CN104247213A - 永磁电机 - Google Patents
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Abstract
一种用于永磁电机的转子包括转子芯以及位于转子芯处的多个永磁束。每个永磁束包括第一磁性材料的第一磁体以及第二磁性材料的第二磁体，所述第二磁体径向地位于第一磁体的外侧。第二磁体具有相对于第一磁体增加的抗退磁性。一种永磁电机包括定子以及与定子磁交互的转子。转子包括转子芯以及位于转子芯处的多个永磁束。每个永磁束包括第一磁性材料的第一磁体以及第二磁性材料的第二磁体，所述第二磁体径向地位于第一磁体的外侧。第二磁体具有相对于第一磁体增加的抗退磁性。
Description
本文公开的主题涉及电机。更具体来说，本文公开的主题涉及用于永磁电机的磁性材料。
永磁电机由于其相对于其他类型的电机具有高效率和高功率密度而在最近几年变得流行。永磁机利用机器转子中被布置成形成磁极的永磁体。转子中的永磁体形成与经常由通过定子绕组的电流形成的定子磁场交互的磁场，以在转子处产生转矩。永磁机变得流行的一个关键是利用稀土磁体(例如，钕、钕铁硼或钐钴的磁体)作为机器中的永磁元件。稀土磁体通常受到青睐，这是由于其高的剩余磁通密度以在利用稀土磁体的电机的气隙中产生相对较高的磁通密度。通常，在此类机器的转子与定子之间的气隙处实现约0.65泰斯拉的磁通密度。此外，稀土磁体具有其高矫顽磁性的高抗退磁性，从而给予机器高可靠性。然而，稀土磁体的供应不稳定和其高成本驱动需要用于产生气隙中的类似的磁通密度和合理的高抗退磁性的替代构造作为利用稀土磁体的机器。
发明概要
根据本发明的一个方面，一种用于永磁电机的转子包括转子芯以及位于转子芯处的多个永磁束。每个永磁束包括第一磁性材料的第一磁体以及第二磁性材料的第二磁体，所述第二磁体径向地位于第一磁体的外侧。第二磁体具有相对于第一磁体增加的抗退磁性。
或者，在本发明的这个或其他方面，第一磁体具有比第二磁体更大的剩余磁通密度，但更低的矫顽磁性。
或者，在本发明的这个或其他方面，第一磁体由铝镍钴合金形成。
或者，在本发明的这个或其他方面，第二磁体由铁氧体材料形成。
或者，在本发明的这个或其他方面，第一磁体和第二磁体被布置成永磁束。
或者，在本发明的这个或其他方面，每个永磁束的第一磁体和第二磁体位于转子芯的共同转子芯槽中。
或者，在本发明的这个或其他方面，额外的磁体位于周向相邻的磁束之间。
或者，在本发明的这个或其他方面，额外的磁体由铝镍钴合金形成。
或者，在本发明的这个或其他方面，额外的磁体大体上位于转子的磁极中心处。
或者，在本发明的这个或其他方面，第二磁体为稀土磁体。
根据本发明的另一方面，一种永磁电机包括定子以及与定子磁交互的转子。转子包括转子芯以及位于转子芯处的多个永磁束。每个永磁束包括第一磁性材料的第一磁体以及第二磁性材料的第二磁体，所述第二磁体径向地位于第一磁体的外侧。第二磁体具有相对于第一磁体增加的抗退磁性。
这些和其他优点和特征将从以下描述结合附图变得更显而易见。
附图简述
被视为本发明的主题在本说明书的结论处的权利要求书中特别指出并清楚地要求保护。本发明的上述和其他特征以及优点从以下详细描述结合附图变得显而易见，其中：
图1为永磁电机的实施方案的图解；
图2为电机的实施方案的横截面图；
图3为电机的实施方案的横截面图。
详细描述参照附图通过实例的方式解释了本发明的实施方案以及优点和特征。
具体实施方式
图1中示出永磁电机10的实施方案的横截面图。电机10包括围绕中心轴14定位的转子12。定子16被围绕转子12定位，从而限定转子12与定子16之间的气隙18。转子12包括固定在转子芯22中的多个永磁体20。永磁体20被布置成建立与定子磁场26交互的转子磁场24。通过例如使电流流过位于定子铁芯30的一个或多个定子绕组28，形成定子磁场26。定子磁场26与转子磁场24之间的交互导致施加到转子12的转矩，从而驱动轴14的旋转。此外，定子电流导致退磁磁场，其在容易受到退磁磁场时可能引起永磁体20的退磁。退磁磁场在或接近气隙18处是最强的，并且在从气隙18进一步延伸到转子12中时逐步减弱。轴14的旋转可以用于执行工作，例如驱动电梯系统(未示出)的一个或多个绳索或皮带。
参看图2，在轴向横截面图中示出转子12的一部分。转子12可以具有任何数量的磁极，包括2、4、8、12或16个磁极。转子12的永磁体20被布置成固定在转子芯22中(例如，转子芯槽42中)的多个永磁束32。磁束32被定向成其磁化方向34指向磁极中心36，并且包括两种或更多种材料的磁体。磁束32的第一磁体38为铝镍钴合金(铁合金族中的一种)，其除铁之外还包括铝(Al)、镍(Ni)和钴(Co)。铝镍钴合金也可以包括铜(Cu)和/或钛(Ti)。组合物可以是8-12％的Al、15-26％的Ni、5-24％的Co、高达6％的Cu、高达1％的Ti，以及剩余的Fe。作为磁性材料，铝镍钴合金能够产生高的磁通密度(也称为磁感应)，或具有高的剩余磁通密度，但由于其相对较低的矫顽磁性而容易受到退磁。磁束32进一步包括铁氧体材料的第二磁体40。铁氧体为来自氧化铁(例如赤铁矿(Fe2O3)或磁铁矿(Fe3O4))的陶器化合物，以及其他金属的氧化物。通过其相对较高的矫顽磁性，例如在约250kA/m至约350kA/m的范围中，铁氧体材料具有相对于铝镍钴合金的高抗退磁性，但其剩余磁通密度(在约0.35泰斯拉至约0.45泰斯拉的范围中)低于具有在约1.20泰斯拉至约1.35泰斯拉的范围中的剩余磁通密度的铝镍钴合金，并且太低以致于不能在气隙18处提供与稀土磁体供电机相比拟的磁通密度。
