ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ, НЕ СОДЕРЖАЩИЕ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

[МЖ^Н

УДК 621.313.8

ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ, НЕ СОДЕРЖАЩИЕ

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

А.Р. Сафин1, Ranjan Kumar Behera2

'Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия 2Indian Institute of Technology (IIT), Patna

ORCID*: https://orcid.org/0000-0003-1792-8780, [email protected]

Резюме: ЦЕЛЬ. Рассмотреть современные электродвигатели, не содержащие редкоземельные элементы, для привода электромобилей. Провести глубокий обзор литературы в этой области, которая вызывает растущий интерес из-за проблем со стоимостью и поставками, связанными с редкоземельными постоянными магнитами. Изучить современное состояние технологии электродвигателей без редкоземельных постоянных магнитов для транспортных силовых установок. Провести всесторонний обзор тяговых электродвигателей для электромобилей, находящихся на стадии исследования или разработки, таким образом определить сильные и слабые стороны каждой технологии и проблемы, с которыми предстоит столкнуться. МЕТОДЫ. При изучении данного вопроса использовался анализ широкого круга отечественных и зарубежных источников научной литературы. РЕЗУЛЬТАТЫ. Выполнен сравнительный анализ современных электродвигателей, не содержащих редкоземельные элементы, для привода электромобилей. Рассмотрены такие параметры как - плотность крутящего момента, машинная постоянная механической мощности и КПД. Анализ основан на данных, опубликованных в современных научных изданиях. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В большинстве современных электромобилей используются электродвигатели, содержащие мощные редкоземельные постоянные магниты на основе NdFeB. Однако существует проблема возможного дефицита, высоких цен и географической концентрации некоторых критически важных редкоземельных элементов, необходимых для производства таких магнитов. Поэтому растет интерес к разработке электродвигателей для автомобильных силовых установок без редкоземельных постоянных магнитов. В данной статье рассматривается состояние современных технологий электродвигателей для транспортных силовых установок, не использующих редкоземельные элементы в конструкции.

Ключевые слова: электромобили; электрические машины; редкоземельные элементы; постоянные магниты.

TRACTION MOTORS FOR ELECTRIC VEHICLES, RARE EARTH-FREE

AR. Safin1, Ranjan Kumar Behera2

1 Kazan State Power Engineering University,

Kazan, Russian Federation 2Indian Institute of Technology (IIT), Patna

ORCID*: https://orcid.org/0000-0003-1792-8780, [email protected]

Abstract: THE PURPOSE. Consider modern, rare earth-free electric motors for driving electric vehicles. Conduct an in-depth review of the literature in this area, which is generating growing interest due to cost and,supply issues associated with rare earth permanent magnets. To study the current state of the art of REM-free electric motor technology for transport power plants. Conduct a comprehensive review of traction motors for electric vehicles under research or development, thus identifying the strengths and weaknesses of each technology and the challenges to be faced. METHODS. When studying this issue, an analysis of a wide range of domestic and foreign sources of scientific literature was used. RESULTS. A comparative analysis of modern electric motors that do not contain rare earth elements for driving electric vehicles has been carried out. Such parameters as - torque density, machine constant of mechanical power and efficiency are

considered. The analysis is based on data published in modern scientific journals. CONCLUSION. Most modern electric vehicles use electric motors containing powerful NdFeB-based rare earth permanent magnets. However, there is a problem of possible shortages, high prices and geographic concentration of some of the critical rare earths required for the production of such magnets. Therefore, there is growing interest in developing electric motors for automotive power plants without rare earth permanent magnets. This article examines the state of modern technology of electric motors for transport power plants that do not use rare earth elements in the design.

Key words: electric vehicles; electric cars; rare earth elements; permanent magnets.

Введение

Характеристики, необходимые для электродвигателей, включают высокий КПД, высокий крутящий момент, мощность на единицу объема, то есть компактность [1], хороший динамический отклик, простую конструкцию и высокую надежность (бесщеточный режим). Достижение этих высоких требований в силовых установках электромобилей основано на использовании различных материалов, включая редкоземельные элементы (РЗЭ) [2], среди которых выделяются редкоземельные неодимовые магниты (NdFeB) [3]. Кроме того, прогресс в силовой и управляющей электронике, а также развитие моделирования мультифизичных систем, основанных на методе конечных элементов [4], сильно влияет на развитие приводных систем электромобилей.

В последние годы машины с редкоземельными постоянными магнитами постепенно вытеснили традиционные двигатели и генераторы во многих областях [5], включая автомобильные приводы, ветряные генераторы и бытовые приборы, поскольку они демонстрируют повышенный КПД и удельную мощность [6]. Например, современные тихоходные генераторы с прямым приводом для ветряных турбин содержат редкоземельные магниты около 650 кг/МВт [7]. Это вызывает опасения по поводу возможности быстрого истощения ресурсов РЗЭ [2]. Широко признано, что существует географическая концентрация ресурсов РЗЭ, поскольку сегодня Китай является преобладающим поставщиком, на долю которого приходится около 96% мирового производства РЗЭ, хотя Китай имеет менее 40% доказанных запасов [8,9].

В 2011 году цены на РЗЭ резко выросли примерно на 600 процентов из-за сокращения экспортных квот из Китая [10]. Одним из вариантов является переработка и повторное использование РЗЭ, поскольку это может помочь в сокращении общего количества первичного материала для получения РЗЭ. Тем не менее, коэффициент рециклинга РЗЭ по-прежнему крайне низок, менее 1% [9]. По данным Европейской комиссии и Министерства энергетики США, некоторые РЗЭ считаются критическими важными для экономики соответствующих стран, поскольку они могут поставить региональные отрасли в уязвимое положение из-за возможного дефицита или даже неизбежного риска прерывания снабжения [11]. Некоторые из РЗЭ, особенно диспрозий, добывается в малых объемах [7]. Диспрозий и другие РЗЭ добавляют в составы NdFeB для усиления их коэрцитивной силы [12].

Стоимость постоянных магнитов (ПМ) в значительной степени определяет окончательную стоимость электродвигателей с ПМ, используемых в электрических силовых установках [13]. В связи с описанными выше экономическими и геополитическими проблемами в настоящее время растет потребность в производстве эффективных электродвигателей, в которых не используются редкоземельные ПМ [14].

Поэтому автомобильная промышленность изучает различные технологии, основанные на экологически чистых и доступных материалах.

В статье рассматривается характеристики электродвигателей без редкоземельных ПM для транспортных силовых установок. Предполагается сделать всесторонний обзор наиболее популярных технологий, находящихся на стадии исследования или разработки, таким образом, определяя сильные и слабые стороны каждой из них и проблемы, с которыми предстоит столкнуться. Также выполняется сравнительный анализ, основанный на плотности крутящего момента, машинной постоянной механической мощности и КПД, который основан на данных, опубликованных в научных публикациях.

Редкоземельные материалы для постоянных магнитов.

В этом разделе рассматриваются характеристики редкоземельных материалов, обычно используемые для ПM в электрических вращающихся машинах. Редкоземельных элементов (РЗЭ) в земной коре больше, чем следует из названия [15], поскольку название

указывает на исторические трудности в идентификации и очистке РЗЭ [2]. Однако добыча РЗЭ рентабельна только в ограниченном количестве мест из-за сложности переработки на месторождении [15]. Добыча РЗЭ также создает экологические проблемы, такие как проблемы, связанные с радиоактивными минералами, связанными с РЗЭ. [16].

РЗЭ имеют широкий спектр применения, включая катализаторы для автомобилей и нефтепереработки, волоконную оптику, электронику, люминофоры для цветных плоских дисплеев, компактные электродвигатели для электромобилей или генераторы с прямым приводом для ветроэнергетики. РЗЭ являются ключевыми элементами перехода к более экологически чистой экономике с низким уровнем выбросов углерода [17].

Существует 17 РЗЭ (скандий, иттрий и 15 лантаноидов) [18], из которых выделяются самарий (Sm), тербий (Tb), неодим (Nd) и диспрозий (Dy). для производства высокопроизводительных ПМ. Последние два элемента особенно важны для производства эффективных и компактных электрических силовых установок. Хотя неодим довольно распространен, диспрозий - один из самых редких [17]. Самариево-кобальтовые магниты имеют более высокую рабочую температуру, чем неодимовые магниты (NdFeB) [19], но неодимовые магниты обеспечивают максимальный магнитный поток, по данному компоненту они превосходят самариево-кобальтовые магниты [20]. ПМ можно разделить на три основные группы: альнико, ферритовые и редкоземельные магниты. Рынок ПМ делится примерно 2: 1 между неодимовыми и жесткими ферритовыми магнитами, отношение стоимости которых составляет более 25: 1 соответственно [21].

Магниты альнико в основном содержат алюминий, никель, кобальт, железо, а некоторые марки могут также включать медь, титан, кремний или цирконий . Эти магниты обладают высокой остаточной магнитной индукцией Br и допускают работу при высоких температурах. Однако они легко размагничиваются из-за низкого коэрцитивного поля Hc [21].

Ферритовые магниты, также известные как керамические магниты, в основном состоят из оксида железа, который имеется в изобилии, но они также могут содержать стронций или барий или комбинацию обоих элементов. Наиболее распространены составы SrFei2Oi9 и BaFe12O19. Ферритовые ПМ также обладают очень высоким удельным электрическим сопротивлением, что сводит к минимуму потери на вихревые токи при использовании в электродвигателях, но обладают низким энергетическим произведением (BH) макс. Ферриты - недорогие магниты, довольно простые в производстве и составляют примерно треть продаж ПМ. Остальные две трети - это в основном редкоземельные элементы. Ферритовые магниты - лучшие кандидаты на замену магнитов из NdFeB в электродвигателях, не содержащих редкоземельные элементы, для электромобилей [22].

Магниты из самария и кобальта представляют собой магниты из РЗЭ, которые, помимо самария и кобальта, могут также содержать цирконий и железо. Их часто делят на две категории, SmCo5 и Sm2Coi7.

