一种电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机及其方法技术

本发明专利技术公开了一种电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机及其方法，包括定子及转子，所述转子由偶数段相同的转子沿轴向拼接而成，每段转子具有p个交错分布的肋部，相邻两段转子的肋部交错360/2p度，每段转子的肋部呈现同一极性，相邻两段转子的肋部呈现相反的极性，肋部与转子轭部连接，相邻两段转子通过转子连接轴连接，永磁体产生的磁通一部分通过气隙进入到定子形成主磁通，另一部分通过相邻两段转子的肋部、转子轭部以及转子连接轴形成闭合磁路，转子连接轴上安放有励磁绕组，通过改变励磁绕组的电流来调节经过闭合磁路的磁通量，实现调节电机的气隙主磁通，从而实现混合励磁功能，拓宽了电机的经济运行范围。

A multi stage spoke spokes permanent magnet synchronous motor for electric vehicle and its method

The invention discloses a multi-stage spoke staggered rotor permanent magnet synchronous motor for electric vehicles and its method, including a stator and a rotor. The rotor is composed of even-segment identical rotors joined along the axial direction. Each rotor has p staggered ribs, and the ribs of adjacent two-segment rotors are staggered 360/2p degrees. The ribs of each rotor are presented as ribs. At the same polarity, the ribs of the two adjacent rotors show opposite polarity. The ribs are connected with the yoke of the rotor. The two adjacent rotors are connected through the rotor connecting shaft. The flux produced by the permanent magnet enters the stator through air gap to form the main flux, and the other part passes through the ribs, yoke of the two adjacent rotors and the rotor. The connecting shaft forms a closed magnetic circuit, and an excitation winding is arranged on the rotor connecting shaft. The flux through the closed magnetic circuit is adjusted by changing the current of the excitation winding, and the main air gap flux is adjusted. Thus the hybrid excitation function is realized and the economic operation range of the motor is broadened.