然而，当组合使用磁束32中的铝镍钴合金的第一磁体38和铁氧体材料的第二磁体40时，实现与稀土磁体驱动机相比拟的磁通密度和抗退磁性。如图2中所示，铝镍钴合金的第一磁体38固定在转子芯22中。然后，铁氧体的第二磁体40固定在转子芯22中并径向地位于第一磁体38的外侧、更接近气隙18，并因此易受更高的退磁磁场。第二磁体40使用其更高的抗退磁性来保护第一磁体38不受由于在第一磁体38、气隙18和定子16的磁场之间的位置而导致的退磁。
现在参看图3，在另一实施方案中，额外的第一磁体38在磁极中心36处位于相邻磁束32之间。额外的第一磁体38具有向外径向地延伸到气隙18的磁化方向34。将额外的第一磁体38添加到包括铝镍钴合金的第一磁体38和铁氧体的第二磁体40的磁束32的配置会进一步增加电机10的气隙18中的磁通密度。
尽管在上述实施方案中，磁束32包含铝镍钴合金的第一磁体38和铁氧体的第二磁体40，但是应了解在其他实施方案中，第二磁体40可以具有稀土材料，例如钕、钕铁硼(NdFeB)或钐钴(SmCo)。烧结后的NdFeB磁体具有高达约1.5泰斯拉的剩余磁通密度，而SmCo磁体具有在约0.9泰斯拉至约1.15泰斯拉的范围中的剩余磁通密度。利用一小部分(例如高达约33％)的稀土材料以及铝镍钴合金的第一磁体38会降低用于电机10中的相对较少并且成本较高的稀土磁体的量，同时仍提供所需的磁通密度。
尽管结合仅有限数量的实施方案详细地描述了本发明，但是应容易理解的是，本发明不限于此等公开的实施方案。实情为，本发明可以被修改以并入此前未描述，但符合本发明的精神和范围的任何数量的变更、变化、替代或等效布置。另外，尽管描述了本发明的各种实施方案，但是应理解的是，本发明的各方面可以仅包括一些所描述的实施方案。因此，本发明不被视为受上述描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。
Claims (19)
1.一种用于永磁电机的转子，其包括：
转子芯；以及
安置在所述转子芯处的多个永磁束，每个永磁束包括：
第一磁性材料的第一磁体；以及
第二磁性材料的第二磁体，所述第二磁体径向地安置在所述第一磁体的外侧，所述第二磁体具有相对于所述第一磁体增加的抗退磁性。
2.如权利要求1所述的转子，其中所述第一磁体具有大于所述第二磁体的剩余磁通密度。
3.如权利要求1所述的转子，其中所述第一磁体由铝镍钴合金形成。
4.如权利要求1所述的转子，其中所述第二磁体由铁氧体材料形成。
5.如权利要求1所述的转子，其中每个永磁束的所述第一磁体和所述第二磁体安置在所述转子芯的共同转子芯槽中。
6.如权利要求1所述的转子，其进一步包括安置在周向相邻的磁束之间的额外的磁体。
7.如权利要求6所述的转子，其中所述额外的磁体由铝镍钴合金形成。
8.如权利要求6所述的转子，其中所述额外的磁体大体上安置在所述转子的磁极中心处。
9.如权利要求1所述的转子，其中所述第二磁体为稀土磁体。
10.一种永磁电机，其包括：
定子；以及
与所述定子磁交互的转子，所述转子包括：
转子芯；以及
安置在所述转子芯处的多个永磁束，每个永磁束包括：
第一磁性材料的第一磁体；以及
第二磁性材料的第二磁体，所述第二磁体径向地安置在所述第一磁体的外侧，所述第二磁体具有相对于所述第一磁体增加的抗退磁性。
11.如权利要求10所述的电机，其中所述第一磁体具有大于所述第二磁体的剩余磁通密度。
12.如权利要求10所述的电机，其中所述第一磁体由铝镍钴合金形成。
13.如权利要求10所述的电机，其中所述第二磁体由铁氧体材料形成。
14.如权利要求10所述的电机，其中每个永磁束的所述第一磁体和所述第二磁体安置在所述转子芯的共同转子芯槽中。
15.如权利要求10所述的电机，其进一步包括安置在周向相邻的磁束之间的额外的磁体。
16.如权利要求15所述的电机，其中所述额外的磁体由铝镍钴合金形成。
17.如权利要求15所述的电机，其中所述额外的磁体大体上安置在所述转子的磁极中心处。
18.如权利要求10所述的电机，其中所述第二磁体为稀土磁体。
19.一种用于永磁电机的转子，其包括：
转子芯；以及
安置在所述转子芯处的多个永磁束，每个永磁束包括：
第一磁性材料的第一磁体；以及
第二磁性材料的第二磁体，所述第二磁体径向地安置在所述第一磁体的外侧；
其中所述永磁束：
具有相对较高的剩余磁通密度磁体；
具有相对较高的矫顽磁性磁体；
包括0％至约33％之间的稀土磁体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |