新型機(jī)械變漏磁永磁電機(jī)設(shè)計(jì)與電磁特性分析

鄒永玲，劉細(xì)平，孫同澤

（江西理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，江西 贛州 341000）

近年來，永磁電機(jī)由于具有高功率/轉(zhuǎn)矩密度、高效率、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠以及永磁體不易退磁等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)領(lǐng)域的主流類型[1-2]。然而，傳統(tǒng)永磁電機(jī)的永磁磁場(chǎng)不易調(diào)節(jié)、調(diào)速范圍較窄，這在一定程度上限制了稀土永磁電機(jī)在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)的永磁電機(jī)通常通過持續(xù)注入負(fù)d軸電流產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)來削弱永磁磁場(chǎng)[3]，但會(huì)產(chǎn)生較大的定子銅耗而影響效率。近年來，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者采用電勵(lì)磁手段和機(jī)械調(diào)磁手段對(duì)如何靈活調(diào)節(jié)永磁磁場(chǎng)進(jìn)行了深入研究。與電勵(lì)磁電機(jī)[4-7]相比，機(jī)械變漏磁電機(jī)[8-11]更受關(guān)注，該類電機(jī)能消除磁通調(diào)節(jié)時(shí)的銅耗，可以通過改變漏磁通磁阻有效減小永磁磁鏈。文獻(xiàn)[12]提出了一種自適應(yīng)被動(dòng)弱磁永磁同步電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)采用可移動(dòng)的導(dǎo)磁環(huán)可以根據(jù)速度自動(dòng)調(diào)節(jié)漏磁通，但其調(diào)速范圍較窄。文獻(xiàn)[13]提出一種可旋轉(zhuǎn)永磁體的永磁同步電機(jī)，該電機(jī)可以使電機(jī)的氣隙磁通減小至零，但只是進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，并未對(duì)電機(jī)的調(diào)速范圍和機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行分析，且該電機(jī)永磁體的利用率較低。盡管不同學(xué)者提出了不同類型的機(jī)械調(diào)磁裝置結(jié)構(gòu)，但都存在一定的局限性，如結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、耐受強(qiáng)度較低、調(diào)速范圍較窄等。因此，機(jī)械變漏磁電機(jī)仍需朝著更簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)、更好的機(jī)械性能和更寬的調(diào)速范圍方向發(fā)展。

本文提出了一種新型機(jī)械變漏磁永磁（mechanical variable leakage flux permanent magnet，MVLF-PM）電機(jī)，該電機(jī)與傳統(tǒng)永磁電機(jī)的區(qū)別在于增加了一個(gè)附加在轉(zhuǎn)子側(cè)的機(jī)械裝置，在高速下能自動(dòng)調(diào)節(jié)永磁體的磁通方向，實(shí)現(xiàn)弱磁運(yùn)行。首先分析該電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理和數(shù)學(xué)模型。其次，運(yùn)用ADMAS軟件對(duì)機(jī)械裝置進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，確定彈簧形變長(zhǎng)度、永磁體旋轉(zhuǎn)角度與速度之間的關(guān)系；采用有限元方法分析MVLF-PM電機(jī)不同永磁體旋轉(zhuǎn)角度下的磁場(chǎng)分布，并與傳統(tǒng)三角形永磁（delta permanent magnet，D-PM）電機(jī)的弱磁調(diào)速性能以及機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比分析。最后，制作一臺(tái)1 kW的樣機(jī)，并對(duì)該樣機(jī)在不同速度下的空載反電勢(shì)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證理論分析與仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 MVLF-PM電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理及數(shù)學(xué)模型

1.1 電機(jī)結(jié)構(gòu)

