專利名稱：帶有分段鐵氧體磁體的永磁電機的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及諸如電動馬達的磁性裝置，且更具體地涉及與內(nèi)置永磁電機結
合使用的轉(zhuǎn)子。
背景技術：
由于其期望特性_良好的轉(zhuǎn)矩密度、高總體效率和相對恒定的功率范圍等，內(nèi)置永磁(IPM)電機利于燃料電池和混合動力電動車輛操作。在永磁電機中的轉(zhuǎn)子磁場借助于其結構獲得，與磁場由源提供的定子電流產(chǎn)生的其它電機不同，如感應、開關或同步阻抗電機。因而，與其它這種電機相比，永磁電機展現(xiàn)優(yōu)良的效率。 在IPM電機中，通常添加一個或多個轉(zhuǎn)子屏障_包括永磁體和/或氣隙。這些轉(zhuǎn)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，且降低由永磁場引起的電機反向EMF和損失。 常規(guī)IPM轉(zhuǎn)子在多個方面是不令人滿意的。例如，設置在轉(zhuǎn)子內(nèi)的用于接收插入磁體的腔或槽通常具有復雜形狀，且通常需要形成具有梯形和/或更復雜幾何形狀的磁體。這種磁體的制作是耗時、昂貴的，且需要緊密的公差。此外，用于制成這種磁體的磁體材料(例如NdFeB)比常用磁體材料(例如，含鐵材料)顯著更貴。 因而，期望提供可制造的、便宜的、且保持合適磁性特性的改進IPM轉(zhuǎn)子設計。本發(fā)明的其它期望特征和特性將從隨后的詳細說明和所附權利要求結合附圖以及前述技術領域和背景技術顯而易見。


通過參考詳細附圖和權利要求結合考慮以下附圖可以獲得本發(fā)明的更完整的理解，其中，在所有附圖中相同的附圖標記指代相同的元件。
圖1以截面圖示出了根據(jù)一個實施例的IPM電機的八分之一部分；
圖2以截面圖示出了圖1的IPM的放大圖。
具體實施例方式
總體上，本發(fā)明涉及包括轉(zhuǎn)子的永磁電機(PM電機)，轉(zhuǎn)子具有以一層或多層設置的多個尺寸相等的分段鐵氧體磁體。磁體被插入到大于磁體本身的轉(zhuǎn)子槽中，使得在每層中靠近磁體形成一個或多個氣隙。 在這方面，以下詳細說明本質(zhì)上僅僅是說明性的，且不意在限制本發(fā)明或本發(fā)明的應用或使用。另外，并非打算受限于前述技術領域、背景技術、發(fā)明內(nèi)容或以下具體實施方式
中提出的任何明確的或隱含的理論。本發(fā)明在本文可關于功能和/或邏輯塊部件和各個處理步驟來描述。應當理解的是，這種塊部件可通過配置成執(zhí)行指定功能的任何數(shù)量的硬件、軟件和/或固件部件實現(xiàn)。為了簡便起見，在本文不詳細描述與電動馬達、磁體等有關的常規(guī)技術和系統(tǒng)。
圖1示出了根據(jù)一個實施例的IPM100的示例性部分截面。如圖所示，IPM100總 體上包括轉(zhuǎn)子106，轉(zhuǎn)子106配置成相對于定子101以常規(guī)方式圍繞旋轉(zhuǎn)中心103旋轉(zhuǎn)。 IPM100包括具有多個繞組102的定子IOI，所述繞組102與設置在轉(zhuǎn)子106中(即，插入在 其中形成的槽或間隙中)的磁體IIO磁性相互作用。 轉(zhuǎn)子106初始包括多個切口、槽或"腔"，其每個填充有以一層或多層(例如，140、 142和144)設置的一個或多個尺寸相等的永磁體110。磁體IIO可包括現(xiàn)在已知的或者以 后開發(fā)的任何類型的永磁材料，但是在所示實施例中包括常規(guī)鐵氧體磁體材料，如本領域 已知的那樣。 這就是說，參考圖2，轉(zhuǎn)子106首先設置有配置成接收一個或多個磁體110的多個 腔107。在所示實施例中，為了改進制造容易性，每個磁體110為大致矩形或直線形，且具有 相同的形狀和尺寸，例如15X5X30mm。 因此，轉(zhuǎn)子106中的槽107具有至少兩個平行的相對側(cè)(例如，202和204)，使得 適當尺寸的磁體110可貼身地插入其中(如圖l所示)。因而，使用術語"腔"來指代在插 入磁體110之前限定的區(qū)域。雖然附圖示出了磁體110的二維截面圖，但是應當理解的是， 腔107延伸到轉(zhuǎn)子106中且將限定具有任何適當形狀的三維容積。 在所示實施例中，磁體110以三層140、 142和144設置，但是可提供任何數(shù)量的 層。所述層優(yōu)選配置成向外凸起定向(即，遠離旋轉(zhuǎn)中心103)的大致弧形曲線。
每層包括兩個對稱設置的腔107，且可包括任何數(shù)量的磁體110。在該實施例中， 層144包括兩個磁體，層142包括四個磁體，且層140包括六個磁體。每個相鄰的磁體對由 氣隙125分開，氣隙125可填充有非磁性材料，例如塑料材料。 上述結構在多個方面是有利的。具體地，相對昂貴的磁體(例如NdFeB磁體)可 用更便宜的鐵氧體磁體取代。鐵氧體磁體的較低能量產(chǎn)出通過較高磁阻轉(zhuǎn)矩補償。使用具 有相同尺寸的分段磁體而不是各種具有復雜形狀的磁體，則極大地降低制造成本。
