De laatste jaren is de toepassing van synchrone motoren met permanente magneet (PM) in elektrische voertuigen snel toegenomen. Dit komt vooral omdat PMSM's hogere snelheden kunnen bereiken dan conventionele AC-inductiemotoren. De snelle werking van PMSM's stelt echter meer uitdagingen op het gebied van elektromagnetisch ontwerp, thermisch beheer en mechanische structuur. Om de efficiëntie en vermogensdichtheid van PMSM's te verbeteren, is een aantal technieken ontwikkeld. Deze omvatten het optimaliseren van het ijzeren kernverlies, het verbeteren van de magnetische inductie-intensiteit en harmonische componenten van verschillende posities in de ijzeren kern, het verminderen van het koperverbruik door de toroïdale wikkelstructuur aan te nemen en het minimaliseren van het aantal windingen op de eindwikkeling.
De belangrijkste uitdaging bij de ontwikkeling van high-speed PMSM's is het verminderen van het verlies van rotorijzerkern. Hiervoor zijn verschillende maatregelen voorgesteld, zoals het aanpassen van de openingsbreedte van de statorsleuf, het optimaliseren van de pool-sleufpassing, het gebruik van een schuine sleuf en een magnetische sleufwig [1]. Deze methoden kunnen de wervelstroomverliezen in de rotor echter alleen verzwakken, maar niet volledig verminderen. Bovendien vereisen ze complexe en dure besturingssystemen.
Een ander belangrijk punt is het verbeteren van de stabiliteit van PMSM's bij hoge snelheden. Hiervoor is het gebruik van contactloze lagers een effectieve oplossing. Hiervan zijn luchtlagers en magnetische levitatielagers de meest veelbelovende. In vergelijking met kogellagers kunnen deze contactloze lagers de rotor met een veel lagere massa ondersteunen en bij hogere snelheden werken. Niettemin zijn hun kosten nog steeds onbetaalbaar.
Om het rotorijzerverlies van PMSM's verder te verminderen, is het noodzakelijk om de installatieparameters van de permanente magneten te optimaliseren. Dit kan worden bereikt door een nieuwe methode toe te passen voor het analyseren en optimaliseren van de wervelstroomverdeling van de magnetische circuits. Deze methode gebruikt een combinatie van het eindige-elementenmodel en een vereenvoudigd fysisch model. Het resulterende model is geschikt voor het berekenen van het temperatuurveld van een dubbellaags V-type HSPMM onder verschillende omstandigheden.
In tegenstelling tot eerder onderzoek, dat zich richtte op het veranderen van de rotor- en statorstructuren of de koelmodus om de bedrijfstemperatuur van de HSPMM te verlagen, vereist deze methode geen structurele veranderingen. Het richt zich ook op het verminderen van het koper- en ijzerverlies door de installatieparameters van de permanente magneten te wijzigen. Bovendien zijn de resultaten van deze methode geverifieerd door de elektromagnetische modellen van de HSPMM te vergelijken met die van de ETCM. Zoals getoond in Afb. 7 is de convergentienauwkeurigheid tussen FEA en MEC hoger dan 0,95, wat betekent dat deze methode veel tijd kan besparen in het elektromagnetische berekeningsproces van HSPMM's. Bovendien is de geconvergeerde nauwkeurigheid ook geverifieerd met de experimentele resultaten van een testmodel. Deze resultaten geven aan dat de ETCM-methode en de temperatuurveldoptimalisatiemethode die in dit artikel worden voorgesteld, betrouwbaar en efficiënt zijn.
Fabrikanten van neodymium-ijzerboormagneet
