混合磁鋼轉子及具有該轉子的永磁同步電的製造方法
2024-03-07 19:06:15
混合磁鋼轉子及具有該轉子的永磁同步電的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種混合磁鋼轉子及具有該轉子的永磁同步電機，所述轉子的磁鋼由內磁鋼和外磁鋼兩部分組成，其中內磁鋼靠近電機轉軸，外磁鋼遠離電機轉軸，所述外磁鋼的內稟矯頑力大於內磁鋼的內稟矯頑力；內磁鋼和外磁鋼的充磁方向相同，均為釹鐵硼磁鋼；外磁鋼的厚度小於內磁鋼的厚度。本實用新型中遠離電機轉軸的外側部分採用內稟矯頑力高的釹鐵硼磁鋼，這樣電機的轉子具有很好的抗退磁性能，同時靠近電機轉軸的內側部分採用內稟矯頑力低但剩餘磁通密度高的釹鐵硼磁鋼，這樣在保證電機性能的基礎上極大地降低電機的製造成本；同時採用分段式結構，可以減少永磁材料的渦流損耗，增加電機的效率，降低轉子的溫升，進一步增加轉子的抗退磁性能。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型與新能源汽車的電機技術有關，特別涉及一種混合磁鋼轉子及具有該 轉子的車用永磁同步電機。 混合磁鋼轉子及具有該轉子的永磁同步電機
【背景技術】
[0002] 電機是依據電磁感應定律實現電能轉換或傳遞的一種電磁裝置，其主要作用是產 生驅動轉矩，作為電器或者各種機械的動力源，其中，永磁同步電機具有轉矩轉速特性好、 效率相對於其它種類電機較高和控制方便等優點，因此一般電動汽車，尤其是電動汽車大 多採用永磁同步電機。在各種材料的永磁體中，釹鐵硼磁鋼的剩餘磁感應強度高、磁感應矯 頑力大，並且最大磁能極高，是目前磁性能最好的永磁材料，所以在電動汽車的車用永磁電 機中一般採用釹鐵硼作為永磁材料。
[0003] 由於車用電機的工作環境複雜，以及特殊的使用要求，故有一些必須具備的性能 要求，如高轉矩密度、高功率密度、可適應複雜的運行工況和較高的溫度運行環境，以及需 要滿足整車安全的瞬時短路策略等，這些就要求電機轉子的磁鋼需要有很高的磁性能、抗 退磁能力、高溫穩定性等，進而導致車用永磁同步電機需要選擇很好的磁鋼。目前，磁鋼的 價格很高，佔據了電機生產的很大一部分成本，並且隨著磁鋼性能(主要為抗退磁性能）的 提高，磁鋼的價格增長幅度更大。
[0004] 為滿足比較惡劣的使用條件，現在的車用電機一般採用單一的磁性能及抗退磁性 能（內稟矯頑力）都很高的釹鐵硼磁鋼，這種結構極大地增加了電機的製造成本。 實用新型內容
[0005] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種混合磁鋼轉子及具有該轉子的永磁 同步電機，可以保證永磁同步電機良好的工作性能且滿足比較惡劣的車用使用條件，並且 又極大地降低了電機的成本。
[0006] 為解決上述技術問題，本實用新型提供的混合磁鋼轉子，磁鋼由內磁鋼和外磁鋼 兩部分組成，其中內磁鋼靠近電機轉軸，外磁鋼遠離電機轉軸，所述外磁鋼的內稟矯頑力大 於內磁鋼的內稟矯頑力。
[0007] 同時，本實用新型還提供一種具有混合磁鋼轉子的永磁同步電機，包括定子、轉 子、電機轉軸、電機機座和端蓋，所述定子包括定子繞組和定子鐵芯，所述轉子包括轉子鐵 芯和磁鋼，所述轉子的磁鋼由內磁鋼和外磁鋼兩部分組成，其中內磁鋼靠近電機轉軸，外磁 鋼遠離電機轉軸，所述外磁鋼的內稟矯頑力大於內磁鋼的內稟矯頑力。
[0008] 在上述混合磁鋼轉子及永磁同步電機中，內磁鋼和外磁鋼均為釹鐵硼磁鋼。
[0009] 更優的，內磁鋼的剩餘磁通密度比外磁鋼的剩餘磁通密度高。
[0010] 優選的，轉子的磁鋼為分段式結構，安裝在磁鋼槽中的每極磁鋼由內磁鋼和外磁 鋼兩部分組成。
[0011] 其中，內磁鋼和外磁鋼的充磁方向相同。
[0012] 更佳的，外磁鋼的厚度小於內磁鋼的厚度。
[0013] 本實用新型的有益之處在於：
