永磁体用量对电机参数和性能的影响分析

永磁辅助同步磁阻电机是在同步磁阻电机的转子槽中插入永磁体变化而来的，本节主要研究永磁体用量对电机参数及性能的影响。

在2层永磁体结构的永磁辅助同步磁阻电机上，对比了4种不同永磁体用量电机的参数和性能，其电机转子结构及永磁体分布情况如图2-26所示。

4种转子的永磁体用量依次增加，其中转子1不含永磁体，即电机为同步磁阻电机，转子2只在内层转子槽的中间位置放置永磁体，转子3在内层转子槽的中间及两侧位置放置永磁体，转子4在转子槽的所有位置都放置永磁体。

表2-2对比了4种转子的永磁体用量以及产生的磁链。可以看出，随着永磁体用量的增加，电机磁链逐渐增大。此外，各转子单位体积永磁体产生的磁通并不相同，转子2单位体积永磁体产生的磁通最大，转子4单位体积永磁体产生的磁通最小。

图2-26 不同永磁体用量及分布示意图

a）转子1 b）转子2 c）转子3 d）转子4

表2-2 不同电机永磁体用量及磁链

图2-27所示为在相同的电流幅值及转速下4种电机的转矩随电流角的变化曲线。随着永磁体用量的增加，相同电流下输出的转矩增大。几种电机最大转矩/电流的电流角不相同，并且随着永磁体用量的增加，最大转矩/电流的电流角从135°逐渐向90°方向移动。

通过有限元仿真对比4种转子结构电机的磁阻转矩、永磁转矩、功率因数及效率，结果如图2-28所示。增加永磁体用量可以提升磁阻转矩，并且存在一个合适的永磁体用量使得磁阻转矩最大。此外，电机的效率和功率因数都随永磁体用量的增加而逐渐升高。

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图2-27 不同电机转矩随电流角变化曲线（I_a=2A，n=1000r/min）

图2-28 不同电机转矩、效率及功率因数的对比

图2-29计算了4种电机的L_d、L_q、凸极比和凸极差。L_q随永磁体用量的增加变化不大，L_d随着永磁体用量的增加先减小后增大。转子2的凸极比和凸极差都是最大的，磁阻转矩也最大。

图2-29 不同电机电感及凸极比对比

在最大电压及最大电流一定时，4种电机输出转矩及输出功率随转速的变化曲线如图2-30和图2-31所示。随着永磁体用量的增多，电机输出转矩逐渐增加，但实现恒转矩输出的最大转速会下降。在同样的转速下，随着永磁体用量的增多，电机的输出功率会有所提升，并且恒功率输出的转速范围变大。

图2-30 不同电机输出转矩随转速变化曲线

图2-31 不同电机输出功率随转速变化曲线