CN105811616A - 一种切向分段式磁钢以及具有该磁钢的永磁同步电机转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种切向分段式磁钢，包括嵌装在转子铁芯的磁钢槽内且呈方块体状的磁钢本体，所述磁钢本体为切向分段式结构，其由左段磁钢体、中段磁钢体以及右段磁钢体构成，所述左、右段磁钢体采用内禀矫顽力相对较大而剩余磁通密度相对较低的永磁材料制成，所述中段磁钢体采用内禀矫顽力相对较小而剩余磁通密度相对较高的永磁材料制成。还公开了一种具有上述磁钢的永磁同步电机转子。本发明的有益效果在于：通过将内禀矫顽力大而剩余磁通密度小的永磁材料与内禀矫顽力小而剩余磁通密度大的永磁材料分段优化组合，可在保证电机的抗退磁能力的情况下，最少地使用成本较高的内禀矫顽力大的钕铁硼，从而降低电机的成本。

Description

一种切向分段式磁钢以及具有该磁钢的永磁同步电机转子

技术领域

本发明涉及新能源汽车的驱动电机技术领域，尤其涉及一种切向分段式磁钢以及具有该磁钢的永磁同步电机转子。

背景技术

与传统电机相比，新能源汽车驱动电机的工况复杂，特别要求能频繁地起动/停车、加速/减速，工作环境恶劣，要求适应较高的工作温度和较强的振动环境，高的可靠性和安全性，电机控制器采用空间矢量PWM控制，特别是电机工作点和工作模式切换过程中，电机的高压输入端存在较大的瞬态退磁电流。

由于永磁同步电机具有体积小、重量轻、扭矩密度功率和密度大、效率高、调速特性好等优点，现有新能源汽车驱动电机一般采用永磁同步电机。用于驱动电机的永磁同步电机一般采用内置磁钢式转子，参见图1，图中给出的是现有的永磁同步电机转子，包括转子铁芯10和磁钢20，转子铁芯10由硅钢片叠压而成，在转子铁芯10上通过线切割或者冲压加工形成有磁钢槽11，磁钢20嵌装在转子铁芯10上的磁钢槽11内，磁钢20呈“一”字型的方块体状，采用平行方式充磁，磁钢20内的箭头代表了充磁方向，箭头长短代表了剩磁密度的大小。又或者，参见图2，图中给出的是现有的另一种形式的永磁同步电机转子，包括转子铁芯10’和磁钢20a’、20b’，转子铁芯10’由硅钢片叠压而成，在转子铁芯10’上通过线切割或者冲压加工形成有呈V字型的磁钢槽11a’和11b’，磁钢20a’、20b’分别嵌装在转子铁芯10上的磁钢槽11a’和11b’内，使得磁钢20a’、20b’呈V字型分布，采用平行方式充磁，磁钢20a’、20b’内的箭头代表了充磁方向，箭头长短代表了剩磁密度的大小。

这种采用内置磁钢式转子的永磁同步电机的交轴电感比直轴电感大，具有很大的凸极比，便于弱磁调速控制，且可以有效利用磁阻转矩，提高电机的扭矩密度。但是由于磁钢20或20a’、20b’内嵌于转子铁芯10或10’，磁钢20或20a’、20b’发热散热困难，磁钢20或20a’、20b’的工作温度较高，在弱磁调速、工作模式切换及非正常工作状态下电机内存在较强的反向退磁磁场，容易造成磁钢的不可逆退磁。为了提高永磁同步电机的高温稳定性和抗退磁性能，永磁同步电机的转子上的磁钢20或20a’、20b’一般采用内禀矫顽力较高的磁钢，而这种磁钢的价格通常可占电机原材料成本的40％左右，并且随着内禀矫顽力增高(抗退磁性能越强)，磁钢成本的增幅更大。