Подсчитано, что около 5% от общего объема рынка редкоземельными магнитами принадлежит ПМ самарий-кобальт . NdFeB магниты являются наиболее популярными и мощными ПМ, поэтому они чаще всего используются в электрических машинах [18].

Сплавы неодима обычно состоят из двух частей РЗЭ (по существу, неодима с возможным незначительным замещением диспрозия, празеодима или тербия), 14 частей железа и одной части бора. Добавление празеодима в сочетании с неодимом или вместо него, а также диспрозия и тербия позволяет повысить рабочую температуру, хотя добавление этих элементов может снизить намагниченность магнитов NdFeB [23].

В таблице 1 приведены некоторые из наиболее важных физических свойств основных типов ПМ согласно. Поскольку каждая категория магнитов имеет разный состав, каждое свойство имеет диапазон значений.

Конструкция электромобилей

Концепция электромобилей не нова, но вернулась в конце 1990-х годов [24]. Электромобиль - это любое транспортное средство, мощность которого частично или полностью обеспечивается бортовой аккумуляторной батареей. Существует три основных типа электромобилей: гибридные электромобили, подключаемые к электросети электромобили и полностью автономные электромобили [25].

Электромобили с емкостью накопления энергии позволяют работать в режиме рекуперативного торможения, тем самым преобразуя часть кинетической энергии, потерянной во время торможения или выбега, в электричество, которое сохраняется в батарее. Накопленная энергия позже используется для питания двигателя всякий раз, когда транспортное средство работает в тяговом режиме. Таким образом, можно увеличить запас

хода на 10-25%. Поскольку автомобили с ДВС менее эффективны, чем электромобили, последние позволяют значительно снизить эксплуатационные расходы [26].

Таблица 1

_Свойства различных типов ПМ_

Свойства Альнико Ферриты Самарий-кобальтовые магниты Неодимовые магниты

Остаточная индукция (Бг, Т) 0,7-1,28 0,23-0,41 0,83-1,16 1,00-1,41

Коэрцитивная сила (На кА/т) 37-143 50-290 480-840 760-1030

Максимальное энергетическое произведение (БН)1тах, кДж/м3 10,7-71,6 8,35-31,8 130-240 220-366

Электрическое сопротивление, р, Ом 50^75-10-6 106 53-86-10-6 160-10-6

Максимальная рабочая температура, Т„шх. ,°С 450-550 800 300-350 150

Плотность, г/см3 6,8-7,3 4,9 8,4 7,4

Электромобили с емкостью накопления энергии позволяют работать в режиме рекуперативного торможения, тем самым преобразуя часть кинетической энергии, потерянной во время торможения или выбега, в электричество, которое сохраняется в батарее. Накопленная энергия позже используется для питания двигателя всякий раз, когда транспортное средство работает в тяговом режиме. Таким образом, можно увеличить запас хода на 10-25%. Поскольку автомобили с ДВС менее эффективны, чем электромобили, последние позволяют значительно снизить эксплуатационные расходы [26].

Из-за наличия ДВС и электродвигателя гибридные автомобили являются более сложными и включают в себя больше компонентов, поэтому требуют более компактных электродвигателей, чем электромобили.

Методы. Требования к тяговым электродвигателям для электромобилей

Хорошо известно, что при заданной номинальной мощности высокоскоростные двигатели обеспечивают более низкий крутящий момент на валу, что требует меньшего количества железа и меди, поскольку они генерируют более низкий магнитный поток и крутящий моменУ.Поэтому высокоскоростные двигатели имеют меньший вес и размер по сравнению с низкоскоростными машинами [27].

Электрические машины для силовых установок электромобилей требуют рабочих характеристик, отличных от тех, которые обычно используются в промышленных процессах. Например, электромобили выполняют частые запуски и остановки, им требуется высокое ускорение для быстрого старта и способность работать в суровых условиях. Электродвигатели для электромобилей должны обеспечивать высокий КПД в широком диапазоне скоростей и крутящего момента, высокий крутящий момент и удельную мощность, низкую инерционность, простую конструкцию, высокую надежность, относительно небольшую стоимость, возможность рекуперативного торможения, хорошую управляемость и низкий уровень акустического шума [28].

Следовательно, требования к приводу для электромобилей включают высокий крутящий момент на низкой скорости для быстрого старта и высокую мощность на повышенных скоростях. Для городского движения также необходима высокая эффективность в области низкого крутящего момента и низких скоростей. Низкая инерция ротора и плавный крутящий момент также важны, поскольку низкая инерция позволяет сделать вождение более комфортным, особенно для двигателей с прямым приводом, тогда как плавный крутящий момент снижает вибрации и износ механических компонентов [29]. Характеристики крутящего момента (рис. 1) двигателя сильно влияют на характеристики автомобиля.

Как показано на рисунке 1, двигатель должен обеспечивать номинальный крутящий момент вплоть до номинальной скорости, таким образом, достигая номинальной мощности. За пределами базовой скорости работа ограничена областью диапазона постоянной мощности скорости. Расширение области постоянной мощности зависит от технологии двигателя, конкретной конструкции двигателя и применяемой стратегии управления [29]. Расширенный диапазон постоянной мощности позволяет снизить номинальную мощность двигателя и, как следствие, его вес. Двигатели с широким диапазоном мощности лучше работают на более высоких скоростях, тогда как двигатели с узким диапазоном постоянной

19

мощности лучше работают на более низких скоростях, поскольку они могут очень быстро разгоняться с места [30]. Согласно [27] отношение максимальной скорости к базовой скорости в 5-6 раз минимизирует номинальную мощность, одновременно увеличивая возможности рекуперативного торможения и ускорения.

Базовая скорость

Момент Мощность

/ / / / / / / / / /

Постоянная мощность

/Пост. j момент

о з:

3

Частота вращения (об/мин)

Макс,скорость

Рис. 1. Момент-скорость и мощность-скорость Fig. 1. Torque-speed and power-speed of a typical типичного тягового электродвигателя traction moto

Важно использовать доступные и экологически чистые материалы без риска поставок, поэтому желательно заменить РЗЭ в электродвигателях. С этой целью разрабатываются электродвигатели на основе ферритовых ПM. Задача состоит в том, чтобы разработать двигатели, не содержащие редкоземельные элементы, которые могли бы конкурировать с двигателями с постоянными магнитами на редкоземельных элементах с точки зрения КПД и характеристик крутящего момента к скорости [28, 29].

Двигатели постоянного тока использовались в силовых установках электромобилей, в основном из-за их простого управления и высокого пускового момента [31]. Обычные двигатели постоянного тока - это щеточные машины, включающие катушки на статоре и возбуждение ротора. Обмотки якоря в роторе запитываются через механический коммутатор, который находится в контакте со щетками и действует как поворотный переключатель. Однако в обмотках ротора возникают потери мощности, коммутатор требует периодического обслуживания, особенно в тяжелых условиях эксплуатации, поскольку это критическая проблема для электромобилей. Дополнительные потери в роторе снижают КПД этих машин, ограничивая при этом удельную мощность, поскольку охлаждение ротора всегда сложнее, чем охлаждение статора. Традиционные щеточные электродвигатели постоянного тока также генерируют искры, которые опасны во взрывоопасной атмосфере.

Синхронные двигатели с фазным ротором широко применяются во многих областях. Обычно они имеют трехфазную обмотку на статоре и обмотку возбуждения постоянного поля в роторе, что позволяет работать в области ослабления поля и, таким образом, легко расширяется диапазон мощности. Для традиционных синхронных двигателей с фазным ротором требуются контактные кольца щеток для возбуждения ротора, что приводит к потерям в роторе, поэтому охлаждение может иметь решающее значение, а плотность мощности должна быть снижена для компенсации потерь в роторе [32].

Щеточные двигатели постоянного тока широко использовались в промышленных установках с регулируемой скоростью до развития силовой электроники , однако на данный момент они заменены двигателями переменного тока [33].

Синхронные двигатели с фазным ротором применялись в коммерческих электромобилях, таких как Renault Kangoo I (2001-2003 гг.). Хотя электромобили с данным приводом все еще продаются, например, Renault ZOE и Renault Fluence [33].

Щеточные двигатели постоянного тока и синхронные двигатели с фазным ротором не анализируются в данной статье, поскольку они не соответствуют требованиям к ПО КПД и плотности мощности для силовых установок электромобилей. Поэтому для применения в электромобилях бесщеточные двигатели более предпочтительны, чем щеточные машины.

В таблице 2 представлен сравнительный анализ наиболее часто используемых электродвигателей для транспортных силовых установок - это асинхронные двигатели (в иностранной литературе 1М), синхронные двигатели с ПМ на основе редкоземельных элементов (в иностранной литературе РМБМ) и вентильные реактивные двигатели (в иностранной литературе ЖМ). Сравниваются такие характеристики, как КПД, вес, стоимость [34, 35]. Однако в таблице 2 не учитываются такие факторы, как доступность материалов.

Результаты, приведенные в таблице 2, ясно показывают, что щеточный электродвигатель постоянного тока имеет наименьшее количество баллов.

Таблица 2

Сравнение приводов электродвигателей_

Щеточный двигатель постоянного тока Асинхронный двигатель (IM) Синхронный двигатель с ПМ (PMSM) Вентильный реактивный двигатель SRM

КПД На основе [34] 2.0 4.0 5.0 4.5

Вес 2.0 4.0 4.5 5.0

Стоимость 5.0 4.0 3.0 4.0

Итого 9.0 12.0 12.5 13.5

Удельная мощность На основе [35] 2.5 3.5 5.0 3.5

КПД 2.5 3.5 5.0 3.5

Управляемость 5.0 5.0 4.0 3.0

Надежность 3.0 5.0 4.0 5.0

Технологичность 5.0 5.0 4.0 4.0

Стоимость 4.0 5.0 3.0 4.0

Итого 22.0 27.0 25.0 23.0

Хорошо известно, что двигатели с постоянными магнитами могут сталкиваться с проблемами размагничивания, как указано в нескольких работах [36,37], поэтому этот вопрос необходимо учитывать на этапе проектирования, выбирая подходящие материалы ПМ и проводя электромагнитный анализ.

