多相永磁同步驱动电机、应用及其方法技术

本公开提供了一种多相永磁同步驱动电机、应用及其方法，本公开转子套装于径向定子内部，与径向定子同轴布设，所述转子的至少一端设置有轴向定子，轴向定子与转子同心布设；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，本公开将定子分为径向定子和轴向定子，且轴向定子设置于转子的端部，能够减小电机的端部漏磁效应，提高散热效率，通过在转子端部表贴永磁体，增加了电机的功率密度，使多相控制易于实现。

Multiphase Permanent Magnet Synchronous Drive Motor, Its Application and Method

The present disclosure provides a multi-phase permanent magnet synchronous drive motor, its application and method. The rotor of the present disclosure is sleeved in the radial stator and coaxially arranged with the radial stator. At least one end of the rotor is provided with an axial stator, and the axial stator and the rotor are concentrically arranged; the radial stator slot is provided with a radial winding, and the axial stator slot is provided with an axial winding. In this disclosure, the stator is divided into radial stator and axial stator, and the axial stator is set at the end of the rotor, which can reduce the magnetic leakage effect at the end of the motor and improve the heat dissipation efficiency. The power density of the motor is increased by attaching a permanent magnet on the end surface of the rotor, so that the multi-phase control can be easily realized.

【技术实现步骤摘要】
多相永磁同步驱动电机、应用及其方法
本公开涉及一种多相永磁同步驱动电机、应用及其方法。
技术介绍
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。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。电动汽车领域作为其中一个应用领域，为解决传统汽车污染环境和使用不可再生能源的缺点，正飞速发展着。但是，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。由于电力电子器件的功率等级的限制，传统两电平逆变器供电的三相电机驱动系统难以满足大功率应用的需求，可以采用将功率器件串联或并联来提高逆变器容量，但由此带来的动静态均压、均流等问题会大大降低系统的可靠性。目前在中高电压大功率应用中，主要采用多电平逆变器通过低电压等级功率器件级联来实现，但也存在需要中点电位控制和控制算法复杂等问题。在电动汽车、舰船和轨道交通驱动电机等大功率场合采用多相电机驱动系统更为合适。据专利技术人了解，目前的多相电机多存在端部漏磁、电机铁芯材料的利用率不高的问题，同时，多定子电机中其中一个定子安放在电机转子内部，为内定子，一个在转子外部，为外定子，电机发热集中在电机轴向，电机热负荷很高，而且内定子不与外界环境相连，电机散热较为困难。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种多相永磁同步驱动电机、应用及其方法，本公开将定子分为径向定子和轴向定子，且轴向定子设置于转子的端部，能够减小电机的端部漏磁效应，提高散热效率。根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：一种多相永磁同步驱动电机，包括径向定子、轴向定子和转子，其中，所述转子内设置有转子槽，转子槽以U形排布，所述转子槽内放置永磁体，所述转子槽内永磁体同极性相对，通过聚磁效应使转子上产生径向磁通和轴向磁通；所述转子的端部也设置有永磁体，且端部的永磁体在转子铁芯内侧产生的极性和转子槽内永磁体在转子铁芯上产生的极性相同，两处的永磁体在转子上共同作用形成径向磁极和轴向磁极；所述转子套装于径向定子内部，与径向定子同轴布设，所述转子的至少一个端部设置有轴向定子，轴向定子与转子同心布设，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；转子上的磁通一部分沿电机的径向方向沿径向磁极通过径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，另一部分沿电机的轴向方向沿轴向磁极通过轴向气隙进入到轴向定子当中，形成轴向主磁通；所述径向主磁通与径向绕组产生的磁场作用，所述轴向主磁通与轴向绕组产生的磁场作用，使得电机的径向、轴向均产生转矩。作为进一步的限定，所述径向绕组与轴向绕组所产生的三相磁势错开一定角度。作为进一步的限定，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，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。作为进一步的限定，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。作为进一步的限定，所述转子的端部设有扇环结构，扇环上放置有永磁体，所述扇环上表贴的永磁体在转子铁芯内侧产生的极性和转子槽内永磁体在转子铁芯上产生的极性相同。从而进一步通过聚磁效应增大电机的铁芯磁密和径向轴向的气隙磁密，有利于提高电机的功率密度，转子槽内永磁体和扇环上表贴的永磁体在转子上共同作用形成径向磁极和轴向磁极。作为进一步的限定，所述径向定子和轴向定子的电枢绕组为三相对称绕组，可分别独立运行，电机运行时，径向电枢绕组和轴向电枢绕组分别采用三相电机功率逆变器和驱动控制策略，并根据轴向定子和径向定子所通电流产生磁势相差的角度实现多种多相运行方式。可以充分利用电流的三次及高次谐波增大转矩输出能力，由于电机的径向绕组和轴向绕组相互物理隔离，能够各自独立运行，因此电机在缺相等故障情况下运行时性能增强，可以显著增强电机的容错运行能力；作为进一步的限定，所述径向定子由硅钢片叠压而成。作为进一步的限定，所述电机在径向或轴向定子上的相数均大于等于三，极对数大于等于一，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的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。作为进一步的限定，所述转子为软磁复合材料制成，转子上设有转子槽，转子槽以U型方式排布，转子槽内的永磁体同极性相对，通过聚磁效应获得较大的气隙磁密，所述转子端部加工成扇环形状，扇环上安放有永磁体，扇环上永磁体在铁芯侧产生的磁通的极性与转子槽内永磁体产生的磁通的极性相同，通过聚磁效应进一步提高电机的径向气隙磁密，扇环上永磁体直接面对电机的轴向气隙，轴向气隙磁密也很高，有利于提高电机的功率密度。所述转子槽内永磁体与所述扇环上表贴的永磁体共同作用在转子上形成径向磁极和轴向磁极，轴向磁极的极数和径向磁极的极数相等。进一步的，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。基于上述电机的运行方法，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和轴向气隙长度，同时根据径向定子和轴向定子所需要产生的磁动势的关系，分布确定轴向电枢绕组和径向电枢绕组所需要的线圈匝数与额定电流，对径向电枢绕组和轴向电枢绕组使用单独的三相逆变器和驱动控制策略进行控制，并使轴向定子的磁势和径向定子的磁势错开一定的夹角，实现电机的多相运行。基于上述电机的转矩驱动方法：转子上的轴向磁通进入轴向定子中，轴向绕组通电流产生驱动转矩，所述转子上的径向磁通进入径向定子，径向绕组通电流后产生驱动转矩，所述径向定子和轴向定子所产生的合成磁势，根据其磁势之间的夹角分为多种双三相运行模式，具体包括：对称六相电机运行方式：所述径向定子和所述轴向定子所产生的磁势进行合成，其相带角为60°，其磁势的空间分布与传统的三相电机完全相同，但在此种运行方式下，总的合成磁势幅值相较于传统的三相电机增加一倍；不对称六相电机运行方式：所述轴向定子和所述径向定子所产生的磁势进行合成，其相带角与对称十二相电机一致，为30°，因此其磁势空间分布和对称十二相电机一致，此种运行方式能够消除5、7次谐波磁势，从而能消除6次转矩脉动，转矩脉动的最低次数提高到12次，能够更好的抑制转矩脉动，在运行时优先考虑此种运行方式。三相电机运行方式：所述轴向定子和所述径向定子所产生的磁势进行合成，使两者磁势夹角为0°，则其运行方式与传统的三相电机运行方式相同。上述电机具有广泛的应用，具体例举如下：(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：包括计算机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多相永磁同步驱动电机，其特征是：包括径向定子、轴向定子和转子，其中，所述转子内设置有转子槽，转子槽以U形排布，所述转子槽内放置永磁体，所述转子槽内永磁体同极性相对，通过聚磁效应使转子上产生径向磁通和轴向磁通；所述转子的端部也设置有永磁体，且端部的永磁体在转子铁芯内侧产生的极性和转子槽内永磁体在转子铁芯上产生的极性相同，两处的永磁体在转子上共同作用形成径向磁极和轴向磁极；所述转子套装于径向定子内部，与径向定子同轴布设，所述转子的至少一个端部设置有轴向定子，轴向定子与转子同心布设，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；转子上的磁通一部分沿电机的径向方向沿径向磁极通过径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，另一部分沿电机的轴向方向沿轴向磁极通过轴向气隙进入到轴向定子当中，形成轴向主磁通；所述径向主磁通与径向绕组产生的磁场作用，所述轴向主磁通与轴向绕组产生的磁场作用，使得电机的径向、轴向均产生转矩。