新能源汽车驱动电机要求噪音低，这就要求永磁同步电机的磁钢所提供的气隙磁场的正弦度要好。通常采用短距绕组，定子斜槽，转子斜极等措施改善气隙磁场的正弦度，但短距绕组会导致同一槽内存在不同相的绕组，绕线嵌线困难，且需要槽内的绝缘；定子斜槽和转子斜极，要求铁芯旋转一定的角度，工艺复杂、成本高。

为此，申请人进行了有益的探索和尝试，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一：针对现有技术的不足而提供一种切向分段式磁钢，在保证电机的抗退磁能力足够的情况下，尽可能少地使用成本较高的内禀矫顽力大的钕铁硼材料，同时可有效地提高电机的输出扭矩，改善其提供的气隙磁场的正弦度，达到降低转矩波动的目的。

本发明所要解决的技术问题之二：提供一种具有上述切向分段式磁钢的永磁同步电机转子。

作为本发明第一方面的一种切向分段式磁钢，包括嵌装在转子铁芯的磁钢槽内且呈方块体状的磁钢本体，其特征在于，所述磁钢本体为切向分段式结构，其由左段磁钢体、中段磁钢体以及右段磁钢体构成，所述左、右段磁钢体采用内禀矫顽力相对较大而剩余磁通密度相对较低的永磁材料制成，所述中段磁钢体采用内禀矫顽力相对较小而剩余磁通密度相对较高的永磁材料制成。

在本发明的一个优选实施例中，所述左、右段磁钢体为采用同一种永磁材料制成。

在本发明的一个优选实施例中，所述永磁材料为钕铁硼永磁体，且充磁方向相同。

在本发明的一个优选实施例中，所述左、右段磁钢体的尺寸相同，且两者的长度为所述中段磁钢体的长度的四分之一至二分之一。

在本发明的一个优选实施例中，所述左段磁钢体、中段磁钢体以及右段磁钢体呈一字型分布。

在本发明的一个优选实施例中，所述中段磁钢体由左中段磁钢体和右中段磁钢体构成，所述左中段磁钢体与左段磁钢体连接，所述右中段磁钢体与右段磁钢体连接，使得所述磁钢本体呈V字型分布。

作为本发明第二方面的一种永磁同步电机转子，包括转子铁芯以及磁钢，所述转子铁芯由硅钢片叠压而成，在所述转子铁芯上加工形成磁钢槽，所述磁钢嵌装在所述转子铁芯上的磁钢槽内，其特征在于，所述磁钢为上述切向分段式磁钢。

由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：

1)通过将内禀矫顽力大而剩余磁通密度小的永磁材料与内禀矫顽力小而剩余磁通密度大的永磁材料分段优化组合，可在保证电机的抗退磁能力的情况下，最少地使用成本较高的内禀矫顽力大的钕铁硼，从而降低电机的成本；

2)中段磁钢体的剩余磁通密度较于左、右两段磁钢体较高，可以有效地提高电机的输出扭矩，同时可以改善转子磁钢提供的气隙磁场的正弦度，从而降低转矩波动；

3)本发明结构简单，加工容易，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的永磁同步电机转子的结构示意图，其磁钢为“一”型结构。

图2是现有的永磁同步电机转子的结构示意图，其磁钢为“V”型结构。

图3是本发明的永磁同步电机转子的结构示意图，其磁钢为“一”型结构。

图4是本发明的永磁同步电机转子的结构示意图，其磁钢为“V”型结构。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1

参见图3，图中给出的是一种永磁同步电机转子，包括转子铁芯100以及磁钢200，转子铁芯100由硅钢片叠压而成，在转子铁芯100上通过线切割或者冲压加工形成磁钢槽110，磁钢200嵌装在转子铁芯100上的磁钢槽110内。

