汽车|混合式磁钢转子结构的电动车用永磁磁阻电机优化设计( 二 )
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(a) HM2
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(b) HM3
图2 混合式磁钢永磁同步磁阻电机HM2 ， HM3转子结构
图3比较了三种电机在额定工况及空载状态下主要性能参数 。 HM2和HM3采用混合式磁钢转子结构 ， 钕铁硼的磁能积要优于铁氧体 ， 故在稀土永磁用料降低的情况下 ， 转矩都有不同程度的降低 。 额定工况下两混合电机的转矩分别为162.34 N·m、145.93 N·m ， 如图4所示 ， 与原电机186.6 N·m相比 ， 分别下降了12.78%和21.6% 。 但稀土永磁材料用量大幅下降 ， 电机性价比得到了有效提升 。
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图3 混合磁钢转子电机与原电机性能参数对比
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(a) HM2
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(b) HM3
图4 混合式磁钢电机HM2和HM3平均转矩
两种混合式磁钢电机转矩脉动分别为26.8%和27.88% ， 与原电机26.04%相比 ， 略有上升 ， 推测是由于反电动势中谐波含量过高导致 。 图5和图6
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图5 混合式磁钢电机HM2空载反电动势及谐波
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图6 混合式磁钢电机HM3空载反电动势及谐波
就分别提取两种电机空载反电动势波形并对其进行了谐波分析 。
HM2和HM3空载反电动势基波幅值分别为103.6 V和91.54 V ， 与原电机HM1空载反电动势164 V相比 ， 有大幅降低 ， 对反电动势波形进行傅里叶分析得到其 THD ， HM2和HM3分别达到了24.84%和32.37% ， 谐波含量较高 ， 与电机转矩脉动较大现象相对应 ， 其中主要以3次谐波为主 ， 占各自基波的比例为22.4%和30.27% 。
齿槽转矩大小与电机永磁磁场强度有关 ， 随着永磁材料的改变 ， 磁场强度也发生了变化 ， 电机齿槽转矩有不同程度的降低 。 由永磁同步电机的转矩计算式(1)可知 ， 钕铁硼永磁材料用量的减少会使式(1)中的永磁磁链 λ减小 ， 永磁转矩会随之降低 ， 图3中有限元仿真结果验证了此结论 ， HM2和HM3永磁转矩分别下降了36.35%和48.9%,这也是额定转矩大幅下降的主要因素 。
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(1)
针对永磁转矩大幅下降导致总转矩下降的问题 ， 可通过提高磁阻转矩进行一定程度上的弥补 。 而在混合磁钢转子电机中 ， 通过钕铁硼和铁氧体的合理组合 ， 可以有效改善电机内部磁场的分布来影响 d轴、 q轴电感 ， 从而增大电机的磁阻转矩 。 可从图3中看到 ， 两种方案HM2和HM3 q轴电感明显上升 ， 凸极比对比原电机的3.34增大到了3.57及3.53,提升幅度显著 ， 使得混合磁钢转子电机的磁阻转矩利用率大幅提升 。 HM2和HM3磁阻转矩对比原电机HM1分别提升了21.1%、17.67% 。
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