一种双定子复合结构转子径轴向混合磁路永磁同步电机及电动汽车制造技术

本实用新型专利技术公开了一种双定子复合结构转子径轴向混合磁路永磁同步电机及电动汽车，包括径向定子、轴向定子和转子，其中，所述转子套装于径向定子内部，与径向定子同轴布设，所述转子的一端或两端设置有轴向定子，轴向定子与转子同心布设；径向定子的定子槽内设置有径向绕组，所述轴向定子的定子槽内设置有轴向绕组；转子上设置有转子槽，转子槽内放置有永磁体，所述永磁体使转子上产生径向磁极和轴向磁极，所述径向磁极面向电机径向定子，所述轴向磁极面向电机轴向定子，使得电机径向、轴向均产生转矩，形成混合磁路。本实用新型专利技术电机永磁体产生的径向磁通和轴向磁通均得到了利用，消除了端部漏磁效应，提高了电机材料利用率，减轻了电机的重量。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种双定子复合结构转子径轴向混合磁路永磁同步电机及电动汽车。
技术介绍
近年来，随着永磁材料耐高温性能的提高和价格的降低，永磁电机在国防、工农业生产和日常生活等方面得到更为广泛的应用，正向大功率化、高性能化和微型化方向发展。目前永磁电机的功率从几毫瓦到几千千瓦，应用范围从玩具电机、工业应用到舰船牵引用的大型永磁电机，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应用。但是现有永磁同步电机存在如下缺点：1、永磁同步电机由于永磁体磁动势固定，电机主磁通不可调，导致恒功率运行范围窄，调速范围不够宽泛。2、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组合实现“聚磁效应”，因此转子铁芯磁极磁密很高，使得其端部存在较大漏磁通，转子漏磁通通过电机转子的端部或者端盖闭合，由于永磁体产生的总磁通量一定，端部漏磁通的存在不但使得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，使得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的轴向长度，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效果。3、现有永磁同步电机正常运行时，通常只有iq电流产生转矩，此时id＝0，弱磁运行时，需要对转子施加d轴电流，此时id≠0，进而实现对转子磁极的去磁作用，由于d轴电流由电机的功率逆变器产生，因此当电机进行弱磁控制时，会显著增大电机绕组电流的幅值，并大大增加功率逆变器的容量，当需要进行深度弱磁时，此时需要的d轴电流很大，电机的功角将迅速减小，电机电流将很快超过变频器的容量，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，以此减弱每极磁通。4、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。5、现有永磁同步电机通常电枢反电动势谐波较大，齿槽转矩问题突出，带来严重的振动和噪声问题，目前通常是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。在这种情况下，寻求一种端部漏磁小，磁通利用率高，正弦度好，调磁功能灵活但功率逆变器容量小的交流永磁同步电机至关重要。
技术实现思路
本技术为了解决上述问题，提出了一种双定子复合结构转子径轴向混合磁路永磁同步电机及电动汽车，本技术采用轴向定子和径向定子的双定子结构方式，并结合复合结构的转子，使得永磁体产生的径向磁通和轴向磁通均得到了利用，消除了端部漏磁效应，提高了电机材料利用利用率，减轻了电机的重量，提高了功率密度，而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，对提高电动汽车用驱动电机的性能具有重要意义。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种双定子复合结构转子径轴向混合磁路永磁同步电机，包括径向定子、轴向定子和转子，其中，所述转子为复合结构，包括连接在一起的实心铁芯和叠压铁芯，转子内放置有永磁体，所述永磁体使转子上产生磁通，其中一部分磁通沿电机的径向方向通过径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，另一部分磁通沿轴向方向通过轴向气隙进入到轴向定子当中，形成轴向主磁通，径向主磁通和轴向主磁通组成混合磁路，通过调控混合磁路，使电机实现在增磁运行状态和弱磁扩速运行状态之间转换。进一步的，一种双定子复合结构转子径轴向混合磁路永磁同步电机，包括径向定子、轴向定子和转子，其中，所述转子套装于径向定子内部，与径向定子同轴布设，所述转子的一端或两端设置有轴向定子，轴向定子与转子同心布设；所述转子为复合结构，包括连接在一起的实心铁芯和叠压铁芯；所述径向定子的定子槽内设置有径向绕组，所述轴向定子的定子槽内设置有轴向绕组；所述转子上设置有若干个转子槽，转子槽内放置有永磁体，所述永磁体使转子上产生径向磁极和轴向磁极，所述径向磁极面向电机径向定子，所述轴向磁极面向电机轴向定子，使得电机径向、轴向均产生转矩，形成混合磁路，通过调控混合磁路，使电机实现在增磁运行状态和弱磁扩速运行状态之间转换。所述径向定子和转子外沿之间存在径向气隙，所述轴向定子和转子端部之间存在轴向气隙。所述径向定子，包括定子槽、定子齿和定子轭部，其中，定子轭部为圆环状，定子齿有多个，沿定子轭部圆周均匀分布，相邻的定子齿之间有定子槽，所述定子槽内放置有径向绕组。所述轴向定子包括轴向定子背轭、轴向定子槽和轴向定子齿，所述轴向定子背轭位于轴向定子的轴向的一侧，轴向定子齿设置在轴向定子背轭上，轴向定子齿之间设置有轴向定子槽，轴向定子槽内安放有轴向绕组。所述永磁体产生的磁通，一部分沿电机径向通过径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，另一部分沿轴向通过轴向气隙进入到轴向定子当中，形成轴向主磁通，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，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。所述电机的径向主磁通和轴向主磁通为并联关系。由于永磁体产生的总磁通量是一定的，电机的径向主磁通和轴向主磁通为并联关系，当径向电枢绕组施加d轴去磁电流时，电机的径向主磁通减小，轴向主磁通增大，相反，当电机的轴向电枢绕组施加d轴去磁电流时，电机的轴向主磁通减小，径向主磁通减增大。当电机正常工作不需要弱磁时，电机轴向电枢绕组施加d轴去磁电流，此时电机径向主磁通最大，电机径向磁密也最大，电机可输出额定最大转矩和功率，当电机需要进行弱磁扩速时，减小轴向电枢绕组的d轴去磁电流，此时电机径向主磁通减小，径向磁密随之降低，电机实现弱磁运行，电机运行转速提高，此时轴向电枢绕组可以施加q轴电流，对电机产生助力转矩，提高电机弱磁运行时的转矩输出能力，进一步提高电机的功率密度和转矩密度。优选的，所述径向定子由硅钢片叠压而成，所述轴向定子由硅钢片卷叠并加工而成。优选的，所述电机相数m≥3，极对数p≥1，径向电枢绕组和轴向电枢绕组为单层绕组或双层绕组，径向电枢绕组产生的磁场极数与径向磁极极数相等，轴向电枢绕组产生的磁场的极数与轴向磁极极数相等。优选的，所述转子上设有安放永磁体的槽，所述转子端部加工成扇环形状，形成轴向磁极，轴向磁极的极数和径向磁极的极数相等。所述永磁体按照同性磁极相对的规则在转子中排列，实现聚磁效应，形成磁极。优选的，所述永磁体可以为单一并联结构或串并联结构。优选的，所述永磁体为高性能永磁材料制成，如钕铁硼、稀土钴等，或者低磁能积永磁材料制成，如铁氧体等。基于上述电机的磁路调控方法，具体为：根据电机工作的额定转速，额定转矩以及性能要求，设置电机的径向气隙长度、轴向气隙长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双定子复合结构转子径轴向混合磁路永磁同步电机，其特征是：包括径向定子、轴向定子和转子，其中，所述转子为复合结构，包括连接在一起的实心铁芯和叠压铁芯，转子内放置有永磁体，所述永磁体使转子上产生磁通，其中一部分磁通沿电机的径向方向通过径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，另一部分磁通沿轴向方向通过轴向气隙进入到轴向定子当中，形成轴向主磁通，径向主磁通和轴向主磁通组成混合磁路，通过调控混合磁路，使电机实现在增磁运行状态和弱磁扩速运行状态之间转换。