磁钢200呈“一”字型方块体状，其采用切向分段式结构，由左段磁钢体210、中段磁钢体220以及右段磁钢体230构成，其中，左、右段磁钢体210、230采用内禀矫顽力相对较大而剩余磁通密度相对较低的永磁材料制成，中段磁钢体220采用内禀矫顽力相对较小而剩余磁通密度相对较高的永磁材料制成。其中，左段磁钢体210和右段磁钢体230所采用的永磁材料为同一中永磁材料。左段磁钢体210、中段磁钢体220以及右段磁钢体230所采用的永磁材料为钕铁硼永磁体，且采用平行充磁，充磁方向相同，左段磁钢体210、中段磁钢体220以及右段磁钢体230内的箭头代表了充磁方向，箭头长短代表了剩余磁通密度的大小。左、右段磁钢体210、230的尺寸相同，且左、右段磁钢体210、230的长度为中段磁钢体220的长度的四分之一至二分之一。

本发明通过将内禀矫顽力大而剩余磁通密度小的永磁材料与内禀矫顽力小而剩余磁通密度大的永磁材料分段优化组合，可在保证电机的抗退磁能力的情况下，最少地使用成本较高的内禀矫顽力大的钕铁硼，从而降低电机的成本。此外，中段磁钢体的剩余磁通密度较于左、右两段磁钢体较高，可以有效地提高电机的输出扭矩，同时可以改善转子磁钢提供的气隙磁场的正弦度，从而降低转矩波动。

实施例2

本实施例与实施例1大致相同，其区别在于：参见图4，在转子铁芯100’上通过线切割或冲压加工形成有磁钢槽110a’和110b’，磁钢槽110a’和110b’呈V字型布置，中段磁钢体220’由左中段磁钢体220a’和右中段磁钢体220b’构成，左中段磁钢体220a’与左段磁钢体210’连接并嵌装在转子铁芯100’上的磁钢槽110a’内，右中段磁钢体220b’与右段磁钢体230’连接并嵌装在转子铁芯100’上的磁钢槽110b’内，使得磁钢本体呈V字型分布。左段磁钢体210’、左中段磁钢体220a’、右中段磁钢体220b’以及右段磁钢体230’内的箭头代表了充磁方向，箭头长短代表了剩磁密度的大小。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种切向分段式磁钢，包括嵌装在转子铁芯的磁钢槽内且呈方块体状的磁钢本体，其特征在于，所述磁钢本体为切向分段式结构，其由左段磁钢体、中段磁钢体以及右段磁钢体构成，所述左、右段磁钢体采用内禀矫顽力相对较大而剩余磁通密度相对较低的永磁材料制成，所述中段磁钢体采用内禀矫顽力相对较小而剩余磁通密度相对较高的永磁材料制成。

2.如权利要求1所述的切向分段式磁钢，其特征在于，所述左、右段磁钢体为采用同一种永磁材料制成。

3.如权利要求1所述的切向分段式磁钢，其特征在于，所述永磁材料为钕铁硼永磁体，且充磁方向相同。

4.如权利要求1所述的切向分段式磁钢，其特征在于，所述左、右段磁钢体的尺寸相同，且两者的长度为所述中段磁钢体的长度的四分之一至二分之一。

5.如权利要求1至4中任一项所述的切向分段式磁钢，其特征在于，所述左段磁钢体、中段磁钢体以及右段磁钢体呈一字型分布。

6.如权利要求1至4中任一项所述的切向分段式磁钢，其特征在于，所述中段磁钢体由左中段磁钢体和右中段磁钢体构成，所述左中段磁钢体与左段磁钢体连接，所述右中段磁钢体与右段磁钢体连接，使得所述磁钢本体呈V字型分布。

7.一种永磁同步电机转子，包括转子铁芯以及磁钢，所述转子铁芯由硅钢片叠压而成，在所述转子铁芯上加工形成磁钢槽，所述磁钢嵌装在所述转子铁芯上的磁钢槽内，其特征在于，所述磁钢为如权利要求1至6中任一项所述的切向分段式磁钢。