正负凸极永磁辅助式磁阻同步电动机研究

正负凸极永磁辅助式磁阻同步电动机研究

万黎

广东美芝精密制造有限公司 广东佛山 528300

【摘要】：随着科技的不断发展，永磁辅助式磁阻同步电动机技术得到了广泛的应用。由于这种电动机具有正负凸极的特点，在不同的情况下，可以直接影响到同步电动机的使用效果。本文对正负凸极的永磁辅助式磁阻同步电动机进行研究，通过专业技术建模进行分析，对转矩问题进行探讨，促进永磁辅助式磁阻同步电动机的性能得到提高。

【关键词】：正负凸极；辅助式磁阻；同步电动机

近年来，永磁辅助式磁阻同步电动机的研发，提高了电动机的性能，由永磁材料构成，是由磁阻转矩进行驱动。与传统的磁阻电机相比，永磁辅助式的磁阻电机具有更高的使用优势，能够提供更多的力能。通过对正负凸极的研究，可以得出转矩的利用效果，对数据和参数进行分析，在实际的应用方面，来研究提高电机性能的方法，从而促进永磁辅助式磁阻同步电动机能够获得技术提升。

1. 正负凸极永磁辅助式磁阻同步电动机的概述

磁阻电机作为电气传动设备，通过转子绕组电流而产生转矩，区别于传统的电机工作原理，具有更多的性能优势。在工作时，按照转子的旋转结构原则，电动机的凸极结构来对磁阻进行的转矩进行改变。在定子的构造上，都将进行简单的绕组运动，将两个磁极上的绕组按照固定的形式组合。在永磁辅助式磁阻同步电动机上，可以发生磁阻效应，也就是使电阻呈现上升趋势，尤其是在半导体的反应中最为明显。永磁电机作为磁阻电机的表现方式，区别于传统的磁阻电机， 有永磁体的存在。对于同步电动机的研究，已经从很早就开始研发，由于存在着控制难点，所以在发展上受到了一定程度的限制。伴随着可续技术的不断发展，研发出了永磁辅助式磁阻同步电动机的性能有了较大的提升，能够更加简单便捷的进行控制和操作，不仅具有更好的使用效率，还能够更好的节约成本。在多个领域都能得到广泛的应用，具有广阔的发展前景[1]。

2、矢量关系

2.1正凸极

对永磁辅助式磁阻同步电动机进行建模分析，对于正凸极的模型进行研究，当转子在结构构轴上的位置发生变化时，会通过空气槽对产生的磁隔离。在结构模型上可以观察到，对同步电感的数据可以通过公式进行运算，从而显现出正凸极的特点。根据矢量运算公式，可以得出电压方程，计算出转子角的速度。如图1所示。方程为：

2.2负凸极

根据模型进行分析，可以得出负凸极的转子位置变化会对电动机产生影响，当凸极比的数据较大时，所合成的电压可以经过测算得出准确数据。对比负凸极发生变化时的轴上位置，能够观察到气隙受到了影响，而使电压和电流的空间也产生差异[2]。图2为负凸极永磁磁阻电机分析模型，可以得出负凸极永磁磁阻电机稳态矢量数据。

图2：

3、打造仿真模型进行研究

为了更好的对永磁辅助式磁阻同步电动机进行研究，利用专业的技术手段，对永磁辅助式电机的工作原理进行建模，通过模拟仿真模型的方式进行实验。永磁辅助同步电机中，是由转子进行工作，将永磁版嵌入到转子中，从而改变磁性情况[3]。由于工作中的特殊形态，电路模型中缺少转子的线圈，而是由定子绕组线圈情况来确定工作的状态。根据电磁感应原理，对实际耗能结构进行分析，来制定出合理的电压方程公式，再根据公式进行测算，得出数据参数和结论。定子绕组线圈在工作时，会呈现出三个不同的组织，并且都是由一百二十度左右的角度进行工作，根据坐标系进行研究，可以由数据进行探讨，研发出技术更先进的电机仿真模型[4]。

4、有限元分析

通过专业的技术软件进行运算研究，在实际运行时，可以通过三个节点组建一个有限元。对所建立的坐标系进行构图，将所得的公式测算后，建立模拟方针的电机模型图。在实际的建模过程中，需要选择最佳的方法，来对数据信息进行分析。获得准确的数据后，在有限元的工作软件中，将测算所得的数据进行输入，能够获得最终数据。想要对永磁辅助式磁阻同步电动机的性能进行分析，要求专业技术人员对电机预先设计出样机，根据样机提供的参数和实际性能，可以判断出实际电机的使用效果。对于样机的性能关键的影响因素，重点来自于转子的结构运行，通过科学的对转子的多层槽进行优化设计，对槽形的使用特点进行研究，能够直接影响到永磁辅助式磁阻同步电动机的力学效果。此外，当结构系统中的定子铁心外径和内径，以及轴长等因素，都可以对电机的性能产生影响[5]。

