電動汽車拆解馬達(dá)用電磁鐵取代永久磁鐵的驅(qū)動馬達(dá)下

電動汽車拆解馬達(dá)用電磁鐵取代永久磁鐵的驅(qū)動馬達(dá)下第二次試制使用鐵氧體磁鐵

圖6：第二次試制時嵌入鐵氧體磁鐵

爪極型馬達(dá)的基本構(gòu)造與第一次試制時相同。通過在極與極之間嵌入鐵氧體磁鐵來消除勵磁線圈的磁通量中對轉(zhuǎn)矩?zé)o貢獻(xiàn)的泄漏磁通量。各極采用層疊鋼板，由此來抑制轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生的渦電流。第二次試制為了抑制第一次試制時最成問題的磁飽和，改為了在轉(zhuǎn)子上配置鐵氧體磁鐵的構(gòu)造（圖6）。

首先，為了減輕磁飽和，采用了通過鐵氧體磁鐵消除勵磁線圈發(fā)生的部分磁通量的構(gòu)造（圖7）。

勵磁線圈產(chǎn)生的磁通量包括（1）與定子的磁通量交鏈，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的主磁通量，（2）對旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩?zé)o貢獻(xiàn)的泄漏磁通量。

兩種磁通量沿同一方向穿過線圈周圍。如果能夠抑制泄漏磁通量的話，便可增加相應(yīng)量的主磁通量，提高轉(zhuǎn)子與定子間間隙部分的磁通量密度。

與主磁通量相比，泄漏磁通量只有其數(shù)分之一左右。對此，第二次試制采取與勵磁線圈產(chǎn)生的磁通量反向產(chǎn)生磁通量的方式配置了鐵氧體磁鐵。

圖7：鐵氧體磁鐵的作用

在勵磁線圈產(chǎn)生的主磁通量（實(shí)線）和泄漏磁通量（虛線）中，朝著消除泄漏磁能量的方向配置了鐵氧體磁鐵。可增加主磁通量。

由于鐵氧體磁鐵消除了線圈的泄漏磁通量，因此勵磁線圈發(fā)出的磁通量可從轉(zhuǎn)子芯有效傳遞到定子，從而使轉(zhuǎn)子與定子間間隙部分的磁通量密度得到增加。圖8：通過鐵氧體磁鐵減輕磁飽和

勵磁磁動勢增至4000AT附近。達(dá)到了與已有HEV馬達(dá)使用的釹類磁鐵同等的磁通量密度（0.6T）。（引自日本能率協(xié)會）第二次試制將勵磁磁動勢增加到了4000AT，使平均磁通量密度提高至約0.6T，達(dá)到了與采用釹類磁鐵的馬達(dá)相同的程度（圖8）。

利用鐵氧體磁鐵增加轉(zhuǎn)矩

對嵌入鐵氧體磁鐵時與不嵌入鐵氧體磁鐵時轉(zhuǎn)子與定子間產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行比較（圖9）后顯示，在增加定子的電流密度的情況下，嵌入磁鐵時的平均扭矩更高。即使是簡單的層疊構(gòu)造的磁極，通過嵌入磁鐵也可獲得與復(fù)雜的爪狀磁極嵌入磁鐵時同等的性能，使運(yùn)轉(zhuǎn)效率得到提高。

圖9：有無鐵氧體磁鐵時的平均轉(zhuǎn)矩比較

有磁鐵時轉(zhuǎn)矩比無磁鐵時更高。有磁鐵的話，塊狀爪極與層疊爪極的轉(zhuǎn)矩性能為同等水平。（引自日本能率協(xié)會）

圖10：集中繞組與分布繞組的比較

集中繞組與分布繞組顯示出大體相同的性能。（引自日本能率協(xié)會）以定子的分布繞組和集中繞組進(jìn)行比較的話，平均轉(zhuǎn)矩幾乎沒有差異（圖10）。而集中繞組除了能夠提高線圈占積率外，還可縮短線圈端部，因此集中繞組是更合適的選擇。

第二次試制的主要指標(biāo)如下。定子的外徑為260mm，軸長為40mm，槽數(shù)為36。轉(zhuǎn)子的極數(shù)為24，外徑為185mm，軸長為70mm。

與第一次試制相比，最大變更點(diǎn)是追加了鐵氧體磁鐵，但此外還采取了將磁極改為容易量產(chǎn)的形狀，以及通過追加層疊鋼板來抑制轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生的渦電流等對策。

第二次試制的課題是轉(zhuǎn)子的重量以及低速大轉(zhuǎn)矩區(qū)的效率。與同等性能的已有HEV用馬達(dá)相比，轉(zhuǎn)子的重量為其兩倍，因此，為了完成最終試制，對穿過內(nèi)芯的磁通量流以及內(nèi)芯的構(gòu)造下了一番工夫，實(shí)現(xiàn)了輕量化。

從效率看，在中速中轉(zhuǎn)矩（巡航時）的25N·m/3000rpm下，爪極型馬達(dá)達(dá)到了89％，接近釹類磁鐵馬達(dá)的90％（圖11、12）。而在設(shè)想低速大轉(zhuǎn)矩（加減速時）的65N·m/1000rpm下，爪極型馬達(dá)的效率僅為83％，與釹類磁鐵馬達(dá)石的91％存在較大差距。

圖11：試制機(jī)的轉(zhuǎn)矩和效率

10kW輸出功率下與模擬值（實(shí)線）對比的實(shí)測值。最大轉(zhuǎn)矩為100N·m。（引自日本能率協(xié)會）圖12：試制機(jī)的效率比較

與使用已有稀土類磁鐵的馬達(dá)相比，要求提高低速大轉(zhuǎn)矩下的效率。（引自日本能率協(xié)會）

與使用釹類