Методы увеличения крутящего момента и плотности мощности в различных типах электродвигателей описаны в [38], которые включают использование концентрированных обмоток в синхронных двигателях с постоянными магнитами, увеличение напряжения на шине постоянного тока, применение улучшенных систем охлаждения или использование реактивного момента, что является экономичным и способствует снижению потерь холостого хода, поскольку обеспечивает низкий магнитный поток. Кроме того, использование силовых электронных устройств на основе карбида кремния или нитрида галлия позволяет повысить рабочую температуру, поэтому можно увеличить плотность тока обмоток и, следовательно, значение крутящего момента. В [38] утверждается, что применяя эти стратегии, электродвигатели, не содержащие редкоземельных элементов, могут достичь крутящего момента и удельной мощности, аналогичных текущим двигателям с постоянными магнитами на основе редкоземельных элементов. Электродвигатели без редкоземельных элементов Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АД с КЗ) АД с КЗ - это бесщеточные машины переменного тока, питаемые синусоидальными напряжениями-токами, которые широко применяются в электроприводах [6, 56], поскольку обеспечивают простую конструкцию, низкую стоимость, надежность, низкую пульсацию крутящего момента, удобны в техническом обслуживании и способность работать в тяжелых условиях [31]. АД с КЗ применяются в коммерческих электромобилях, включая электромобили, автобусы и легкие грузовики. Некоторыми примерами электромобилей, управляемых АД с КЗ, являются Tesla S-2014, Tazzari Zero, Mercedes-Benz B-Class Electric Drive, Mahindra e2o, Toyota RAV4 [39].

АД с КЗ - это асинхронные машины, то есть скорость вращающегося поля, создаваемого обмотками статора, и частота вращения ротора различны. АД с КЗ имеют более простую конструкцию по сравнению с двигателями других типов, что упрощает проектирование и изготовление . Кроме того, они не используют ПМ. Хотя трехфазные АД с КЗ являются наиболее распространенными, разрабатываются двигатели с большим

числом фаз, поскольку они позволяют увеличить удельную мощность, уменьшить пульсации крутящего момента и ток на фазу [40]. Ротор содержит литой алюминиевый корпус, в котором токи ротора индуцируются вращающимся магнитным полем, создаваемым обмотками статора. Взаимодействие между вращающимся магнитным полем статора и магнитным полем, создаваемым токами ротора, создает электромагнитный моменУ.КПД можно повысить, используя стержни ротора и концевые кольца из меди вместо алюминия [41]. На рисунке 2 показано поперечное сечение АД с КЗ.

Рис. 2. Поперечное сечение асинхронного Fig. 2. Cross-section of an asynchronous motor with двигателя с короткозамкнутым ротором a closed-loop rotor

АД с КЗ присущи такие недостатки, как сложность управления при работе на низкой скорости, низкий коэффициент мощности в условиях небольшой нагрузки, высокие пусковые токи, низкий КПД и неполное использование мощности инвертора [31]. Ток намагничивания, который потребляется даже в условиях холостого хода, увеличивает потери в меди и номинальные характеристики электронного преобразователя [42]. Применяя подходящие методы управления, можно достичь максимального крутящего момента во время пуска при сохранении низкого пускового тока. АД с КЗ также могут применяться в системе мотор-колесо, что увеличивает диаметр воздушного зазора и, следовательно, выходной крутящий момент [43]. Известно, что АД с КЗ имеют более низкую плотность крутящего момента и меньший КПД, чем другие типы двигателей [44]. Следовательно, АД с КЗ больше применяются в электромобилях, чем в гибридных автомобилях, из-за пространственных ограничений. Максимальная скорость обычно ограничивается 10 000 об / мин. Применяя методы ослабления магнитного потока, диапазон постоянной мощности может быть увеличен в 4^5 раз по отношению к базовой скорости, что является ключевым требованием для электромобилей [31].

Применяются различные методы управления скоростью и крутящим моментом АД с КЗ. Более простой из них - скалярное управление, изменяющее величину и частоту фазных напряжений. Однако его производительность в переходных условиях ограничена. Для повышения производительности в переходных условиях применяются полевое управление и прямое управление крутящим моментом, получают развите бездатчиковые методы управления, то есть без датчиков скорости или положения.

Бесщеточные двигатели с постоянными магнитами

Бесщеточные двигатели с постоянными магнитами можно разделить на бесщеточные двигатели постоянного тока (также известные как двигатели BLDC в иностранной литературе) и бесщеточные двигатели переменного тока (также известные как синхронные машины с постоянным магнитом или PMSM в иностранной литературе). Бесщеточные двигатели постоянного и переменного тока имеют ротор с постоянным магнитом, но имеют разные типы обмоток статора. Двигатели BLDC имеют трапециевидную намотку и трапециевидную обратную ЭДС. Питаются фазными токами прямоугольной формы. Это позволяет применять очень простой метод управления с использованием стратегии обратной связи по положению. которая определяет ротор только шесть раз за каждый оборот [45]. Двигатели BLDC эволюционировали из щеточных двигателей постоянного тока, чтобы удалить коллектор и щетки.

PMSM - это эволюция синхронных машин с фазным ротором, в которых обмотка возбуждения с щетками и контактными кольцами заменена на ПМ. Статор PMSM очень похож на статор асинхронной машины. PMSM имеют синусоидальную намотку,

генерируют синусоидальную обратную ЭДС и питаются синусоидальными токами. Эти различия по сравнению с двигателями BLDC приводят к важным различиям, как в характеристиках привода двигателя, так и в применяемых алгоритмах управления, поэтому РМ8М обладают лучшими характеристиками для тяговых систем электромобилей.

Синхронные двигатели с встроенными ПМ в тело ротора более защищены как механически, так и магнитно, по сравнению с поверхностно монтируемыми на роторе магнитами. Синхронные двигатели с встроенными ПМ генерируют более высокую плотность магнитного потока в воздушном зазоре [30]. Однако это решение имеет более высокую стоимость из-за производственных затрат . Синхронные двигатели с встроенными ПМ обеспечивают дополнительный реактивный крутящий момент, тем самым улучшая характеристики двигателя [46].

На рисунке 3 показаны два синхронных двигателя с встроенными ПМ с тангенциально и К-образными встроенными модулями ПМ.

Рис. 3. Поперечное сечение электродвигателя с внутренними радиальными магнитами и тангенциальными V-образными встроенными модулями

Fig. 3. Cross-section of the electric motor with internal radial magnets and tangential V-shaped integrated modules

Крутящий момент в РМБМ состоит из двух компонентов: противодействующий момент, который возникает из-за отношения Ld / Ьц между индуктивностями прямой и квадратурной оси, и момент выравнивания, возникающий из-за взаимодействия между магнитным полем, создаваемым токами статора и ПМ в роторе [47]. Синхронные двигатели с поверхностными магнитами имеют одинаковые индуктивности прямой и квадратурной оси Ld « Lq, поскольку проницаемость ПМ почти такая же, как у воздуха, тогда как в синхронном двигателе с встроенными ПМ отношение Ld / Ьц обычно может находиться в диапазоне Ld / Ьц « 1,5^2,5 [48]. Когда Ld фЬц генерируется реактивный крутящий момент, который складывается с крутящим моментом выравнивания, таким образом, увеличивается общий крутящий момент, плотность крутящего момента и расширяется диапазон постоянной мощности, как это происходит в синхронном двигателе с встроенными ПМ [47].

В настоящее время синхронные двигатели с встроенными ПМ из РЗЭ, являются наиболее часто используемыми машинами в электромобилях, поскольку использование магнитов из РЗЭ позволяет использовать более легкие двигатели с повышенным крутящим моментом и удельной мощностью, более высоким КПД и возможностью безсенсорного управления [48]. Однако вес редкоземельных ПМ сильно влияет на стоимость электродвигателей для электромобилей [38]. Поэтому предпринимаются многочисленные исследования по разработке двигателей, не содержащих РЗЭ [49]. Ключевыми характеристиками при разработке двигателей, не содержащих РЗЭ, являются удельная мощность, крутящий момент и КПД.

Ферритовые магниты глубоко изучаются, чтобы заменить редкоземельные магниты. Ферритовые ПМ имеют гораздо более низкую электропроводность, чем магниты из ШГвБ, поэтому имеют очень низкие потери от вихревых токов, что снижает вероятность размагничивания [49]. Однако ферритовые магниты имеют гораздо более низкое значение остаточной индукции и максимальное произведение энергии, чем магниты из ШГвБ, поэтому ферритовые магниты не могут напрямую заменить магниты из ШГгБ в машинах с ПМ, поскольку они генерируют гораздо меньшую плотность магнитного потока [50].

Несмотря на эти факты, в работе [51] утверждается, что двигатели с ферритовыми ПМ с осевым магнитным потоком являются конкурентоспособными с точки зрения

крутящего момента, удельной мощности и КПД по сравнению с двигателем с ПМ на редкоземельных элементах Toyota Prius 2010. В [51] также утверждается, что PMSMS с ферритовыми ПМ лучше всего подходят для замены двигателей с ПМ из РЗЭ, чем асинхронные двигатели или SRM. Другие авторы разрабатывают PMSM на основе ферритовых ПМ для электрических тяговых устройств, и существует тенденция использования машин с осевым потоком, особенно для системы [52,53].

В настоящее время большинство коммерческих электромобилей использует PMSM. Некоторые примеры: BMWi3, Nissan Leaf, Volkswagen e-Golf, Mitsubishi i-MiEV, Volkswagen e-UP, Citroen C-Zero, Peugeot iOn, Citroen Berlingo Electric, Ford Focus Electric, Fiat 500e, Bollore Bluecar, Chevrolet Spark EV., Kia Soul EV, Mercedes-Benz Vito E-Cell или Smart fortwo ED среди других [54]. Хотя большинство из них основаны на двигателях с РЗЭ, существует тенденция минимизировать содержание постоянных магнитов. Недавно европейский консорциум с 30 партнерами из 9 европейских стран под руководством Infineon разработал PMSM со спицевым ротором, в котором используются ферритовые магниты с такой же или лучшей удельной мощностью, чем эквивалентный асинхронный двигатель [55]. Министерство энергетики США финансирует аналогичный проект под названием FreedomCar по разработке PMSM со спицевым ротором с ферритовыми магнитами [56].

