CN203896066U - 混合磁钢转子及具有该转子的永磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种混合磁钢转子及具有该转子的永磁同步电机，所述转子的磁钢由内磁钢和外磁钢两部分组成，其中内磁钢靠近电机转轴，外磁钢远离电机转轴，所述外磁钢的内禀矫顽力大于内磁钢的内禀矫顽力；内磁钢和外磁钢的充磁方向相同，均为钕铁硼磁钢；外磁钢的厚度小于内磁钢的厚度。本实用新型中远离电机转轴的外侧部分采用内禀矫顽力高的钕铁硼磁钢，这样电机的转子具有很好的抗退磁性能，同时靠近电机转轴的内侧部分采用内禀矫顽力低但剩余磁通密度高的钕铁硼磁钢，这样在保证电机性能的基础上极大地降低电机的制造成本；同时采用分段式结构，可以减少永磁材料的涡流损耗，增加电机的效率，降低转子的温升，进一步增加转子的抗退磁性能。
Description
技术领域
本实用新型与新能源汽车的电机技术有关，特别涉及一种混合磁钢转子及具有该转子的车用永磁同步电机。
背景技术
电机是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，其主要作用是产生驱动转矩，作为电器或者各种机械的动力源，其中，永磁同步电机具有转矩转速特性好、效率相对于其它种类电机较高和控制方便等优点，因此一般电动汽车，尤其是电动汽车大多采用永磁同步电机。在各种材料的永磁体中，钕铁硼磁钢的剩余磁感应强度高、磁感应矫顽力大，并且最大磁能极高，是目前磁性能最好的永磁材料，所以在电动汽车的车用永磁电机中一般采用钕铁硼作为永磁材料。
由于车用电机的工作环境复杂，以及特殊的使用要求，故有一些必须具备的性能要求，如高转矩密度、高功率密度、可适应复杂的运行工况和较高的温度运行环境，以及需要满足整车安全的瞬时短路策略等，这些就要求电机转子的磁钢需要有很高的磁性能、抗退磁能力、高温稳定性等，进而导致车用永磁同步电机需要选择很好的磁钢。目前，磁钢的价格很高，占据了电机生产的很大一部分成本，并且随着磁钢性能（主要为抗退磁性能）的提高，磁钢的价格增长幅度更大。
为满足比较恶劣的使用条件，现在的车用电机一般采用单一的磁性能及抗退磁性能（内禀矫顽力）都很高的钕铁硼磁钢，这种结构极大地增加了电机的制造成本。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种混合磁钢转子及具有该转子的永磁同步电机，可以保证永磁同步电机良好的工作性能且满足比较恶劣的车用使用条件，并且又极大地降低了电机的成本。
为解决上述技术问题，本实用新型提供的混合磁钢转子，磁钢由内磁钢和外磁钢两部分组成，其中内磁钢靠近电机转轴，外磁钢远离电机转轴，所述外磁钢的内禀矫顽力大于内磁钢的内禀矫顽力。
同时，本实用新型还提供一种具有混合磁钢转子的永磁同步电机，包括定子、转子、电机转轴、电机机座和端盖，所述定子包括定子绕组和定子铁芯，所述转子包括转子铁芯和磁钢，所述转子的磁钢由内磁钢和外磁钢两部分组成，其中内磁钢靠近电机转轴，外磁钢远离电机转轴，所述外磁钢的内禀矫顽力大于内磁钢的内禀矫顽力。
在上述混合磁钢转子及永磁同步电机中，内磁钢和外磁钢均为钕铁硼磁钢。
更优的，内磁钢的剩余磁通密度比外磁钢的剩余磁通密度高。
优选的，转子的磁钢为分段式结构，安装在磁钢槽中的每极磁钢由内磁钢和外磁钢两部分组成。
其中，内磁钢和外磁钢的充磁方向相同。
更佳的，外磁钢的厚度小于内磁钢的厚度。
本实用新型的有益之处在于：
