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永磁电机作为一种高效率、高转矩密度、宽调速范围的高性能电机,在工业、交通和航空航天等领域得到了广泛的应用。但稀土永磁材料价格高且供应量有限,因此少稀土或无稀土的高性能电机成为众多学者研究的热点。永磁电机还存在弱磁运行时去磁电流分量引起的损耗导致其效率降低的缺点。
同步磁阻电机具有多层转子磁障,依靠转子磁路不对称产生的磁阻转矩工作。这种电机具有成本低、制造简单、转子损耗小的优点,但存在功率因数和转矩密度低以及转矩脉动较大的缺点。为了提高这类电机的转矩和功率因数,可以在转子磁障中插入一定的低性能永磁体(铁氧体或粘接钕铁硼)辅助励磁,从而能够降低电机电流的励磁分量并产生永磁转矩,这就是永磁辅助同步磁阻电机。
在设计磁障中的永磁体时,需要考虑永磁磁通对磁路饱和程度的影响。永磁磁通过大容易引起磁路饱和,降低转子的凸极率;而永磁磁通过小则对转矩和功率因数的提高较小。低性能永磁体虽然矫顽力较低,但其退磁曲线线性度较好,多层磁障结构能提高其抗退磁能力。多层磁障结构带来的永磁体边缘退磁效应可以通过优化磁障端部形状等方法进行改善。
记忆电机具有永磁磁链可控的特点,相比传统永磁电机,其调速范围更宽、弱磁区损耗更低和转矩更高。其采用的永磁体具有低矫顽力和第二象限内非线性退磁曲线的特性,电机的永磁磁链可以通过短时调磁脉冲调节,弱磁区性能良好。记忆电机目前采用的永磁材料有铝镍钴永磁体和低矫顽力钐钴永磁体。记忆电机可分为单一永磁和混合永磁两种类型,混合永磁有串联磁路和并联磁路两种结构,其特点见文献[14,15];按调磁方式可分为交流调磁和直流调磁两种。
本文将记忆电机的设计理念引入永磁辅助同步磁阻电机转子设计中。基于文献[17]提出的同步磁阻电机转子磁障设计方法提出了一种可变磁通永磁辅助同步磁阻电机转子设计方法。给出了基于两种不同铝镍钴永磁材料的4.5 kW串联磁路混合永磁可变磁通永磁辅助同步磁阻电机设计方案,对铝镍钴材料的选择、电机的过载能力与调磁电流对转子设计参数的影响进行了分析,并提出一种适用于这类电机的转子设计方法。仿真结果证明该设计方法能够实现提高电机弱磁区转矩和降低弱磁区损耗的目的。
图11 不同永磁磁链下电机的电磁损耗
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