MVLF-PM電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，該電機(jī)由常規(guī)的三相定子和一側(cè)帶有機(jī)械裝置的特殊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)組成。為了獲得較好的弱磁特性，機(jī)械裝置設(shè)有8個(gè)弱磁單元，每個(gè)弱磁單元包括一個(gè)帶齒配合的滑塊、一個(gè)彈簧、兩個(gè)齒輪和兩根連桿。機(jī)械裝置的轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)子同軸安裝，可與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤上開有可讓滑塊直線運(yùn)動(dòng)的滑槽和齒輪自旋轉(zhuǎn)的連桿槽，圓柱形永磁體通過采用非導(dǎo)磁材料的連桿與齒輪相連。該電機(jī)整體結(jié)構(gòu)可靠，不需要外加的控制，可以利用機(jī)械裝置中滑塊和齒輪的嚙合運(yùn)動(dòng)，根據(jù)轉(zhuǎn)速將滑塊的徑向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為齒輪和永磁體的自旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)磁通調(diào)節(jié)。

圖1 MVLF-PM電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.1 Topology of the MVLF-PM motor

1.2 工作原理

轉(zhuǎn)盤和滑塊設(shè)為理想狀態(tài)，滑塊與轉(zhuǎn)盤之間和齒輪與轉(zhuǎn)盤之間的摩擦力是忽略不計(jì)的。為了簡(jiǎn)化，只考慮低速和高速兩種特殊狀態(tài)，設(shè)定基速（750 r/min）為低速和高速的分界點(diǎn)?；瑝K所受到的離心力與速度之間的關(guān)系為

式中：m為滑塊的質(zhì)量；R0為滑塊的質(zhì)心到轉(zhuǎn)盤中心的距離；Fc為滑塊所受到的離心力；n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

在不同速度下滑塊與齒輪的位置如圖2所示。在低速下，滑塊所受到的離心力小于彈簧施加給滑塊的彈力，滑塊與齒輪不接觸，滑塊對(duì)齒輪沒有切向推動(dòng)力，齒輪和圓柱形永磁體不旋轉(zhuǎn)，如圖2a所示。在高速下，如式（1）所示，離心力與速度成正比增大，滑塊所受到的離心力大于彈簧施加給滑塊的彈力，滑塊沿著滑槽向前直線運(yùn)動(dòng)，滑塊與齒輪嚙合后推動(dòng)齒輪自旋轉(zhuǎn)，齒輪通過連桿帶動(dòng)永磁體同步旋轉(zhuǎn)，其中左邊永磁體以逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，右邊永磁體以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，如圖2b中箭頭所示。當(dāng)電機(jī)達(dá)到一定速度開始減速時(shí)，滑塊所受到的離心力小于彈簧施加給滑塊的彈力，滑塊開始往回運(yùn)動(dòng)，最后返回到初始位置。

圖2 不同速度下滑塊和齒輪的位置Fig.2 The positions of sliding block and gears under different speeds

永磁體自旋轉(zhuǎn)會(huì)改變永磁體的磁化方向，將永磁體磁化方向相對(duì)定子d軸的角度定義為β，即永磁體的旋轉(zhuǎn)角度，如圖3所示。本文分析的兩種特殊狀態(tài)“最小漏磁”、“最大漏磁”分別指的是β=0°和β=60°，分別對(duì)應(yīng)于圖2a和圖2b兩種狀態(tài)。

圖3 永磁體的磁化方向Fig.3 Magnetization direction of PMs

1.3 電機(jī)數(shù)學(xué)模型

傳統(tǒng)內(nèi)置式永磁電機(jī)在d-q軸坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)方程通常表達(dá)如下：

式中：id，iq分別為d，q軸等效電流；Ψd，Ψq分別為d，q軸磁鏈；Ψpm為永磁磁鏈；R1為等效電阻；ω為轉(zhuǎn)子電角速度；ud，uq分別為電機(jī)d，q軸電壓。

然而，MVLF-PM電機(jī)的Ψd和Ψq不僅受id和iq的影響，而且還受永磁體的自旋轉(zhuǎn)角度β的影響。因此，Ψd和Ψq必須表示成與id，iq，β的關(guān)系式：

