文 献 综 述
1引言
进入21世纪以来，全球性的能源危机以及环境污染等问题日益严重，这促使了汽车领域新能源方向转型，电动汽车开始受到广泛重视。电机驱动系统是电动汽车的重要组成部分，在全车控制系统中起着举足轻重的作用。相较于其他种类电机，混合励磁磁通切换型电机结合了磁通切换型电机电励磁方式和永磁体励磁方式的优点，在有良好的调磁性能的同时还有较高的转矩密度。带有导磁桥的混合励磁磁通切换型电机（HESFM）是磁通切换电机（FSM）的一种并联式混合励磁拓扑结构。导磁桥提高了电励磁磁动势的利用率，降低了永磁体的退磁风险。但是导磁桥为永磁磁通提供了短路磁路，导磁桥过厚会降低永磁磁动势的利用率，所以永磁体励磁和电励磁的合理分配至关重要。带有导磁桥的HESFM定子参数对电磁性能的影响和电机设计原则值得深入研究[1]。
2 正文
由于煤、石油等一次能源的不可再生以及使用过程中产生的大量污染，使得人们对电能这种清洁的二次能源的关注度越来越高。电机作为电能的主要消耗对象，为了适应近年来航空航天、电动汽车等领域的发展，对电机的性能和控制方法提出了更高的要求，各国以高效节能为目标不断开发新型电机。高效、节能、环保成为电机选择的重要指标。随着抗去磁能力强、性能稳定的稀土永磁材料的发展，结构简单仅使用永磁体励磁，定转子没有励磁绕组的永磁电机得到了快速的发展，因为不需考虑铜耗，大幅度降低了能耗，使得电机功率密度高。永磁电机运行可靠，结构灵活多变，正在从生产生活的各个方面逐步取代传统的电励磁电机。
传统永磁电机的永磁体放置在转子中，为了避免电机高速运行时永磁体受离心力作用发生滑动，通常需要添加固定装置，这不利于永磁体散热，增加了高温导致永磁体发生不可逆退磁的风险。这种结构也不利于电机提高输出转矩和功率密度。1955年Rauch和Johnson提出了一种将永磁体放置在定子中的单相磁通切换型永磁电机(switching flux permanent magnet, SFPM)，但早期永磁材料的特性不够稳定，该电机性能并不理想。随着永磁材料的发展，在1992年Lipo和Liao等学者提出了一种将永磁体放置在定子轭部的新型双凸极电机(doubly salient permanent magnet, DSPM)[2,3]。1997年法国学者E.Hoang等人提出了一种将永磁体放置在定子齿的三相SFPM[4]。
SFPM是一种特殊的永磁同步机，相比于永磁体放在转子中的永磁同步电机有很多优点，因此SFP引起了众多专家学者关注，近年来对其进行了一系列的探索。学者们针对单相、三相、多相以及特殊结构等多种磁通切换电机(switching flux machine, SFM)进行了不同程度的研究[5-7]。在已有的电机拓扑基础上，分析对比了多种SFM的输出转矩、齿槽转矩、反电势波形和磁场调节能力等电磁性能[7-9]。为抑制转矩脉动、削弱齿槽转矩、改善弱磁运行能力等电磁性能，提出了多种控制策略和控制器[10]。结合文献[11]对SFM的发展现状的综述，其研究方向主要有如下几个方面:研究混合励磁磁通切换型电机(hybrid excited switching flux machine, HESFM)的电机结构。混合励磁为电励磁和永磁体励磁的结合，需要对定子结构进行调整为电励磁绕组或永磁体提供放置空间。定子结构的调整原则和具体的HESFM电机设计流程需进一步研究。
SFPM的定转子为双凸极结构。转子上既无永磁体也无绕组，定子只有永磁体励磁，电机运行可靠，功率密度高。带有导磁桥的HESFM加入电励磁绕组有更好的调磁性能。
HESFM由励磁绕组和永磁体共同提供励磁磁动势，同时具有电励磁电机调磁能力强与永磁式电机运行高效可靠的特点。
HESFM的两种磁动势在磁路结构上有串联和并联两种形式。电励磁8/4极 SFM结构，如图2.1(a)所示，其实现混合励磁的两种拓扑结构如图2.1(b)和图2.1(c)所示。图2.1(b)中，励磁磁动势与永磁体磁动势方向相同，磁动势呈串联形式，励磁绕组产生的磁路需要经过永磁体。由永磁体特性可知，永磁体磁导率接近真空磁导率，因而磁阻较大，所以这种结构中永磁体抑制了励磁电流的调节能力，而且电机的制造困难。图2.1(c)中，励磁磁动势和永磁磁动势在电机气隙处产生的磁动势方向相同，相当于磁动势并联。永磁体置于励磁绕组槽中，电机易于制造。由于励磁电流和永磁体所产生的磁通在励磁绕组槽轭部的方向相反，轭部铁磁材料饱和度低，所以磁阻很小，励磁电流的调节能力增强，所以并联式的混合励磁结构前景更加广阔。
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