn)軸線26的徑向距離的增大而減小。因此，鐵氧體磁體38的第一排44的第一厚度56小于鐵氧體磁體38的第二排46的第二厚度58，且鐵氧體磁體38的第二排46的第二厚度58小于鐵氧體磁體38的第三排48的第三厚度60。優(yōu)選地，鐵氧體磁體38的第一排44的第一厚度56，鐵氧體磁體38的第二排46的第二厚度58，以及鐵氧體磁體38的第三排48的第三厚度60在2mm到5mm的范圍內(nèi)。然而，應(yīng)理解第一厚度56、第二厚度58和第三厚度60的值可以不同于此處所提供的示例性范圍。
[0019]每一個(gè)稀土磁極32包括第二磁極軸線62，其從中心旋轉(zhuǎn)軸線26徑向地向外延伸穿過每一個(gè)相應(yīng)稀土磁極32的中心。每一個(gè)稀土磁極32限定多個(gè)第二磁極腔體64。
[0020]每個(gè)稀土磁極32在其中包括相同數(shù)量且以相同的取向布置的第二磁極腔室64。第二磁極腔體64三維地延伸到轉(zhuǎn)子芯部28中。第二磁極腔體64可包括切口，槽等。轉(zhuǎn)子組件24還包括多個(gè)稀土磁體66，其中第二磁極腔體64中的每一個(gè)中布置有多個(gè)稀土磁體66中的一個(gè)。應(yīng)理解,稀土磁體66和第二磁極腔體64包括垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸線26的基本對(duì)應(yīng)的橫截面形狀。稀土磁體66可完全填充第二磁極腔體64，或可在每個(gè)稀土磁體66和它們相應(yīng)的第二磁極腔體64之間留有一個(gè)或多個(gè)空氣隙。繞線定子22的多個(gè)繞組40與布置在轉(zhuǎn)子芯部32的第二磁極腔體64中的稀土磁體66磁性地相互作用以產(chǎn)生扭矩，使得轉(zhuǎn)子芯部28繞中心旋轉(zhuǎn)軸線26相對(duì)于繞線定子22旋轉(zhuǎn)。
[0021]稀土磁體66可以包括任意類型的適用于IPM電機(jī)20的稀土磁性材料。例如，每一個(gè)稀土磁體66可以由銣鐵硼(NdFeB )制造且包括銣鐵硼，但并不局限于此。來自其中一個(gè)稀土磁極32的強(qiáng)稀土磁體66的磁通增強(qiáng)周向相鄰的鐵氧體磁極30的磁通，由此降低在相鄰鐵氧體磁極30中鐵氧體磁體38被退磁的可能性。[0022]稀土磁體66和第二磁極腔體64的形狀和取向在下文參考圖2詳細(xì)地描述。盡管在此處的描述被限制到圖2中所示的僅單個(gè)稀土磁極32，應(yīng)理解稀土磁體66 (多個(gè))及它們相應(yīng)第二磁極腔體64的形狀和取向與此處參考圖2中所示的單個(gè)稀土磁體38所描述的取向相同。
[0023]參考圖2，第二磁極腔體64和布置在其中的它們相應(yīng)的稀土磁體66的每一個(gè)包括垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸線26的橫截面,其限定矩形形狀。每一個(gè)稀土磁極32的稀土磁體66被布置在限定垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸線26的凹形V字形狀的至少一層中，其中凹形V字形狀的頂點(diǎn)68被布置在第二磁極軸線62上。
[0024]每一個(gè)稀土磁極32的稀土磁體66優(yōu)選地被布置為關(guān)于每一個(gè)相應(yīng)稀土磁極32的第二磁極軸線62對(duì)稱地布置。每一個(gè)稀土磁極32的稀土磁體66被布置為限定稀土磁體66的第一組70,和稀土磁體66的第二組72。稀土磁體66的第一組70布置在第二磁極軸線62的第一側(cè)74上，且稀土磁體66的第二組72布置在第二磁極軸線62的第二側(cè)76上。稀土磁體66的第一組70和稀土磁體66的第二組72優(yōu)選地跨第二磁極軸線62彼此成鏡像。第一組70的稀土磁體66的每一個(gè)被完全布置在第二磁極軸線62的第一側(cè)74上。類似地，第二組72的稀土磁體66的每一個(gè)被完全布置在第二磁極軸線62的第二側(cè)76上。
[0025]如上所述，稀土磁極32的第二磁極腔體64被布置為一層或更多層。如果每個(gè)稀土磁極32的第二磁極腔體64被布置為多層，則這些層被布置為相對(duì)于中心旋轉(zhuǎn)軸線26從彼此徑向間隔開。如圖所示，每一個(gè)稀土磁極32的第二磁極腔體64被布置為限定兩層，SP第一層78或相對(duì)于中心旋轉(zhuǎn)軸線26的徑向最外側(cè)層，以及第二層80或相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線26的徑向最內(nèi)側(cè)層。因此，第一層78被布置為徑向相距中心旋轉(zhuǎn)軸線26比第二層80更遠(yuǎn)。應(yīng)理解第二磁極腔體64可以僅限定單層，或可以限定多于所示的兩層。此外，每一層可以在其中包括任意數(shù)量的第二磁極腔體64。如所示，第一層78包括兩個(gè)第二磁極腔體64，且第二層80包括兩個(gè)第二磁極腔體64。然而，每個(gè)稀土磁極32的每層中的第二磁極腔體64的數(shù)量可以不同于所示的示例性實(shí)施例。