Вентильный реактивный двигатель (SRM)

Вентильный реактивный двигатель - это бесщеточные машины, ротор и статор которых имеют явнополюсную структуру. Статор имеет намотанные полевые обмотки, аналогичные обмоткам статора двигателей постоянного тока. У ротора нет ни обмоток, ни ПМ. Ротор имеет тенденцию смещаться к положению возбужденной обмотки статора, чтобы максимизировать индуктивность (минимизировать сопротивление), таким образом, совмещая полюс ротора с ближайшим полюсом статора [57]. Чтобы поддерживать ротор в движении, необходимо последовательно возбуждать полюса статора, что и делает электронный контроллер. Обычный вентильный реактивный двигатель с внутренним ротором имеют радиальный поток, как показано на рисунке 4, хотя существуют топологии осевого потока и внешнего ротора.

Рис. 4. Базовая геометрия четырехфазного Fig. 4. Basic geometry of a four-phase valve jet

Вентильный реактивный двигатель может иметь разное количество фаз, чаще всего 3 или 4 фазы. Вентильный реактивный двигатель обычно питается от сдвинутых импульсных фазных напряжений постоянного тока, тогда как фазные токи имеют форму, близкую к трапециевидной. Для создания достаточного реактивного момента данный тип электродвигателей должны работать в условиях глубокого насыщения; поэтому воздушный зазор обычно очень мал, и особенно важны магнитные свойства стальных пластин статора и ротора [57]. Поскольку магнитный поток проходит через узкий воздушный зазор в радиальном направлении, возникают значительные радиальные силы, вибрации и акустический шум [58]. Вентильный реактивный двигатель обладают хорошей надежностью, поскольку они имеют сосредоточенные фазные обмотки, которые изолированы друг от друга. Следовательно, когда фаза выходит из строя, двигатель все еще может работать с пониженной мощностью с оставшимися исправными фазами [44].

Вентильные реактивные двигатели - это простые и недорогие машины из-за их простой конструкции, и, следовательно, доступности изготовления, отчасти из-за отсутствия обмоток и ПМ на роторе , и предлагают расширенный диапазон постоянной мощности [44,59]. Поскольку БЯМ не содержат ПМ, они допускают работу при высоких температурах [60]. БЯМ также демонстрируют низкую инерцию ротора и высокий пусковой крутящий момент и, следовательно, способность к быстрому ускорению. БЯМ имеют концентрированные обмотки, которые имеют хорошие тепловые характеристики и,

вентильного реактивного двигателя

engine

следовательно, отказоустойчивость. Кроме того, SRM легко охлаждаются, поскольку тепло, выделяемое потерями в железе и меди, в основном концентрируется в статоре [44]. Результаты испытаний также подтверждают более высокую удельную мощность, чем у АД с КЗ [46]. Однако SRM имеют недостатки, в том числе высокую пульсацию крутящего момента, высокие уровни вибрации и акустического шума, а также сложное управление из-за высокой нелинейности, более высокие потери в стали по сравнению с IPMSM из-за более высокой частоты потока, что снижает их КПД [57].

Согласно [61], для улучшения плотности крутящего момента и КПД, а также рабочей зоны необходимо увеличить количество полюсов статора и ротора, использовать листы стали с чрезвычайно низкими потерями и использовать режим работы с постоянным током на высоких скоростях.

Некоторые авторы рассматривают возможность добавления постоянных магнитов в структуру статора для дальнейшего увеличения плотности крутящего момента и КПД при минимизации пульсаций крутящего момента [62]. Однако эти типы двигателей находятся на стадии исследования.

До сих пор нет коммерчески доступных электромобилей, на базе SRM, хотя несколько производителей, включая Rocky Mountain Technologies или US Motors , продают SRM для промышленного применения в диапазоне 0,4-160 кВт.

Электродвигатели с переключением магнитного потока (FSM)

Двигатели с переключением магнитного потока (FSM) - это бесщеточные машины с двойным выступом, которые изучаются для применения в тяговых устройствах [64]. Статор содержит как обмотку постоянного тока, так и обмотку переменного тока, причем последние обычно питаются синусоидальными трехфазными напряжениями [65], что снижает вибрации и акустический шум по сравнению с SRM. Обмотка постоянного тока, которая формирует магнитный поток статора, может быть заменена на ПМ. Двигателям с переключением магнитного потока требуется непрерывное питание обеих обмоток на протяжении всей работы. Путем изменения полярности тока в обмотках переменного тока, направление магнитного потока в статоре переключается между полюсами статора. Поскольку ротор не содержит ни обмоток, ни ПМ, он имеет простую и прочную конструкцию, что делает его пригодным для работы на высоких скоростях [65]. Хотя двигатели с переключением магнитного потока с внутренним ротором более распространены, они также могут быть сконструированы с внешним ротором для применения в колесах.

Электродвигатели с переключением магнитного потока можно разделить на двигатели с электромагнитным возбуждением (в иностранной литературе WFFSM), с постоянными магнитами (в иностранной литературе PMFSM) и с гибридным возбуждением (в иностранной литературе HEFSM), причем последние сочетают в себе как катушки возбуждения поля, так и ПМ в качестве основных источников потока [66]. PMFSM также разрабатываются с использованием ферритовых ПМ. Однако PMFSM демонстрируют ограниченный диапазон мощностей из-за плохой способности ослаблять поле. Диапазон мощностей можно значительно расширить, заменив ПМ на обмотки постоянного тока, то есть используя WFFSM [67]. Поэтому WFFSM хорошо подходят для силовых установок электромобилей.

К привлекательным характеристикам двигателей с переключением магнитного потока относятся простая конструкция и простота изготовления, надежность, поскольку ротор представляет собой единый кусок из шихтованной стали без ПМ и обмоток, высокая плотность потока в воздушном зазоре и, следовательно, высокая плотность мощности и крутящего момента [68]. Поэтому двигатели с переключением магнитного потока можно использовать в суровых условиях. Однако данный тип электродвигателей демонстрируют более высокие потери в меди и присущую им большую пульсацию крутящего момента из-за реактивного крутящего момента и особенно из-за зубцового крутящего момента, который является основным компонентом крутящего момента [68]. Этот эффект также вызывает вибрации и акустический шум, которые особенно заметны при работе на малой скорости

[69]. На рис. 5 показаны поперечные сечения электродвигателй WFFSM и PMFSM. Некоторые производители, такие как Technelec Ltd., предлагают электродвигатели для промышленных приложений. Однако, до сих пор нет коммерчески доступных электромобилей, управляемых электродвигателями с переключением магнитного потока

Рис. 5. Поперечное сечение WFFSM и PMFSM, Fig. 5. Cross-section of WFFSMand PMFSM, where где FEC означает катушку постоянного тока, а FEC stands for a DC coil and AC stands for a three-AC - трехфазную катушку переменного тока. phase AC coil.

Синхронный реактивный двигатель (SynRM)

Как видно из названия, (в иностранной литературе SynRM) - это синхронные машины, обычно питаемые трехфазным переменным напряжением. Ротор SynRM изготовлен из пластин электротехнической стали, без обмоток или HM. Поэтому потери в роторе очень низкие. Единственный компонент крутящего момента в SynRM - это реактивный крутящий момент, поэтому SynRM должны обладать очень высоким отношением Ld / Lq для увеличения КПД, максимального крутящего момента, коэффициента мощности и диапазона скоростей с постоянной мощностью [71].

Для этого в роторе применяется многопотоковая барьерная структура, при этом барьеры для потока перпендикулярны линиям магнитного потока. Барьеры для потока направляют поток по желаемым путям, то есть, в то время как поток по оси q блокируется барьерами для потока, поток по оси d направляется по магнитопроводу. Эта стратегия проектирования, вместе с использованием роторов с осевым слоем, позволяет получить достаточно небольшую индуктивность Lq из-за большого пути магнитного потока [72].

Отношение Ld / Lq может быть увеличено за счет соответствующего размещения, количества и геометрии барьеров для потока, что является сложной задачей проектирования. Ротор имеет низкую инерцию из-за барьеров для потока . Поскольку ротор сделан только из пластин, а статор очень похож на статор обычного асинхронного двигателя, SynRM легко изготовить [73]. Однако SynRM имеют более низкий КПД, плотность крутящего момента и коэффициент мощности, чем PMSM, хотя SynRM конкурируют с асинхронными машинами с точки зрения коэффициента мощности, требований к инверторам по мощности и простого управления скоростью без энкодеров даже при работе на низкой или нулевой скорости [73]. SynRM обычно используют векторное управление, либо прямое управлением крутящим моментом.

Основными недостатками SynRM являются высокая пульсация крутящего момента и низкая плотность крутящего момента, которые могут быть частично преодолены соответствующей конструкцией магнитной конфигурации ротора [72]. Соответствующий выбор количества барьеров для магнитного потока с учетом их геометрии и сдвига ротора на один шаг паза статора позволяет резко снизить пульсации крутящего момента при небольшом снижении среднего крутящего момента [73]. Различные производители двигателей, такие как Kaiser Motoren, ABB или REEL, продают безмагнитные SynRM для промышленного применения в диапазоне от 0,55 до 315 кВУ. Комания Рикардо объявил о разработке прототипа SynRM мощностью 85 кВт, предназначенного для электромобилей.