1）转子的磁钢（整体式或分段式）分为内外两部分，外侧远离电机转轴的部分采用内禀矫顽力高（即抗退磁性能高）的钕铁硼磁钢，这样电机的转子具有很好的抗退磁性能，同时内侧靠近电机转轴的部分采用内禀矫顽力低但剩余磁通密度高的钕铁硼磁钢，由于内禀矫顽力低的磁钢价格比较便宜，这样在保证电机性能的基础上能够极大地降低电机的制造成本；
2）转子的磁钢可以采用分段式结构，适用于一字型转子、V字型转子或其它形式的转子，可以减少永磁材料的涡流损耗，增加电机的效率，降低转子的温升，进一步增加转子的抗退磁性能；
3）永磁同步电机中的转子磁钢可以适当加大内侧部分磁钢的厚度，这样可以进一步提高电机的输出性能，而对电机制造成本影响很小。
附图说明
图1是本实用新型的混合磁钢转子的第一实施例；
图2是本实用新型的混合磁钢转子的第二实施例；
图3是本实用新型的永磁同步电机的结构示意图。
其中附图标记说明如下：
1为定子绕组；2为外磁钢；3为内磁钢；4为定子铁芯；5为电机转轴；6为转子铁芯；7为平键；8为轴承；9为端盖；10为电机机座；11为旋转变压器；12为磁钢槽。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
在电机运行过程中，当电机转子内部的磁钢受到大的定子电流冲击（例如瞬时短路冲击电流）时，转子内的磁钢会发生退磁，而这种退磁通常首先发生在磁钢靠近转子外圆（即远离电机转轴）的外侧部分，而靠近转轴磁钢的内侧部分一般很少发生退磁或者后发生退磁。
因此，为了保证转子的抗退磁性能，本实用新型提供的混合磁钢转子，其中的磁钢由内磁钢和外磁钢两部分组成，其中内磁钢靠近电机转轴，外磁钢远离电机转轴，并且外磁钢的内禀矫顽力大于内磁钢的内禀矫顽力。在这种混合磁钢转子中，磁钢可以为整体式，也可以为分段式（或分块式），其材料均为钕铁硼。
如图1所示，为混合磁钢转子的第一实施例，该转子为一字型，包括转子铁芯6、内磁钢3和外磁钢2，其中转子铁芯6由若干层硅钢片叠压而成，该转子铁芯6上形成有磁钢槽12，磁钢安装在磁钢槽12中。磁钢为分块式结构，在本实施例中，以八极磁钢为例，每极磁钢由靠近电机转轴5的钕铁硼内磁钢3和远离电机转轴5的钕铁硼外磁钢2组成，其中外磁钢2的内禀矫顽力高，内磁钢3的内禀矫顽力低但剩余磁通密度高，这样既能保证电机高的输出性能及抗退磁性能，又因为采用内禀矫顽力低的磁钢而极大地降低了电机的制造成本。而且，每块磁钢中的内磁钢3和外磁钢2的充磁方向相同，图中箭头所示方向即为充磁方向。
此外，图2所示为混合磁钢转子的第二实施例，该转子的磁钢仍采用分段式结构，以十六块磁钢为例，排布为V字型，相邻的充磁方向相同两块磁钢组成一个极，故该转子仍为八极磁钢。每极下一块磁钢中的内磁钢3和外磁钢2的充磁方向相同，图中标注的箭头方向即为其充磁方向。
本实用新型中含有这种混合磁钢转子的永磁同步电机，包括定子、转子、电机机座10、电机转轴5、端盖9，其中定子包括定子绕组1和定子铁芯4，转子包括转子铁芯6和磁钢，磁钢由靠近电机转轴5且内禀矫顽力高的钕铁硼内磁钢3、远离电机转轴5且内禀矫顽力低、剩余磁通密度高的钕铁硼外磁钢2组成。转子铁芯6通过平键7固定在电机转轴5上，电机转轴5通过轴承8安装在电机机座10及端盖9上，其非输出端安装有旋转变压器11，定子的结构及安装方式与传统的永磁同步电机相同，故不再赘述。
本实用新型的混合磁钢适用于各种形式的转子，如图1的一字型、图2的V字型，当然也适用于其他形式的转子，这对于本领域技术人员来说是很容易实现的。
