具有优化的永久磁铁分布的电机制造技术

本发明专利技术涉及一种电机，包括：至少一个第一永久磁铁；至少一个第二永久磁铁；第一区域，其温度在工作中处于第一温度范围中；和第二区域，其温度在工作中处于第二温度范围中，所述至少一个第二永久磁铁具有比第一永久磁铁更高的最大工作温度，在此最大工作温度低于永久磁铁的磁场强度由温度引起地并且基于从外部施加到永久磁铁上的磁场不可逆地降低时的温度，并且第一永久磁铁设置在第一区域中并且第二永久磁铁设置在第二区域中。

Motor with Optimal Permanent Magnet Distribution

The invention relates to a motor, which comprises at least one first permanent magnet, at least one second permanent magnet, a first region in which the temperature is in the first temperature range in operation, and a second region in which the temperature is in the second temperature range in operation, in which the at least one second permanent magnet has a maximum operating temperature higher than the first permanent magnet, in which the maximum working temperature is obtained. The magnetic field intensity of a permanent magnet working at a temperature lower than that of a permanent magnet is caused by temperature and is based on the temperature when the magnetic field applied from outside to the permanent magnet irreversibly decreases, and the first permanent magnet is located in the first region and the second permanent magnet is located in the second region.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有优化的永久磁铁分布的电机
本专利技术涉及一种包括多个永久磁铁的电机，所述磁铁优化分布在电机中。在分布永久磁铁时尤其是考虑电机中的温度分布。
技术介绍
在用于轿车、如混合动力车辆或电池供电车辆的电驱动装置中主要使用具有永久磁铁的同步电机(永磁同步电机)作为电动机。在此使用的磁铁主要是NdFeB磁铁(钕铁硼磁铁)。所述电动机在低转速时具有高扭矩并且具有极高的效率。在优化的磁铁布置中可在几乎全部转速范围上实现高效率。所使用磁铁的质量重达数公斤。永磁同步电机的另一个应用领域是风力发电机。这种风力发电机的磁铁质量可重达数百公斤至1000公斤。在现有技术中使用的永久磁铁包括被称为稀土的金属合金。这种金属例如是钕和镨。此外使用重稀土镝和铽。磁铁的成本已经因近年来在电动车辆和可再生能源发电领域中增加的需求而急剧上升。这些磁铁在电机中分布地安装于定子(外转子)或转子(内转子)中。在现有技术中经常使用NdFeB磁铁，因为它们具有目前已知的最高磁通密度。但这种磁铁的缺点在于，它们在高温下不能承受从外部施加的反向磁场并且在该条件下被消磁。在电机工作时通过电能向机械能的转换或反过来产生损耗热量。由此加热电机构件。在达到高于约80℃的磁铁临界温度时，磁铁的磁场强度逐渐并且不可逆地消失。为了使电机能够在尽可能高的极限温度范围上工作、保持低的冷却费用并且承受尽可能长的高持续功率，将NdFeB磁铁借助镝和/或镨合金化。但镝和镨的成本大约是钕的十倍。
技术实现思路
本专利技术的任务在于提供一种电机，该电机一方面具有耐高温的磁铁并且另一方面降低成本。该任务通过一种电机来解决。根据本专利技术的电机包括至少一个第一永久磁铁和至少一个第二永久磁铁。此外，电机包括第一区域，其温度在工作中处于第一温度范围中；和第二区域，其温度在工作中处于第二温度范围中并且其最大工作温度高于第一区域中的最大工作温度。所述至少一个第二永久磁铁具有比第一永久磁铁高的最大工作温度。最大工作温度低于这样的温度，在该温度时永久磁铁的磁场强度由温度引起地并且基于从外部施加到永久磁铁上的磁场不可逆地降低。第一永久磁铁设置在第一区域中并且第二永久磁铁设置在第二区域中。电机在本专利技术的意义中不仅可以是电动机也可以是发电机。根据本专利技术，本专利技术的专利技术人提出，永久磁铁材料的选择考虑电机中的温度分布。因此，为承受较高热负荷的磁铁设置更耐抗的材料、如借助其合金化。为承受较低热负荷的磁铁设置份额较低的更高品质的磁性材料、如借助其合金化。永久磁铁的磁场强度根据工作温度和从外部施加到永久磁铁上的磁场在超过极限值时不可逆地降低，在此磁场可由电机的绕组(电磁铁)来产生。通过电磁铁产生的磁场可与永久磁铁的磁场反向定向。在永久磁铁内存在从外部施加的高磁场强度时，必须维持较低的工作温度，以避免永久磁铁损坏。