3.2 永磁輔助同步磁阻電機(jī)的充磁問(wèn)題

3.2.1 轉(zhuǎn)子充磁受力分析

永磁輔助同步磁阻電機(jī)中永磁體的主要作用是產(chǎn)生輔助永磁轉(zhuǎn)矩和提高功率因數(shù)，通常采用性能較差的鐵氧體永磁體。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，鐵氧體永磁輔助同步磁阻電機(jī)充磁時(shí)存在較大的問(wèn)題，即在轉(zhuǎn)子充磁時(shí)，如果轉(zhuǎn)子磁極中心與充磁頭磁極中心不對(duì)齊，則轉(zhuǎn)子會(huì)受到一個(gè)很大的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。例如在家用空調(diào)制冷壓縮機(jī)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子是單軸承支撐結(jié)構(gòu)，充磁時(shí)轉(zhuǎn)子難以精確固定，如圖3-5所示。偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩會(huì)使電機(jī)轉(zhuǎn)子充磁時(shí)產(chǎn)生明顯的振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子扭曲、永磁體碎裂，如圖3-6所示。

圖3-5 家用空調(diào)壓縮機(jī)泵體轉(zhuǎn)子

圖3-6 充磁時(shí)偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)子的破壞

a）鐵心扭曲 b）永磁體碎裂 c）螺釘彎曲

以額定輸出轉(zhuǎn)矩為9N·m的電機(jī)為例，通過(guò)建立有限元仿真模型，如圖3-7所示，對(duì)比分析永磁輔助同步磁阻電機(jī)與稀土永磁同步電機(jī)在轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)不同角度時(shí)的轉(zhuǎn)子受力情況。

圖3-7 電機(jī)充磁仿真模型

a）釹鐵硼永磁體電機(jī) b）鐵氧體永磁輔助同步磁阻電機(jī)

按照鐵氧體永磁體充磁飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度為800kA/m，釹鐵硼永磁體充磁飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度為2400kA/m計(jì)算，兩種電機(jī)充磁飽和時(shí)轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩計(jì)算見(jiàn)表3-1。其中偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與偏轉(zhuǎn)方向相同為正轉(zhuǎn)矩，相反為負(fù)轉(zhuǎn)矩。

表3-1 不同電機(jī)充磁偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩隨偏轉(zhuǎn)角度變化

在永磁體開(kāi)始充磁時(shí)，轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩只有磁阻轉(zhuǎn)矩，在相同的偏轉(zhuǎn)角度下，鐵氧體永磁輔助同步磁阻電機(jī)的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大約是釹鐵硼永磁同步電機(jī)的4～6倍，兩種電機(jī)的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩都是隨偏轉(zhuǎn)角的加大而上升的，當(dāng)偏轉(zhuǎn)角度為1°時(shí)，鐵氧體永磁輔助同步磁阻電機(jī)的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩達(dá)到了額定轉(zhuǎn)矩的2.89倍。

在永磁體充磁飽和后，兩種電機(jī)的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩中增加了永磁轉(zhuǎn)矩，且永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的方向相反，合成的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩反而比永磁體未充磁時(shí)小一些，其中鐵氧體永磁輔助同步磁阻電機(jī)的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩明顯大于釹鐵硼永磁同步電機(jī)。

此外，鐵氧體永磁輔助同步磁阻電機(jī)的合成偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與磁阻轉(zhuǎn)矩為相同方向，而釹鐵硼永磁同步電機(jī)的合成偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與永磁轉(zhuǎn)矩為相同方向。因此以永磁轉(zhuǎn)矩為主的釹鐵硼永磁同步電機(jī)在充磁時(shí)不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)子受力偏轉(zhuǎn)的問(wèn)題。而鐵氧體永磁輔助同步磁阻電機(jī)充磁時(shí)，如果轉(zhuǎn)子磁極中心線與充磁頭磁極中心線偏移，則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很大的磁阻轉(zhuǎn)矩，且該轉(zhuǎn)矩會(huì)使得轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)一步加大，對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心及永磁體造成損壞。