电动汽车用三相定子6槽转子5极磁通切换永磁电机的分析与设计文献综述

 2022-10-29 20:45:11

文献综述(或调研报告):

近些年来,永磁电机,特别是分数槽集中绕组永磁电机在诸多领域都有广泛的应用,作为永磁电机的一种特殊拓扑结构,定子永磁型电机最早是1955年由Raunchy和Johnson提出的[1],如图1所示,永磁体和单相的电枢绕组都被安置在了定子铁心上,而转子只是一个拥有两个齿的凸极结构,但是受限于其不成熟的设计、糟糕的性能和高昂的成本,当时并没有得到足够的重视。

图1 最早的磁通切换电机结构

定子永磁型电机可以分为三种类型:双凸极永磁电机 (Doubly Salient Permanent Magnet machines,DSPM) [2],磁通反向永磁电机 (Flux Reversal Permanent Magnet machines,FRPM) [3],和磁通切换永磁电机(Permanent Magnet Flux-Switching machines,PMFS)[4]如图2所示。可以看出这三种电机都具有双凸极结构,且永磁体和电枢绕组都置于定子上,转子是由硅钢片层叠而来的凸极结构,这与开关磁阻电机(Switched Reluctance Machines,SRM)有一定相似性。

(a) 双凸极永磁电机 (b) 磁通反向永磁电机 (c) 磁通切换永磁电机

图2 定子永磁电机的三种典型结构

相比DSPM电机和FRPM电机而言PMFS出转矩、功率密度和效率方面表现出了更加优秀的性能,因此十分适合应用于电动汽车(Electirc Vehicle,EV)。除永磁型磁通切换电机外,还有电励磁和混合励磁[5]两种类型,其中电励磁型和混合励磁型的磁通切换电机因为可以通过改变励磁线圈中的直流电流的大小来调整气隙磁密,从而改变每相磁链和反电势,所以具有很好的弱磁调速能力[6]。

第一台PMFS电机首先是由E.Hoang在1997年提出的,所谓的磁通切换电机,是指绕组里的匝链的磁通会根据转子的不同位置切换方向和数量,及改变正负性和数值大小,下面基于“磁阻最小原理”分析磁通切换原理。在图3(a)所示的转子位置,永磁体产生的磁通会沿着图示箭头的路径穿过定子齿和与之相对的转子齿,若定子绕组开路,会在其两端产生一定的反电势;同理,在图3(b)所示的转子位置时,用永磁磁通在数量上保持不变但穿行的路径对绕组来说正好相反,为从转子齿到定子齿,这时开路绕组两端产生的反电势和前一种情况相比极性相反。所以当转子在上述两个位置之间连续运动时,绕组中匝链的永磁磁通就会不断地呈现正负周期性变化,因此感应出来的反电势也呈现出交变波形[7]。

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