式（4）中d，q軸磁鏈對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)可以寫成：

電機(jī)在電機(jī)弱磁區(qū)域往往處于高轉(zhuǎn)速運(yùn)行區(qū)間，因此可以忽略定子電阻壓降。則式（2）可以表示為

電磁轉(zhuǎn)矩Tem可以表示為

式中：p為極對(duì)數(shù)。

2 MVLF-PM電機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真分析

利用ADAMS軟件對(duì)機(jī)械裝置進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，可以確定滑塊在不同轉(zhuǎn)速下的位移、彈簧的形變長(zhǎng)度和齒輪的自旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系，從而進(jìn)一步分析電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)隨著永磁體旋轉(zhuǎn)角度變化的關(guān)系。由于機(jī)械裝置上的8個(gè)弱磁單元是等效的，為了簡(jiǎn)化模型，構(gòu)建了1個(gè)弱磁單元的3D虛擬樣機(jī)模型，如圖4所示。

圖4 機(jī)械裝置的虛擬樣機(jī)模型Fig.4 The virtual prototype model of mechanical device

根據(jù)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況，對(duì)機(jī)械裝置的各部件設(shè)置合理的驅(qū)動(dòng)，在轉(zhuǎn)盤上施加變速驅(qū)動(dòng)，速度與時(shí)間的關(guān)系如圖5所示。在0～1 s內(nèi)以加速度6 000°/s2速度從0 r/min加速到1 000 r/min，在1～2 s內(nèi)以-6 000°/s2從1 000 r/min減速到0 r/min，在1 s時(shí)獲得最大速度。

圖5 速度與時(shí)間的關(guān)系Fig.5 The relationship between speed and time

彈簧的形變長(zhǎng)度、永磁體旋轉(zhuǎn)角度與時(shí)間的關(guān)系如圖6所示。在高速下，滑塊的離心運(yùn)動(dòng)推動(dòng)齒輪自旋轉(zhuǎn)，永磁體通過連桿與齒輪同步旋轉(zhuǎn)，因此永磁體的旋轉(zhuǎn)角度等于齒輪的旋轉(zhuǎn)角度。在低速下（t＜0.75 s），彈簧形變長(zhǎng)度隨速度的增加而變大，此時(shí)滑塊未與齒輪嚙合，永磁體旋轉(zhuǎn)角度β=0°。在高速下（0.75 s＜t＜1 s），彈簧繼續(xù)被拉長(zhǎng)，當(dāng)彈簧形變長(zhǎng)度大于7.7 mm，滑塊與齒輪嚙合，推動(dòng)齒輪和永磁體開始旋轉(zhuǎn)，永磁體旋轉(zhuǎn)角度隨著速度的增加而增大。機(jī)械裝置中滑槽的總長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為50 mm，滑塊的長(zhǎng)度為25 mm。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在最大速度（t=1 s）時(shí)，彈簧的形變長(zhǎng)度達(dá)到最大值15.27 mm，表明此時(shí)滑塊未達(dá)到滑槽的底部，這可以有效避免滑塊與滑槽底部的剛性碰撞，保證了機(jī)械裝置的可靠運(yùn)行。彈簧的形變長(zhǎng)度達(dá)到最大時(shí)，對(duì)應(yīng)于最大的永磁體旋轉(zhuǎn)角度β=60°。1～2 s時(shí)電機(jī)開始減速，離心力減小，彈簧形變長(zhǎng)度減小，滑塊開始往回運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電機(jī)速度減速到0 r/min時(shí)，彈簧恢復(fù)到初始位置，滑塊也返回到初始位置。由圖6表明，MVLF-PM電機(jī)可以根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化來使永磁體旋轉(zhuǎn)不同的角度，理論分析與仿真結(jié)果一致。

圖6 彈簧形變長(zhǎng)度、永磁體旋轉(zhuǎn)角度與時(shí)間的關(guān)系Fig.6 The relationship between deformation length of spring，rotation angle of PMs and time

