基于鐵氧體材料制造的高品質(zhì)低成本電動(dòng)汽車電機(jī)

基于鐵氧體材料制造的高品質(zhì)低成本電動(dòng)汽車電機(jī)

電動(dòng)汽車成為汽車行業(yè)主要的發(fā)展趨勢(shì)。電機(jī)作為電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件，各汽車制造商都進(jìn)行了大量研究。車用電機(jī)中稀土永磁電機(jī)是目前應(yīng)用中綜合性能最好的電機(jī)。但是，稀土永磁電機(jī)成本較高，且可能引發(fā)安全問(wèn)題。而相應(yīng)的替代解決方案即采用鐵氧體永磁電機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。但是，鐵氧體永磁電機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)剩磁密度和矯頑力較低的問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，基于電磁學(xué)對(duì)鐵氧體永磁電機(jī)進(jìn)行了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分析，并給出解決鐵氧體永磁電機(jī)存在兩個(gè)主要問(wèn)題的方法。

永磁體材料經(jīng)磁化至技術(shù)飽和，去掉外磁場(chǎng)后所保留的磁場(chǎng)被稱為剩余磁場(chǎng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱剩磁，其可作為永磁材料產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的指標(biāo)。為解決鐵氧體永磁電機(jī)中永磁體轉(zhuǎn)子剩磁密度較低的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)鐵氧體轉(zhuǎn)子時(shí)將轉(zhuǎn)子上的繞組采用輻射式結(jié)構(gòu)，使磁路結(jié)構(gòu)下電機(jī)每一極的磁通由相鄰兩個(gè)鐵氧體轉(zhuǎn)子并聯(lián)提供，這樣電機(jī)的每極磁通會(huì)增大，解決鐵氧體材料本身剩磁密度較小的問(wèn)題。永磁體材料在飽和磁化后，當(dāng)外磁場(chǎng)退回到零時(shí)其磁感應(yīng)強(qiáng)度并不退到零，只有在原磁化場(chǎng)相反方向加上一定大小的磁場(chǎng)才能使磁感應(yīng)強(qiáng)度退回到零，該磁場(chǎng)稱為矯頑磁場(chǎng)，簡(jiǎn)稱矯頑力，其可作為永磁材料保持其原始磁化狀態(tài)能力的指標(biāo)。為解決鐵氧體材料矯頑力較低這一問(wèn)題，通過(guò)提高鐵氧體材料中鐵（Fe）單質(zhì)含量（5.6%提高至5.9%）、3價(jià)鋁（Al）離子（Al3+）含量，來(lái)提高鐵氧體材料的矯頑力。需要注意，提高Al3+含量會(huì)造成磁化強(qiáng)度減小，因此改變其含量還需要考慮磁化強(qiáng)度的要求。此外，在對(duì)鐵氧體材料進(jìn)行預(yù)燒時(shí)，將溫度提高至1200℃可進(jìn)一步提高矯頑力。基于市售電機(jī)進(jìn)行電機(jī)原型制造，通過(guò)有限元分析和臺(tái)架試驗(yàn)，分析了原型電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)、靜態(tài)扭矩、退磁承受能力和成本。結(jié)果表明，基于鐵氧體材料制造的電機(jī)在性能上超過(guò)了許多市售的電機(jī)，且在成本上具有較大優(yōu)勢(shì)。

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

編譯：張振偉