矩形磁體比更復雜形狀的磁體明顯更容易制造，因為它們以直邊、尖角、較緊密的 公差和易于測量的幾何形狀為特征。另外，這種磁體更容易和更便宜地規(guī)模生產(chǎn)。用于制 造腔或槽107的工具更簡單。 此外，使用多個分段磁體結構減少氣隙125附近的機械應力。即，在旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生 的動態(tài)應力沿內(nèi)部和外部橋更均勻分布，從而允許轉(zhuǎn)子以更高速度旋轉(zhuǎn)和/或允許使用更 多磁體。 雖然在前述詳細說明中已經(jīng)示出了至少一個示例實施例，應當理解的是存在大量 的變型。例如，除了所示單層之外，可包含附加屏障層。也應當理解的是，本文所述的示例 實施例不意在以任何方式限制本發(fā)明的范圍、應用性或配置。相反，前述具體實施方式
將提 供本領域技術人員實施所述實施例的便利途徑。應當理解的是，可以對元件的功能和布置 進行各種變化，而不偏離本發(fā)明及其合法等價物的范圍。
權利要求
一種內(nèi)置永磁電機，包括線繞式定子；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子配置成與所述線繞式定子磁性相互作用；設置在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)的多個腔；和設置在所述多個腔中的多個尺寸相等的磁體，使得每個腔的總?cè)莘e由各個磁體僅部分填充且使得靠近每個磁體形成氣隙。
2. 根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)置永磁電機，其中，所述尺寸相等的磁體是大致矩形的。
3. 根據(jù)權利要求2所述的內(nèi)置永磁電機，其中，每個腔具有至少一對相對的平行壁。
4 根據(jù)權利要求3所述的內(nèi)置永磁電機，其中，所述尺寸相等的磁體成層分布。
5. 根據(jù)權利要求4所述的內(nèi)置永磁電機，其中，每層是大致弧形的。
6. 根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)置永磁電機，其中，所述氣隙填充有非磁性材料。
7. 根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)置永磁電機，其中，所述多個磁體是鐵氧體磁體。
8. —種制造內(nèi)置永磁電機的方法，所述方法包括提供線繞式定子；提供轉(zhuǎn)子；在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)形成多個腔；在所述多個腔中設置多個尺寸相等的磁體，使得每個腔的總?cè)莘e由各個磁體僅部分填充且使得靠近每個磁體形成氣屏；禾口將所述線繞式轉(zhuǎn)子放置成與所述轉(zhuǎn)子磁性相互作用。
9. 根據(jù)權利要求8所述的內(nèi)置永磁電機，其中，所述尺寸相等的磁體是大致矩形的。
10. 根據(jù)權利要求9所述的內(nèi)置永磁電機，其中，每個腔具有至少一對相對的平行壁。
11. 根據(jù)權利要求io所述的內(nèi)置永磁電機，其中，所述尺寸相等的磁體成層分布。
12. 根據(jù)權利要求11所述的內(nèi)置永磁電機，其中，每層是大致弧形的。
13. 根據(jù)權利要求12所述的內(nèi)置永磁電機，其中，每層包括兩個腔。
14. 根據(jù)權利要求8所述的內(nèi)置永磁電機，其中，所述多個磁體是鐵氧體磁體。
15. —種配置成與車輛結合使用的牽引馬達，所述牽引馬達包括轉(zhuǎn)子、定子和多個磁體段，所述多個磁體段以多層設置在所述轉(zhuǎn)子中，每個磁體段具有大致相同的幾何形狀。
16. 根據(jù)權利要求15所述的牽引馬達，其中，所述多個磁體是鐵氧體磁體。
17. 根據(jù)權利要求15所述的牽引馬達，其中，所述磁體段是矩形的。
18. 根據(jù)權利要求15所述的牽引馬達，其中，所述多層包括至少兩層。
19. 根據(jù)權利要求18所述的牽引馬達，其中，所述兩層包括其中設置有至少兩個磁體的至少一層。
20. 根據(jù)權利要求15所述的牽引馬達，其中，所述多層中的每層包括至少一個氣隙。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶有分段鐵氧體磁體的永磁電機的方法和設備。例如與牽引馬達和混合動力電動車輛一起使用的內(nèi)置永磁電機(IPM電機)類型包括轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子具有以一層或多層設置的多個尺寸相等的(例如直線的)分段鐵氧體磁體。所述磁體插入在比磁體本身更大的轉(zhuǎn)子槽中，使得在每層中靠近磁體形成一個或多個氣隙。
文檔編號H02K15/00GK101771315SQ20091025902
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月9日 優(yōu)先權日2008年12月9日
發(fā)明者D·D·黨, J·伯德, K·樂, R·布利森巴赫 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司