[0014] 1)轉子的磁鋼(整體式或分段式）分為內外兩部分，外側遠離電機轉軸的部分採用 內稟矯頑力高（即抗退磁性能高）的釹鐵硼磁鋼，這樣電機的轉子具有很好的抗退磁性能， 同時內側靠近電機轉軸的部分採用內稟矯頑力低但剩餘磁通密度高的釹鐵硼磁鋼，由於內 稟矯頑力低的磁鋼價格比較便宜，這樣在保證電機性能的基礎上能夠極大地降低電機的制 造成本；
[0015] 2)轉子的磁鋼可以採用分段式結構，適用於一字型轉子、V字型轉子或其它形式的 轉子，可以減少永磁材料的渦流損耗，增加電機的效率，降低轉子的溫升，進一步增加轉子 的抗退磁性能；
[0016] 3)永磁同步電機中的轉子磁鋼可以適當加大內側部分磁鋼的厚度，這樣可以進一 步提高電機的輸出性能，而對電機製造成本影響很小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是本實用新型的混合磁鋼轉子的第一實施例；
[0018] 圖2是本實用新型的混合磁鋼轉子的第二實施例；
[0019] 圖3是本實用新型的永磁同步電機的結構示意圖。
[0020] 其中附圖標記說明如下：
[0021] 1為定子繞組；2為外磁鋼；3為內磁鋼；4為定子鐵芯；5為電機轉軸；6為轉子鐵 芯；7為平鍵；8為軸承；9為端蓋；10為電機機座；11為旋轉變壓器；12為磁鋼槽。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0023] 在電機運行過程中，當電機轉子內部的磁鋼受到大的定子電流衝擊(例如瞬時短 路衝擊電流）時，轉子內的磁鋼會發生退磁，而這種退磁通常首先發生在磁鋼靠近轉子外圓 (即遠離電機轉軸）的外側部分，而靠近轉軸磁鋼的內側部分一般很少發生退磁或者後發生 退磁。
[0024] 因此，為了保證轉子的抗退磁性能，本實用新型提供的混合磁鋼轉子，其中的磁鋼 由內磁鋼和外磁鋼兩部分組成，其中內磁鋼靠近電機轉軸，外磁鋼遠離電機轉軸，並且外磁 鋼的內稟矯頑力大於內磁鋼的內稟矯頑力。在這種混合磁鋼轉子中，磁鋼可以為整體式，也 可以為分段式(或分塊式)，其材料均為釹鐵硼。
[0025] 如圖1所示，為混合磁鋼轉子的第一實施例，該轉子為一字型，包括轉子鐵芯6、內 磁鋼3和外磁鋼2,其中轉子鐵芯6由若干層矽鋼片疊壓而成，該轉子鐵芯6上形成有磁鋼 槽12,磁鋼安裝在磁鋼槽12中。磁鋼為分塊式結構，在本實施例中，以八極磁鋼為例，每極 磁鋼由靠近電機轉軸5的釹鐵硼內磁鋼3和遠離電機轉軸5的釹鐵硼外磁鋼2組成，其中 外磁鋼2的內稟矯頑力高，內磁鋼3的內稟矯頑力低但剩餘磁通密度高，這樣既能保證電機 高的輸出性能及抗退磁性能，又因為採用內稟矯頑力低的磁鋼而極大地降低了電機的製造 成本。而且，每塊磁鋼中的內磁鋼3和外磁鋼2的充磁方向相同，圖中箭頭所示方向即為充 磁方向。
[0026] 此外，圖2所示為混合磁鋼轉子的第二實施例，該轉子的磁鋼仍採用分段式結構， 以十六塊磁鋼為例，排布為V字型，相鄰的充磁方向相同兩塊磁鋼組成一個極，故該轉子仍 為八極磁鋼。每極下一塊磁鋼中的內磁鋼3和外磁鋼2的充磁方向相同，圖中標註的箭頭 方向即為其充磁方向。
[0027] 本實用新型中含有這種混合磁鋼轉子的永磁同步電機，包括定子、轉子、電機機座 10、電機轉軸5、端蓋9,其中定子包括定子繞組1和定子鐵芯4,轉子包括轉子鐵芯6和磁 鋼，磁鋼由靠近電機轉軸5且內稟矯頑力高的釹鐵硼內磁鋼3、遠離電機轉軸5且內稟矯頑 力低、剩餘磁通密度高的釹鐵硼外磁鋼2組成。轉子鐵芯6通過平鍵7固定在電機轉軸5 上，電機轉軸5通過軸承8安裝在電機機座10及端蓋9上，其非輸出端安裝有旋轉變壓器 11，定子的結構及安裝方式與傳統的永磁同步電機相同，故不再贅述。
[0028] 本實用新型的混合磁鋼適用於各種形式的轉子，如圖1的一字型、圖2的V字型， 當然也適用於其他形式的轉子，這對於本領域技術人員來說是很容易實現的。
