基于鐵氧體材料制造的高品質低成本電動汽車電機

基于鐵氧體材料制造的高品質低成本電動汽車電機

電動汽車成為汽車行業主要的發展趨勢。電機作為電動汽車的關鍵部件，各汽車制造商都進行了大量研究。車用電機中稀土永磁電機是目前應用中綜合性能最好的電機。但是，稀土永磁電機成本較高，且可能引發安全問題。而相應的替代解決方案即采用鐵氧體永磁電機得到了廣泛應用。但是，鐵氧體永磁電機在應用過程中會出現剩磁密度和矯頑力較低的問題。針對該問題，基于電磁學對鐵氧體永磁電機進行了轉子結構分析，并給出解決鐵氧體永磁電機存在兩個主要問題的方法。

永磁體材料經磁化至技術飽和，去掉外磁場后所保留的磁場被稱為剩余磁場強度，簡稱剩磁，其可作為永磁材料產生磁場強度的指標。為解決鐵氧體永磁電機中永磁體轉子剩磁密度較低的問題，在設計鐵氧體轉子時將轉子上的繞組采用輻射式結構，使磁路結構下電機每一極的磁通由相鄰兩個鐵氧體轉子并聯提供，這樣電機的每極磁通會增大，解決鐵氧體材料本身剩磁密度較小的問題。永磁體材料在飽和磁化后，當外磁場退回到零時其磁感應強度并不退到零，只有在原磁化場相反方向加上一定大小的磁場才能使磁感應強度退回到零，該磁場稱為矯頑磁場，簡稱矯頑力，其可作為永磁材料保持其原始磁化狀態能力的指標。為解決鐵氧體材料矯頑力較低這一問題，通過提高鐵氧體材料中鐵（Fe）單質含量（5.6%提高至5.9%）、3價鋁（Al）離子（Al3+）含量，來提高鐵氧體材料的矯頑力。需要注意，提高Al3+含量會造成磁化強度減小，因此改變其含量還需要考慮磁化強度的要求。此外，在對鐵氧體材料進行預燒時，將溫度提高至1200℃可進一步提高矯頑力。基于市售電機進行電機原型制造，通過有限元分析和臺架試驗，分析了原型電機的反電動勢、靜態扭矩、退磁承受能力和成本。結果表明，基于鐵氧體材料制造的電機在性能上超過了許多市售的電機，且在成本上具有較大優勢。

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

編譯：張振偉