[发明专利]具有优化的永久磁铁分布的电机

说明书

本发明涉及一种电机，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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

根据本发明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。

电机在本发明的意义中不仅可以是电动机也可以是发电机。

根据本发明，本发明的发明人提出，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。