[发明专利]降低全钕铁硼永磁电机高速下磁钢涡流损耗的方法及电机结构

说明书

本发明公开一种降低全钕铁硼永磁电机高速下磁钢涡流损耗的方法及电机结构，通过研究永磁电机钕铁硼磁钢涡流损耗分布或转子中的磁通路径，在转子磁路中合理放置铁氧体磁钢，以有效降低钕铁硼磁钢涡流损耗。所述铁氧体磁钢可用于替换或部分替换永磁电机中的钕铁硼磁钢或在转子磁路中额外放置铁氧体磁钢。本发明提供的永磁电机转子结构，通过钕铁硼加铁氧体的混合比例形式，有效减少电机稀土永磁材料用量，大幅降低制造成本，同时最大程度的降低气隙磁场谐波含量。本发明通过转子外表面开槽及控制径向永磁体位置，可有效减小定子侧谐波对于永磁体影响，从而降低电动车用电机在高速运行条件下磁钢涡流损耗，提高效率。

技术领域

本发明涉及电动车用永磁同步电机设计领域，尤其是涉及一种降低高速下钕铁硼永磁电机转子中磁钢涡流损耗的方法。

技术背景

近年来，稀土永磁同步电机由于具有高效率，高功率密度等优点，已经被广泛运用于新能源汽车行业。电机永磁体大多采用具有较高的矫顽力和剩磁的钕铁硼材料，其电导率高、耐热性差，永磁体涡流损耗与铜耗铁耗相比，在多数情况下并不大，但对于高速、高功率密度电机以及封闭结构的电机，钕铁硼永磁的涡流损耗会使其转子部分产生较大的温升，严重时甚至会造成永磁体的不可逆退磁，这对于永磁电机来说是致命的。其中分数槽集中式绕组的内置式永磁同步电机，由于其具有较大的定子槽距，因此磁钢涡流损耗问题最为严重。稀土永磁电机具有高功率和转矩密度，较宽的调速范围，启动时能够输出较大转矩，高可靠性等一系列优点而被广泛运用于新能源电动汽车当中。但近年来稀土材料价格大幅增加，使稀土永磁电机成本不断攀升。少稀土永磁电机设计成为研究焦点。在使用价格便宜但磁性能较差的永磁材料后，电机气隙磁场畸变严重，运行时产生大量谐波，尤其是在电机高速运行状态下，导致转矩脉动过大，产生较大磁钢涡流损耗及铁芯损耗，同时导致电机局部温度过高，严重甚至会使永磁体产生不可逆退磁现象，对电动车用永磁电机安全稳定运行造成重大影响。

对于内置式永磁电机来说，减小转子磁钢涡流损耗的最常用方法是磁钢分段，分为轴向分段与周向分段，但分段数的增加，电机成本也随之增大。此外还可以通过增大定转子间磁路磁阻的方法来降低磁钢涡流损耗，但磁路磁阻增大的同时，电机转矩也会降低，进而影响电机性能。

因此如何在不影响电机成本与性能的前提下有效降低钕铁硼磁钢涡流损耗的方法是本领域技术人员需要解决的问题。所以有必要探索降低其磁钢涡流损耗的方法。

发明内容

本发明目的是提供一种降低全钕铁硼永磁电机高速下磁钢涡流损耗的方法及电机结构，在不影响电机其他性能的前提下，通过在转子磁路中合理放置铁氧体磁钢以有效减少全钕铁硼永磁电机中磁钢涡流损耗的方法，从而达到改善电机温升和提升电机效率的目的。本发明解决因稀土永磁材料价格过高导致的电机成本问题，以及高速下磁钢涡流损耗严重导致的电机局部过热问题，同时保证电机具有高转矩输出能力和较低转的矩脉动。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种降低全钕铁硼永磁电机高速下磁钢涡流损耗的方法，利用铁氧体磁钢全部替换形成铁氧体磁体，或部分替换所述电机内钕铁硼磁钢形成混合永磁体，或在转子磁路中额外放置铁氧体形成混合永磁体。

优选地，当替换后的混合永磁体由一段钕铁硼磁钢和另一段铁氧体磁钢组合而成一块条形混合永磁体时，钕铁硼磁钢的长度占条形混合永磁体总长度的比值为40-60％。本发明针对现有技术存在的问题，通过钕铁硼和铁氧体两种永磁材料合理混合，降低稀土永磁用量，同时改善电机内部磁场分布情况，使电机性能得到提升。本发明合理选取混合比例对电机高速运行提升转矩输出能力、降低损耗有很大帮助。

优选地，铁氧体磁钢被串联在所述电机转子d轴或q轴磁路中。

一种降低全钕铁硼永磁电机高速下磁钢涡流损耗的电机结构，采用本发明降低全钕铁硼永磁电机高速下磁钢涡流损耗的方法形成磁体结构。