【技术特征摘要】
1.一种多相永磁同步驱动电机，其特征是：包括径向定子、轴向定子和转子，其中，所述转子内设置有转子槽，转子槽以U形排布，所述转子槽内放置永磁体，所述转子槽内永磁体同极性相对，通过聚磁效应使转子上产生径向磁通和轴向磁通；所述转子的端部也设置有永磁体，且端部的永磁体在转子铁芯内侧产生的极性和转子槽内永磁体在转子铁芯上产生的极性相同，两处的永磁体在转子上共同作用形成径向磁极和轴向磁极；所述转子套装于径向定子内部，与径向定子同轴布设，所述转子的至少一个端部设置有轴向定子，轴向定子与转子同心布设，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；转子上的磁通一部分沿电机的径向方向沿径向磁极通过径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，另一部分沿电机的轴向方向沿轴向磁极通过轴向气隙进入到轴向定子当中，形成轴向主磁通；所述径向主磁通与径向绕组产生的磁场作用，所述轴向主磁通与轴向绕组产生的磁场作用，使得电机的径向、轴向均产生转矩。2.如权利要求1所述的一种多相永磁同步驱动电机，其特征是：所述径向绕组与轴向绕组所产生的三相磁势错开一定角度。3.如权利要求1所述的一种多相永磁同步驱动电机，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所述的一种多相永磁同步驱动电机，其特征是：所述转子的端部设有扇环结构，扇环上放置有永磁体，所述扇环上表贴的永磁体在转子铁芯内侧产生的极性和转子槽内永磁体在转子铁芯上产生的极性相同。5.如权利要求1所述的一种多相永磁同步驱动电机，其特征是：所述电机在径向或轴向定子上的相数均大于等于三，极对数大于等于一，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的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。6.如权利要求1所述的一种多相永磁同步驱动电机，其特征...

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