黄声华  童  怀  葛永强  （华中理工大学武汉430074）

    【摘  要】提出了一种环形绕组盘式永磁电机弱磁控制新方法，该方法采用附加直流绕组产生定子附加磁通的手段降低定子铁心的导磁率增加定子磁压降，达到削弱气隙主磁通的目的。采用文中提出的弱磁方法不会使气隙主磁通波形发生畸变，控制简单，弱磁效果明显。

    【叙  词】环形绕组永磁电机弱磁控制

    轴向磁场环形绕组盘式永磁电机（简称盘式永磁电机）是一种结构新颖的高效电机，它既可作发电机运行，也可作电动机运行。电机的结构由两片装有永磁磁极的外转子和一个带有三相环形绕组的内定子组成，配以电子换向开关即可构成性能优良的无刷直流电动机系统。盘式永磁电机除了具有传统永磁电机的优点外，还具有低速转矩大、效率高、结构简单、轴向尺寸短，便于直接与驱动机械装配成整体等优点，是一种很有发展前途的新型电机。

    但是，与传统永磁电机类似，盘式永磁电机也存在弱磁困难这一弱点。这是因为此类电机的永磁体较顽力强，并有较大的等效气隙，一般的电枢反应磁通很难明显削弱永磁体产生的主磁通。采用特殊结构设计的永磁电机虽然可以达到有效弱磁目的，但又存在控制复杂气隙磁逋波形易畸变、可能造成永磁体****去磁危险等弊端[2 3]。

    作者利用环形绕组盘式永磁电机磁场分布的特殊性，在盘式定子铁心上增加一个直流绕组，控制直流绕组中的电流，即可改变定子铁心的导磁率，进而调节定子磁路磁压降，达到削弱气隙主磁通的目的，采用这种弱磁方法不会对永磁体产生去磁作用，也不会对原气隙主磁通波形产生明显的畸变。由于这种弱磁控制已完全独立于电枢电流的控制，因此不仅可以用于电动机运行状态时的弱磁扩速功能，还可以实现发电机运行状态的电压调节功能。

      在图1所示电机结构图中，定子由硅钢带卷绕成的盘状铁心及其上缠绕的环形三相绕组构成（见图2）。图中仅画出部分三相绕组。如果定子在铁心上均布缠绕一套直流绕组no通以大小可控的直流电流i0，即可在定子铁心中产生一个附加闭合磁通。。增加直流电流值，也即增加磁通，使定子铁心饱和程度增加，从而改变定子铁心的导磁率。为了清晰起见，图2中直流绕组n。画成局部集中绕组，其效果与均布直流绕组相同，但均布绕组便于电机结构设计。

       图3可进一步说明附加直流绕组实现弱磁控制的原理。图中带箭头实线是永磁体产生的交变主磁通西，带箭头虚线是直流绕组产生的附加单向磁通。在一部分定子磁路中西。与西迭加，使这部分磁路饱和度增加，铁心导磁率下降。在另一部分定子磁路。相减，但由于电机设计使定子铁心仅含主体磁通西时工作在临界饱和状态。所以相减后，铁心导磁率变化很小，最后的综合效果仍是铁心导磁率。随附加单向磁通。增加而明显下降，导磁率下降，使得定子铁心磁压降增加，从而使主磁通垂下降达到弱磁的效果。

     由于铁质材料的剩磁效应，当直流绕组中电流下降到零时，定子铁心仍存在一定的剩磁，其铁心导磁率。无法逐原到初始状态。为此，采取了两种解决办法，一是定子铁心开一个小气隙槽（见图4）。由于气隙的存在，定子铁心上的直流绕组产生的磁通将经过该气隙，其去磁效应被削弱，直流绕组中的电流可以采用单极性控制，具体控制电路见图5该方案的优点是控制电路简单、成本低，但定子铁心开气隙槽势必增加定子铁心加工的困难，而且会影响弱磁效果。

      另一方案是采用双极性电流控制，控制电路见图6。当需要弱磁控制时，控制直流绕组电流为正，当不需要弱磁控制时，根据铁磁材料的特性，应将直流绕组电流控制为负，使定子铁心的导磁率还原为初始