一种电动汽车用混合磁路永磁同步电机及其驱动方法技术

本公开提供了一种电动汽车用混合磁路永磁同步电机及其驱动方法，包括径向定子、轴向绕组、径向绕组及实心转子，所述同轴连接的两段转子内置在两个径向定子中且与径向定子同轴放置，轴向绕组同心放置在两段转子中部且将转子沿轴向均分为二，永磁体放置在转子内以产生径向磁极和轴向磁极，永磁体产生的磁通一部分通过径向磁极进入径向定子后，与径向电枢绕组交链形成径向主磁通；另一部分通过轴向磁极与轴向电枢绕组交链形成轴向主磁通并最终回到另一侧转子的永磁体中，所述径向主磁通与轴向主磁通并联；本公开削弱了电机端部漏磁效应，提高了材料利用率，提高了功率密度，且能够灵活地实现增磁运行和弱磁扩速运行，拓宽了电机的经济运行范围。机的经济运行范围。机的经济运行范围。

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车用混合磁路永磁同步电机及其驱动方法


[0001]本公开属于永磁同步电机
，具体涉及一种电动汽车用混合磁路永磁同步电机及其驱动方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]永磁电动机通常分为永磁直流电机、异步启动永磁同步电机、永磁无刷直流电机和调速永磁同步电机四类。永磁直流电动机与普通的直流电动机结构上的不同在于前者取消了励磁绕组和磁极铁芯，代之以永磁磁极，具有结构简单、可靠性高、效率高、体积小、重量轻的特点。无刷直流电机和调速永磁同步电机结构上基本相同，其定子上为多相绕组，转子上有永磁体，他们的区别主要在于无刷直流电机可以根据转子的位置信息实现自同步。异步启动永磁同步电机与调速永磁同步电机结构上的区别主要是前者拥有启动绕组或者拥有自启动作用的整体铁芯，能够实现自启动，无需控制系统即可直接接入电网运行。随着永磁材料耐高温性能的提高和成本价格的降低，永磁电机在国防、工农业生产和日常生活等领域都得到了更为广泛的应用，同时其也向着大功率化、高性能化和微型化的方向发展。目前永磁电机的功率范围可以从几毫瓦到几兆瓦，应用范围可以从玩具电机、工业驱动到舰船牵引，近年来，电动汽车技术的迅猛发展和市场需求的快速增长，给永磁电动机行业带来了新的发展机遇。相对于传统感应电动机，以永磁同步电动机为主驱动电机的驱动系统可以显著提升电动汽车的整体驱动效率，减轻车载驱动系统重量，增加续航里程，是近年来永磁同步电动机的热门研究方向。
[0004]但是，据专利技术人了解，现有交流永磁同步电机应用于车载主驱动电机时存在如下技术缺点：
[0005]一、由于现有永磁同步电机的永磁体磁动势固定，主磁通不可调，导致电机恒功率运行范围窄，调速范围不够宽广，因此极大程度限制了永磁同步电动机作为电动汽车主驱动电机的应用。
[0006]二、现有永磁同步电机正常运行时，id通常保持为零，只通过q轴电流产生转矩；弱磁运行时id≠0，通过对电枢绕组施加d轴电流，进而实现对转子磁极的去磁作用。绕组的d轴电流由电机的功率逆变器产生，因此在电机进行弱磁控制时，会显著增大电机绕组电流的幅值，同时大大增加功率逆变器的实际工作容量；尤其是当电机需要进行深度弱磁时，为提供足够大的d轴电流，电机的功角将迅速减小，电机电流将很快超过逆变器的功率额定容量。因此，对需要进行弱磁扩速运行的永磁同步电机，通常需要采取额外的措施和方法进行弱磁调节。
[0007]三、现有内置式永磁同步电机转子结构中，转子永磁体通过各种排布组合来实现“聚磁效应”，因此转子铁芯磁极具有很高的磁密和较大的漏磁通。转子漏磁通经过电机转子的端部或者端盖闭合，又由于永磁体产生的总磁通量一定，所以端部漏磁通的存在不但
使电机两个端部磁场分布不均匀，而且降低了电机的有效磁通利用率，从而降低了电机的功率密度和转矩密度。为克服端部漏磁通的影响，实际设计时，电机转子经常采用overhang结构，该结构使转子铁芯轴向长度大于电机定子铁芯轴向长度，但该结构显著增加了电机轴向长度，进而增加了电机的铁芯材料用量和制造成本，而且该结构本质上没有起到抑制端部漏磁通的作用。
[0008]四、按照电机弱磁运行时d轴磁通经过的路径不同，现有内置式永磁电机的转子结构可以分为两类：第一类，进行弱磁控制时，电枢绕组产生的d轴磁通会直接穿过电机的永磁体，因此该结构常会引起永磁体的不可逆退磁；第二类，进行弱磁控制时，电枢绕组产生的d轴磁通不直接穿过永磁体，而是d轴电流产生的励磁磁场强迫更多的转子磁通经过电机的端部和端盖进行闭合，该结构显著增大了电机的漏磁通，同时电机端部磁阻通常比气隙磁阻大得多，因此弱磁所需的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。
[0009]五、现有永磁同步电机的电枢反电动势谐波较大，齿槽转矩问题突出，因此常带来严重的振动和噪声问题。目前通常采用定子斜槽或者转子斜极的方法来改善反电动势谐波并削弱齿槽转矩，但定子斜槽和转子斜极加工工艺较复杂，大大增加了制造成本，而且会一定程度减小电机的平均电磁转矩，降低电机的转矩密度和功率密度。
[0010]在这些情况下，寻求一种端部漏磁小，磁通利用率高，反电动势正弦度好，调磁灵活且所需功率逆变器容量小的交流永磁同步电机对提升电动汽车驱动性能至关重要。

