一种新型反凸极永磁同步电机的弱磁特性分析

永磁同步电机具有高效率和高功率密度等优点，在电动车和数控机床等领域已获得广泛的研究和应用。但是永磁同步电机采用永磁体励磁导致励磁磁场无法调节，在电机基速以上运行区域时必须进行弱磁控制才能拓宽转速范围。理想的弱磁条件是直轴电感与负向的弱磁电流的乘积恰好抵消掉永磁体产生的磁通。

实现弱磁主要采用两种途径，一是增大负向的直轴弱磁电流，二是提高直轴电感。但是增大负向直轴弱磁电流不仅增加铜耗，而且还有可能引起不可逆退磁。采用增大直轴电感的方法又受到电机结构上的限制，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。

永磁同步电机直轴电感小于交轴电感，也被称为凸极永磁同步电机。通过结构上的特殊设计，使得永磁同步电机的直轴电感大于交轴电感，称之为反凸极永磁同步电机。反凸极永磁同步电机拥有较大数值的直轴电感，更有利于实现弱磁，因此反凸极永磁同步电机成为永磁同步电机领域研究的热点之一。

目前国内外学者对反凸极永磁同步电机进行了相关的研究。

有学者提出一种反凸极永磁同步电机。这种电机在转子中将部分磁钢采用软磁材料代替。利用材料的属性，改变电机磁路从而获得反凸极特征。由于直轴电感大于交轴电感，这类电机能够在低速时采用正值的直轴电流控制产生正值的磁阻转矩，正向电流对永磁体具有增磁作用，能够提升永磁体工作点。在高转速运行时电机可以使用相对较小的直轴弱磁电流来削弱气隙磁通，实现弱磁升速，有效提升了电机的弱磁范围。

有学者提出的反凸极盘式永磁同步电机通过设计磁极中软磁材料和永磁体的比例调整电机的弱磁性能。对比了与传统永磁同步电机在控制上的差异，实现了接近31的弱磁扩速范围。

有学者提出一种磁通可控的反凸极永磁电机。电机直轴上采用厚度薄且磁化状态可变的钐钴永磁体激励，缓解了直轴磁路的饱和，增加了直轴电感。同时在交轴磁路上采用较大的磁通屏障，来减小交轴电感，从而获得反凸极特性。这种电机在不同的运行状态下对永磁体进行充磁去磁来改变磁化状态，使低速时具有大磁链产生转矩，高速时具有较小磁链减小弱磁电流。由于正值的直轴电流产生磁场增强的效果，永磁体的不可逆退磁风险大大降低了。