5. 仿真分析

建立实验模型，对永磁辅助式磁阻同步电动机的工作原理进行验证，虚拟1.5KW正负凸极的模型进行实验，运用永磁磁阻电机的空载磁场技术，利用永磁磁阻电机空载气隙磁密分布的数据进行研究。对转子选用U型槽进行观察，将铁氧体与其发生反应，观察所产生的结果与数据形成的曲线。对一定数值范围内的永磁磁阻电机与普通电机进行对比，能够观察到转矩的差异。正负凸极的永磁磁阻电机，具有更好的使用效率，能够提供更高的力学动能。在磁阻的转换上，正负凸极的永磁辅助式磁阻同步电动机，能够具有更好的转换效率，在额定功率和电压的情况相同的条件下，永磁磁电机的轴电感会呈现曲线的浮动，转矩的特性也会随之变化[6]。

6、实验结果分析

为了提高实验的准确性，保障所验证的永磁辅助式磁阻同步电动机的性能符合实际的要求，能够有效的控制实验的有序进行，将永磁磁阻电机作为实验所需的模型机，对控制核心进行设计，并对实验样机配备所需的控制装置，在不影响实验的条件下安装实验平台。设置固定转速，来测试永磁辅助式磁阻同步电动机

的性能，根据所得的转速数据，来绘制转速曲线。根据实际的数据进行研究，可以发现转速的数据呈上升趋势，在特定时间段，可以发生变化而减少转速。在实验过程中，对不同模式的电动机进行比较，针对力学的性能研究，可以发现，永磁电动机与永磁磁阻电动机的性能存在着差异。对于实验的数据进行比对，在参数单位不同的情况下，额定功率为30，定子与转子槽数为72和54.在额定电压为380时，钉子的贴心外径为400，在额定转速为1000时，铁心轴向长为210。在额定频率为50时，气隙长为0.7，在额定效率为94%时，铁硼型号为N33SH，当功率因素为0.95时，直轴同步电抗为3.09，在启动转矩倍数为3时，交轴同步电抗为3.82.

相比于永磁同步电机，磁阻电动机时根据转子结构的不同，而改变了实际力学性能。正负凸极的电感，相比较要提高了三倍。从而使永磁同步电机与永磁磁阻电动机的数据结果产生了差异。如表1所示。

表1.两种电机的相关性能数据仿真结果

5. 结束语

正负凸极永磁辅助式磁阻同步电动机，相比于普通的电机，具有更高的使用效率，能够更加广泛的应用到社会生活当中去，在交通运输、工业生产以及多个领域都可以得到更好的应用。 本文通过对永磁辅助式磁阻同步电动机进行论述，对矢量关系和有限元进行分析，建立仿真模型进行研究，针对性的分析影响因素，运用专业的数据测算方法，来提高电机的转矩效果，并且不断的对永磁辅助式磁阻同步电动机进行内部的结构优化，从而不断的提高电动机的实际性能，在日常生活中发挥出更多的技术优势，促进电动机更好的发展。

参考文献：

[1] 方磊 , 谭国俊 , 刘娜等 . 永磁辅助式同步磁阻电机转矩预测控制方法 [J]. 电机与控制应用 , 2018(5):1-7.

[2] 彭冬玲 , 刘芳 , 肖洁等 . 低转矩脉动五相永磁辅助式磁阻电机优化设计 [J]. 大电机技术 , 2016(3).

[3] 杨晨 , 白保东 , 陈德志等 . 可变磁通永磁辅助同步磁阻电机设计与性能分析 [J]. 电工技术学报 , 2019, 34(3):489-496.

[4] 代希杰 , 张广明 , 邓歆 . 辅磁同步磁阻电动机低转矩脉动下转子结构优化 [J]. 微特电机 , 2018, 46(10):20-23.

[5] MOＲIMOTO S，OOI S，INOUE Y，et al． Experimental evaluation of arare － earth － free PMASyn ＲM with ferrite magnets for automotive applications［J］． IEEE Transactions on Industrial Electronics，2014，61 (10):5749 － 5756．