在高度利用的机器中(扭矩和/或体积)场强通常大于不太充分利用的机器。通常为特定工作温度总是给出5％场强(HD05)。这意味着，当从外部施加的场强在磁铁中达到该值时，磁铁失去其5％的剩余磁通密度，即磁铁变弱5％。外部场强超过该场强HD05越多，损害就越大。超过一次后损害立即出现。在此不涉及老化效果。最大工作温度可比所述温度(在该温度时永久磁铁的磁场强度由温度引起地不可逆地降低)低至少5℃、优选至少10℃、进一步优选至少15℃、更优选至少20℃、最优选至少25℃。在永久磁铁的磁场强度由温度引起地不可逆地降低时的温度可以是这样的温度，在该温度时永久磁铁的外斯磁畴的宏观取向基于由从外部施加到所述至少一个永久磁铁上的磁场而消失。永久磁铁的磁场强度可通过剩余磁通密度产生。从外部施加的磁场可通过定子绕组或通过其它电磁铁产生。永久磁铁的物理基础对于技术人员是公知的并且无需在此进一步简要说明。所述至少一个永久磁铁的最大工作温度和从外部施加到所述至少一个永久磁铁上的磁场的最大场强可比永久磁铁的磁场强度或剩余磁通密度由温度引起地不可逆地降低时的值低至少5％、优选至少10％、更优选至少20％。第二永久磁铁可以相对于第一永久磁铁含有较高份额的镝、镨、铽和/或钐钴。承受较高热负荷的磁铁比承受较低热负荷的磁铁借助更高份额的镝(Dy)和/或镨(Tb)和/或铽和/或钐钴合金化。因此，可通过为电机承受较高热负荷的区域中的各个永久磁铁使用更高品质且昂贵的磁性材料并且通过在电机承受较低热负荷的区域中使用较低品质的并且因此较低成本的材料总体上降低磁铁和电机的成本。第一区域和/或第二区域可位于转子中。第二区域可沿径向方向比第一区域更靠近转子的轴线。该方案基于下述认识：在转子内部存在的温度高于转子边缘区域。转子可构造成基本上圆柱形的、即转子的外部轮廓可以是基本上圆柱形的。在该方案中第一区域可比第二区域更靠近圆柱形转子的底面。第一区域可比第二区域例如不仅沿径向方向而且沿轴向方向更靠近转子的边缘。所述至少一个第一永久磁铁和所述至少一个第二永久磁铁可至少部分设置在至少一个电机用钢片上。电机可以是同步电机。电机可以是发电机和/或电动机。附图说明下面参考附图详细说明本专利技术，附图示出本专利技术的一种不起限制作用的实施方式。附图如下：图1示出本专利技术电机转子的剖面图；图2示出本专利技术电机转子的俯视图。具体实施方式图1和2示出电机中的示例性温度分布。当然，温度分布基于转子旋转速度或冷却机制可以是不同的。当转子借助轴冷却时，可产生不同于图1和2所示温度分布的温度分布。参考图1，该图示出本专利技术电机或同步电机的剖面图。电机不仅可作为电动机也可作为发电机工作。电机具有转子100，该转子支承在轴102上。电机还包括三个定子绕组182、184、186。在定子绕组182、184、186上施加旋转磁场，该旋转磁场借助三相交流电产生。图1中所示同步电机的工作方式对于技术人员是公知的并且无需进一步简要说明同步电机。定子绕组182、184、186分别构成一个电磁铁。在支承于轴102上的电机用钢片104中设有多个磁铁106－140、146－180。磁铁106－140、146－180这样设置，使得磁铁的北极在图1所示视图中向上定向并且南极向下定向。转子包括具有较低热负荷的第一区域144和具有较高热负荷的第二区域142。第二区域中的最大工作温度高于第一区域中的最大工作温度。设置在第一区域144中的磁铁106、108、114、116、118、128、146、148、154、156、158、168与设置在第二区域142中的磁铁110、112、120、122、124、126、130、132、134、136、138、140、150、152、160、162、164、166、170、172、174、176、178、180相比具有较低的最大工作温度。磁铁的最大工作温度低于这样的温度，在该温度时永久磁铁的磁场强度由温度引起地并且基于由电磁铁182、184、186产生的磁场不可逆地降低。永久磁铁的磁场强度由温度引起地不可逆地降低时的温度可以是这样的温度，在其中永久磁铁的外斯磁畴的宏观取向基于由电磁铁182、184、186产生的磁场而消失。所述至少一个永久磁铁的最大工作温度和由所述至少一个电磁铁在所述至少一个永久磁铁上产生的磁场的最大场强可以比在永久磁铁的磁场强度由温度引起地不可逆地降低时的值低至少5％、优选至少10％、更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电机，包括：－至少一个第一永久磁铁(6、8、10、12、14、16、106、108、114、116、118、128、146、148、154、156、158、168、206、216、306、316、406、408、414、416、506、508、510、512、514、516)；－至少一个第二永久磁铁(110、112、120、122、124、126、130、132、134、136、138、140、150、152、160、162、164、166、170、172、174、176、178、180、208、210、212、214、308、310、312、314、410、412)；－第一区域(144)，该第一区域的温度在工作中处于第一温度范围中；和－第二区域(142)，该第二区域的温度在工作中处于第二温度范围中并且该第二区域的最大工作温度高于第一区域中的最大工作温度；－所述至少一个第二永久磁铁具有比第一永久磁铁高的最大工作温度，最大工作温度低于这样的温度，在该温度时永久磁铁的磁场强度由温度引起地并且基于从外部施加到永久磁铁上的磁场而不可逆地降低，并且第一永久磁铁设置在第一区域中并且第二永久磁铁设置在第二区域中，所述第一区域和第二区域位于转子中，沿径向方向设置多个磁铁层，磁铁层越靠近转子中心，就有越多的第二永久磁铁位于承受较强热负荷的第二区域(142)中，所述转子(100)构造成基本上圆柱形的，并且第一区域(144)与第二区域(142)相比更靠近圆柱形转子(100)的底面和/或边缘。