3 MVLF-PM電機(jī)電磁性能分析與比較

3.1 磁場(chǎng)分布

MVLF-PM電機(jī)在β=0°和β=60°下的空載磁場(chǎng)分布如圖7所示。在β=0°時(shí)，與電樞繞組匝鏈的永磁磁鏈最大，漏磁通很少，此時(shí)MVLF-PM電機(jī)的氣隙磁通密度最大。在低速狀態(tài)下MVLF-PM電機(jī)相當(dāng)于傳統(tǒng)D-PM電機(jī)能獲得較高的輸出轉(zhuǎn)矩。在β=60°時(shí)，與電樞繞組匝鏈的永磁磁鏈最小，由永磁體相鄰兩極之間及兩側(cè)磁橋形成的漏磁通遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)D-PM電機(jī)，此時(shí)MVLF-PM電機(jī)的氣隙磁通密度最小。從圖7可以看出，在高速狀態(tài)下，MVLF-PM電機(jī)可以使永磁體自旋轉(zhuǎn)不同的角度來調(diào)節(jié)漏磁通的大小，從而有效減小電機(jī)的氣隙磁通密度，實(shí)現(xiàn)弱磁運(yùn)行的目的。

圖7 不同永磁體旋轉(zhuǎn)角度下的磁場(chǎng)分布Fig.7 MagneticfluxdistributionunderdifferentrotationangleofPMs

3.2 弱磁能力和調(diào)速范圍分析與比較

當(dāng)電動(dòng)機(jī)端電壓和電流達(dá)到最大值，電流全部為負(fù)d軸電流分量，并且忽略定子電阻的影響時(shí)，電動(dòng)機(jī)可以達(dá)到的理想最高轉(zhuǎn)速為

式中：Umax，Imax分別為最大相電壓和相電流；Ld，Ψm分別為d軸電感和永磁磁鏈。

由式（8）可知，如果電壓極限值相同，則影響弱磁能力的因素主要為永磁磁鏈和d軸電感。

為進(jìn)一步分析MVLF-PM電機(jī)的弱磁能力，定義弱磁系數(shù)Kfw的表達(dá)式如下：

由式（9）可知，電機(jī)在高速下運(yùn)行時(shí)，較小的Ψm和較大的Ld有利于提高弱磁能力。當(dāng)Kfw盡可能接近于1時(shí)，電機(jī)能獲得最寬的調(diào)速范圍。

為了驗(yàn)證MVLF-PM電機(jī)的弱磁性能，與傳統(tǒng)D-PM電機(jī)結(jié)構(gòu)（如圖8所示）進(jìn)行比較，其中MVLFPM和傳統(tǒng)D-PM電機(jī)采用相同的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)尺寸和繞組類型，且永磁體總耗量幾乎相同。

圖8 傳統(tǒng)D-PM電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.8 The topology of conventional D-PM motor

運(yùn)用有限元仿真可得到傳統(tǒng)D-PM電機(jī)和MVLF-PM電機(jī)的弱磁能力參數(shù)如表1所示。可以看出，在各種工作狀態(tài)下傳統(tǒng)D-PM電機(jī)的Kfw都小于MVLF-PM電機(jī)。在MVLF-PM電機(jī)中，隨著β增大，漏磁通不斷增大，Ψm數(shù)值不斷減小。當(dāng)β=60°時(shí)，Ψm獲得最小值，Ψm相比于β=0°時(shí)減少了70%，此時(shí)的Kfw最大且最接近于1，說明MVLF-PM電機(jī)在β=60°時(shí)可以獲得較寬的調(diào)速范圍。

表1 傳統(tǒng)D-PM電機(jī)和MVLF-PM電機(jī)的弱磁能力參數(shù)比較Tab.1 Comparion is the flux-weakening ability parameters of the conventional D-PM motor and MVLF-PM motor

兩臺(tái)電機(jī)均采用最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制，在Imax=24 A，Urms=38 V下的轉(zhuǎn)矩—速度曲線和功率—速度曲線如圖9所示。由圖9a可見MVLF-PM電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩略低于傳統(tǒng)D-PM電機(jī)，主要是由于MVLF-PM電機(jī)相對(duì)傳統(tǒng)D-PM電機(jī)存在較大的漏磁通。MVLF-PM電機(jī)在β=60°時(shí)的最大速度可以達(dá)到10 000 r/min，速度范圍約為傳統(tǒng)D-PM電機(jī)的10倍，從而驗(yàn)證了MVLF-PM電機(jī)可以通過永磁體旋轉(zhuǎn)一定的角度有效拓寬電機(jī)的調(diào)速范圍。由圖9b可見，傳統(tǒng)D-PM電機(jī)在基速以上輸出功率持續(xù)下降，電機(jī)無法保持恒功率運(yùn)行，而MVLF-PM電機(jī)在一定速度區(qū)間內(nèi)具有相對(duì)較寬的恒功率運(yùn)行范圍。