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机及其方法
本专利技术涉及一种永磁同步电机，具体涉及一种电动汽车用多段轮辐式交错型永磁转子永磁同步驱动电机及其方法。
技术介绍
近年来，随着永磁材料耐高温性能的提高与价格的降低，永磁电机在国防、工业、农业与日常生活中得到了广泛的应用，正在向大功率化，高功能化和微型化方向发展，永磁电机的品种和应用领域不断扩大。目前永磁电动机的功率从几毫瓦到几千千瓦，应用范围从小到玩具电机，大到舰船牵引用到的大型永磁电机，在国民经济、日常生活、军事工业、航空航天的各个方面得到了广泛的应用。主要应用如下：(1)家用电器：包括电视音像设备、风扇、空调外挂机、食品加工机、油烟机等。(2)计算机及其外围设备：包括计算机(驱动器、风扇等)、打印机、绘图仪、光驱、光盘刻录机、扫描仪等。(3)工业生产：包括工业驱动装置、材料加工系统、自动化设备、机器人、传动系统等。(4)汽车行业：包括永磁起动机、雨刮器电机、门锁电机、座椅升降电机、遮阳顶棚电机、清洗泵电机、录音机用电机、玻璃升降电机、散热器冷却风扇电机、空调电机、天线升降电机、油泵电机、后视镜调节等。(5)公共生活领域：包括钟表、美容机械、自动售货机、自动取款机、点钞机等。(6)交通运输领域：包括电车、飞机辅助设备、舰船等。(7)航天领域：包括火箭、卫星、宇宙飞船、航天飞机等。(8)国防领域：包括坦克、导弹、潜艇、飞机等。(9)医疗领域：包括牙钻、人工心脏、医疗器械等。(10)发电领域：包括风力发电、余热发电、小型水力发电、小型内燃发电机组用发电机，以及大型发电机的副励磁机等。(11)新型纯电动汽车领域：在当今环保和能源问题备受关注的大趋势下，为解决传统汽车污染环境和使用不可再生能源的缺点，电动汽车呈现加速发展的趋势；同时电动汽车容易实现智能化，有助于改进和提高车辆的安全和使用性能。电动汽车对其驱动系统具有转矩控制能力好，转矩密度高，运行可靠，调速范围大等要求，因此，研究并开发出高水平的电动汽车驱动电机具有重要的意义。常规永磁电动机通常分为以下4类：永磁直流电动机、异步启动永磁同步电动机、永磁无刷直流电动机和调速永磁同步电动机。永磁直流电动机与普通直流电动机在结构上的不同在于前者取消了励磁绕组和磁极铁心，并用永磁磁极取代，具有结构简单、可靠性高、效率高、体积小、重量轻等特点、大多数的永磁直流电动机是微型电动机，在电动玩具、家用电器、汽车工业中得到了广泛应用，其中在汽车工业中的应用发展最快。无刷直流电机和调速永磁同步电机结构上基本相同，定子上为多相绕组，转子上为永磁体，它们的主要区别是无刷直流电机根据转子位置信息实现自同步。它们的优点在于：取消了电刷换向器，可靠性提高；损耗主要由定子产生，散热条件好；体积小，重量轻。异步启动永磁同步电动机与调速永磁同步电动机结构上的区别是：前者转子上有起动绕组或具有起动作用的整体铁心，能自起动，无需控制系统即可在电网上运行。调速永磁同步电机根据转子上的永磁体安放方式的不同，可以分为表面式转子结构和内置式转子结构两种：表面式转子结构中，永磁体被加工成弧形，直接固定在转子的外表面，永磁体直接面向电机气隙，永磁体产生的磁通直接经过气隙进入定子形成有效磁通；与内置式转子结构相比，表面式转子结构中的永磁体由于直接安放在转子表面，永磁体需要加工成与转子和气隙相匹配的弧形形状以保证形成均匀气隙，由于永磁材料易碎的特性，其精确加工较为复杂，对加工工艺要求较高，成本高。此外，由于永磁体直接安放在转子表面，电机运行时，由于离心力的作用，要求永磁体外部必须缠绕无纬带绑扎固定，避免转子高速旋转时永磁体发生脱落损坏；由于永磁体的气隙磁密与永磁体的宽度成正比关系，因此当永磁体的宽度确定时，电机空载气隙磁密随之确定，实际进行设计时，电机永磁体宽度受到空载气隙磁密的制约；由于永磁体直接面向电机气隙，当电机需要进行弱磁扩速控制即采用id不等于0控制时，电枢绕组产生的磁通会直接穿过永磁体，永磁体面临不可逆退磁的风险；由于永磁材料的磁导率与空气很接近，表面式转子结构中d轴和q轴的电抗相等，电机运行时仅靠永磁磁场和电枢磁场相互作用产生转矩，不能产生磁阻转矩，电机的转矩密度和功率密度与内置式转子结构相比较低；表面式转子结构不能在转子外侧放置起动鼠笼，电机不能实现自起动。内置式转子结构中，永磁体按照一定的要求嵌入到转子铁芯当中，永磁体在铁心中产生磁通，内置式转子结构中永磁体的嵌入形式多样，永磁体能够根据不同的要求进行串并联组合实现聚磁效应，满足实际性能需要；与表面式转子结构相比，内置式转子结构中的永磁体不是直接安放于转子表面，而是通过一定的形式嵌入到转子铁芯当中，永磁体不直接面向电机气隙，永磁体依靠转子中的永磁体槽进行固定，无需无纬带捆绑固定，转子机械结构整体性好，电机高速旋转时可靠性高；永磁体可以通过相互之间串联和并联的灵活组合实现聚磁效应，能够得到比表面式转子结构大得多的气隙磁密，电机功率密度和转矩密度高于表面式转子结构；电机极弧系数和气隙磁密没有直接关系，在设计时可以分别独立进行设置；过载条件下，由于永磁体不直接面对气隙，可以降低退磁的风险。现有永磁同步电机存在如下技术缺点：1、永磁同步电机的永磁体固定，永磁体确定后电机的主磁通便已确定，励磁方式单一，不方便对电机的每极磁通进行控制，恒功率运行范围窄，调速范围不够宽泛。2、按照弱磁时d轴磁通经过的路径不同，现有内置式转子结构的永磁同步电机可以分为两类，其中一类，当进行弱磁控制时，电枢绕组产生的d轴磁通会穿过电机的永磁体，引起永磁体不可逆退磁，另外一类，当进行弱磁控制时，电枢绕组产生的d轴磁通不经过永磁体闭合，但d轴电流产生的磁场强迫更多的转子磁通通过电机的端部和端盖闭合，显著增大了电机的漏磁通，而且由于电机端部磁阻通常比气隙磁阻大得多，因此，弱磁所需要的d轴电流较大，显著增加了电机功率逆变器的成本和绕组铜耗。3、现有的永磁同步电机进行弱磁调速时，调速系统中仍采用矢量控制的居多，通常是通过控制器对定子电枢电流进行控制，没有从结构上对电机的弱磁调节进行改变，电机的弱磁性能可能不理想，需要的控制器成本和控制难度增加。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种电动汽车用多段轮辐式交错型永磁转子永磁同步驱动电机及其方法，本专利技术电机的转子由多段转子拼接而成，每段转子在轭部具有p个肋部结构均匀分布，p为电机的极对数，相邻的两段转子的肋部形成一定的交错角度，交错的度数与极数有关，为360/2p度，相邻的两段转子的肋部呈现相反的磁极性，使永磁体产生的部分磁通可以在交错的肋部结构上通过并形成闭合磁路，每一段转子的肋部均与转子轭部相连，每段转子的轭部均通过一根转子连接轴连接在一起，转子连接轴上安放有励磁绕组，通过转子连接轴上安放的励磁绕组电流的大小和方向，调节经过电机肋部的磁通量，从而可以控制电机的每极磁通，实现电机的混合励磁。本专利技术所采用的技术方案是：一种电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，包括定子和至少四段同心放置的转子，转子分别内置在定子中且与定子同轴放置，相邻两段转子之间通过转子连接轴连接在一起，每段转子包括转子轭部和多个均匀分布且间隔磁极设置的肋部，每段转子的肋部与转子轭部相连；相邻两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，其特征是，包括定子和至少四段同心放置的转子，转子内置在定子中且与定子同轴放置，相邻两段转子之间通过转子连接轴连接在一起，每段转子包括转子轭部和多个均匀分布且间隔磁极设置的肋部，每段转子的肋部与转子轭部相连；相邻两段转子的肋部形成一定的交错角度，每段转子内设置有永磁体，永磁体产生的磁通一部分通过相邻两段转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路；每个转子连接轴上分别安放有励磁绕组，通过改变每个转子连接轴上的励磁绕组电流，调节通过每个闭合磁路的磁通量，从而控制电机的每极磁通，实现电机的混合励磁。