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.10 DE 102013225396.61.电机，包括：－至少一个第一永久磁铁(6、8、10、12、14、16、106、108、114、116、118、128、146、148、154、156、158、168、206、216、306、316、406、408、414、416、506、508、510、512、514、516)；－至少一个第二永久磁铁(110、112、120、122、124、126、130、132、134、136、138、140、150、152、160、162、164、166、170、172、174、176、178、180、208、210、212、214、308、310、312、314、410、412)；－第一区域(144)，该第一区域的温度在工作中处于第一温度范围中；和－第二区域(142)，该第二区域的温度在工作中处于第二温度范围中并且该第二区域的最大工作温度高于第一区域中的最大工作温度；－所述至少一个第二永久磁铁具有比第一永久磁铁高的最大工作温度，最大工作温度低于这样的温度，在该温度时永久磁铁的磁场强度由温度引起地并且基于从外部施加到永久磁铁上的磁场而不可逆地降低，并且第一永久磁铁设置在第一区域中并且第二永久磁铁设置在第二区域中，所述第一区域和第二区域位于转子中，沿径向方向设置多个磁铁层，磁铁层越靠近转子中心，就有越多的第二永久磁铁位于承受较强热负荷的第二区域(142)中，所述转子(100)构造成基本上圆柱形的，并且第一区域(144)与第二区域(142)相比更靠近圆柱形转子(100)的底面和/或边缘。2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，在永久磁铁的磁场强度由温度引起地不可逆地降低时的温度是这样的温度，在该温度时外斯磁畴的宏观取向基于从外部施加到永久磁铁上的磁场而消失。3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，最大工作温度比在永久磁铁的磁场强度由温度引起地不可逆地降低时的温度低至少5℃，和/或其特征在于，所述至少一个永久磁铁的最大工作温度和从外部施加到所述至少一个永久磁铁上的磁场的最大场强比在永久磁铁的磁场强度由温度引起地不可逆地降低时的值低至少5％。4.根据权利要求1至3之一所述的电机，其特征在于，第二永久磁铁(110、112、120、122、124、126、130、132、134、136、138、140、150、152、160、162、164、166、170、172、174、176、178、180、208、210、212、214、308、310、312、314、410、412)与第一永久磁铁(6、8、10、12、14、16、106、108、114、116、118、128、146、148、154、156、158、168、206、216、306、316、406、408、414、416、506、508、510、512、514、516)相比含有较高份额的镝、镨、铽和/或钐钴。5.根据权利要求1至3之一所述的电机，其特征在于，所述至少一个第一永久磁铁(6、8、10、12、14、16、106、108、114、116、118、128、146、148、154、156、158、168、206、216、306、316、406、408、414、416、506、508、510、512、514、516)和所述至少一个第二永久磁铁(110、112、120、122、124、126、130、132、134、136、138、140、150、152、160、162、164、166、170、172、174、176、178、180、208、210、212、214、308、310、312、314、410、412)至少部分设置在至少一个电机用钢片(104)上。6.根据权利要求1至3之一所述的电机，其特征在于，所述电机是同步电机。7.根据权利要求1至3之一所述的电机，其特征在于，所述电机是发电机和/或电动机。8.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，最大工作温度比在永久磁铁的磁场强度由温度引起地不可逆地降低时的温度低至少5℃，和/或其特征在于，所述至少一个永久磁铁的最大工作温度和从外部施加到所述至少一个永久磁铁上的磁场的最大场强比在永久磁铁的磁场强度由温度引起地不可逆地降低时的值低至少10％。9.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，最大工作温度比在永久磁铁的磁场强度由温度引起地不可逆地降低时的温度低至少5℃，和/或其特征在于，所述至少一个永久磁铁的最大工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·塔赫特勒，D·齐格尔特伦，
申请(专利权)人：宝马股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE