混磁电机,即混合励磁电机,是一种结合了永磁电机和电励磁电机特点的新型电机。这类电机利用永磁材料产生基本的气隙磁场,并通过附加的电励磁绕组来进行磁场强度和方向的调节,从而实现对电机性能的灵活控制。
在结构上,混合励磁电机通常包含永磁励磁和电励磁两种励磁方式,以达到在不同工况下优化电机性能的目的,所以基本是跟常规电机一样,混合励磁电机也有转子和定子两大部分,转子一般是包含永磁体和电励磁绕组,而定子则带有固定绕组,负责生成旋转磁场。
1.定子部分:类似于传统电机,混磁电机的定子由硅钢片叠压而成,并在其内部嵌入多相绕组,这些绕组在通入交流电后会产生旋转磁场。
◎永磁体,固定在转子内部或表面,提供基本的气隙磁场,这部分产生的磁场是恒定的,能在负载较小时提供基础磁通,从而实现高效运行并简化电机结构。◎电励磁绕组,可根据需要通入直流电,产生额外的磁场以增强或减弱永磁磁场,实现磁场强度的调控。就是在转子内部设有绕组,可通过外部电源施加电流产生磁场,可根据需要调整磁场强度。在负载较大或需要改变电机特性时,通过调节电励磁电流来增强或减弱总的磁场强度,以适应不同工况下的功率需求。
3.控制系统:混磁电机通常配备先进的控制系统,能够根据电机的实际负载和运行状态,适时调整电励磁绕组的励磁电流,进而改变电机的整体磁场强度和方向,实现对电机性能的优化控制。
4.其他结构:混磁电机还包括轴承系统、冷却系统、端盖、轴等结构,与传统电机类似,但因其特殊的工作原理,其结构设计需兼顾永磁体和电励磁绕组的散热需求以及磁场调节功能。
与新能源电车的适配程度
其实,励磁电机相较于永磁电机的优势,最主要的还是励磁电机的转子磁场强度更好控制,稳定性更高,那为什么没有大规模用在目前的新能源电车上呢?
主要还是励磁电机有一定的技术瓶颈,其次,目前的电车转速这么高,动不动就上20000rpm,要给高速旋转的转子通电是很困难的,而且目前还未攻破转子换向器和电刷的困难,更何况励磁电机结构复杂不说,还要给转子多供一份电,对现在的新能源电车来说,耗电太多且划不来。发展混合励磁电机主要是要达到兼顾性能和效率的目的。
相比于传统的永磁电机,混磁电机的优势在于:
气隙磁场可控性强:通过调节电励磁绕组中的励磁电流,可以在较大范围内改变电机的输出特性,满足不同工况下的需求。
可以提高效率:在部分负载情况下,可以通过削弱永磁磁场,减少磁阻损耗,提高运行效率。
扩大恒功率范围:在某些特殊应用场合,如电动汽车、舰船推进等,混合励磁能够有效扩大电机的恒功率工作区域,提高整体性能。
混合励磁电机与当前的新能源电车的适配度也很高,混合励磁电机结合了永磁电机的高效率特性和励磁电机的磁场可控性。在正常运行状态下,永磁体产生的恒定磁场有助于提升电机的整体效率,而在负载变化较大的情况下,通过调节励磁电流可以动态调整电磁部分的磁场强度,确保电机始终工作在最优状态。
1.扭矩控制灵活:相比于单一励磁类型的电机,混合励磁电机能够在较宽的速度范围内提供稳定的扭矩输出,尤其适合电动车在启动、加速、巡航及再生制动等阶段的不同需求。
2.功率因数高:由于永磁体的存在,混合励磁电机的功率因数通常较高,这意味着输入电流与电压更加同步,减少了电网负担,并提高了电源利用率。
3.转矩密度大:通过对电机设计的优化,混合励磁电机可以在较小的体积内产生更大的转矩,这对于电动车来说至关重要,因为它可以缩小电机尺寸,减轻重量,有利于提高整车的能量密度和续航里程。
4.可靠性强:混合励磁电机允许在某些条件下(如永磁体退磁或高温环境)通过增大励磁电流来补偿磁场损失,增强了电机在复杂工况下的可靠性。
混磁电机的难点主要还是在于控制:
励磁控制:可根据系统的运行需求,精确控制励磁电流的大小和相位,改变电机的磁场强度,以此调整电机的输出扭矩和速度。
磁场定向控制(Field Oriented Control, FOC):通过实时检测电机的工作状态,采用矢量控制策略,使电机的磁链和转矩分量独立控制,提高电机的动态响应性能和效率。
保护功能:包括过电流保护、过电压保护、欠电压保护、过温保护等,确保电机在各种工况下安全可靠运行。
效率优化(最难):通过智能算法,如PID控制、滑模变结构控制等,优化电机的运行效率,尤其是在宽范围调速工况下,能兼顾高效节能和动力输出的需求。还要具备与其他车载系统如电池管理系统、整车控制器等进行数据交互的能力,实现车辆整体性能的最佳调配。
End.
综上所述,混合励磁电机在新能源电动车上的应用,旨在提升车辆的整体性能、续航里程以及驾驶体验,同时也是当前汽车工业追求节能减排、高效动力系统的重要技术途径之一。