在真空压力浸渍期间防止定子永磁体退磁的系统及方法
【专利说明】在真空压力浸溃期间防止定子永磁体退磁的系统及方法
[0001]政府许可权利
本发明利用美国能源部授予的合同号DE - EE0005573下的政府资助完成。政府对本发明具有一定权利。
技术领域
[0002]本发明大体上涉及定子永磁体电机，并且更具体地涉及用于设置定子永磁体机器的永磁体的操作点以便避免磁体在高温真空压力浸渍(VPI)过程期间的退磁的系统及方法。
【背景技术】
[0003]各种行业中的电机的使用随着时间的过去已经继续变得在许多工业、商业和运输行业中更普遍。在制造此类电机中，称为真空压力浸渍(VPI)的过程是用于电机的绕组的基本过程，因为VPI过程改进绕组上的绝缘体的介电强度以及绕组的导热性。VPI过程以高导热性漆填充绕组中的任何空隙或多孔。以该方式，VPI防止气穴的出现，并且提供铜线、槽口内衬和叠层之间的导热接触。因此，VPI过程显著地改进了电机的热性能，并且因此是提尚其寿命和可靠性的关键。
[0004]已知的是，在执行VPI过程中，典型地使用150°C (或更高)的高温固化。在许多类型的常规电机中，在VPI过程期间不需要采取特别预防措施，因为不存在高温固化的特别不利效果。然而，对于一些类型的电机，特别是对于设计成具有定位在定子上的永磁体的电机(即，〃定子永磁体机器〃，例如，包括永磁体通量切换机器、永磁体通量反转机器和双凸永磁体机器)，如果不采取特别预防措施来确保永磁体的负载线高于用于固化温度的退磁拐点，则由VPI过程使用的高温固化可使定子上的永磁体暴露于退磁风险。该退磁风险在机器中的永磁体呈低成本、低热稳定性磁体等级(如，无镝或少镝永磁体)形式时进一步提高。即，对于相同温度，相比于它们的常规钕配对物，退磁拐点发生在无镝或少镝钕磁体中的较高内部通量密度水平处，这使得在这些低成本但低热稳定性的少稀土磁体中退磁风险更严重。
[0005]因此，将合乎需要的是提供用于设置定子永磁体机器的永磁体的操作点以便避免磁体在高温VPI过程期间退磁的系统及方法。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一个方面，一种用于制造永磁体电机的方法包括提供包括卷绕在其上的传导绕组和嵌入定子中的一个或更多个永磁体的定子，以及将磁性保持元件定位在定子上以便以一个或更多个永磁体形成磁通量路径，其中磁性保持元件通过向由一个或更多个永磁体生成的磁通量提供低磁阻通量路径来闭合一个或更多个永磁体的磁通量路径。该方法还包括在定子上执行真空压力浸渍(VPI)过程，以提高传导绕组的导热性，其中VPI过程包括在选择的温度下执行的固化步骤。磁性保持元件将一个或更多个永磁体的操作点设置至高于与执行固化步骤所处的选择的温度相关联的退磁阈值的内部通量密度水平。
[0007]根据本发明的另一个方面，一种永磁体电机包括定子，该定子具有带围绕其卷绕的传导绕组的多个齿，以及嵌入定子中的一个或更多个永磁体。永磁体电机还包括定位在定子上的磁性保持元件，以便以一个或更多个永磁体形成磁通量路径，其中磁性保持元件通过向由一个或更多个永磁体生成的磁通量提供低磁阻通量路径来闭合一个或更多个永磁体的磁通量路径。磁性保持元件包括可除去的元件，其能够选择性地附接于定子和与其分离，使得磁性保持元件可在于定子上执行真空压力浸渍(VPI)过程之前添加，并且可在于定子上完成VPI过程时除去。
[0008]根据本发明的又一个方面，一种用于永磁体电机的定子组件通过以下步骤形成:提供包括卷绕在其上的传导绕组和嵌入定子中的一个或更多个永磁体的定子、将磁性保持元件定位在定子上来以一个或更多个永磁体形成闭合磁通量路径，以及在定子上执行真空压力浸渍(VPI)过程来提高传导绕组的导热性，VPI过程包括在选择的温度下执行的固化步骤。磁性保持元件将一个或更多个永磁体的操作点设置至高于与执行固化步骤所处的选择的温度相关联的退磁阈值的内部通量密度水平。
[0009]技术方案1.一种用于制造永磁体电机的方法，所述方法包括:
提供定子，其包括卷绕在其上的传导绕组和嵌入所述定子中的一个或更多个永磁体；将磁性保持元件定位在所述定子上，以便以所述一个或更多个永磁体形成磁通量路径，其中所述磁性保持元件通过向由所述一个或更多个永磁体生成的磁通量提供低磁阻通量路径来闭合所述一个或更多个永磁体的磁通量路径；以及