根据抗退磁性能等的需求，要求远离电机转轴5的外磁钢2的内禀矫顽力及抗退磁性能高，同时，根据驱动能力等的需求，要求靠近电机转轴5的内磁钢3的内禀矫顽力低、剩余磁通密度高，因此，可以使内磁钢3的厚度大于外磁钢2的厚度，这样进一步提高电机的输出性能，但对电机的制造成本影响较小。
图1、图2所示的钕铁硼外磁钢2与钕铁硼内磁钢3在加工时，所选磁钢的极化方向应与图1、图2中标注的箭头方向一致，经外形加工和电镀防锈处理后，再按加工时所选的预充磁方向嵌入各自的磁钢槽12中。为了方便充磁，可以按照需要将转子分成数段再进行分段充磁，当然也可以采用直接整机充磁。
本实用新型的转子磁钢（整体式或分段式）分为内外两部分，外侧远离电机转轴的部分采用内禀矫顽力高（即抗退磁性能高）的钕铁硼磁钢，这样电机的转子具有很好的抗退磁性能，同时内侧靠近电机转轴的部分采用内禀矫顽力低但剩余磁通密度高的钕铁硼磁钢，由于内禀矫顽力低的磁钢价格比较便宜，这样在保证电机性能的基础上能够极大地降低电机的制造成本。
此外，转子的磁钢可以采用分段式结构，适用于一字型转子、V字型转子或其它形式的转子，可以减少永磁材料的涡流损耗，增加电机的效率，降低转子的温升，进一步增加转子的抗退磁性能。
以上通过具体实施例对本实用新型进行了详细的说明，该实施例仅仅是本实用新型的较佳实施例，其并非对本实用新型进行限制。在不脱离本实用新型原理的情况下，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下对外磁钢的厚度、内磁钢的厚度、磁钢的布置方式等方面通过任何修改、等同替换、改进等方式所获得的所有其它实施例，均应视为在本实用新型所保护的技术范畴内。
Claims (12)
1.一种混合磁钢转子，其特征在于，所述转子的磁钢由内磁钢和外磁钢两部分组成，其中内磁钢靠近电机转轴，外磁钢远离电机转轴，所述外磁钢的内禀矫顽力大于内磁钢的内禀矫顽力。
2.根据权利要求1所述的混合磁钢转子，其特征在于，所述内磁钢和外磁钢均为钕铁硼磁钢。
3.根据权利要求1所述的混合磁钢转子，其特征在于，所述内磁钢的剩余磁通密度比外磁钢的剩余磁通密度高。
4.根据权利要求1所述的混合磁钢转子，其特征在于，所述转子的磁钢为分段式结构，每极磁钢由内磁钢和外磁钢两部分组成。
5.根据权利要求1所述的混合磁钢转子，其特征在于，所述内磁钢和外磁钢的充磁方向相同。
6.根据权利要求1所述的混合磁钢转子，其特征在于，所述外磁钢的厚度小于内磁钢的厚度。
7.一种具有混合磁钢转子的永磁同步电机，包括定子、转子、电机转轴、电机机座和端盖，所述定子包括定子绕组和定子铁芯，所述转子包括转子铁芯和磁钢，其特征在于，所述转子的磁钢由内磁钢和外磁钢两部分组成，其中内磁钢靠近电机转轴，外磁钢远离电机转轴，所述外磁钢的内禀矫顽力大于内磁钢的内禀矫顽力。
8.根据权利要求7所述的具有混合磁钢转子的永磁同步电机，其特征在于，所述内磁钢和外磁钢均为钕铁硼磁钢。
9.根据权利要求7所述的具有混合磁钢转子的永磁同步电机，其特征在于，所述内磁钢的剩余磁通密度比外磁钢的剩余磁通密度高。
10.根据权利要求7所述的具有混合磁钢转子的永磁同步电机，其特征在于，所述转子的磁钢为分段式结构，每极磁钢由内磁钢和外磁钢两部分组成。
11.根据权利要求7所述的具有混合磁钢转子的永磁同步电机，其特征在于，所述内磁钢和外磁钢的充磁方向相同。
12.根据权利要求7所述的具有混合磁钢转子的永磁同步电机，其特征在于，所述外磁钢的厚度小于内磁钢的厚度。
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