一种提高永磁牵引电机弱磁扩速能力的新结构

陈丽香 张兆宇 唐任远

（沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心 沈阳 110870）

1 引言

电机“弱磁”扩速时，转速计算公式为[1]

式中n——电机转速；

p——电机极对数；

ulim——极限电压；

Lq——交轴同步电感；

Ld——直轴同步电感；

iq——交轴电流；

id——直轴电流；

ψf——空载永磁磁链。

所能达到的最高转速为

由式（1）、式（2）可知，可以通过减少交轴同步电感Lq、增加直轴同步电感Ld、增大电机的极限电压ulim和极限电流ilim、减少永磁磁链ψf等措施来提高弱磁效果，在这些措施中，增加直轴电感Ld最为理想，因此解决弱磁扩速问题的关键在于永磁牵引电机转子磁路结构的设计。近年来，为提高永磁牵引电机的弱磁扩速能力，许多学者纷纷提出了一些转子磁路上的设计思想[2]。如采用复合式转子结构，增加永磁磁阻段，在一定程度上提高了弱磁扩速能力[3]，但这种结构致命的缺点就是功率密度牺牲得太多，因此在实际应用中受到了限制；在表面凸出式转子的外面加上轭铁，并在磁极间增加了磁障，使得电机的直轴电感有所增大，弱磁扩速能力有所提高[4]；此外，还有采用漏磁磁路弱磁等其他方法提高弱磁扩速能力[5]，但总体上来看不是弱磁效果不明显就是会带来其他严重的负面影响，均有待于深入研究。

2 提高弱磁扩速能力的转子磁路

为提高弱磁扩速能力，本文提出一种新的转子磁路结构——内置分段式结构。为便于分析，将该结构与传统结构中弱磁扩速能力相对较强的内置式径向磁路结构进行比较，电机模型的具体参数及所用永磁体的参数见表1和表 2，两种结构的冲片如图1和图2所示。……