[0029] 根據抗退磁性能等的需求，要求遠離電機轉軸5的外磁鋼2的內稟矯頑力及抗退 磁性能高，同時，根據驅動能力等的需求，要求靠近電機轉軸5的內磁鋼3的內稟矯頑力低、 剩餘磁通密度高，因此，可以使內磁鋼3的厚度大於外磁鋼2的厚度，這樣進一步提高電機 的輸出性能，但對電機的製造成本影響較小。
[0030] 圖1、圖2所示的釹鐵硼外磁鋼2與釹鐵硼內磁鋼3在加工時，所選磁鋼的極化方 向應與圖1、圖2中標註的箭頭方向一致，經外形加工和電鍍防鏽處理後，再按加工時所選 的預充磁方向嵌入各自的磁鋼槽12中。為了方便充磁，可以按照需要將轉子分成數段再進 行分段充磁，當然也可以採用直接整機充磁。
[0031] 本實用新型的轉子磁鋼（整體式或分段式）分為內外兩部分，外側遠離電機轉軸的 部分採用內稟矯頑力高（即抗退磁性能高）的釹鐵硼磁鋼，這樣電機的轉子具有很好的抗 退磁性能，同時內側靠近電機轉軸的部分採用內稟矯頑力低但剩餘磁通密度高的釹鐵硼磁 鋼，由於內稟矯頑力低的磁鋼價格比較便宜，這樣在保證電機性能的基礎上能夠極大地降 低電機的製造成本。
[0032] 此外，轉子的磁鋼可以採用分段式結構，適用於一字型轉子、V字型轉子或其它形 式的轉子，可以減少永磁材料的渦流損耗，增加電機的效率，降低轉子的溫升，進一步增加 轉子的抗退磁性能。
[0033] 以上通過具體實施例對本實用新型進行了詳細的說明，該實施例僅僅是本實用新 型的較佳實施例，其並非對本實用新型進行限制。在不脫離本實用新型原理的情況下，本領 域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下對外磁鋼的厚度、內磁鋼的厚度、磁鋼的 布置方式等方面通過任何修改、等同替換、改進等方式所獲得的所有其它實施例，均應視為 在本實用新型所保護的技術範疇內。
【權利要求】
1. 一種混合磁鋼轉子，其特徵在於，所述轉子的磁鋼由內磁鋼和外磁鋼兩部分組成，其 中內磁鋼靠近電機轉軸，外磁鋼遠離電機轉軸，所述外磁鋼的內稟矯頑力大於內磁鋼的內 稟矯頑力。
2. 根據權利要求1所述的混合磁鋼轉子，其特徵在於，所述內磁鋼和外磁鋼均為釹鐵 硼磁鋼。
3. 根據權利要求1所述的混合磁鋼轉子，其特徵在於，所述內磁鋼的剩餘磁通密度比 外磁鋼的剩餘磁通密度高。
4. 根據權利要求1所述的混合磁鋼轉子，其特徵在於，所述轉子的磁鋼為分段式結構， 每極磁鋼由內磁鋼和外磁鋼兩部分組成。
5. 根據權利要求1所述的混合磁鋼轉子，其特徵在於，所述內磁鋼和外磁鋼的充磁方 向相同。
6. 根據權利要求1所述的混合磁鋼轉子，其特徵在於，所述外磁鋼的厚度小於內磁鋼 的厚度。
7. -種具有混合磁鋼轉子的永磁同步電機，包括定子、轉子、電機轉軸、電機機座和端 蓋，所述定子包括定子繞組和定子鐵芯，所述轉子包括轉子鐵芯和磁鋼，其特徵在於，所述 轉子的磁鋼由內磁鋼和外磁鋼兩部分組成，其中內磁鋼靠近電機轉軸，外磁鋼遠離電機轉 軸，所述外磁鋼的內稟矯頑力大於內磁鋼的內稟矯頑力。
8. 根據權利要求7所述的具有混合磁鋼轉子的永磁同步電機，其特徵在於，所述內磁 鋼和外磁鋼均為釹鐵硼磁鋼。
9. 根據權利要求7所述的具有混合磁鋼轉子的永磁同步電機，其特徵在於，所述內磁 鋼的剩餘磁通密度比外磁鋼的剩餘磁通密度高。
10. 根據權利要求7所述的具有混合磁鋼轉子的永磁同步電機，其特徵在於，所述轉子 的磁鋼為分段式結構，每極磁鋼由內磁鋼和外磁鋼兩部分組成。
11. 根據權利要求7所述的具有混合磁鋼轉子的永磁同步電機，其特徵在於，所述內磁 鋼和外磁鋼的充磁方向相同。
12. 根據權利要求7所述的具有混合磁鋼轉子的永磁同步電機，其特徵在於，所述外磁 鋼的厚度小於內磁鋼的厚度。
【文檔編號】H02K1/27GK203896066SQ201320864652
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】孔勇進, 韓明, 黃文祥, 蔣大千, 石佳 申請人:聯合汽車電子有限公司