电励磁凸极同步电机磁阻转矩及其利用率提升方法研究

付兴贺，江政龙，陈 锐

(东南大学 电气工程学院，南京 210096)

0 引 言

自20世纪80年代钕铁硼问世以来，永磁电机发展迅速，因其具有体积小、质量轻等优点,被广泛应用在电动汽车、航空航天等各个领域[1]。和电励磁电机相比，永磁电机存在一些结构和成本上的劣势，如永磁体高温退磁、永磁磁链固定不易调节、钕铁硼价格昂贵等。因此，近年来电励磁电机又重新进入人们的视野。传统的电励磁电机(以下简称WFSM)和永磁电机相比存在一些缺陷。一方面，WFSM在结构上存在电刷和滑环，而电刷和滑环由于机械和电气等方面的原因容易摩擦而致损坏；另一方面，WFSM转子侧绕线的存在增加了一部分转子铜耗。采用无线传输技术，WFSM可以免去电刷和滑环，并且励磁侧传输效率可以达到85%[2]。本文改进了传统WFSM的转子结构，提升电机磁阻转矩及其利用率，从而在输出总转矩一定的情况下减小励磁电流。

电励磁凸极电机的输出转矩由两部分组成：一是定转子磁动势相互作用形成的励磁转矩；二是d，q轴之间的电感差形成的磁阻转矩。励磁转矩和磁阻转矩达到最大值时对应的电流角不同，在传统WFSM(Ld>Lq)中，励磁转矩在电流角为0时达到最大值，磁阻转矩在电流角为-45°时达到最大值。在电流角一定的情况下，电机输出的总转矩是励磁转矩和磁阻转矩的代数和，因此提升磁阻转矩可以在定转子电流不变的前提下提升总转矩，从而提升转矩密度。磁阻转矩近似和d，q轴电感差成正比，因此，提高磁阻转矩可以转化为增大d，q轴电感差(或增大凸极率)，常用方法是在转子侧设置磁障[3-7]。L……