【技术特征摘要】
1.一种双定子复合结构转子径轴向混合磁路永磁同步电机，其特征是：包括径向定子、轴向定子和转子，其中，所述转子为复合结构，包括连接在一起的实心铁芯和叠压铁芯，转子内放置有永磁体，所述永磁体使转子上产生磁通，其中一部分磁通沿电机的径向方向通过径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，另一部分磁通沿轴向方向通过轴向气隙进入到轴向定子当中，形成轴向主磁通，径向主磁通和轴向主磁通组成混合磁路，通过调控混合磁路，使电机实现在增磁运行状态和弱磁扩速运行状态之间转换。2.如权利要求1所述的一种双定子复合结构转子径轴向混合磁路永磁同步电机，其特征是：包括径向定子、轴向定子和转子，其中，所述转子套装于径向定子内部，与径向定子同轴布设，所述转子的一端或两端设置有轴向定子，轴向定子与转子同心布设；所述转子为复合结构，包括连接在一起的实心铁芯和叠压铁芯；所述径向定子的定子槽内设置有径向绕组，所述轴向定子的定子槽内设置有轴向绕组；所述转子上设置有若干个转子槽，转子槽内放置有永磁体，所述永磁体使转子上产生径向磁极和轴向磁极，所述径向磁极面向电机径向定子，所述轴向磁极面向电机轴向定子，使得电机径向、轴向均产生转矩，形成混合磁路，通过调控混合磁路，使电机实现在增磁运行状态和弱磁扩速运行状态之间转换。3.如权利要求1所述的一种双定子复合结构转子径轴向混合磁路永磁同步电机，其特征是：所述径向定子和转子外沿之间存在径向气隙，所述轴向定子和转子端部之间存在轴向气隙。4.如权利要求1所述的一种双定子复合结构转子径轴向混合磁路永磁同步电机，其特征是：所述径向主磁通与径...

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