高性能的内置式铁氧体永磁(IPM)电动机的制作方法

本发明属于永磁电机技术领域，具体涉及一种高性能的内置式铁氧体永磁(Interior-ferrite Permanent Magnet)电动机。

背景技术：
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近年来，随着对环境保护和节能化要求的日益深化，各个领域都在推广使用可实现小型高效的永磁电动机。稀土类永磁材料是电动机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型钐钴稀土合金(SmCo5)、17型钐钴稀土合金(SmCo17)及钕铁硼稀土合金(Nd2Fe14B)三种，因为钐、钴均为昂贵的稀有金属，属战略性物资，价格贵，故较为广泛使用的是钕铁硼稀土合金(磁钢)。

钕铁硼磁钢按不同的型号和类别，一般价位大约在200～250元/kg左右，相对于数十元/kg的铁氧体磁钢，其价位仍然很高(约3～4)倍，而且价格的波动大，不易确保稳定的供货。因此，在积极开发永磁电动机的同时，本发明通过优化设计、磁场分析和结构改进，提出了一种高性能的内置式铁氧体永磁电动机。

铁氧体是由铁的氧化物及其它配料烧结而成的，永磁铁氧体又叫铁氧体磁钢，是一种具有单轴、各向异性的六角结构化合物，主要是钡、锶、铅三种铁氧体及其复合的固溶体。因此类材料充磁后，残留的磁场强度很高，在外界磁场消失后仍能长久保留着恒定的剩磁强度，故可用于外部空间产生恒磁的强磁 场。

利用这一价格低廉(约为钕铁硼磁钢价格的1/3～1/4)的铁氧体磁钢制成广泛需求、数量巨大的各类电动机，不仅成本上大幅下降，而且通过本发明的实施和验证，性能上也能与钕铁硼稀土永磁电动机的性能媲美。

本发明制成的产品，以其优越的性价比，实际应用领域可望日益广泛。

技术实现要素：
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内置式铁氧体永磁(1PM)电动机转子的基本结构如图1所示。

为减少漏磁通，铁氧体磁钢A的外周侧铁芯是分离的；磁钢A、磁钢B之间是由一狭窄的跨接桥连接的。

为扩大铁氧体磁钢的表面积，采用了轮幅状配置的铁氧体磁钢A；为降低漏磁，配置了铁氧体磁钢B；为减少d轴电感和增大凸极比而配置了铁氧体磁钢C。

本发明1PM电动机转子的磁极结构就是由这几部分磁钢组成的。在这一结构中，因为充分有效利用了磁阻力矩，即使铁氧体的剩磁感应强度(Br＝0.45T，T-特斯拉，磁感应强度单位)仅为稀土永磁钕铁硼的1/3，在同样的电流、规格条件下，也能达到稀土永磁电动机额定转矩的90％。

转矩和效率是电动机的两大性能指标。在效率方面，通过稀土永磁电动机和本发明铁氧体永磁电动机的效率曲线图形对比，达到了两者的最高效率几乎相同的结果。在同样的电流条件下，由于铁氧体永磁电动机的转矩小，在低速大转矩范围内，增加铁氧体永磁电动机的电流，虽因铜损的加大，效率会有一些降低的趋势，但在高速旋转区由于弱磁场的电流小，效率可得到提升。

本发明针对内置式铁氧体永磁(1PM)电动机转子的基本结构(图1)，通过磁场的分析计算和转子结构的优化设计，为达到最佳的电磁性能，对转子的结构和磁钢的形状、尺寸均进一步做了改进。图2为转子磁极(1/6)的磁化分析 模型；图3为改进后的转子磁极(1/6)的配置结构及形状。

附图说明：

图1为内置式铁氧体永磁(1PM)电动机转子的基本结构，其中，1-铁氧体磁钢A；2-铁氧体磁钢B；3-铁氧体磁钢C。

图2为内置式铁氧体永磁(1PM)电动机转子磁极(1/6)的磁化分析模型，其中，1-铁氧体磁钢A；2-铁氧体磁钢B；3-铁氧体磁钢C。

图3为改进后的(1PM)电动机转子磁极(1/6)的配置结构及形状，其中，1-铁氧体磁钢A；2-铁氧体磁钢B；3-铁氧体磁钢C。

具体实施方式：

本发明为达到批量生产实用化，我们进行了样机的试制。电机的定子仍采用传统技术，绕组的结构和绕线方式均不改变。关键是内置有磁钢的转子，按所设计的转子结构(图3)，首先在冲床上冲制出所需形状的硅钢片，然后根据铁芯厚度，将硅钢片分层叠合、压制成型组成转子铁芯。再将单个磁化过的铁氧体磁钢逐个嵌入到铁芯的磁钢模内。此外，还要对插入槽内的磁钢进行再次磁化即所谓的“后磁化”过程，以达到完全磁化的目的。后磁化的必要条件是：要求施加的磁场应使磁钢具有比原来高3倍的矫顽力。

后磁化工艺完成后，绘制出磁化分析模型(图2)。分析结果发现：轮辐状配置的磁钢A在转子的内径侧因磁通难于通过，须将磁钢A缩短，并将磁钢A内端向磁钢B方向偏转一个角度；而在磁钢B的两端和磁钢A的内端之间，设有磁通容易通过的空气层。由此，在改进后的转子磁极结构(图3)中，每一磁极配置的4块磁钢，其配置有所改进，但其形状、尺寸均相同。既确保了性能的改善，又实现了规格的统一，便于制造和安装。