混合動力汽車用開關磁阻電機設計探討

李耀飛 趙碩

摘要：隨著目前混合動力汽車的普及與使用，將開關磁阻電機應用在混合動力汽車中也具有良好的性能體現；所以本文將具體闡述在混合動力汽車中加強開關磁阻電機設計的應用，從而給為開關磁阻電機應用提升混合動力汽車的系統性能提供技術設計支持。

關鍵詞：混合動力汽車；開關磁阻電機；設計方法

開關磁阻電機能夠在混合動力汽車中能夠起到實現發電機一體化操作的作用，以DSP為核心控制電路，來對于系統的組成方案以及控制方式進行改進與優化，以加強開關磁阻電機在混合動力汽車中的實際設計的方式，來降低混合動力汽車的運行成本，從而提升混合動力汽車的操作能力以及控制能力。

一、開關磁阻電機的基本特征

開關磁阻電機在應用過程之中需要在明確基本特征的基礎之上，明確其結構組成、相數結構、基本方程、相關性能、控制策略以及控制系統實現方式。通常而言，開關磁阻電機的結構特點主要體現在四個方面，分別是雙凸極結構、定子集中繞組、轉子無繞組以及轉子無永磁體，這四個結構特點能夠滿足磁通沿著磁阻最小路徑閉合的原理實現驅動工作。

而在系統組成上則主要由電源、控制信號、功率變換器、控制器、SR電動機等多個單元共同組成，控制器與電源對于功率變換器形成控制，然后傳送到SR電動機之中，一部分輸出負載，一部分進行電流檢測與位置檢測。

所以在應用開關磁阻電機設計過程之中，需要結合開關磁阻電機的基本特征建立理想現行模型，來對于SR電動機進行有效分析，從而給為開關磁阻電機應用在混合動力汽車而提供相關的參數，一般這里的線性模型是指不計磁路的飽和狀態，僅僅假定繞組電感與電流不存在關系，而保障電感與轉子位置是息息相關時所作出的假設（如圖一所示）。從角度軸來看，從左到右依次是定子磁極軸線與轉子凹槽前言相遇位置、轉子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置、轉子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置、轉子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置。

二、開關磁阻電機在混合動力汽車中的有效設計

（一）明確混合動力電車對于開關磁阻電機設計的基本要求

在進行開關磁阻電機設計的過程之中，首先需要明確混合動力電車對于開關磁阻電機設計的基本要求，才能夠有針對性地進行改進，因為混合動力電車具有動力混合的基本特征，所以需要電動機的可靠性相對較高，能夠在惡劣的環境中也保持較好的工作狀態；所以開關磁阻電機應當具有瞬時功率大、過載能力強、可以在恒轉矩區以及恒功率區進行合理的調速。

其次從成本上考慮，應該具有較高的能量回收利用效率，開關磁阻電機設計應當滿足汽車減速再生制動的實際要求，與能量回蓄電池相互配合，實現能量的回收以及充電蓄電的相應工作。而開關磁阻電機自身也具有同樣的優勢，不僅結構可靠而且在保持混合動力車輛的重載以及爬坡狀態上都有較好的表現，所以在開關磁阻電機設計過程之中，應該突出開關磁阻電機的串勵特性，并且降低對于稀有資源的依賴程度[3]；同時結合混合動力汽車對于開關磁阻電機設計的相關標準與設計經驗，來對于目前的開關磁阻電機設計進行優化（如表一所示）。

不僅僅要明確電機的類型，還要針對繞組槽滿率、額定輸出功率、最大轉矩、轉矩與體積的比例、額定效率、最高效率、銅損耗、貼損耗、電流有效值、電流密度進行計算與實驗，從而得出最為合適的開關磁阻電機參數結果。

（二）降低開關磁阻電機損耗的相關設計

為了滿足混合動力汽車的使用要求，還要在降低損耗方面來加強開關磁阻電機的實際設計，以熱源的提取為例，因為在混合動力汽車使用過程之中，能源經過電機實現轉換會產生多種類型的損耗，比如鐵芯主磁場損耗、銅損耗以及因為軸承高度摩擦旋轉生熱而造成的機械損耗等，這些摩擦損耗都要通過相應的計算方式，來計算得出損耗值并且轉化成生熱率。

這里需要注意一點的是，在開關磁阻電機內部不同位置的發熱程度是不一樣的，所以需要根據計算類別以及計算公式來對生熱率進行判斷，即：W=P/V，其中p相當于損耗量，單位是W，而V則代表的是發熱部位的實際體積，單位是m？，結合線圈繞組的生熱率計算公式，也能夠在已知繞線繞組的電阻率以及線圈電流密度從而計算得出生熱率[4]，在判斷其開關磁阻電機損耗值的基礎之上，加強損耗的計算與設計，掌握溫度線性變化，降低線圈的熱阻程度，

（三）細化開關磁阻電機的設計內容

開關磁阻電機設計內容上也需要進行細化，突出開關磁阻電機的設計優勢，滿足混合動力汽車的電機設計標準：開關磁阻電機的功率密度較其他的直流電動機、感應電動機、永磁無刷直流電動機相對較高，峰值效率可以達到百分之90及以上，轉速范圍則小于一萬五。其次設計時也需要考慮到電動機的設計成本，往往控制器的成本相對較高，而電動機的整體成本大致在10美元/kw標準左右[5]。所以整體上來看，無論是電機的可靠性還是結構的堅固性都是較為優秀的，結合所需要的相數、極數的實際關系，來選取參數設定形式；加強尺寸的測量，將參數與尺寸有機結合起來，就可以實現開關磁阻電機設計內容的細化。

三、結語

在目前的混合動力汽車開關磁阻電機設計之中，還有很大的發展與改進空間，需要在明確開關磁阻電機的基本特征與基本結構的基礎之上，利用明確混合動力電車對于開關磁阻電機設計的基本要求、降低開關磁阻電機損耗的相關設計、細化開關磁阻電機的設計內容等多種方式，來提升開關磁阻電機設計的科學性以及系統性，以此為混合動力汽車的發展與應用提供設計支持。

參考文獻：

[1]沈建新，蔡順，郝鶴，等.同步磁阻電機分析與設計（連載之十）同步磁阻電機與開關磁阻電機定轉子的組合應用[J].微電機，2017（2）：71-76.