[發明專利]高性能的內置式鐵氧體永磁(IPM)電動機

在審

• 申請號: 201510736279.4
• 申請日: 2015-11-04
• 公開（公告）號: CN106655568A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 鄧锎;鄧隱北
• 申請（專利權）人: 河南去吧看看網絡科技股份有限公司
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27;H02K15/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于永磁電機技術領域，具體涉及一種高性能的內置式鐵氧體永磁(Interior-ferrite Permanent Magnet)電動機。

背景技術：

近年來，隨著對環境保護和節能化要求的日益深化，各個領域都在推廣使用可實現小型高效的永磁電動機。稀土類永磁材料是電動機小型高效率化必不可少的材料。稀土合金永磁材料主要有5型釤鈷稀土合金(SmCo5)、17型釤鈷稀土合金(SmCo17)及釹鐵硼稀土合金(Nd2Fe14B)三種，因為釤、鈷均為昂貴的稀有金屬，屬戰略性物資，價格貴，故較為廣泛使用的是釹鐵硼稀土合金(磁鋼)。

釹鐵硼磁鋼按不同的型號和類別，一般價位大約在200～250元/kg左右，相對于數十元/kg的鐵氧體磁鋼，其價位仍然很高(約3～4)倍，而且價格的波動大，不易確保穩定的供貨。因此，在積極開發永磁電動機的同時，本發明通過優化設計、磁場分析和結構改進，提出了一種高性能的內置式鐵氧體永磁電動機。

鐵氧體是由鐵的氧化物及其它配料燒結而成的，永磁鐵氧體又叫鐵氧體磁鋼，是一種具有單軸、各向異性的六角結構化合物，主要是鋇、鍶、鉛三種鐵氧體及其復合的固溶體。因此類材料充磁后，殘留的磁場強度很高，在外界磁場消失后仍能長久保留著恒定的剩磁強度，故可用于外部空間產生恒磁的強磁 場。

利用這一價格低廉(約為釹鐵硼磁鋼價格的1/3～1/4)的鐵氧體磁鋼制成廣泛需求、數量巨大的各類電動機，不僅成本上大幅下降，而且通過本發明的實施和驗證，性能上也能與釹鐵硼稀土永磁電動機的性能媲美。

本發明制成的產品，以其優越的性價比，實際應用領域可望日益廣泛。

發明內容：

內置式鐵氧體永磁(1PM)電動機轉子的基本結構如圖1所示。

為減少漏磁通，鐵氧體磁鋼A的外周側鐵芯是分離的；磁鋼A、磁鋼B之間是由一狹窄的跨接橋連接的。

為擴大鐵氧體磁鋼的表面積，采用了輪幅狀配置的鐵氧體磁鋼A；為降低漏磁，配置了鐵氧體磁鋼B；為減少d軸電感和增大凸極比而配置了鐵氧體磁鋼C。

本發明1PM電動機轉子的磁極結構就是由這幾部分磁鋼組成的。在這一結構中，因為充分有效利用了磁阻力矩，即使鐵氧體的剩磁感應強度(Br＝0.45T，T-特斯拉，磁感應強度單位)僅為稀土永磁釹鐵硼的1/3，在同樣的電流、規格條件下，也能達到稀土永磁電動機額定轉矩的90％。

轉矩和效率是電動機的兩大性能指標。在效率方面，通過稀土永磁電動機和本發明鐵氧體永磁電動機的效率曲線圖形對比，達到了兩者的最高效率幾乎相同的結果。在同樣的電流條件下，由于鐵氧體永磁電動機的轉矩小，在低速大轉矩范圍內，增加鐵氧體永磁電動機的電流，雖因銅損的加大，效率會有一些降低的趨勢，但在高速旋轉區由于弱磁場的電流小，效率可得到提升。

本發明針對內置式鐵氧體永磁(1PM)電動機轉子的基本結構(圖1)，通過磁場的分析計算和轉子結構的優化設計，為達到最佳的電磁性能，對轉子的結構和磁鋼的形狀、尺寸均進一步做了改進。圖2為轉子磁極(1/6)的磁化分析 模型；圖3為改進后的轉子磁極(1/6)的配置結構及形狀。

附圖說明：

圖1為內置式鐵氧體永磁(1PM)電動機轉子的基本結構，其中，1-鐵氧體磁鋼A；2-鐵氧體磁鋼B；3-鐵氧體磁鋼C。

圖2為內置式鐵氧體永磁(1PM)電動機轉子磁極(1/6)的磁化分析模型，其中，1-鐵氧體磁鋼A；2-鐵氧體磁鋼B；3-鐵氧體磁鋼C。

圖3為改進后的(1PM)電動機轉子磁極(1/6)的配置結構及形狀，其中，1-鐵氧體磁鋼A；2-鐵氧體磁鋼B；3-鐵氧體磁鋼C。

具體實施方式：

本發明為達到批量生產實用化，我們進行了樣機的試制。電機的定子仍采用傳統技術，繞組的結構和繞線方式均不改變。關鍵是內置有磁鋼的轉子，按所設計的轉子結構(圖3)，首先在沖床上沖制出所需形狀的硅鋼片，然后根據鐵芯厚度，將硅鋼片分層疊合、壓制成型組成轉子鐵芯。再將單個磁化過的鐵氧體磁鋼逐個嵌入到鐵芯的磁鋼模內。此外，還要對插入槽內的磁鋼進行再次磁化即所謂的“后磁化”過程，以達到完全磁化的目的。后磁化的必要條件是：要求施加的磁場應使磁鋼具有比原來高3倍的矯頑力。

后磁化工藝完成后，繪制出磁化分析模型(圖2)。分析結果發現：輪輻狀配置的磁鋼A在轉子的內徑側因磁通難于通過，須將磁鋼A縮短，并將磁鋼A內端向磁鋼B方向偏轉一個角度；而在磁鋼B的兩端和磁鋼A的內端之間，設有磁通容易通過的空氣層。由此，在改進后的轉子磁極結構(圖3)中，每一磁極配置的4塊磁鋼，其配置有所改進，但其形狀、尺寸均相同。既確保了性能的改善，又實現了規格的統一，便于制造和安裝。