專利名稱：防止內置式永磁電機中退磁的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及磁裝置，例如電動機，且更具體地涉及與內置式永磁電機結合使 用的轉子。
背景技術：
內置式永磁(IPM)電機因其所希望的特性——良好的扭矩密度、高的整體效率、和 相對恒定的功率范圍等而受到偏愛用于燃料電池和混合動力電動車運行。永磁電機中的轉 子場依靠其結構獲得，而不像其它電機，例如感應式、開關式或同步磁阻式電機，其中所述 場通過電源提供的定子電流產生。因此，與其它這類電機相比，永磁電機具有較高的效率。IPM電機通常包括一個或多個轉子屏障(rotor barrier)，該轉子屏障包括永磁體 和/或氣隙(其可填充有非磁性材料)。這些轉子層用作下部主磁體層的永磁場的屏障，從 而減少氣隙磁通量，并降低由永磁場引起的損耗和電機反電動勢(反EMF)。傳統的IPM轉子在許多方面無法令人滿意。例如，期望使用較便宜的鐵氧體磁體 來替代稀土磁體(例如NdFeB)以降低成本。但是，這種鐵氧體磁體在特定的工作條件下 (例如，低溫和高d-軸電流)常常具有退磁的風險。

發明內容
因此，期望提供一種具有降低的易退磁性的改進型低成本IPM轉子設計。結合附 圖及前面的技術領域和背景技術，從下面的詳細描述和所附權利要求，可清楚本發明的其 它期望特征和特性。本發明涉及以下技術方案方案1. 一種內置式永磁電機，包括繞線定子；轉子，其構造成與所述繞線定子磁性地相互作用；設置在所述轉子中的多個腔；以及設置在所述多個腔中的多個磁體，其中所述多個磁體包括一組鐵氧體磁體和一組 關聯的稀土磁體，所述稀土磁體構造成防止所述鐵氧體磁體的退磁。方案2.如方案1所述的內置式永磁電機，其中，每個腔的總容積僅部分地被所述 多個磁體填充，使得相鄰于每個磁體都形成氣隙或非磁性區域。方案3.如方案1所述的內置式永磁電機，其中，所述鐵氧體磁體尺寸相同，并且基 本上為矩形。方案4.如方案1所述的內置式永磁電機，其中，所述稀土磁體尺寸相同，并且基本 上為矩形。方案5.如方案1所述的內置式永磁電機，其中，所述多個磁體分布成層。方案6.如方案4所述的內置式永磁電機，其中，下層包括所述稀土磁體。方案7.如方案1所述的內置式永磁電機，其中，所述稀土磁體為NdFeB磁體。
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方案8. —種制造內置式永磁電機的方法，所述方法包括提供繞線定子；提供轉子；在所述轉子中形成多個腔；在所述轉子中設置多個鐵氧體磁體和多個稀土磁體，使得通過所述稀土磁體防止 所述鐵氧體磁體的退磁；以及將所述繞線定子設置成與所述轉子磁性地相互作用。方案9.如方案8所述的方法，其中，每個腔的總容積僅部分地被所述多個磁體填 充，使得相鄰于每個磁體都形成氣隙。方案10.如方案8所述的方法，其中，所述鐵氧體磁體尺寸相同，并且基本上為矩 形。方案11.如方案8所述的方法，其中，所述稀土磁體尺寸相同，并且基本上為矩形。方案12.如方案8所述的方法，其中，所述多個磁體分布成層。方案13.如方案12所述的方法，其中，下層包括所述稀土磁體。方案14.如方案8所述的方法，其中，所述稀土磁體為NdFeB磁體。方案15. —種構造成用于與車輛一起使用的牽引電動機，所述牽引電動機包括轉 子、定子、以及插在所述轉子中的多個鐵氧體磁體和稀土磁體，使得所述稀土磁體防止所述 鐵氧體磁體的退磁。方案16.如方案15所述的牽引電動機，其中，所述鐵氧體磁體尺寸相同，并且基本 上為矩形。方案17.如方案15所述的牽引電動機，其中，所述稀土磁體尺寸相同，并且基本上 為矩形。方案18.如方案15所述的牽引電動機，其中，所述多個磁體分布成層。方案19.如方案18所述的牽引電動機，其中，下層包括多對稀土磁體和鐵氧體磁 體。方案20.如方案15所述的牽引電動機，其中，所述稀土磁體為NdFeB磁體。