圖9 傳統(tǒng)D-PM電機(jī)和MVLF-PM電機(jī)的性能比較Fig.9 Performance comparisons of the conventional D-PM motor and MVLF-PM motor

3.3 轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度分析與比較

為了減小漏磁通，在恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時(shí)能獲得較高的輸出轉(zhuǎn)矩，MVLF-PM電機(jī)和傳統(tǒng)D-PM電機(jī)的轉(zhuǎn)子隔磁橋處設(shè)計(jì)較薄，為避免轉(zhuǎn)子隔磁橋處在最高轉(zhuǎn)速下發(fā)生變形和斷裂，運(yùn)用ANSYS Workbench軟件對(duì)兩臺(tái)電機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證。

在轉(zhuǎn)子溫度設(shè)為環(huán)境溫度22℃、轉(zhuǎn)速為10 000 r/min下，得到兩臺(tái)電機(jī)的機(jī)械應(yīng)力分布如圖10所示，D-PM電機(jī)的最大應(yīng)力出現(xiàn)在中間隔磁橋的位置，數(shù)值為37.6 MPa，而MVLF-PM電機(jī)的最大應(yīng)力出現(xiàn)在靠近轉(zhuǎn)軸的位置，數(shù)值為18.9 MPa。兩臺(tái)電機(jī)的機(jī)械應(yīng)力與轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系如圖11所示，可以看到，兩臺(tái)電機(jī)的機(jī)械應(yīng)力都隨著速度的增加而顯著增大，但MVLF-PM電機(jī)的最大應(yīng)力總是小于傳統(tǒng)D-PM電機(jī)，且MVLF-PM電機(jī)的最大應(yīng)力比傳統(tǒng)D-PM電機(jī)減小了49.7%。

圖10 傳統(tǒng)D-PM電機(jī)和MVLF-PM電機(jī)的應(yīng)力云圖Fig.10 Stress nephogram of the conventional D-PM motor and MVLF-PM motor

圖11 傳統(tǒng)D-PM電機(jī)和MVLF-PM電機(jī)的轉(zhuǎn)子最大應(yīng)力隨轉(zhuǎn)速的變化曲線Fig.11 Maximum stress curves of the rotor change with the speed of the conventional D-PM motor and MVLF-PM motor

除此之外，得到兩臺(tái)電機(jī)在10 000 r/min下的變形云圖如圖12所示，可以看到，兩臺(tái)電機(jī)的最大變形區(qū)均出現(xiàn)在靠近轉(zhuǎn)子鐵心邊緣的隔磁橋位置，傳統(tǒng)D-PM電機(jī)的最大變形點(diǎn)為1.15 μm，而MVLF-PM電機(jī)的最大變形點(diǎn)為1.05 μm。如圖13所示，兩臺(tái)電機(jī)的最大變形都隨著轉(zhuǎn)速的增加而劇烈增大，相比于傳統(tǒng)D-PM電機(jī)，MVLF-PM電機(jī)的最大變形量減小了8.7%。以上仿真結(jié)果表明，兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心均能承受在最高轉(zhuǎn)速10 000 r/min下所受離心力產(chǎn)生的最大應(yīng)力，都不會(huì)產(chǎn)生塑性變形，但MVLF-PM電機(jī)比傳統(tǒng)D-PM電機(jī)具有更好的機(jī)械強(qiáng)度，更適合在電動(dòng)汽車復(fù)雜的運(yùn)行工況下高速運(yùn)行。

圖12 傳統(tǒng)D-PM電機(jī)和MVLF-PM電機(jī)的變形云圖Fig.12 Deformation nephogram of the conventional D-PM motor and MVLF-PM motor