Синхронный реактивный двигатель с ферритовым ротором (PMa- SynRM)

Согласно [63], стоимость РЗЭ может составлять около 60% от общей стоимости материалов машины IPMSM. Следовательно, за счет замены редкоземельных HM на ферритовые магниты затраты на материалы могут быть снижены на 50%. Плотность крутящего момента в SynRM могут быть увеличены за счет включения магнитов в ротор[74,75], что приводит к типу PMa-SynRM, который является многообещающим электродвигателем для привода электромобилей. Этот двигатель похож на IPMSM. Ферритовые магниты вставлены в барьеры потока ротора на квадратурной оси для увеличения отношения Ld/Lq. Полярность ПM выбирается так, чтобы противодействовать

магнитному потоку по оси q, чтобы минимизировать Lq, тем самым максимизируя отношение Ld/Lq [75], поэтому PMa-SynRMувеличивают реактивный момент.

Разрабатываются PMa-SynRM на основе рентабельных ферритовых PM. PMa-SynRM сочетают в себе характеристики ПМ и реактивных машин, обеспечивая, таким образом, высоки КПД, компактность, высокий коэффициент мощности и широкий диапазон скоростей.

Барьеры для магнитного потока частично защищают ПМ от размагничивания [74], хотя существует риск размагничивания при работе при чрезвычайно низких температурах [75].

PMa-SynRM используют меньше ПМ, чем IPMSM , тем самым вызывая более низкую обратную ЭДС и более низкие токи короткого замыкания [76].

Обычный трехфазный инвертор может использоваться для управления двигателем PMa-SynRM. PMa-SynRM часто более насыщены, чем SynRM, из-за дополнительного потока ПМ [76].

Структура PMa-SynRM очень похожа на структуру IPMSM, но ротор спроектирован так, чтобы увеличивать отношение Ld/Lq для дальнейшего увеличения реактивного момента, тем самым улучшая характеристики ослабления потока при работе на высоких скоростях и увеличивая удельную мощность [77] и перегрузочная способность [76]. Чтобы максимизировать реактивный момент, ротор имеет многослойную структуру со скрытыми ферритовыми ПМ, как показано на рис.6.

До сих пор нет коммерчески доступных электромобилей, использующих PMa-SynRM, хотя производители двигателей, такие как Kaiser Motoren, коммерциализируют редкоземельные PMa-SynRM для промышленного применения.

Рис. 6. Структуры SynRM и PMa-SynRM Fig.6. SynRM and PMa-SynRM structures

Результаты. Сравнение различных электродвигателей без редкоземельных PM

На рис. 7 проведено сравнение максимального КПД и плотности крутящего момента различных типов двигателей, проанализированных в статье, на основе данных, найденных в библиографии. IPMSM на основе редкоземельных элементов для гибридного электромобиля Toyota Prius третьего поколения также был включен, поскольку он часто используется в качестве эталонной машины.

Еще одним интересным показателем производительности, который позволяет сравнивать разные машины, является машинная постоянная механической мощности [78].

C =

D ■ L ■ «рот

где

Рмех - механическая мощность в кВт, О - диаметр воздушного зазора в метрах, /

эффективная длина пакета статора в метрах и п - номинальная частота ротора в с-1. Как

следует из формулы, механическая мощность машины, выраженная в кВт с / м3, учитывает выходную мощность ротора на единицу активного объема и на единицу скорости,

поскольку она нормирована по отношению к О2 • /ст • п .

Машинная постоянная механической мощности может быть интерпретирована как коэффициент использования механической мощности анализируемой машины и позволяет сравнивать производительность различных машин иначе, чем плотность крутящего момента.

Рис. 7. Сравнение машин н максимального КПД и плотности крутящего момента, рассчитанных при номинальном крутящем моменте. В скобках указывается механическая выходная мощность и базовая скорость, соответственно, в кВт и об/мин.

основе Fig. 7. Comparison of machines based on maximum efficiency and torque density calculated at rated torque. The mechanical output power and base speed are indicated in parentheses, in kW and rpm, respectively.

На рисунке 8 сравниваются машинная постоянная механической мощности и максимальный КПД различных типов электродвигателей, анализируемых в этой статье, на основе данных, найденных в технической библиографии. Стоит отметить, что данные, представленные на рисунках 7 и 8 были получены от двигателей разных типов и конфигураций с разными диапазонами мощности и скорости, с разными плотностями тока и системами охлаждения. Кроме того, некоторые из этих двигателей представляют собой изготовленные прототипы, в то время как другие основаны на моделировании методом конечных элементов, поэтому результаты необходимо тщательно интерпретировать. Как показано на рисунках 7 и 8, среди проанализированных типов двигателей - БКМ, Т^ЕБМ, РМРБМ, РМаЗупЯМ, РЫБЫ и БС1М нет четкого кандидата. Такие факторы как пульсация крутящего момента, вибрация, простота изготовления, надежность, отказоустойчивость, область постоянной мощности или возможность управления должны быть приняты во внимание при выборе конкретной машины. Следовательно, необходимо глубоко проанализировать, какой тип двигателя лучше соответствует ограничениям и целевым значениям конкретного проекта.

1000 ■

! а

Е №

о

с

S

с о

(4e,isooi

[SO.ISOOJ • •

(5117001

<60.2770)

*

[6&.2ÜOO)

(00.2770)

(40.1500)

(50,1200) (50,1200)

• SRM

• WFFSM

■ Ferrite PMFSM

• Ferrite PMaSynRM

• Ferrite PMSM

• SCIM

* NdFeB-IPMSM

• •

•

(127.5700) • (54,1200)

• (61,2770)

•

« (50,1500)

(74,4500)

[5C.40DCJ

• •

88 90 92 94 Efficiency (%)

Рис. 8. Сравнение машин на основе максимального КПД и машинной постоянной механической мощности. В скобках указывается механическая выходная мощность и базовая скорость, соответственно, в кВт и об/мин

Fig. 8. Comparison of machines based on maximum efficiency and machine constant mechanical power. The mechanical output power and base speed are indicated in parentheses, in kW and rpm, respectively.

Выводы

Хотя многие современные электродвигатели для гибридных автомобилей и электромобилей используют ПМ из редкоземельных элементов, существуют различные варианты электродвигателей, не содержащих редкоземельные элементы, для привода транспортных средств. В статье проведен глубокий обзор литературы в этой области, которая вызывает растущий интерес из-за проблем со стоимостью и поставками, связанными с редкоземельными ПМ. Представленные результаты показывают, что некоторые из рассмотренных двигателей, не содержащих редкоземельные элементы, могут достигать аналогичных характеристик с точки зрения плотности крутящего момента, КПД и машинной постоянной механической мощности по сравнению с современными электродвигателями на основе редкоземельных элементов. Кроме этого некоторые из них имеют другие интересные особенности, включая более низкую стоимость, лучшую надежность, работу при более высоких температурах, невозможность размагничивания, более широкий диапазон постоянной мощности, причем последнее является очень привлекательной особенностью для расширения модельного ряда транспортных средств. Из-за более высокой сложности и количества компонентов в гибридных автомобилях для них требуются более компактные двигатели, чем для электромобилей. Следовательно, при рассмотрении таких аспектов, как КПД, материальные затраты и риски поставок, электродвигатели, не содержащие РЗЭ, могут быть конкурентоспособными по сравнению с электродвигателями на основе редкоземельных элементов.

Литература

1. Urresty J. C., Riba J.R., Delgado M., Romeral L. Detection of demagnetization faults in surface-mounted permanent magnet synchronous motors by means of the zero-sequence voltage component // IEEE transactions on Energy conversion. 2011. V. 27. №. 1. pp. 42-51.

2. Habib K., Wenzel H. Exploring rare earths supply constraints for the emerging clean energy technologies and the role of recycling // Journal of Cleaner Production. 2014. V.84. pp. 348-359.

3. Ramsden V.S., Watterson P.A., Hunter G.P., et al. High-performance electric machines for renewable energy generation and efficient drives // Renewable energy. 2001. V.22. №. 1-3. pp. 159-167.

4. Poullikkas A. Sustainable options for electric vehicle technologies // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. 41. pp. 1277-1287.

5. Bai G., Gao R.W., Sun Y., Han G.B. et al. Study of high-coercivity sintered NdFeB magnets //Journal of magnetism and magnetic materials. 2007. V.308. №. 1. pp. 20-23.

6. Saavedra H., Urresty J. C., Riba J.R., et al. Detection of interturn faults in PMSMs with different winding configurations // Energy conversion and management. 2014. V.79. pp. 534-542.

7. Lacal-Arantegui R. Materials use in electricity generators in wind turbines-state-of-the-art and future specifications // Journal of Cleaner Production. 2015. V.87. pp. 275-283.

8. Elshkaki A., Graedel T.E. Dysprosium, the balance problem, and wind power technology // Applied Energy. 2014. V.136. pp. 548-559.

9. Binnemans K., Jones P.T., Blanpain B. Recycling of rare earths: a critical review // Journal of cleaner production. 2013. V.51. pp. 1-22.

10. Machacek E., Fold N. Alternative value chains for rare earths: The Anglo-deposit developers //Resources Policy. 2014. V.42. pp. 53-64.

11. Massari S., Ruberti M. Rare earth elements as critical raw materials: Focus on international markets and future strategies // Resources Policy. 2013. V.38. №. 1. pp. 36-43.

12. Goto R., Matsuura M., Sugimoto S., Tezuka N. Microstructure evaluation for Dy-free Nd-Fe-B sintered magnets with high coercivity //Journal of Applied Physics. 2012. V.111. №. 7. pp. 07A739.

13. Coey J. M. D. Perspective and prospects for rare earth permanent magnets //Engineering. 2020. V.6. №. 2. pp. 119-131.

14. Kumagai T., Sakurai H., Itoh J., Kusaka K. Experimental Evaluation of Characteristic of Switched Reluctance Motor Made by Blanking Amorphous Alloy Foil // 2020 23rd International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). IEEE, 2020. pp. 258262.

15. Mancheri N. A., Sprecher B., Bailey G., Ge J. Effect of Chinese policies on rare earth supply chain resilience // Resources, Conservation and Recycling. 2019. V.142. pp. 101-112.

16. Zhou B., Li Z., Chen C. Global potential of rare earth resources and rare earth demand from clean technologies // Minerals. 2017. V.7. №. 11. p. 203.

