[發明專利]新型同步電機及電機控制系統

在審

• 申請號: 201110326661.X
• 申請日: 2011-10-25
• 公開（公告）號: CN102355105A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 王榮華
• 申請（專利權）人: 王榮華
• 主分類號: H02K19/12
• 分類號: H02K19/12;H02K1/24;H02K1/27;H02P21/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電機系統領域，特別是高性能的純電動汽車用新型同步電機及電機控制系統和同步發電機風力發電系統。

背景技術

隨著社會對環境污染的重視程度不斷增強，電動汽車已經成為汽車行業的發展方向，電動汽車電機驅動系統就成為實現整車驅動性能的關鍵。電動汽車的負載范圍和速度范圍都較寬，且運行于不同的路況下，造成其驅動用電機的運行路況非常復雜。

電動汽車驅動用電機系統應具有盡可能高的轉矩密度、瞬時功率，良好的轉矩控制能力、高可靠性、寬調速范圍及在寬調速范圍內的高效率。為適應這一要求，目前，在電動汽車電機驅動系統中，永磁同步電機以其體積小、功率密度大、效率高、轉矩穩定、響應速度快、過載能力強、易于控制、效率高、高控制精度、高轉矩密度、良好的轉矩平穩性及低振動噪聲的特點受到國內外電動汽車界的高度重視，是目前電動汽車電機驅動系統的理想選擇。

同時，大峰值轉矩、寬調速范圍成為純電動汽車對永磁同步電機提出的更高要求。但是目前電動汽車上應用的永磁同步電機，調速范圍相對較窄，加速、爬坡時輸出轉矩(峰值轉矩)難以保證，大大影響了整車的動力性能。

如圖1所示，為現有傳統永磁同步電機中的結構示意圖，包括左圖中的電機截面結構示意圖和右圖中電機轉子結構示意圖。電機由定子1、轉子2、轉軸4構成，其中定子1上有電樞繞組，轉子2上有永磁體磁極3，圖中5為轉子2的徑向示意圖。定子1的電樞繞組通過三相交流電，與轉子2的磁極相互作用，轉子2轉動，通過轉軸4電機對外輸出轉矩和轉速。該類電機在目前的交流電機中已經屬于較高效率的電機，但是電機輸出轉矩和轉速還是不能滿足電動汽車路況行駛的需求，滿足了轉矩需求就滿足不了轉速需求，滿足了轉速需求就滿足不了轉矩需求，要兩者兼顧，就必須增加電機的輸出功率，同時增加電機控制器的容量，這樣電機系統的成本將大大的增加，利用率卻大大的降低了，造成了系統的巨大浪費。

由此可見，對現有電動汽車用電機系統的技術創新、性能提升、資源優化，是本領域技術人員所要解決的技術問題。

發明內容

本發明提供一種新型同步電機的結構，同時還提供一種與其相適應的電機控制器的拓撲和控制策略，用以解決現有技術中的缺陷，達到提高電動汽車的電機系統的驅動能力，保證電動汽車的動力性。

本發明人在電動汽車用電機的開發過程中，結合電機系統的運行路況，對現有電動汽車用的電機及其控制器，進行了系統的研究，分析了各種電機的優劣，整合了這些電機的特性，提出了一種新型的同步電機及其相應的控制器，實現了“一臺電機，三種狀態”和“一種狀態，多種特性”的獨特優勢，保證驅動系統優異、高效和可靠的性能。這一特性克服了現有電動汽車用永磁同步電機在爬坡時轉矩不足，動力性不佳的缺點，同時解決了在巡航控制或者高速行駛時電機轉速不夠的缺點，完全滿足電動汽車用電機的路況需求，而且在每個不同路況都可盡量工作在高效區域。電機在低速、正常速度、高速每個區域內都有與每種特性的電機對應的高效率區，這些高效區而且是連續的，把這些高效區域連在一起，成為該電機的高效區域帶。

為實現上述目的，本發明提供一種新型同步電機結構，所述電機結構是在現有電動汽車用永磁同步電機的基礎上把轉子做成凸極轉子，在轉子凸極上增加勵磁繞組，在轉軸上增加兩環形電極，兩電極間相互絕緣，兩電極與轉軸間相互絕緣，與每個電極對應安裝一組電刷，每組電刷引出線連接在外部端子。所述勵磁繞組按照右手螺旋定則與永磁體磁極對應繞制，所述勵磁繞組沿轉子凸極齒根埋槽引出，所述勵磁繞組相鄰兩級同極性連接在同一電極上。

本發明提供的新型同步電機由于采用永磁體和輔助繞組作為勵磁源，電機可以設計成為高氣隙磁通密度和高功率密度的電機。轉子設計成凸極式結構，既可以方便的繞制勵磁繞組，又由于鐵心的磁導大于空氣的磁導，這種結構還可以減少漏磁通。由于轉子勵磁繞組和定子電樞繞組完全解耦，勵磁繞組又是直流控制，電機控制器增加的直流勵磁控制不會增加系統控制的復雜程度。

如圖2所示，本發明的新型同步電機結構示意圖，包括左圖中的電機截面結構示意圖和右圖中電機轉子結構示意圖。電機由定子6、轉子7、轉軸8構成，其中定子6上有電樞繞組，轉子7上有永磁體磁極9，勵磁繞組11，勵磁繞組A端10，勵磁繞組B端12，轉子凸極(徑向視圖)17，勵磁繞組(徑向視圖)18，環形A電極14，環形B電極16，A電刷13，B電刷15。定子6的電樞繞組通三相交流電，與轉子7的磁極相互作用，轉子6轉動，通過轉軸8電機對外輸出轉矩和轉速。