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铁氧体辅助型磁阻同步电机需要知道的事项

发布时间:

2021/09/15 00:00

因此,考虑开展混合式永磁磁阻电机的设计,即在永磁磁阻电机的转子磁路结构中,使用铁氧体永磁体和钕铁硼稀土永磁体两种材料,提升电机永磁转矩比例,进而提升永磁同步电机的转矩密度。同时,利用铁氧体与钕铁硼温度系数相反的特性,提高该类电机高温下的性能,降低退磁风险。

混合式永磁同步电机中,钕铁硼永磁体作为辅助提升功率密度的手段,一般仅在层磁障中少量使用,设计中应优先调整磁障结构参数,以提升磁阻转矩占比。

内置永磁同步磁阻电机。在上文中,我们提到交流电机主要有永磁同步电机、感应异步电机、磁阻电机。其中,磁阻电机在乘用车上应用很少,因此我们没有详细介绍。磁阻电机与永磁同步电机的主要区别在于,转子内没有永磁体,没有磁场,完全依靠定子磁场,基于产生转矩。磁阻电机几乎没有反电动势、弱磁控制等问题,但是转矩较小、脉动较大,在一定程度上与永磁同步电机互补,扩展了电动机的区间。

考虑永磁体的加工工艺,铁氧体永磁材料易加工成弧形结构,而钕铁硼稀土永磁材料则更适合加工为长方体结构。因此,混合式永磁磁阻电机更适合使用+结构或+结构。本文在所研制电机的首层磁障中添加钕铁硼永磁体,为寻求使用最少永磁体,得到输出转矩的化设计,研究了三层+形结构、三层+形结构及两层+形结构的混合式永磁磁阻电机,模型示意及计算结果如图7所示。为降低电机制造成本,各层磁障内部材料未做特殊说明的均为铁氧体磁材。

开展永磁磁阻电机研究时可以发现,单纯使用铁氧体永磁体励磁时,电机存在转矩密度很难达到当前汽车驱动电机要求的问题,而且由于铁氧体本身磁材特性,容易产生退磁现象。

同步磁阻电机VS工业宠儿——永磁同步电机:转子上没有永磁体,成本更低,解决了无弱磁难和失磁问题,长期使用,效率更稳定,在体积与重量没有严格要求的场合可完全替代永磁同步电机。

由式(1)可见,永磁同步电机的输出转矩有两个分量:个分量是电机的永磁转矩Tm,表征了电机永磁体励磁磁链所产生的转矩;第二个分量为电机的磁阻转矩Tr,表征了因电机交直轴磁路结构不对称所产生的转矩。

内置永磁同步磁阻电机。在上文中,我们提到交流电机主要有永磁同步电机、感应异步电机、磁阻电机。其中,磁阻电机在乘用车上应用很少,因此我们没有详细介绍。磁阻电机与永磁同步电机的主要区别在于,转子内没有永磁体,没有磁场,完全依靠定子磁场,基于产生转矩。磁阻电机几乎没有反电动势、弱磁控制等问题,但是转矩较小、脉动较大,在一定程度上与永磁同步电机互补,扩展了电动机的区间。

本文以一台实际使用的电动汽车用52kW永磁同步电机为研究目标,针对由铁氧体和钕铁硼两种永磁材料组成的混合式永磁同步电机的转子磁路结构开展了相关研究。采用有限元方法,侧重对比分析了形、形磁障结构下,不同磁障结构参数对电机输出转矩能力的影响。结合电动汽车驱动电机的性能要求,对比+、+等形式的磁路结构,得出双层+形式的转子磁路结构,混合使用铁氧体和钕铁硼两种磁材,可以在基本满足当前汽车驱动电机使用要求的情况下,明显降低电机成本。