在所述定子上执行真空压力浸渍(VPI)过程，以提高所述传导绕组的导热性，所述VPI过程包括在选择的温度下执行的固化步骤；
其中所述磁性保持元件将所述一个或更多个永磁体的操作点设置至高于与执行所述固化步骤所处的选择的温度相关联的退磁阈值的内部通量密度水平。
[0010]技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，定位所述磁性保持元件包括沿所述定子的内圆周定位所述磁性保持元件。
[0011]技术方案3.根据技术方案2所述的方法，其特征在于，所述磁性保持元件包括沿所述定子的内圆周定位的磁性环。
[0012]技术方案4.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述磁性保持元件由软磁性材料形成。
[0013]技术方案5.根据技术方案4所述的方法，其特征在于，所述软磁性材料具有100到1，000的相对磁导率。
[0014]技术方案6.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，BH曲线的退磁拐点取决于形成所述一个或更多个永磁体的材料和所述选择的固化温度。
[0015]技术方案7.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述一个或更多个永磁体包括无镝或少镝的永磁体。
[0016]技术方案8.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在完成所述VPI过程时除去所述磁性保持元件。
[0017]技术方案9.一种永磁体电机，包括:
定子，所述定子具有带围绕其卷绕的传导绕组的多个齿和嵌入所述定子中的一个或更多个永磁体；
磁性保持元件，其定位在所述定子上，以便以所述一个或更多个永磁体形成磁通量路径，其中所述磁性保持元件通过向由所述一个或更多个永磁体生成的磁通量提供低磁阻通量路径来闭合所述一个或更多个永磁体的磁通量路径；
其中所述磁性保持元件包括可除去的元件，其能够选择性地附接于所述定子和与其分离，使得所述磁性保持元件可在于所述定子上执行真空压力浸渍(VPI)过程之前添加，并且可在于所述定子上完成所述VPI过程时除去。
[0018]技术方案10.根据技术方案9所述的永磁体电机，其特征在于，所述磁性保持元件沿所述定子的内圆周定位。
[0019]技术方案11.根据技术方案10所述的永磁体电机，其特征在于，所述磁性保持元件包括沿所述定子的内圆周定位的磁性环。
[0020]技术方案12.根据技术方案9所述的永磁体电机，其特征在于，所述一个或更多个永磁体包括无镝或少镝的永磁体。
[0021]技术方案13.根据技术方案9所述的永磁体电机，其特征在于，所述磁性保持元件将所述一个或更多个永磁体的操作点设置至高于与在所述VPI过程期间执行的固化步骤相关联的退磁阈值的内部通量密度水平。
[0022]技术方案14.根据技术方案9所述的永磁体电机，其特征在于，所述磁性保持元件由具有100到1，000的相对磁导率的软磁性材料形成。
[0023]技术方案15.—种用于永磁体电机的定子组件，所述定子组件由以下步骤形成: 提供定子，其包括卷绕在其上的传导绕组和嵌入所述定子中的一个或更多个永磁体； 将磁性保持元件定位在所述定子上来以所述一个或更多个永磁体形成闭合磁通量路径；以及
在所述定子上执行真空压力浸渍(VPI)过程，以提高所述传导绕组的导热性，所述VPI包括在选择的温度下执行的固化步骤；
其中所述磁性保持元件将所述一个或更多个永磁体的操作点设置至高于与执行所述固化步骤所处的选择的温度相关联的退磁阈值的内部通量密度水平。
[0024]技术方案16.根据技术方案15所述的定子组件，其特征在于，所述磁性保持元件由具有100到1，000的相对磁导率的软磁性材料形成。
[0025]技术方案17.根据技术方案15所述的定子组件，其特征在于，所述退磁阈值包括与所述一个或更多个永磁体的VPI过程相关联的BH曲