結合下面的附圖考慮時，通過參考詳細的描述和權利要求，可得到對本發明更加 全面的理解，其中在整個附圖中相同的附圖標記指代相同的元件。圖1以截面圖的形式示出了根據一個實施例的IPM電機的八分之一部分。
具體實施例方式總體而言，本發明涉及包括轉子的永磁電機(“PM電機”)，所述轉子具有布置為 一層或多層的多個鐵氧體磁體，其中所述層中的至少一層包括與鐵氧體磁體相鄰的稀土磁 體，以防止或減少退磁。在這點上，下面的詳細描述實質上僅僅是示意性的，并不意圖限制本發明或本發 明的應用和使用。另外，也無意受到前面的技術領域、背景技術、發明內容或下面的詳細描 述中介紹的明示或暗示原理的限制。本文在功能和/或邏輯塊構件和各種處理步驟方面描述本發明。應當理解，這種塊構件可通過構造成執行特定功能的任意數量的硬件、軟件和/ 或固件構件來實現。為簡明起見，本文不詳細描述與電動機、磁力學等相關的常規技術和系 統。圖1示出了根據一個實施例的IPM 100的示例性局部截面。如圖所示，IPM 100 通常包括轉子106，該轉子106構造成相對于定子101以常規方式圍繞旋轉中心103旋轉。 IPM 100包括定子101，該定子101具有與布置在轉子106中(即，插在形成于其中的槽或 間隙中)的磁體110磁性地相互作用的多個繞組102。轉子106初始時包括缺口、槽或“腔”的集合，這些缺口、槽或“腔”中的每個都填 充有布置為一層或多層(例如140和142)的一個或多個鐵氧體永磁體110，其中至少一個 這種層還包括一個或多個稀土磁體112。磁體110和112可包括目前已知的或未來開發的任何類型的永磁體材料。在所示 實施例中，磁體110由本領域公知的傳統的燒結的鐵氧體磁體材料構成。但是，磁體112由 燒結的稀土材料構成，例如釹鐵硼(Nd2Fel4B或一般地“NdFeB”)。在所示實施例中，磁體110布置為兩層——140和142——但是可設置任意數量的 層。這些層優選地構造為定向成朝外凸(即，遠離旋轉中心103)的大致弓形曲線。第二轉子層(140)中的稀土磁體112具有相同的形狀和尺寸，并且定向成與其其 相應的相鄰鐵氧體磁體110 —致。因此，鐵氧體磁體110和稀土磁體112具有至少一個共有 的直線尺度，使得每對磁體都緊密地配合在其相應的腔中。在一個實施例中，稀土磁體112 小于(在體積上)其關聯的鐵氧體磁體110。在所示實施例中，稀土磁體112位于最下層140的“底部”——即，在退磁的臨界 區域(即，最靠近旋轉中心112)中。但是，應當理解，還可采用稀土磁體112的其它結構來 防止或減少鐵氧體磁體110的退磁。每層都包括兩個對稱布置的腔，并且可包括任意數量的磁體110。在該實施例中， 層140包括四個鐵氧體磁體110和四個稀土磁體112，層142包括兩個鐵氧體磁體110。每 相鄰對的磁體都可被氣隙125或其它非磁性材料(例如塑料等)分隔開。