感和直轴电感都受电机交直轴电流的影响

,

如图

3

、

4

所

示 。

(a)

瓦片型结构 　　　

(b) U

型结构

图

2

　两种磁体结构

PMSM

交轴磁路

1.

I

q

= 40A ;2.

I

q

= 80A ;3.

I

q

= 120A ;4.

I

q

= 160A ;5.

I

q

= 200A

(a)

L

aq

随交直轴电流的变化

(b)

L

ad

随交直轴电流的变化

图

3

　

U

型磁路结构

PMSM

电感随交直轴电流的变化

1.

I

q

= 40A ;2.

I

q

= 80A ;3.

I

q

= 120A ;4.

I

q

= 160A ;5.

I

q

= 200A

(a)

L

aq

随交直轴电流的变化

(b)

L

ad

随交直轴电流的变化

图

4

　瓦片型磁路结构

PMSM

电感随交直轴电流变化

由图

3

、

4

可以看出

,

由于

PMSM

交直轴磁路的耦合作

用

,

交直轴电感不但受自身轴电流的影响

,

而且受相对轴

电流的影响

,

不同磁体结构的影响程度并不相同 。

交轴电流对两种结构电机交轴电感有相似的影响

,

即交轴电流增大使交轴电感变小

;

直轴电流对交轴电感

的影响较小

,

一般可忽略不计 。

交直轴电流对两种结构电机直轴电感具有相似的影

响趋势

,

但影响程度不同 。交轴电流较小时

,

直轴电感基

本不受直轴电流的影响

;

交轴电流较大时

,

随直轴电流的

增大

,

直轴电感先有一下降段

,

然后趋于稳定 。这一下降

段在大交轴电流时对

U

型结构电机的影响尤为明显 。大

直轴电流下的直轴电感不受交轴电流的影响

,

即在弱磁

高速段直轴电感保持不变

,

这由于不饱和的直轴磁路引

起 。表

2

给出了几种典型情况下的直 、

交轴电感及凸极

率比较 。

表

2

　几种典型情况下的直 、

交轴电感及凸极率比较

U

型

瓦片型

I

q

/ A

200

200

40

200

200

40

I

d

/ A

13

50

13

13

50

13

L

ad

/ mH

0. 4

0. 4

0. 56

0. 33

0. 34

0. 48

L

aq

/ mH

0. 8

0. 32

0. 24

0. 3

0. 18

0. 16

ρ

0. 5

1. 25

2. 3

1. 1

1. 9

3

　　综上所述

,

交轴电感由于交轴磁路饱和因素受交轴

电流的影响较大

,

但直轴磁路的耦合因素对其影响较小

;

直轴电感在大直轴电流下没有磁路饱和和耦合影响

,

在

小直轴电流下

,

不但有饱和影响而且有磁路耦合影响 。

另外

,

在相同交直轴电流下

,U

型结构电机交轴电感大于

瓦片式结构电机

,

其直轴电感也大于后者

,

因此两者的凸

极率大小与交直轴电流有关 。值得注意的是

,

无论

U

型

结构电机还是瓦片式结构电机

,

由于在大交轴电流和小

直轴电流下都有相对较小的交轴电感和相对较大的直轴

电感

,

导致

PMSM

低速大转矩运行时电机的凸极率很小

,

U

型磁体结构甚至小于

1 ,

因此

,

在电机设计 、

运行控制时

应予充分考虑 。

3

电机永磁体的抗失磁能力比较

尽管在相同最大直轴电流下

U

型结构电机具有比瓦

片型结构电机更大的弱磁效果

,

但前者对永磁体的去磁

作用强度并没有增加 。图

5

给出了两种结构电机空载 、

最大直轴电流负载及最大交轴电流负载下永磁体表面磁

密分布 。

1.

I

d

= 0 ,

I

q

= 0 ;2.

I

d

= 0 ,

I

q

= 200A ;3.

I

d

= 200A ,

I

q

= 0

( a)

瓦片型结构

(b) U

型结构

图

5

　两种结构电机永磁体表面磁密分布

可以看出

,

尽管空载时两者气隙基波磁密相同

,

永磁

体表面磁密分布已有一定的差异

;

最大直轴负载时这一

差异加大

;

但无论是平均磁密还是最低局部磁密

,

两者都

相差不大 。对最大交轴负载

,

瓦片型结构永磁体表面磁

密表现出明显的去增磁效果

,U

型结构这一效果并不明

显

,

但瓦片式磁体结构在交轴电枢磁动势作用下的磁体

表面最低局部磁密大于相同数值的直轴磁动势作用下的

最低局部磁密 。由此可知

,

在抗失磁能力方面

U

型结构

与瓦片型结构相近 。

4

结 　论

(1)

与瓦片式磁体结构相比

,U

型磁体结构在弱磁能

力方面占有优势 。同时

,U

型磁体结构还具有明显的制

造成本和价格优势

,

具有更宽余的永磁体摆放空间

,

这对

于电动汽车用调速

PMSM

多用永磁体增大漏磁系数的设

计原则是有利的 。

(2) U

型结构的凸极率特别是在低速大转矩时的凸

极率小于瓦片式结构

,

且

U

型结构的机械强度要比瓦片

式结构差 。

(3)

电动汽车驱动用

PMSM

的磁体结构应根据实际应

用工况综合考虑电机的弱磁能力 、

抗失磁能力 、

机械强度

及磁阻转矩的利用等方面的具体情况进行选择 。

(

下转第

24

页

)

　　微特电机

　　

2004

年第

3

期 　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

D

设计分析

esign and analysis

　

　
　
　
　
　
　
　
　

电
动
汽
车
驱
动
用
永
磁
同
步
电
动
机
转
子
结
构
选
择

13