一种混合永磁转子、混合永磁电机和车辆

本发明涉及一种混合永磁转子、混合永磁电机和车辆，属于永磁同步电机。

背景技术：

1、中小型电动汽车对空间布置尺寸要求比较高，功率和扭矩密度更高的稀土永磁同步电机受到青睐，而其功率和扭矩密度更高的特性主要是由稀土永磁体的高磁能积和高矫顽力带来的，但稀土永磁材料存在价格高昂和市场供应不稳定的问题，同时转子内部空间利用率低；非稀土永磁电机在成本方面优势明显，但非稀土永磁材料较小的磁能积使得电机的转矩密度和功率密度提升受限，同时电机抗退磁能力较弱。

技术实现思路

1、本公开的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种兼顾成本低、磁通聚集效果强、内部空间利用率高且抗退磁能力强的混合永磁转子、混合永磁电机和车辆。

2、为达到上述目的，本公开是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本公开一种混合永磁转子，包括转子芯，在所述转子芯的沿径向剖面的投影上，还包括：多个布置于所述转子芯圆周方向的励磁单元；

4、每个所述励磁单元包括：

5、内层u形磁体和比所述内层u形磁体更靠近气隙的外层u形磁体，所述外层u形磁体与所述内层u形磁体的开口均朝向所述气隙，所述外层u形磁体嵌入于所述内层u形磁体的开口内部；

6、所述外层u形磁体远离所述气隙的一端包括第一非稀土永磁体，所述外层u形磁体靠近所述气隙的两臂均包括第一稀土永磁体，两臂的所述第一稀土永磁体之间朝所述气隙的方向逐渐张开；

7、所述内层u形磁体远离所述气隙的一端包括第二非稀土永磁体，所述内层u形磁体靠近所述气隙的两臂均包括第二稀土永磁体，两臂的所述第二稀土永磁体之间朝所述气隙的方向逐渐张开；

8、所述第二稀土永磁体远离所述气隙的一端且远离所述第二非稀土永磁体的一侧设置第三非稀土永磁体；

9、所述第一稀土永磁体、所述第二稀土永磁体和所述第三非稀土永磁体均圆周切向充磁，所述第一非稀土永磁体和所述第二非稀土永磁体均径向充磁。

10、在第一方面的一些实施例中，至少包括①至⑥之一：

11、①所述第一非稀土永磁体靠近所述气隙的一侧的作削角设计，形成第一削角空气槽；

12、②所述第二非稀土永磁体靠近所述气隙的一侧的作削角设计，形成第二削角空气槽；

13、③所述第一稀土永磁体靠近所述气隙的一端设有外层第一空气槽；

14、④所述第一稀土永磁体远离所述气隙的一端设有外层第二空气槽，所述外层第二空气槽向背离所述气隙的方向逐渐收敛；

15、⑤所述第二稀土永磁体靠近所述气隙的一端设有内层第一空气槽；

16、⑥所述第二稀土永磁体远离所述气隙的一端设有内层第二空气槽，所述内层第二空气槽向背离所述气隙的方向逐渐收敛。

17、在第一方面的一些实施例中，

18、所述第二稀土永磁体包括等宽的甲稀土永磁部，所述第二稀土永磁体远离所述气隙的一端逐渐收窄形成乙稀土永磁部，所述乙稀土永磁部与所述第三非稀土永磁体相邻；

19、所述第一非稀土永磁体为矩形，所述第一非稀土永磁体的长边与所述转子芯的圆周切线方向平行，所述第一非稀土永磁体靠近所述气隙的一侧的作削角设计，形成三角形的第一削角空气槽；

20、所述第二非稀土永磁体为矩形，所述第二非稀土永磁体的长边与所述转子芯的圆周切线方向平行，所述第二非稀土永磁体靠近所述气隙的一侧的作削角设计，形成三角形的第二削角空气槽；

21、所述第一稀土永磁体靠近所述气隙的一端设有外层第一空气槽，所述第一稀土永磁体为矩形，所述第一稀土永磁体的两个宽边分别靠近/远离所述气隙，所述外层第一空气槽为矩形，所述外层第一空气槽与所述第一稀土永磁体的相邻边为长边，所述外层第一空气槽的长边小于所述第一稀土永磁体的宽边；

22、所述第一稀土永磁体远离所述气隙的一端设有外层第二空气槽，所述外层第二空气槽向背离所述气隙的方向逐渐收敛，所述外层第二空气槽为三角形，所述外层第二空气槽与所述第一稀土永磁体的相邻边为宽边，所述外层第二空气槽的宽边长小于所述第一稀土永磁体的宽边；

23、所述甲稀土永磁部靠近所述气隙的一端设有内层第一空气槽，所述甲稀土永磁部为矩形，所述甲稀土永磁部的两个宽边分别靠近/远离所述气隙，所述内层第一空气槽为矩形，所述内层第一空气槽与所述甲稀土永磁部的相邻边为长边，所述内层第一空气槽的长边小于所述甲稀土永磁部的宽边；

24、所述乙稀土永磁部为梯形，所述甲稀土永磁部远离所述气隙的宽边与所述第二稀土永磁体的下底边衔接，所述第二稀土永磁体远离所述气隙的一端设有内层第二空气槽，所述内层第二空气槽向背离所述气隙的方向逐渐收敛，所述内层第二空气槽为三角形，所述内层第二空气槽与所述乙稀土永磁部的相邻边为宽边，所述内层第二空气槽的宽边大于所述乙稀土永磁部的上底边；