由于矩形磁體的特征在于直邊、尖銳轉角、較緊的公差和易于測量的幾何結構，所 以它們比更加復雜的形狀顯著地更易于制造。另外，批量生產這種磁體更容易并且更加便 宜。因此，期望磁體110具有基本上相同的形狀(在該實施例中，矩形或直線的)。盡管附 圖示出了磁體110的兩維截面圖，但是應當理解，腔107延伸進轉子106中，并且會限定具 有任意適當形狀的三維容積。根據替代實施例，在鐵氧體和/或稀土磁體上可設置適當的覆層(金屬、復合材料 等)，以防止因兩種磁體彼此接觸而產生的不想要的表面相互作用或其它問題。上述結構在許多方面都是有利的。特別地，可使用相對便宜的鐵氧體磁體110 作為每個轉子層中的主體磁體，同時可通過在一層或多層中使用較小的、更貴的稀土磁體 (例如，NdFeB磁體)來防止臨界區域中的退磁從而防止退磁。盡管在前面的詳細描述中已經描述了至少一個實施例，但是應當理解，存在大量 的變型。例如，除了所示的單一層外還可含有另外的屏障層。還應當理解，本文所述的示例 性實施例并不意圖以任何方式限制本發明的范圍、應用或結構。相反，前面的詳細描述將給 本領域的技術人員提供實施所述實施例的方便路線圖。應當理解，在不脫離本發明及其合法等同物的范圍的情況下可對元件的功能和布置進行各種改變。
權利要求
一種內置式永磁電機，包括繞線定子；轉子，其構造成與所述繞線定子磁性地相互作用；設置在所述轉子中的多個腔；以及設置在所述多個腔中的多個磁體，其中所述多個磁體包括一組鐵氧體磁體和一組關聯的稀土磁體，所述稀土磁體構造成防止所述鐵氧體磁體的退磁。
2.如權利要求1所述的內置式永磁電機，其中，每個腔的總容積僅部分地被所述多個 磁體填充，使得相鄰于每個磁體都形成氣隙或非磁性區域。
3.如權利要求1所述的內置式永磁電機，其中，所述鐵氧體磁體尺寸相同，并且基本上 為矩形。
4.如權利要求1所述的內置式永磁電機，其中，所述稀土磁體尺寸相同，并且基本上為矩形。
5.如權利要求1所述的內置式永磁電機，其中，所述多個磁體分布成層。
6.如權利要求4所述的內置式永磁電機，其中，下層包括所述稀土磁體。
7.如權利要求1所述的內置式永磁電機，其中，所述稀土磁體為NdFeB磁體。
8.—種制造內置式永磁電機的方法，所述方法包括 提供繞線定子；提供轉子；在所述轉子中形成多個腔；在所述轉子中設置多個鐵氧體磁體和多個稀土磁體，使得通過所述稀土磁體防止所述 鐵氧體磁體的退磁；以及將所述繞線定子設置成與所述轉子磁性地相互作用。
9.如權利要求8所述的方法，其中，每個腔的總容積僅部分地被所述多個磁體填充，使 得相鄰于每個磁體都形成氣隙。
10.一種構造成用于與車輛一起使用的牽引電動機，所述牽引電動機包括轉子、定子、 以及插在所述轉子中的多個鐵氧體磁體和稀土磁體，使得所述稀土磁體防止所述鐵氧體磁 體的退磁。
全文摘要
本發明涉及防止內置式永磁電機中退磁的方法和裝置。用來與如牽引電動機和混合動力電動車一起使用的內置式永磁電機(“IPM電機”)，包括轉子，該轉子具有布置為一層或多層的多個鐵氧體磁體，其中所述層中的至少一層包括與鐵氧體磁體相鄰的稀土磁體(例如，NdFeB磁體)，以防止或減少退磁。
文檔編號H02K15/02GK101841220SQ20101014497
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月18日 優先權日2009年3月18日
發明者J·伯德, R·布利森巴赫 申請人:通用汽車環球科技運作公司