充磁方向对抗退磁的影响分析

永磁辅助同步磁阻电机在采用低性能的永磁体，例如铁氧体永磁体时，为了增加电机的永磁转矩，通常在转子内放置更多的永磁体，永磁体大多设计为弧形。弧形永磁体通常采用平行充磁与径向充磁两种充磁方式。下面对这两种充磁方式的永磁辅助同步磁阻电机的电磁特性及抗退磁能力进行对比分析。

图3-13和图3-14所示为两种电机的磁力线分布及永磁体磁通密度矢量分布，径向充磁电机的永磁体磁场方向基本上是指向同一个点，而平行充磁电机的永磁体磁场方向是指向同一个平行的方向，径向充磁电机的内层永磁体会有更多的磁力线补充到外层永磁体后再进入气隙，而平行充磁电机的内层永磁体直接进入气隙的磁力线更多。

两种不同充磁方式的电机空载线感应电动势波形如图3-15所示。

在相同的转速下，与平行充磁相比，径向充磁电机的线感应电动势提升了25%，可以增大电机的永磁转矩。主要是因为径向充磁永磁辅助同步磁阻电机的永磁体磁场方向垂直于永磁体表面，在相同的永磁体表面下，产生的有效磁通更多。但从感应电动势波形来看，径向充磁电机的感应电动势存在很多锯齿波，谐波含量较高。

两种充磁方式电机的线感应电动势谐波含量分析如图3-16所示。

图3-13 永磁体径向充磁时空载磁力线分布及磁通密度矢量分布图

a）磁力线分布 b）磁通密度矢量分布

图3-14 永磁体平行充磁时空载磁力线分布及磁通密度矢量分布图

a）磁力线分布 b）磁通密度矢量分布

平行充磁电机的线感应电动势只有5次及23次谐波含量较高，幅值分别为基波含量的2.7%和2.9%。而径向充磁电机的线感应电动势谐波非常丰富，含有5次、7次、11次、13次、23次、35次等谐波，幅值分别为基波含量的3.1%、4.7%、11.4%、5.4%、4.3%、3.34%，这种高谐波含量的感应电动势会增大电机的电磁噪声。

两种充磁方式对电机的抗退磁能力也有较大的影响。在相同的退磁电流下（40A），永磁体磁通密度云图对比如图3-17所示，径向充磁电机的内层永磁体在靠近转子中心的一侧已经发生了严重的局部退磁，而平行充磁的电机还未发生退磁。

图3-15 电机空载线感应电动势波形对比（3600r/min）

a）径向充磁 b）平行充磁(www.xing528.com)

图3-16 空载时线感应电动势谐波含量

a）径向充磁 b）平行充磁

图3-17 退磁状态下电机永磁体磁通密度云图

a）径向充磁 b）平行充磁

进一步加大退磁电流，两种充磁方式电机的永磁体磁通密度变化也有所不同。不同退磁电流下径向充磁电机的永磁体磁通密度云图如图3-18所示，永磁体不可逆退磁较多的位置主要分布在内层永磁体靠近转子中心的内侧，而外层永磁体基本没有发生退磁，内外层永磁体退磁的一致性较差。

不同退磁电流下平行充磁电机的永磁体磁通密度云图如图3-19所示，随着退磁电流的加大，内层永磁体靠近转子外侧的中间位置首先出现退磁，外层永磁体靠近转子外侧的中间位置也出现了局部退磁。平行充磁电机的内、外层永磁体退磁的一致性要优于径向充磁电机。

图3-18 径向充磁电机的永磁体磁通密度云图

a）退磁电流45A b）退磁电流50A

图3-19 平行充磁电机的永磁体磁通密度云图

a）退磁电流45A b）退磁电流50A

总的来说，两种充磁方式的电机各有优势。径向充磁电机可以产生更大的永磁转矩，使电机在单位电流下的电磁转矩更大，增加了电机的转矩密度。而平行充磁电机的感应电动势谐波含量更低，有利于降低电机的电磁噪声，平行充磁电机的抗退磁能力也强于径向充磁电机。可以根据对电机能效、噪声、抗退磁能力的需求，灵活选择永磁辅助同步磁阻电机永磁体的充磁方向。本书后续研究的电机定、转子结构对抗退磁能力的影响，都是在抗退磁较强的平行充磁电机上进行的。