25、所述第三非稀土永磁体为矩形，所述第三非稀土永磁体的长边与所述乙稀土永磁部远离所述第二非稀土永磁体的一侧的腰边衔接。

26、在第一方面的一些实施例中，

27、所述第一非稀土永磁体的长宽比为1：0.5，所述第二非稀土永磁体的长宽比为1：0.4；

28、所述第一稀土永磁体的长宽比为1：0.25；

29、所述甲稀土永磁部的长宽比为1：0.4；

30、所述乙稀土永磁部的上底边与下底边比为0.5：1，所述乙稀土永磁部与所述甲稀土永磁部的长边比为0.6：1；

31、所述第一稀土永磁体与所述甲稀土永磁部的宽边比为1：1，所述第一稀土永磁体与所述第一非稀土永磁体的宽边比为0.375：1，所述第一稀土永磁体与所述第二非稀土永磁体的宽边比为0.3：1；

32、所述第三非稀土永磁体的长宽比为1：0.875。

33、在第一方面的一些实施例中，

34、所述第一削角空气槽的长边与宽边比为1：0.86，所述第二削角空气槽的长边与宽边比为1：0.5；

35、所述第一稀土永磁体的宽边与所述外层第二空气槽宽边比为1.2：1，所述第一稀土永磁体的长边与所述外层第二空气槽长边比为1.42：1；

36、所述第一稀土永磁体的宽边与所述外层第一空气槽的长边比为1.2：1，所述第一稀土永磁体的长边与所述外层第一空气槽的宽边比为24：1；

37、所述甲稀土永磁部的宽边与所述内层第一空气槽的长边比为1.5：1-1.7：1，所述甲稀土永磁部的长边与所述内层第一空气槽的宽边比为33：1-34：1；

38、所述乙稀土永磁部的上底边与所述内层第二空气槽的宽边比为0.4：1-0.6：1，所述第二稀土永磁体与所述内层第二空气槽的长边比为1.9：1-2.1：1；

39、所述第三非稀土永磁体的宽边与所述内层第二空气槽的宽边相邻。

40、在第一方面的一些实施例中，

41、两臂的所述第一稀土永磁体之间朝所述气隙的方向逐渐张开，包括，所述第一稀土永磁体的长边与所述转子芯径向的倾斜角度为10-16°；

42、两臂的所述第二稀土永磁体之间朝所述气隙的方向逐渐张开，包括，所述第二稀土永磁体的长边与所述转子芯径向的倾斜角度为16-22°。

43、在第一方面的一些实施例中，所述第一稀土永磁体和所述第二稀土永磁体材料为钕铁硼永磁体，所述第一非稀土永磁体、所述第二非稀土永磁体和所述第三非稀土永磁体材料为铁氧体永磁体。

44、在第一方面的一些实施例中，所述外层u形磁体的开口内且所述励磁单元的径向中心线上设有定位孔，相邻所述励磁单元之间设有定位孔。

45、第二方面，本公开还提供一种混合永磁电机，包括第一方面任一项所述的混合永磁转子。

46、第三方面，本公开还提供一种车辆，其特征在于，包括第二方面所述的混合永磁电机。

47、与现有技术相比，本公开所达到的有益效果：

48、本公开提供的混合永磁转子，内层u形磁体与外层u形磁体的正向耦合的励磁单元空间布置对混合永磁转子内空间利用率高，励磁单元的磁体分布与充磁方向高度正向耦合，磁感线的路径从励磁单元的内层u形磁体与外层u形磁体的开口出发，先经过转子芯、气隙，到达定子后再经过气隙到达转子芯，经过励磁单元两侧并从励磁单元背离气隙的一端返回，回到励磁单元。

49、因此天然具备交替极结构，即在转子芯圆周方向上励磁单元中间n级两侧s极或中间s级两侧n极，交替极结构提高了混合永磁转子的凸极性，该混合永磁的励磁单元内的磁体布置改善了永磁体的工作点，规避了混合永磁体之间的负向耦合影响，降低了非稀土永磁体的失磁风险，相较于稀土永磁电机降低了成本且拥有相当高的磁通聚集效果，提升了永磁材料的利用率和电机转矩性价比；第一稀土永磁体与第一非稀土永磁体分布方向相交，第二稀土永磁体与第二非稀土永磁体的分布方向相交，且第一稀土永磁体和第二稀土永磁体穿过第一非稀土永磁体和第二非稀土永磁体的漏磁方向与第一非稀土永磁体和第二非稀土永磁体自身充磁方向相反，因此第一非稀土永磁体和第二非稀土永磁体的削角设计减少了混合永磁体之间的漏磁通带来的负向耦合退磁影响；而第三非稀土永磁体与第二稀土永磁体相邻，增加了第一稀土永磁体和第二稀土永磁体穿过第一非稀土永磁体和第二非稀土永磁体的磁通数，在不新增稀土永磁材料的情况下采用第三非稀土永磁体优化了磁路、降低了采购稀土永磁体的成本，改善了第一非稀土永磁体和第二非稀土永磁体的工作点和强退磁磁场下的电感特性，提高了其在过载工况下的抗退磁性能；内层u形磁体与外层u形磁体的布置方式满足第一稀土永磁体和第二稀土永磁体沿转子芯径向布置，因此空间利用率高，也便于更密集的结构布置，根据内层u形磁体与外层u形磁体的开口方向，第一非稀土永磁体和第二非稀土永磁体与第一稀土永磁体和第二稀土永磁体的磁感线正向耦合，耦合后的磁感线接近与转子芯切线方向垂直，提高了电机的凸极性并降低了磁感线的损耗，提高了气隙内磁通密度，第三非稀土永磁体促进了这种第一非稀土永磁体和第二非稀土永磁体与第一稀土永磁体和第二稀土永磁体之间的正向耦合关系，提高了稀土永磁体的利用率，降低了成本；

50、本公开提供的混合永磁电机和车辆具备同样的有益效果。