圖13 傳統(tǒng)D-PM電機(jī)和MVLF-PM電機(jī)的最大變形隨轉(zhuǎn)速的變化曲線Fig.13 Maximum deformation curves change with the speed of the conventional D-PM motor and MVLF-PM motor

4 MVLF-PM電機(jī)樣機(jī)性能測(cè)試

為了驗(yàn)證上述理論分析與有限元仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，制作了一臺(tái)1 kW的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)并進(jìn)行測(cè)試，樣機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：額定功率1 kW，定子槽數(shù)/轉(zhuǎn)子極數(shù)為36/8，額定轉(zhuǎn)速750 r/min，額定轉(zhuǎn)矩12.73 N.m，定子外徑/內(nèi)徑為255/161.9 mm，轉(zhuǎn)子外徑/內(nèi)徑為160.4/110.64 mm，每槽導(dǎo)體數(shù)12。其中轉(zhuǎn)子硅鋼片、機(jī)械裝置、裝配的轉(zhuǎn)子部件如圖14所示。

圖14 樣機(jī)轉(zhuǎn)子部件Fig.14 Rotor components of prototype

當(dāng)轉(zhuǎn)速為750 r/min和890 r/min（即β=0°和β=30°）時(shí)，MVLF-PM電機(jī)的空載反電勢(shì)仿真值與實(shí)驗(yàn)值比較如圖15所示。由圖15a可見，MVLF-PM電機(jī)的空載反電勢(shì)實(shí)驗(yàn)值略小于仿真值，這主要是因?yàn)樵谟邢拊抡嬷泻雎粤舜艌?chǎng)的渦流效應(yīng)以及電機(jī)制造工藝的限制。由圖15b可見，β=30°相比于β=0°時(shí)反電勢(shì)幅值顯著減小，說明MVLF-PM電機(jī)的弱磁能力隨著β的增大而不斷增強(qiáng)。

圖15 不同速度下MVLF-PM電機(jī)的實(shí)驗(yàn)值與仿真值比較Fig.15 Comparation of experimental and simulation values of the MVLF-PM motor at different speeds

MVLF-PM電機(jī)在有無機(jī)械弱磁時(shí)的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性測(cè)試如圖16所示。可以看到，MVLFPM電機(jī)在無機(jī)械弱磁時(shí)的調(diào)速范圍很窄，而在有機(jī)械弱磁（β=30°）時(shí)的調(diào)速范圍可達(dá)無機(jī)械弱磁（β=0°）時(shí)的2倍，說明通過使機(jī)械裝置上的永磁體旋轉(zhuǎn)一定的角度可明顯拓寬其調(diào)速范圍，驗(yàn)證了MVLF-PM電機(jī)弱磁擴(kuò)速的可行性。

圖16 MVLF-PM電機(jī)有無機(jī)械弱磁時(shí)的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性測(cè)試Fig.16 Torque—speed characteristic test of the MVLF-PM motor with and without mechanical flux-weakening

5 結(jié)論

本文提出了一種新型MVLF-PM電機(jī)，該電機(jī)一側(cè)帶有機(jī)械裝置的特殊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)速度使永磁體旋轉(zhuǎn)不同的角度來自動(dòng)調(diào)節(jié)漏磁通的大小，實(shí)現(xiàn)弱磁擴(kuò)速的目的。主要結(jié)論如下：

1）分析了該電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，利用ADAMS軟件探究了電機(jī)的機(jī)械-電磁耦合特性，確定了永磁體旋轉(zhuǎn)角度與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。

2）對(duì)MVLF-PM電機(jī)與傳統(tǒng)D-PM電機(jī)的弱磁調(diào)速特性以及機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行了仿真分析，表明MVLF-PM電機(jī)在β=60°時(shí)的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)傳統(tǒng)D-PM電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的近10倍，且MVLF-PM電機(jī)具有更好的機(jī)械強(qiáng)度，適合在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)領(lǐng)域高速運(yùn)行。

3）制造了一臺(tái)1 kW樣機(jī)并進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，結(jié)果表明MVLF-PM電機(jī)具有較好弱磁性能和寬調(diào)速范圍的特點(diǎn)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的有效性和可行性。