混合动力汽车用开关磁阻电机设计探讨

李耀飞 赵硕

摘要：随着目前混合动力汽车的普及与使用，将开关磁阻电机应用在混合动力汽车中也具有良好的性能体现；所以本文将具体阐述在混合动力汽车中加强开关磁阻电机设计的应用，从而给为开关磁阻电机应用提升混合动力汽车的系统性能提供技术设计支持。

关键词：混合动力汽车；开关磁阻电机；设计方法

开关磁阻电机能够在混合动力汽车中能够起到实现发电机一体化操作的作用，以DSP为核心控制电路，来对于系统的组成方案以及控制方式进行改进与优化，以加强开关磁阻电机在混合动力汽车中的实际设计的方式，来降低混合动力汽车的运行成本，从而提升混合动力汽车的操作能力以及控制能力。

一、开关磁阻电机的基本特征

开关磁阻电机在应用过程之中需要在明确基本特征的基础之上，明确其结构组成、相数结构、基本方程、相关性能、控制策略以及控制系统实现方式。通常而言，开关磁阻电机的结构特点主要体现在四个方面，分别是双凸极结构、定子集中绕组、转子无绕组以及转子无永磁体，这四个结构特点能够满足磁通沿着磁阻最小路径闭合的原理实现驱动工作。

而在系统组成上则主要由电源、控制信号、功率变换器、控制器、SR电动机等多个单元共同组成，控制器与电源对于功率变换器形成控制，然后传送到SR电动机之中，一部分输出负载，一部分进行电流检测与位置检测。

所以在应用开关磁阻电机设计过程之中，需要结合开关磁阻电机的基本特征建立理想现行模型，来对于SR电动机进行有效分析，从而给为开关磁阻电机应用在混合动力汽车而提供相关的参数，一般这里的线性模型是指不计磁路的饱和状态，仅仅假定绕组电感与电流不存在关系，而保障电感与转子位置是息息相关时所作出的假设（如图一所示）。从角度轴来看，从左到右依次是定子磁极轴线与转子凹槽前言相遇位置、转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置、转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置、转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置。

二、开关磁阻电机在混合动力汽车中的有效设计

（一）明确混合动力电车对于开关磁阻电机设计的基本要求

在进行开关磁阻电机设计的过程之中，首先需要明确混合动力电车对于开关磁阻电机设计的基本要求，才能够有针对性地进行改进，因为混合动力电车具有动力混合的基本特征，所以需要电动机的可靠性相对较高，能够在恶劣的环境中也保持较好的工作状态；所以开关磁阻电机应当具有瞬时功率大、过载能力强、可以在恒转矩区以及恒功率区进行合理的调速。

其次从成本上考虑，应该具有较高的能量回收利用效率，开关磁阻电机设计应当满足汽车减速再生制动的实际要求，与能量回蓄电池相互配合，实现能量的回收以及充电蓄电的相应工作。而开关磁阻电机自身也具有同样的优势，不仅结构可靠而且在保持混合动力车辆的重载以及爬坡状态上都有较好的表现，所以在开关磁阻电机设计过程之中，应该突出开关磁阻电机的串励特性，并且降低对于稀有资源的依赖程度[3]；同时结合混合动力汽车对于开关磁阻电机设计的相关标准与设计经验，来对于目前的开关磁阻电机设计进行优化（如表一所示）。

不仅仅要明确电机的类型，还要针对绕组槽满率、额定输出功率、最大转矩、转矩与体积的比例、额定效率、最高效率、铜损耗、贴损耗、电流有效值、电流密度进行计算与实验，从而得出最为合适的开关磁阻电机参数结果。

（二）降低开关磁阻电机损耗的相关设计

为了满足混合动力汽车的使用要求，还要在降低损耗方面来加强开关磁阻电机的实际设计，以热源的提取为例，因为在混合动力汽车使用过程之中，能源经过电机实现转换会产生多种类型的损耗，比如铁芯主磁场损耗、铜损耗以及因为轴承高度摩擦旋转生热而造成的机械损耗等，这些摩擦损耗都要通过相应的计算方式，来计算得出损耗值并且转化成生热率。

这里需要注意一点的是，在开关磁阻电机内部不同位置的发热程度是不一样的，所以需要根据计算类别以及计算公式来对生热率进行判断，即：W=P/V，其中p相当于损耗量，单位是W，而V则代表的是发热部位的实际体积，单位是m？，结合线圈绕组的生热率计算公式，也能够在已知绕线绕组的电阻率以及线圈电流密度从而计算得出生热率[4]，在判断其开关磁阻电机损耗值的基础之上，加强损耗的计算与设计，掌握温度线性变化，降低线圈的热阻程度，

（三）细化开关磁阻电机的设计内容

开关磁阻电机设计内容上也需要进行细化，突出开关磁阻电机的设计优势，满足混合动力汽车的电机设计标准：开关磁阻电机的功率密度较其他的直流电动机、感应电动机、永磁无刷直流电动机相对较高，峰值效率可以达到百分之90及以上，转速范围则小于一万五。其次设计时也需要考虑到电动机的设计成本，往往控制器的成本相对较高，而电动机的整体成本大致在10美元/kw标准左右[5]。所以整体上来看，无论是电机的可靠性还是結构的坚固性都是较为优秀的，结合所需要的相数、极数的实际关系，来选取参数设定形式；加强尺寸的测量，将参数与尺寸有机结合起来，就可以实现开关磁阻电机设计内容的细化。

三、结语

在目前的混合动力汽车开关磁阻电机设计之中，还有很大的发展与改进空间，需要在明确开关磁阻电机的基本特征与基本结构的基础之上，利用明确混合动力电车对于开关磁阻电机设计的基本要求、降低开关磁阻电机损耗的相关设计、细化开关磁阻电机的设计内容等多种方式，来提升开关磁阻电机设计的科学性以及系统性，以此为混合动力汽车的发展与应用提供设计支持。

参考文献：

[1]沈建新，蔡顺，郝鹤，等.同步磁阻电机分析与设计（连载之十）同步磁阻电机与开关磁阻电机定转子的组合应用[J].微电机，2017（2）：71-76.