最终,当保持优化设计后的电机体积与原型机一致时,电机的输出转矩达到162.6N·m,电机磁阻转矩占比约为42.6%,已基本满足驱动电机设计需求。校核混合式永磁电机的退磁情况,需要考虑不同磁材的磁特性,要分别校核钕铁硼材料的高温退磁情况和铁氧体材料的低温退磁情况。本文校核了钕铁硼永磁体160℃的高温退磁情况,铁氧体磁材-20℃的低温退磁情况。经计算,不同磁材的退磁特性如图11、图12所示。

结合同步磁阻电机的研究成果分析可知,对于中小型永磁磁阻电机,其转子磁障层数为二层或三层较为合理。如果继续增加磁障层数,一方面电机加工工艺难度增加;另一方面因磁路饱和程度加剧,磁体的利用率将下降,对电机输出转矩提升的辅助作用有限。如果减少为单层磁障,与普通永磁电机相似,很难大幅度提升电机的凸极性,进而较好地利用电机的磁阻转矩。因此,本文以二层及三层磁障结构为例,对电机磁障结构开展分析研究,总结各结构参数对相同体积下,电机输出转矩能力的影响程度,进而得到相应的设计方法。

成本高:现在,永磁同步电机比较常用的永磁材料主要有铝镍钴永磁、钕铁硼永磁、铁氧体永磁以及稀土永磁等材料。采用铁氧体永磁材料的永磁同步电机的结构比较简单、重量比较轻,总成本通常也低于电励磁电机,因此应用广泛。由于现在的稀土永磁材料的价格比较高,因此采用稀土永磁材料的永磁同步电机的成本也会比较高一些。

答:深耕光伏扬水行业多年,以产品系列丰富,智能物联,MPPT算法,先进的永磁同步电机和同步磁阻电机驱动技术,高可靠性、及时交付赢得了全球客户美誉。

报告期内,围绕国家战略,于2021年初成立了,旨在加快变频器在同步磁阻电机、永磁同步电机、同步直驱电机等新型节能电机的应用,持续提高能源资源利用效率;同时积极推动智能制造、数字工厂、绿色工业高质量发展,为机床、纺织、包装等行业提供综合解决方案。

前者就是传统的交流同步电动机它输入的电压频率取决于外部电网或独立变频器的频率。后者则需要根据转子位置信号去控制定子各相电枢绕组的导通顺序和导通速率,也就是我们通常说的自同步式永磁同步电机(PM)或正弦波永磁同步电动机。定子采用集中卷形式,转子为永磁体(铁氧体或稀土钕铁硼)。由模块驱动、调速,自身不能运转。

、的研究人员、、、、,在2022年第7期《》上撰文,首先分析永磁同步电机和电励磁同步电机的特性差异,指出电励磁同步电机的优势以及存在的问题。其次,归纳梳理了电励磁同步电机无刷励磁的演变过程和技术路线,阐明励磁机励磁、谐波励磁、感性和容性无线电能传输技术在励磁绕组非接触供电方面的研究进展和应用水平。然后,总结现有磁阻转矩利用技术、转子结构改进技术以及转矩轴线平移技术,指明上述技术对电励磁同步电机转矩提升的有益效果。,指出该领域存在的问题,并预测未来研究重点和技术发展方向。

现在市场对交流异步电机、永磁同步电机及开关磁阻电机关注度较高。通过对常见的几种电机进行比较分析可知,永磁同步电机具有效率高、转速范围宽、体积小、重量轻、功率密度大、成本低等优点,成为纯电动乘用车市场的主要驱动电机。

将永磁体嵌入磁阻电机的转子槽中,该方案的主要壁垒在于永磁体的数量、尺寸、形状、位置等。内置永磁同步磁阻电机在低转速工况下近似永磁同步电机,在高转速工况下近似磁阻电机。转子永磁体的V型结构可调节磁阻转矩,缓解高转速工况下的反电动势问题。在高转速工况下,尽可能将定子旋转磁场与转子磁场对齐,从而大幅削弱反电动势,这种设计的主要壁垒在于复杂的电机控制策略。

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