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，其特征是，包括定子和至少四段同心放置的转子，转子内置在定子中且与定子同轴放置，相邻两段转子之间通过转子连接轴连接在一起，每段转子包括转子轭部和多个均匀分布且间隔磁极设置的肋部，每段转子的肋部与转子轭部相连；相邻两段转子的肋部形成一定的交错角度，每段转子内设置有永磁体，永磁体产生的磁通一部分通过相邻两段转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路；每个转子连接轴上分别安放有励磁绕组，通过改变每个转子连接轴上的励磁绕组电流，调节通过每个闭合磁路的磁通量，从而控制电机的每极磁通，实现电机的混合励磁。2.根据权利要求1所述的电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，其特征是，每段转子上相邻两个肋部之间夹角为360/p度；相邻两个转子的肋部的交错角度为360/2p度，p为电机的极对数；每段转子的肋部的数量与电机的极对数相同，每段转子的肋部具有相同的磁极性，相邻两段转子的肋部具有相反的磁极性。3.根据权利要求1所述的电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，其特征是，所述定子由硅钢片叠压而成，所述定子包括定子槽、定子齿和定子轭部，所述定子槽内安放有电枢绕组。4.根据权利要求3所述的电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，其特征是，所述电枢绕组可为单层绕组或为双层绕组，电枢绕组产生磁场的极数与转子磁极极数相同；电机相数m≥3，极对数p≥1。5.根据权利要求1所述的电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，其特征是，每段转子上分别设有多个转子槽，转子槽的数量为电机的极对数的两倍，转子槽内安放有永磁体，所述永磁体通过串并联组合实现“聚磁效应”，在转子上产生径向磁极；所述径向磁极面向电机的定子，定子与转子之间设有气隙，永磁体产生的磁通一部分通过由相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路，另一部分通过径向磁极经过气隙进入定子铁芯与电枢绕组交链形成主磁通。6.根据权利要求5所述的电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王道涵，王秀和，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37