[0026]每個(gè)稀土磁極32的稀土磁體66的每層包括厚度。如圖2所示，第一層78包括第一厚度82，且第二層80包括第二厚度84。因此，同一層中的每個(gè)磁體包括相同厚度。每層中磁體的厚度是不同的。如所示，在每層磁體中的磁體的厚度隨著距中心旋轉(zhuǎn)軸線26的徑向距離的增大而減小。因此，磁體的第一層78的第一厚度82小于磁體的第二層80的第二厚度84。優(yōu)選地，稀土磁體66的第一層78的第一厚度82和稀土磁體66的第二層80的第二厚度84在2mm到5mm的范圍內(nèi)。然而，應(yīng)理解稀土磁體66的第一層78的第一厚度82和稀土磁體66的第二層80的第二厚度84的值可以不同于此處所提供的示例性范圍。
[0027]詳細(xì)的說明書和附圖支持和描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明的范圍僅受到權(quán)利要求的限定。盡管用于執(zhí)行本發(fā)明的一些最佳模式和其他實(shí)施例已經(jīng)詳細(xì)地描述，存在用于實(shí)施所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的各種替代設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)置式永磁體電機(jī)，包括: 繞線定子； 轉(zhuǎn)子芯部，包括限定多個(gè)第一磁極腔體的鐵氧體磁極，和限定多個(gè)第二磁極腔體的稀土磁極，其中轉(zhuǎn)子芯部與繞線定子磁性地相互作用，用于繞中心旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)； 多個(gè)鐵氧體磁體，其中在鐵氧體磁極的每個(gè)第一磁極腔體中布置有多個(gè)鐵氧體磁體中的一個(gè)； 多個(gè)稀土磁體,其中在稀土磁極的每個(gè)第二磁極腔體中布置有多個(gè)稀土磁體中的一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式永磁體電機(jī)，其中所述鐵氧體磁極中的多個(gè)鐵氧體磁體的每一個(gè)包括垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸線的橫截面，該橫截面限定具有弧形中心的弧形形狀。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)置式永磁體電機(jī)，其中所述鐵氧體磁極的多個(gè)鐵氧體磁體的每一個(gè)的弧形中心彼此同心。
4.如權(quán)利要求3所述的內(nèi)置式永磁體電機(jī)，其中所述鐵氧體磁極的多個(gè)鐵氧體磁體被布置為相對(duì)于中心旋轉(zhuǎn)軸線從彼此徑向地間隔開的多個(gè)排。
5.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)置式永磁體電機(jī)，其中所述鐵氧體磁體的多個(gè)排包括第一排、第二排和第三排，其中第三排被間隔開為比第二排更靠近中心旋轉(zhuǎn)軸線，且第二排被間隔開為比第一排更靠近中心旋轉(zhuǎn)軸線。
6.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)置式永磁體電機(jī)，其中鐵氧體磁極中的鐵氧體磁體的第一排、第二排和第三排的每一個(gè)限定不同的厚度。
7.如權(quán)利要求6所述的內(nèi)置式永磁體電機(jī)，其中在鐵氧體磁體的第一排、第二排和第三排的每一個(gè)中的鐵氧體磁體的厚度隨著與中心旋轉(zhuǎn)軸線的徑向距離的增大而減小。
8.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式永磁體電機(jī),其中所述稀土磁極的多個(gè)稀土磁體的每一個(gè)包括垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸線的橫截面，該橫截面限定矩形形狀。
9.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)置式永磁體電機(jī)，其中所述稀土磁極的稀土磁體被布置為關(guān)于第二磁極軸線限定布置在第二磁極軸線的第一側(cè)上的第一組稀土磁體，和布置在稀土磁極軸線的第二側(cè)上的第二組稀土磁體。
10.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)置式永磁體電機(jī)，其中第一組稀土磁極和第二組稀土磁極跨第二磁極軸線彼此成鏡像。
11.如權(quán)利要求10所述的內(nèi)置式永磁體電機(jī)，其中稀土磁極的多個(gè)稀土磁體被布置為垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸線限定凹形V字形狀的至少一層，其中凹形V字形狀的頂點(diǎn)被布置在第二磁極軸線上。
【文檔編號(hào)】H02K1/27GK104038006SQ201410081859
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月8日
【發(fā)明者】K.M.拉曼, S.朱爾科維克 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司