17. Junne T. Wulff N., Breyer C., Naegler T. Critical materials in global low-carbon energy scenarios: The case for neodymium, dysprosium, lithium, and cobalt // Energy. 2020. V.211. p. 118532.

18. Fernandez V. Rare-earth elements market: A historical and financial perspective // Resources Policy. 2017. V.53. pp. 26-45.

19. Mackie A. J., Dean J. S., Goodall R. Material and magnetic properties of Sm2 (Co, Fe, Cu, Zr) 17 permanent magnets processed by Spark Plasma Sintering // Journal of Alloys and Compounds. 2019. V.770. pp. 765-770.

20. Dushyantha N. Batapola N., Ilankoon I., Rohitha S. The story of rare earth elements (REEs): Occurrences, global distribution, genesis, geology, mineralogy and global production //Ore Geology Reviews. 2020. V.122. p. 103521.

21. Zuo W. L. Zuo S.L., Li R., Zhao T.Y. et al. High performance misch-metal (MM)-Fe-B magnets prepared by melt spinning //Journal of Alloys and Compounds. 2017. V.695. pp. 17861792.

22. Hirosawa S., Nishino M., Miyashita S. Perspectives for high-performance permanent magnets: applications, coercivity, and new materials // Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology. 2017. V.8. №. 1. p. 013002.

23. Auerbach R., Bokelmann K., Stauber R., Gutfleisch O. Critical raw materials-Advanced recycling technologies and processes: recycling of rare earth metals out of end of life magnets by bioleaching with various bacteria as an example of an intelligent recycling strategy // Minerals Engineering. 2019. V.134. pp. 104-117.

24. Narins T. P. The battery business: Lithium availability and the growth of the global electric car industry // The Extractive Industries and Society. 2017. V.4. №. 2. pp. 321-328.

25. Onat N. C., Kucukvar M., Aboushaqrah N.N.M., Jabbar R. How sustainable is electric mobility? A comprehensive sustainability assessment approach for the case of Qatar // Applied Energy. 2019. V.250. pp. 461-477.

26. Geetha A., Subramani C. A comprehensive review on energy management strategies of hybrid energy storage system for electric vehicles // International Journal of Energy Research. 2017. V.41. №. 13. pp. 1817-1834.

27. Ali S. Q., Mascarella D., Joos G., Tan L. Torque elimination for integrated battery charger based on two permanent magnet synchronous motor drives for electric vehicles // IET Electric Power Applications. 2017. V. 11. №. 9. pp. 1627-1635.

28. Ullah Z., Lee S.T., Siddiqi M.R. Online diagnosis and severity estimation of partial and uniform irreversible demagnetization fault in interior permanent magnet synchronous motor // 2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). IEEE, 2019. pp. 1682-1686.

29. Lazari P. Permanent Magnet Assisted Synchronous Reluctance Machines for Electric Vehicle Traction Applications : ahc. University of Sheffield, 2018.

30. Rind S. J., Ren Y., Hu Y., Wang J. Configurations and control of traction motors for electric vehicles: A review // Chinese Journal of Electrical Engineering. 2017. V.3. №. 3. pp. 1-17.

31. Kumar M. S., Revankar S. T. Development scheme and key technology of an electric vehicle: An overview // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. V.70. pp. 1266-1285.

32. El-Refaie A. Raminosoa T., Reddy P., Galioto S. Comparison of traction motors that reduce or eliminate rare-earth materials // IET Electrical Systems in Transportation. 2017. V.7. №. 3. pp. 207-214.

33. De Santiago J. Bernhoff H., Ekergard B. Electrical motor drivelines in commercial all-electric vehicles: A review // IEEE Transactions on vehicular technology. 2011. V.61. №. 2. pp. 475-484.

34. Xue X. D., Cheng K. W. E., Cheung N. C. Selection of electric motor drives for electric vehicles //2008 Australasian Universities Power Engineering Conference. IEEE, 2008. pp. 1-6.

35. Zeraoulia M., Benbouzid M. E. H., Diallo D. Electric motor drive selection issues for HEV propulsion systems: A comparative study // IEEE Transactions on Vehicular technology. 2006. V.55. №. 6. pp. 1756-1764.

36. Mazzoletti M. A. Bossio G.R. A model-based strategy for interturn short-circuit fault diagnosis in PMSM // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2017. V.64. №. 9. pp. 72187228.

37. Wang C., Prieto M.D., Romeral L., Chen Z. Detection of partial demagnetization fault in PMSMs operating under nonstationary conditions // IEEE Transactions on Magnetics. 2016. V.52. №. 7. pp. 1-4.

38. Akatsu K., Matsui N. New trend of motor technology for automobiles-Introduction and overview // 2013 IEEE ECCE Asia Downunder. IEEE, 2013. pp. 130-135.

39. Jing H., Jia F., Liu Z. Multi-objective optimal control allocation for an over-actuated electric vehicle // IEEE Access. 2018. V.6. pp. 4824-4833.

40. Kindl V., Cermak R., Ferkova Z., Skala B. Review of time and space harmonics in multi-phase induction machine // Energies. 2020. V.13. №. 2. p. 496.

41. Zhang Q., Liu H., Zhang Z., Song T. A cast copper rotor induction motor for small commercial EV traction: Electromagnetic design, analysis, and experimental tests // CES Transactions on Electrical Machines and Systems. 2018. V.2. №. 4. pp. 417-424.

42. Agamloh E., Jouanne A., Yokochi A. An overview of electric machine trends in modern electric vehicles // Machines. 2020. V.8. №. 2. p. 20.

43. Zhang Z. A compact high torque density dual rotor permanent magnet in-wheel motor with toroidal windings // 2019 22nd International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). IEEE, 2019. p. 1-5.

44. Du W., Zhao S., Jin L., Gao J., Zheng Z. Optimization design and performance comparison of different powertrains of electric vehicles //Mechanism and Machine Theory. 2021. V.156. p. 104143.

45. Fernandez D. Hyun D., Park Y. Permanent magnet temperature estimation in PM synchronous motors using low-cost hall effect sensors // IEEE Transactions on Industry Applications. 2017. V.53. №. 5. pp. 4515-4525.

46. Villani M. High performance electrical motors for automotive applications-status and future of motors with low cost permanent magnets // Proceedings of the 8th International Conference on Magnetism and Metallurgy, Dresden, Germany. 2018. pp. 12-14.

47. Grunditz E. A. Lundmark S.T., Alatalo M. Three traction motors with different magnet materials—Influence on cost, losses, vehicle performance, energy use and environmental impact // 2018 Thirteenth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER). IEEE, 2018. pp. 1-13.

48. Bostanci E., Moallem M., Parsapour A. Opportunities and challenges of switched reluctance motor drives for electric propulsion: A comparative study // IEEE transactions on transportation electrification. 2017. V.3. №. 1. pp. 58-75.

49. Park G. J., Kim J.S., Son B., Jung S.Y. Optimal design of PMa-synRM for an electric propulsion system considering wide operation range and demagnetization // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2018. V.28. №. 3. pp. 1-4.

50. Grunditz E. A., Lundmark S.T., Alatalo M. Three traction motors with different magnet materials—Influence on cost, losses, vehicle performance, energy use and environmental impact // 2018 Thirteenth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER). IEEE, 2018. pp. 1-13.

51. Zhao W., Lipo T. A., Kwon B. I. Comparative study on novel dual stator radial flux and axial flux permanent magnet motors with ferrite magnets for traction application // IEEE Transactions on Magnetics. 2014. V.50. №. 11. С. 1-4.

52. Chiba K. Chino S., Takemoto M. Fundamental analysis of a ferrite permanent magnet axial gap motor with coreless rotor structure // IEEJ Journal of Industry Applications. 2014. V.3. №. 1. pp. 47-54.

53. Luk P. C. K., Abdulrahem H. A., Xia B. Low-cost high-performance ferrite permanent magnet machines in EV applications: A comprehensive review // Transportation. 2020. p. 100080.

54. Yao M., Qin D., Zhou X., Zhan S. Integrated optimal control of transmission ratio and power split ratio for a CVT-based plug-in hybrid electric vehicle // Mechanism and Machine Theory. 2019. V. 136. pp. 52-71.

55. Widmer J. D., Martin R., Kimiabeigi M. Electric vehicle traction motors without rare earth magnets //Sustainable Materials and Technologies. 2015. V.3. pp. 7-13.

56. Galioto S.J. Reddy P.B., El-Refaie A.M. Effect of magnet types on performance of high-speed spoke interior-permanent-magnet machines designed for traction applications // IEEE Transactions on Industry Applications. 2014. V. 51. №. 3.pp. 2148-2160.

57. de Paula M.V., dos Santos Barros T.A. A dahlin cruise control design method for switched reluctance motors with minimum torque ripple point tracking applied in electric vehicles //IEEE Transactions on transportation electrification. 2020.

58. Pindoriya R. M. Rajpurohit B.S., Kumar R. Comparative analysis of permanent magnet motors and switched reluctance motors capabilities for electric and hybrid electric vehicles // 2018 IEEMA Engineer Infinite Conference (eTechNxT). IEEE, 2018. pp. 1-5.

59. Cosman S. I. Boanca V.I., Oprea C. Design, Building and Testing of a Low Voltage-High Current Drive for SRMs Used for HVAC Applications // 2018 International Conference and Exposition on Electrical And Power Engineering (EPE). IEEE, 2018. pp. 0058-0062.

60. Alamoudi Y.A., Ferrah A., Panduranga R. State-of-the art electrical machines for modern electric vehicles // 2019 Advances in Science and Engineering Technology International Conferences (ASET). IEEE, 2019. pp. 1-8.

61. Bonthu S S.R., Islam M. Z., Choi S. Design of a rare earth free external rotor permanent magnet assisted synchornous reluctance motor // 2017 IEEE International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC). IEEE, 2017. pp. 1-6.