技术实现思路

[0011]本公开为了解决上述问题，提出了一种电动汽车用混合磁路永磁同步电机及其驱动方法，本公开能够充分利用电机永磁体产生的径向磁通和轴向磁通，消除端部漏磁效应，提高电机材料利用率，减轻电机的重量，提高功率密度，能够灵活地实现增磁运行和弱磁扩速运行，拓宽了电机的经济运行范围，对提高电动汽车用驱动电机的性能具有重要意义。
[0012]根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
[0013]一种电动汽车用混合磁路永磁同步电机，包括径向定子、径向绕组、轴向绕组及转子，其中：
[0014]所述径向定子有两个，且为同轴排列，所述转子沿轴向被均分为两段，且分别同心放置在两个径向定子内；
[0015]所述两段转子同轴且相互错开设定电角度进行安置，两段转子间同轴设置有所述轴向绕组，且轴向绕组与各段转子间设有气隙；
[0016]所述两个径向定子槽内均安放有所述径向绕组；
[0017]所述转子内设有若干永磁体，以产生径向磁极和轴向磁极，永磁体产生的磁通一部分通过径向磁极进入径向定子与径向电枢绕组交链后返回转子永磁体中形成径向主磁通，另一部分通过轴向磁极与轴向绕组交链后进入同轴另一段转子的永磁体中，形成轴向主磁通，径向主磁通与轴向主磁通并联；
[0018]所述两个径向定子中，径向绕组产生的旋转磁场与对应转子永磁体产生的磁场相互作用，共同产生转矩；
[0019]通过对径向绕组和轴向绕组施加不同的直轴电流进行动态调节轴向主磁通和径
向主磁通，实现弱磁控制。
[0020]作为可选择的实施方式，所述两段实心转子相互错开360/(2*p)度，p为电机极对数，两段转子之间留有空隙。
[0021]通过上述设置，使得两段转子错开180度电角度，实现一段转子的轴向S极与另一段转子的轴向N极正对，且两段转子之间留有空隙，便于安放轴向绕组。
[0022]作为可选择的实施方式，所述轴向绕组为三相或者多相绕组，可以产生旋转磁场，产生磁场的极数与电机径向磁场的极数相同；
[0023]所述轴向绕组静止不动，且与两侧的转子之间设有气隙。
[0024]作为可选择的实施方式，所述两个径向定子同轴排列，且两个径向定子内各安放有径向绕组，两个径向定子相互错开360/(2*p)度，p为电机极对数，即错开180度电角度；
[0025]作为可选择的实施方式，所述径向定子由硅钢片叠压而成，所述径向定子包括定子槽、定子齿和定子轭部，所述定子槽内安放有径向绕组。
[0026]作为可选择的实施方式，所述转子上有转子槽，转子槽内安放有永磁体，所述永磁体通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车用混合磁路永磁同步电机，其特征是：包括径向定子、径向绕组、轴向绕组及转子，其中：所述径向定子有两个，且为同轴排列，所述转子沿轴向被均分为两段，且分别同心放置在两个径向定子内；所述两段转子同轴且相互错开设定电角度进行安置，两段转子间同轴设置有所述轴向绕组，且轴向绕组与各段转子间设有气隙；所述两个径向定子槽内均安放有所述径向绕组；所述转子内设有若干永磁体，以产生径向磁极和轴向磁极，永磁体产生的磁通一部分通过径向磁极进入径向定子与径向电枢绕组交链后返回转子永磁体中形成径向主磁通，另一部分通过轴向磁极与轴向绕组交链后进入同轴另一段转子的永磁体中，形成轴向主磁通，径向主磁通与轴向主磁通并联；所述两个径向定子中，径向绕组产生的旋转磁场与对应转子永磁体产生的磁场相互作用，共同产生转矩；通过对径向绕组和轴向绕组施加不同的直轴电流进行动态调节轴向主磁通和径向主磁通，实现弱磁控制。2.如权利要求1所述的一种电动汽车用混合磁路永磁同步电机，其特征是：所述两段实心转子相互错开360/(2*p)度，p为电机极对数，两段转子之间留有空隙。3.如权利要求1所述的一种电动汽车用混合磁路永磁同步电机，其特征是：所述轴向绕组为三相或者多相绕组，可以产生旋转磁场，产生磁场的极数与电机径向磁场的极数相同；或，所述轴向绕组静止不动，且与两侧的转子之间设有气隙；或，所述轴向绕组通过树脂材料进行固定，或者采用印制电路板加工而成。4.如权利要求1所述的一种电动汽车用混合磁路永磁同步电机，其特征是：所述两个径向定子同轴排列，且两个径向定子内各安放有径向绕组，两个径向定子相互错开360/(2*p)度，p为电机极对数，即错开180度电角度；或，所述径向电枢绕组和轴向电枢绕组为单层绕组，或，为多层绕组，或，为三相绕组或者多相绕组，径向电枢绕组和轴向电枢绕组产生磁场的极数均和转子磁极极数相等；其中，电机相数m≥3，极对数p≥1。5.如权利要求1所述的一种电动汽车用混合磁路永磁同步电机，其特征是：所述径向磁极面向电机的径向定子，径向磁极与定子之间为径向气隙，所述轴向磁极加工成凸极扇环形状，面向电机轴向绕组，所述轴向磁极和轴向绕组之间为轴向气隙。6.如权利要求1所述的一种电动汽车用混合磁路永磁同步电机，其特征是：所述永磁体产生的径向主磁通与径向电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩，所述永磁体产生的轴向主磁通与轴向电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩。7.如权利要求...

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