在电机技术的崭新探索中,少稀土与无稀土永磁电机的设计革新正成为科研人员关注的焦点。这些创新旨在摆脱对传统稀土资源的重度依赖,同时确保或提升电机性能,以响应全球对能源效率和环境保护的迫切需求。
其中,一款名为“少稀土轮辐式永磁无刷电机”的设计尤为引人注目。该设计通过精细的结构优化,实现了稀土材料使用量的大幅下降。其独特的磁障转子设计,赋予了电机高凸极比特性,进而显著提升了转矩输出。如图所示,该电机的转子布局彰显了其设计的精妙之处。
日本东北大学的科研人员也提出了一种创新方案——组合励磁外转子永磁电机。该电机巧妙结合了外转子结构、稀土永磁体与铁氧体,既有效减少了稀土用量,又显著提升了转矩。转矩的提升主要归功于电机增加的凸极比,从图中可以直观感受到这一设计带来的优势。
A. Yamada等人基于一字型内置永磁同步电机,研发出了两款新型少稀土永磁电机。这两款电机在大幅削减稀土材料用量的同时,依然保持了较高的转矩输出水平。其中,模型1的输出转矩达到了普通永磁电机的91.6%,而模型2更是高达96.3%,且极限转速可轻松突破9000转/分钟。从图中可见,这两款电机的性能表现十分出色。
为了进一步提升无稀土永磁电机的性能,科研人员采取了多种创新策略。例如,通过增加电机旁路漏磁、降低d轴磁导、采用分布绕组以及定转子铁心不等长结构等方法,显著提高了电机的抗退磁能力和转矩输出。同时,还通过采用具有聚磁功能的转子结构和增加铁氧体用量,有效增强了永磁转矩。
日本大阪府立大学的S. Morimoto等人则提出了一种全新的永磁辅助同步磁阻电机。该电机将磁障式磁阻转子和铁氧体助磁技术相结合,不仅提升了电磁转矩和机械强度,还展示了其独特的转子结构设计。从图中可以看到,磁桥和旁路为弱磁磁场提供了有效的磁通路径,从而大幅提高了电机的抗退磁能力。
为了拓宽非稀土永磁电机的调速范围,科研人员还提出了一种分列式轮辐状铁氧体电机。该电机在传统轮辐结构的基础上进行了创新,将永磁体分成不等宽的两部分。这一设计在保证铁氧体用量不变的情况下,有效增加了d轴电感强度,从而大幅拓宽了转速运行范围。这一创新成果有望为非稀土永磁电机的广泛应用开辟全新的领域。