62. Pang M., Wang H., Zhou G.X., Li F. Design and analysis of a two-phase permanentmagnet-assisted switched reluctance motor // 2018 21st International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). IEEE, 2018. pp. 1956-1961.

63. Liu X., Li Y., Liu Z., Ling T Optimized design of a high-power-density PM-assisted synchronous reluctance machine with ferrite magnets for electric vehicles // Archives of Electrical Engineering. 2017. V. 66. №. 2.

64. Meyer A., Abersfelder S., Urban N. Fertigungsbegleitende Qualitätskontrolle in der Elektromotorenfertigung // Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb. 2017. V.112. №. 4. pp. 200-203.

65. Nobahari A., Aliahmadi M., Faiz J. Performance modifications and design aspects of rotating flux switching permanent magnet machines: a review // IET Electric Power Applications. 2019. V.14. №. 1. pp. 1-15.

66. Husin Z.A., Sulaiman E., Kosaka T. Design studies and effect of various rotor pole number of field excitation flux switching motor for hybrid electric vehicle applications // 2014 IEEE 8th International Power Engineering and Optimization Conference (PEOCO2014). IEEE, 2014. pp. 144-149.

67. Tang Y., Paulides J. J. H., Lomonova E. A. Automated design of DC-excited flux-switching in-wheel motor using magnetic equivalent circuits // 2014 Ninth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER). IEEE, 2014. pp. 1-10.

68. Lehr M., Dietz D., Binder A. Electromagnetic design of a permanent magnet Flux-Switching-Machine as a direct-driven 3 MW wind power generator // 2018 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT). IEEE, 2018. pp. 383-388.

69. Huang W., Hua W., Zhu X., Fan Y. Comparison of Cogging Torque Compensation Methods for a Flux-Switching Permanent Magnet Motor by Harmonic Current Injection and Iterative Learning Control // 2020 International Conference on Electrical Machines (ICEM). IEEE, 2020. V.1. pp. 1971-1977.

70. Kosaka T. , Matsui N., Kamada Y., Kajiura H. Experimental drive performance evaluation of high power density wound field flux switching motor for automotive applications. 2014.

71. Mohanarajah T., Nagrial M., Rizk J. Permanent magnet optimization in pm assisted synchronous reluctance machines // 2018 IEEE 27th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE). IEEE, 2018. pp. 1347-1351.

72. Ozcelik N.G., Dogru U.E., Imeryuz M., Ergene L.T. Synchronous reluctance motor vs. Induction motor at low-power industrial applications: Design and comparison //Energies. 2019. V.12. №. 11. p. 2190.

73. Zhang Z. Analysis of a rare earth-free dual mechanical port machine with PM-assisted reluctance rotor for hybrid electric vehicles // 2019 IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC). IEEE, 2019. pp. 965-969.

74. Ooi S., Morimoto S., Sanada M. Performance evaluation of a high-power-density PMASynRM with ferrite magnets // IEEE Transactions on Industry Applications. 2013. V.49. №. 3. pp. 1308-1315.

75. Obata M., Morimoto S., Sanada M. Performance evaluation of high power and low torque ripple structure of rare-earth free PMASynRM with ferrite magnet // 2013 IEEE 10th International Conference on Power Electronics and Drive Systems (PEDS). IEEE, 2013. pp. 714719.

76. Liu H.C., Kim I.G., Oh Y.J, Lee J. Design of permanent magnet-assisted synchronous reluctance motor for maximized back-EMF and torque ripple reduction // IEEE Transactions on Magnetics. 2017. V.53. №. 6. pp. 1-4.

77. Arafat A. K. M., Choi S. Torque ripple minimization of a five-phase permanent magnet assisted synchronous reluctance motor under open phase faults // 2017 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). IEEE, 2017. pp. 1928-1934.

78. Huppunen J. High-speed solid-rotor induction machine-electromagnetic calculation and design. Lappeenranta University of Technology, 2004.

Вестник КГЭУ, 2021, том 13, №1 (49) Авторы публикации

Сафин Альфред Робертович - д-р. техн. наук, профессор кафедры Электроснабжение промышленных предприятий, Казанский государственный энергетический университет. E-mail:[email protected].

Ranjan Kumar Behera - доцент кафедры Электротехники, Индийский технологический институт, Индия, г. Патна.

References

1. Urresty JC, Riba JR, Delgado M, et al. Detection of demagnetization faults in surface-mounted permanent magnet synchronous motors by means of the zero-sequence voltage component. IEEE transactions on Energy conversion. 2011; 27 (1):42-51.

2. Habib K, Wenzel H. Exploring rare earths supply constraints for the emerging clean energy technologies and the role of recycling . Journal of Cleaner Production. 2014; 84: 348-359.

3. Ramsden VS, Watterson PA, Hunter GP, et al. High-performance electric machines for renewable energy generation and efficient drives. Renewable energy. 2001; 22 (1-3): 159-167.

4. Poullikkas A. Sustainable options for electric vehicle technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015;41:1277-1287.

5. Bai G, Gao RW, Sun Y, et al. Study of high-coercivity sintered NdFeB magnets. Journal of magnetism and magnetic materials. 2007;308( 1): 20-23.

6. Saavedra H, Urresty JC, Riba JR, et al. Detection of interturn faults in PMSMs with different winding configurations. Energy conversion and management. 2014;79:534-542.

7. Lacal-Arantegui R. Materials use in electricity generators in wind turbines-state-of-the-art and future specifications. Journal of Cleaner Production. 2015;87: 275-283.

8. Elshkaki A, Graedel TE. Dysprosium, the balance problem, and wind power technology. Applied Energy. 2014;136:548-559.

9. Binnemans K, Jones PT, Blanpain B. Recycling of rare earths: a critical review. Journal of cleaner production. 2013;51:1 -22.

10. Machacek E, Fold N. Alternative value chains for rare earths: The Anglo-deposit developers. Resources Policy. 2014;42:53-64.

11. Massari S, Ruberti M. Rare earth elements as critical raw materials: Focus on international markets and future strategies. Resources Policy. 2013;38( 1):36-43.

12. Goto R, Matsuura M, Sugimoto S, et al. Microstructure evaluation for Dy-free Nd-Fe-B sintered magnets with high coercivity. Journal of Applied Physics. 2012;111(7):07A739.

13. Coey J.MD. Perspective and prospects for rare earth permanent magnets. Engineering. 2020;6(2):119-131.

14. Kumagai T, Sakurai H, Itoh J, et al. Experimental Evaluation of Characteristic of Switched Reluctance Motor Made by Blanking Amorphous Alloy Foil. 2020 23rd International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). IEEE, 2020: 258-262.

15. Mancheri NA, Sprecher B, Bailey G., et al. Effect of Chinese policies on rare earth supply chain resilience. Resources, Conservation and Recycling. 2019;142: 101-112.

16. Zhou B, Li Z, Chen C. Global potential of rare earth resources and rare earth demand from clean technologies. Minerals. 2017;7( 11):203.

17. Junne T. Wulff N, Breyer C, et al. Critical materials in global low-carbon energy scenarios: The case for neodymium, dysprosium, lithium, and cobalt. Energy. 2020;211:118532.

18. Fernandez V. Rare-earth elements market: A historical and financial perspective. Resources Policy. 2017;53: 26-45.

19. Mackie AJ, Dean JS, Goodall R. Material and magnetic properties of Sm2 (Co, Fe, Cu, Zr) 17 permanent magnets processed by Spark Plasma Sintering. Journal of Alloys and Compounds. 2019;770:765-770.

20. Dushyantha N. Batapola N, Ilankoon I, et al. The story of rare earth elements (REEs): Occurrences, global distribution, genesis, geology, mineralogy and global production. Ore Geology Reviews. 2020;122: 103521.

21. Zuo WL. Zuo SL, Li R, et al. High performance misch-metal (MM)-Fe-B magnets prepared by melt spinning. Journal of Alloys and Compounds. 2017; 695:1786-1792.

22. Hirosawa S, Nishino M, Miyashita S. Perspectives for high-performance permanent magnets: applications, coercivity, and new materials. Advances in Natural Sciences: Nanoscience andNanotechnology. 2017;8( 1):013002.

23. Auerbach R, Bokelmann K, Stauber R, et al. Critical raw materials-Advanced recycling technologies and processes: recycling of rare earth metals out of end of life magnets by

bioleaching with various bacteria as an example of an intelligent recycling strategy. Minerals Engineering. 2019;134:104-117.

24. Narins TP. The battery business: Lithium availability and the growth of the global electric car industry. The Extractive Industries and Society. 2017;4( 2):321-328.

25. Onat NC, Kucukvar M, Aboushaqrah NNM, et al. How sustainable is electric mobility? A comprehensive sustainability assessment approach for the case of Qatar. Applied Energy. 2019;250:461-477.

26. Geetha A, Subramani CA comprehensive review on energy management strategies of hybrid energy storage system for electric vehicles. International Journal of Energy Research. 2017;41( 13):1817-1834.

27. Ali SQ, Mascarella D, Joos G, et al. Torque elimination for integrated battery charger based on two permanent magnet synchronous motor drives for electric vehicles. IET Electric Power Applications. 2017;11( 9):1627-1635.

28. Ullah Z, Lee ST, Siddiqi MR. Online diagnosis and severity estimation of partial and uniform irreversible demagnetization fault in interior permanent magnet synchronous motor. 2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). IEEE. 2019: 1682-1686.

29. Lazari P. Permanent Magnet Assisted Synchronous Reluctance Machines for Electric Vehicle Traction Applications : diss. University of Sheffield, 2018.

30. Rind SJ, Ren Y, Hu Y et al. Configurations and control of traction motors for electric vehicles: A review. Chinese Journal of Electrical, Engineering. 2017;3 (3): 1-17.

31. Kumar MS, Revankar ST. Development scheme and key technology of an electric vehicle: An overview. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017;70:1266-1285.

32. El-Refaie A. Raminosoa T, Reddy P, et al. Comparison of traction motors that reduce or eliminate rare-earth materials. IET Electrical Systems in Transportation. 2017;7 (3): 207-214.

