摘要：高速旋转运作电动机可以采用相对较小的直轴弱磁电流量来消弱磁密磁通，完成弱磁提速，合理扩大电动机的弱磁范畴。创建新式反凸极永磁同步电机的复励轴等效电路实体模型，剖析新式反凸极永磁同步电机磁感应转距特点和弱磁特性，基础理论剖析结果与模拟仿真测算剖析结果相符合，认证了反凸极永磁同步电机弱磁的高效性和可行性分析。 关键词：反凸极永磁同步电机 弱磁特性 直轴和交轴电感 调整铁心
引言
永磁同步电机具备高效能和高功率等优势，在新能源汽车和数控车床等行业已得到普遍的研究和运用。由于永磁同步电机选用永磁体励磁，导致励磁调整器电磁场没法调整。所以电动机在基速以上区域运作时，就必须开展弱磁控制才可以扩宽转速比范畴。理想化的弱磁标准是直轴电感器与负向的弱磁电流量相乘，正好抵消永磁材料形成的磁通。完成弱磁关键选用两种方式，一是扩大负性的直轴弱磁电流量，二是提升直轴电感器，但增大负向直轴弱磁电流会增加铜耗，还有可能引起不可逆退磁。增大直轴电感又受到电机结构的限 制，因为内置式永磁同步电机转子中永磁体始终放置于直轴位置，无法获得较大数值的直轴电感。这就是永磁同步电机弱磁困难的原因。
1 反凸极永磁同步电机结构
1.1 反凸极永磁同步电机结构
反凸极永磁同步电机的电机转子构造如下图1所显示。反凸极永磁同步电机由电机定子、电机转子和磁密组成。电机定子与一般永磁同步电机定子同样。电机转子由铁芯、永磁材料和气体槽构成。其中铁芯包含调整铁芯和磁轭铁心两一部分。调整铁芯外表层沿圆上方位由2p个弧形段和2p个平行线段组成。永磁材料分为多个小段，每邻近两小段永磁材料之间产生磁桥。永磁材料可选用同样规格的钕铁硼磁铁，也可选用不一样型号规格，使永磁材料1、永磁体2和永磁材料3的剩下磁通密度先后下降来改进磁密电磁场波型及其提升永磁材料的使用率。
凸极永磁同步电机的直轴和交轴等效电路实体模型各自长为2和图3所显示
图2中，Fd、Fq各自为直轴磁动势、交轴磁动势，Rpm、Rδ、Rt、Rj分别为永磁材料磁电式、磁密磁电式、齿部磁阻和轭部磁电式。一般永磁同步电机直轴等效电路和交轴磁路对比存有磁电非常大的永磁材料，直轴磁电式超过交轴磁电式，因而直轴电感器低于交轴电感器。 图3中，Rtzy、Rtzz、Rcq、Rδs、Rδb各自为调整铁芯弧形段磁电式、调整铁芯平行线段磁电式、邻近按段永磁材料之间的磁桥磁电式、小磁密磁电式和大磁密磁电式。反凸极永磁同步电机直轴磁通分成两一部分：一部分流过调整铁芯弧形段、调整铁芯平行线段、小
磁密、电机定子齿和定子轭；另一部分流过磁桥、小磁密、电机定子齿和定子轭。交轴磁通也分成两一部分：一部分磁通流过调整铁芯弧形段、大磁密、电机定子齿和定子轭；另一部分流过磁桥、大磁密、电机定子齿和定子轭。因为直轴等效电路中磁密小且磁桥中合交轴磁通对比能注入大量的直轴磁通，因而直轴电感器超过交轴电感器。
1.3 反凸极永磁同步电机转矩特性
因为反凸极永磁同步电机直轴电感器超过交轴电感器，所以电机在低速时，正向的直轴电流能产生正值的磁阻转矩且也有增加磁通的作用，因此合理的配对稀土永磁转距和磁电式转距就能提升总的磁感应转距。
2 反凸极永磁同步电机转矩分析
2.1 反凸极永磁同步电机矩角特性
一般凸极永磁同步电机较大磁感应转距相匹配的功角超过90°。反凸极永磁同步电机的较大磁感应转距相匹配的功角低于90°，这节反凸极永磁同步电机磁感应转距的测算是电动机实体模型通过功角在70°～80°范畴内、在稳定转速比1500r/min标准下测算获得的较大磁感应
转距。同时从矩角特点得知，该电动机的磁电式转距分量在功角应低于90°，也表明了马达的直轴电感器超过交轴电感器，即电动机具备反凸极特点。
2.2 永磁体对电磁转矩的影响
依据反凸极永磁同步电机的磁感应转距表达式
1.
得知，永磁材料形成的bt链接是影响稀土永磁转距关键的主要参数之一，理论上永磁材料形成的磁通越大对提升磁感应转距越有益。永磁材料的总宽用极弧指数来考量。极弧指数越大，永磁材料的总宽越大，永磁材料给予的磁通越多，磁感应转距越大。适当提升永磁材料的薄厚有益于提升磁感应转距，可是不论是极弧指数或是永磁材料薄厚，规格提升到一定标值必定形成电动机的饱和状态，伴随着饱和状态水平的提升，永磁材料使用量的提升产生的磁感应转距增加率会愈来愈小。
1.
总结
反凸极永磁同步电机的最高速度是额定速度的三倍。理论分析结果与模拟分析结果一致，验证了反凸极永磁同步电机弱磁的有效性和可行性。定性分析和定量计算表明：
1)反凸极永磁体同步电机的电磁转矩与极弧系数、匝数和永磁体厚度成正比；与间隙长度和偏心距离相比，调整铁芯直线段径向长度和磁桥宽度。从永磁体到圆心的距离对电磁转矩影响不大。
2)反凸极永磁同步电机的最高速度可达额定速度的三倍，电机调速比约为1∶3。反凸极永磁同步电机的弱磁效应与气隙、偏心距离、铁芯直线段径向宽度和磁桥宽度、极弧系数、匝数、永磁厚度和永磁体与圆心之间的距离成正比。
3）额定速度以下反凸极永磁同步电机的缺点是调整铁芯直线段和永磁分段磁桥，导致漏磁大于普通永磁同步电机，永磁利用率略有下降，但通过模拟计算仍能满足额定功率输出。
参考文献：
[1] 李春艳, 王豫, 孟涛. 反凸极永磁同步电机弱磁特性分析[J]. 电工技术学报, 2019, 34(S02):10.
[2] 毕云龙. 轴向磁场反凸极永磁同步轮毂电机研究[D]. 哈尔滨工业大学, 2015.
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