基于铁氧体材料制造的高品质低成本电动汽车电机

基于铁氧体材料制造的高品质低成本电动汽车电机

电动汽车成为汽车行业主要的发展趋势。电机作为电动汽车的关键部件，各汽车制造商都进行了大量研究。车用电机中稀土永磁电机是目前应用中综合性能最好的电机。但是，稀土永磁电机成本较高，且可能引发安全问题。而相应的替代解决方案即采用铁氧体永磁电机得到了广泛应用。但是，铁氧体永磁电机在应用过程中会出现剩磁密度和矫顽力较低的问题。针对该问题，基于电磁学对铁氧体永磁电机进行了转子结构分析，并给出解决铁氧体永磁电机存在两个主要问题的方法。

永磁体材料经磁化至技术饱和，去掉外磁场后所保留的磁场被称为剩余磁场强度，简称剩磁，其可作为永磁材料产生磁场强度的指标。为解决铁氧体永磁电机中永磁体转子剩磁密度较低的问题，在设计铁氧体转子时将转子上的绕组采用辐射式结构，使磁路结构下电机每一极的磁通由相邻两个铁氧体转子并联提供，这样电机的每极磁通会增大，解决铁氧体材料本身剩磁密度较小的问题。永磁体材料在饱和磁化后，当外磁场退回到零时其磁感应强度并不退到零，只有在原磁化场相反方向加上一定大小的磁场才能使磁感应强度退回到零，该磁场称为矫顽磁场，简称矫顽力，其可作为永磁材料保持其原始磁化状态能力的指标。为解决铁氧体材料矫顽力较低这一问题，通过提高铁氧体材料中铁（Fe）单质含量（5.6%提高至5.9%）、3价铝（Al）离子（Al3+）含量，来提高铁氧体材料的矫顽力。需要注意，提高Al3+含量会造成磁化强度减小，因此改变其含量还需要考虑磁化强度的要求。此外，在对铁氧体材料进行预烧时，将温度提高至1200℃可进一步提高矫顽力。基于市售电机进行电机原型制造，通过有限元分析和台架试验，分析了原型电机的反电动势、静态扭矩、退磁承受能力和成本。结果表明，基于铁氧体材料制造的电机在性能上超过了许多市售的电机，且在成本上具有较大优势。

M.Kimiabeigi et al.IEEE Transactions on Industrial Electronics,Vol.63,No. 01,Jan 2016.

编译：张振伟