33. De Santiago J. Bernhoff H., Ekergard B. Electrical motor drivelines in commercial all-electric vehicles: A review. IEEE Transactions on vehicular technology. 2011;61 (2):475-484.

34. Xue XD, Cheng KWE, Cheung NC. Selection of electric motor drives for electric vehicles //2008 Australasian Universities Power Engineering Conference. IEEE. 2008 :1-6.

35. Zeraoulia M, Benbouzid MEH, Diallo D. Electric motor drive selection issues for HEV propulsion systems: A comparative study. IEEE Transactions on Vehicular technology. 2006;55(

6): 1756-1764.

36. Mazzoletti MA. Bossio GR. A model-based strategy for interturn short-circuit fault diagnosis in PMSM. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2017;64( 9):7218-7228.

37. Wang C., Prieto M.D., Romeral L., Chen Z. Detection of partial demagnetization fault in PMSMs operating under nonstationary conditions. IEEE Transactions on Magnetics. 2016; 52 (

7): 1-4.

38. Akatsu K., Matsui N. New trend of motor technology for automobiles-Introduction and overview. 2013 IEEE ECCE Asia Downunder. IEEE. 2013:130-135.

39. Jing H., Jia F., Liu Z. Multi-objective optimal control allocation for an over-actuated electric vehicle. IEEE Access. 2018;6:4824-4833.

40. Kindl V, Cermak R, Ferkova Z, et al. Review of time and space harmonics in multiphase induction machine. Energies. 2020;13(2): 496.

41. Zhang Q., Liu H., Zhang Z., Song T. A cast copper rotor induction motor for small commercial EV traction: Electromagnetic design, analysis, and experimental tests. CES Transactions on Electrical Machines and Systems. 2018;2( 4):417-424.

42. Agamloh E, Jouanne A, Yokochi A. An overview of electric machine trends in modern electric vehicles. Machines. 2020; 8( 2);20.

43. Zhang Z. A compact high torque density dual rotor permanent magnet in-wheel motor with toroidal windings. 2019 22nd International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). IEEE. 2019: 1-5.

44. Du W, Zhao S, Jin L, et al. Optimization design and performance comparison of different powertrains of electric vehicles. Mechanism and Machine Theory. 2021;156:104143.

45. Fernandez D. Hyun D, Park Y. Permanent magnet temperature estimation in PM synchronous motors using low-cost hall effect sensors. IEEE Transactions on Industry Applications. 2017;53(5):4515-4525.

46. Villani M. High performance electrical motors for automotive applications-status and future of motors with low cost permanent magnets. Proceedings of the 8th International Conference on Magnetism and Metallurgy, Dresden, Germany. 2018:12-14.

47. Grunditz EA. Lundmark ST, Alatalo M. Three traction motors with different magnet materials-Influence on cost, losses, vehicle performance, energy use and environmental impact.

BecmnuK KI3Y, 2021, moM 13, №1 (49)

2018 Thirteenth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER). IEEE. 2018:1-13.

48. Bostanci E, Moallem M, Parsapour A. Opportunities and challenges of switched reluctance motor drives for electric propulsion: A comparative study. IEEE transactions on transportation electrification. 2017;3(1):58-75.

49. Park GJ, Kim JS, Son B, et al. Optimal design of PMa-synRM for an electric propulsion system considering wide operation range and demagnetization. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2018;28 (3):1-4.

50. Grunditz EA, Lundmark ST, Alatalo M. Three traction motors with different magnet materials—Influence on cost, losses, vehicle performance, energy use and environmental impact. 2018 Thirteenth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER). IEEE, 2018:1-13.

51. Zhao W, Lipo TA, Kwon BI. Comparative study on novel dual stator radial flux and axial flux permanent magnet motors with ferrite magnets for traction application. IEEE Transactions on Magnetics. 2014;50( 11): 1-4.

52. Chiba K. Chino S, Takemoto M. Fundamental analysis of a ferrite permanent magnet axial gap motor with coreless rotor structure. IEEJ Journal of Industry Applications. 2014;3(1): 47-54.

53. Luk PCK, Abdulrahem HA, Xia B. Low-cost high-performance ferrite permanent magnet machines in EV applications: A comprehensive review. Transportation. 2020:100080.

54. Yao M, Qin D, Zhou X, et al. Integrated optimal control of transmission ratio and power split ratio for a CVT-based plug-in hybrid electric vehicle. Mechanism and Machine Theory. 2019;136:52-71.

55. Widmer JD, Martin R, Kimiabeigi M. Electric vehicle traction motors without rare earth magnets. Sustainable Materials and Technologies. 2015;3:7-13.

56. Galioto SJ. Reddy PB, El-Refaie AM. Effect of magnet types on performance of highspeed spoke interior-permanent-magnet machines designed for traction applications. IEEE Transactions on Industry Applications. 2014;51(3):2148-2160.

57. de Paula MV, dos Santos Barros TA. A dahlin cruise control design method for switched reluctance motors with minimum torque ripple point tracking applied in electric vehicles. IEEE Transactions on transportation electrification. 2020.

58. Pindoriya RM. Rajpurohit BS., Kumar R. Comparative analysis ofpermanent magnet motors and switched reluctance motors capabilities for electric and hybrid electric vehicles. 2018 IEEMA Engineer Infinite Conference (eTechNxT). IEEE, 2018: 1-5.

59. Cosman SI. Boanca VI, Oprea C. Design, Building and Testing of a Low Voltage-High Current Drive for SRMs Used for HVAC Applications. 2018 International Conference and Exposition on Electrical And Power Engineering (EPE). IEEE. 2018: 0058-0062.

60. Alamoudi YA, Ferrah A, Panduranga R. State-of-the art electrical machines for modern electric vehicles. 2019 Advances in Science and Engineering Technology International Conferences (ASET). IEEE. 2019:1-8.

61. Bonthu SSR, Islam MZ, Choi S. Design of a rare earth free external rotor permanent magnet assisted synchornous reluctance motor. 2017 IEEE International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC). IEEE, 2017: 1-6.

62. Pang M, Wang H, Zhou GX, et al. Design and analysis of a two-phase permanentmagnet-assisted switched reluctance motor. 2018. 21st International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). IEEE, 2018: 1956-1961.

63. Liu X, Li Y, Liu Z, Ling T. Optimized design of a high-power-density PM-assisted synchronous reluctance machine with ferrite magnets for electric vehicles. Archives of Electrical Engineering. 2017;66 (2).

64. Meyer A, Abersfelder S, Urban N. Fertigungsbegleitende Qualitätskontrolle in der Elektromotorenfertigung. Zeitschrift fur wirtschaftlichen Fabrikbetrieb. 2017;112(4):200-203.

65. Nobahari A, Aliahmadi M, Faiz J. Performance modifications and design aspects of rotating flux switching permanent magnet machines: a review. IET Electric Power Applications. 2019;14( 1):1-15.

66. Husin ZA, Sulaiman E, Kosaka T. Design studies and effect of various rotor pole number offield excitation flux switching motor for hybrid electric vehicle applications. 2014 IEEE 8th International Power Engineering and Optimization Conference (PEOCO2014). IEEE. 2014: 144-149.

67. Tang Y, Paulides JJH, Lomonova EA. Automated design of DC-excited flux-switching in-wheel motor using magnetic equivalent circuits. 2014 Ninth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER). IEEE. 2014: 1-10.

68. Lehr M, Dietz D, Binder A. Electromagnetic design of a permanent magnet Flux-Switching-Machine as a direct-driven 3 MW wind power generator. 2018 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT). IEEE. 2018: 383-388.

69. Huang W, Hua W, Zhu X, et al. Comparison of Cogging Torque Compensation Methods for a Flux-Switching Permanent Magnet Motor by Harmonic Current Injection and Iterative Learning Control. 2020 International Conference on Electrical Machines (ICEM). IEEE, 2020;1:1971-1977.

70. Kosaka T, Matsui N, Kamada Y, et al. Experimental drive performance evaluation of high power density wound field flux switching motor for automotive applications. 2014.

71. Mohanarajah T, Nagrial M, Rizk J. Permanent magnet optimization in pm assisted synchronous reluctance machines. 2018 IEEE 27th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE). IEEE, 2018: 1347-1351.

72. Ozcelik NG, Dogru UE, Imeryuz M, et al. Synchronous reluctance motor vs. Induction motor at low-power industrial applications: Design and comparison. Energies. 2019;12( 11):2190.

73. Zhang Z. Analysis of a rare earth-free dual mechanical port machine with PM-assisted reluctance rotor for hybrid electric vehicles. 2019 IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC). IEEE, 2019: 965-969.

74. Ooi S, Morimoto S, Sanada M. Performance evaluation of a high-power-density PMASynRMwith ferrite magnets. IEEE Transactions on Industry Applications. 2013; 49(3): 13081315.

75. Obata M, Morimoto S, Sanada M. Performance evaluation of high power and low torque ripple structure of rare-earth free PMASynRM with ferrite magnet. 2013 IEEE 10th International Conference on Power Electronics and Drive Systems (PEDS). IEEE, 2013: 714-719.

76. Liu HC, Kim IG, Oh YJ, et al. Design of permanent magnet-assisted synchronous reluctance motor for maximized back-EMF and torque ripple reduction. IEEE Transactions on Magnetics. 2017; 53( 6): 1-4.

77. Arafat AKM, Choi S. Torque ripple minimization of a five-phase permanent magnet assisted synchronous reluctance motor under open phase faults. 2017 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). IEEE. 2017: 1928-1934.

78. Huppunen J. High-speed solid-rotor induction machine-electromagnetic calculation and design. Lappeenranta University of Technology, 2004.

Authors of the publication

AlfredR. Safin - Kazan State Power Engineering University. Email: [email protected]

Ranjan Kumar Behera - Department of Electrical Engineering, Indian Institute of Technology (IIT), India, Kanpa Road, Bihta - 801103, Patna.

Получено

Отредактировано

Принято

11 марта 2021г. 30 марта 2021г. 06 апреля 2021г.