[實用新型]車用寬調速直軸磁場增強型永磁無刷電機

有效

• 申請號: 201520125916.X
• 申請日: 2015-03-04
• 公開（公告）號: CN204696888U
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發明（設計）人: 朱孝勇;張承寧;王靜
• 申請（專利權）人: 江蘇王牌電機制造有限公司
• 主分類號: H02K21/14
• 分類號: H02K21/14;H02K1/27
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本實用新型涉及一種新型永磁無刷電機，屬于電機制造及控制領域，特指一種適合于混合動力汽車、電動汽車應用場合等需要寬調速、高效率、高功率密度等驅動性能要求的永磁無刷電機。

背景技術

作為混合動力汽車、電動汽車的關鍵執行部件之一的車用驅動電機，其驅動性能的好壞直接影響著混合動力汽車、電動汽車的整車性能。車用驅動電機領域采用傳統的內置式永磁無刷電機，具有高效率、高功率密度等優點。該類永磁無刷電機由于采用永磁磁鋼作為單一勵磁源，氣隙磁場保持恒定，調速范圍較窄，在電動汽車等需寬調速(調速范圍不低于5倍基速)運行場合的應用受到一定限制。目前，一般通過改進控制策略和電機結構兩方面來實現該類永磁電機的寬調速范圍運行：

1)控制策略。采用矢量控制方法，通過控制電機直軸電流來實現電機弱磁升速。例如中國專利號為200910041656.7提出了一種基于永磁無刷電機的弱磁控制系統及其控制方法，利用矢量控制方法來實現電機的寬調速運行范圍。但其由于直軸電感遠小于交軸電感，即電機凸極率(交軸電感與直軸電感比值)大于1，較小的直軸電感使得該類電機運行在高速弱磁區時需要較大的直軸去磁電流來實現弱磁升速，弱磁升速時，較大的直軸去磁電流將增加該類電機中永磁磁鋼的不可逆退磁危險，為了減小不可逆退磁就采用較厚的永磁磁鋼，這又客觀上增加了電機材料成本和浪費了有限的稀土資源。

2)電機結構。引入電勵磁繞組形成的混合勵磁電機，通過調節電勵磁磁場的大小和方向來調節電機氣隙磁場。中國專利號為ZL200720035049.6提出了一種混合勵磁同步電動機，中國專利號為ZL200410064871.6提出了一種寬調速雙凸極混合勵磁無刷電機，上述兩種電機結構的共同特征是：均引入了永磁與電勵磁，增加了可在線調節電機磁場的電勵磁繞組，通過調節電勵磁繞組的電流和方向，不僅可以進行增磁控制，能滿足電機低速大轉矩的要求，同時在高速運行時采用弱磁控制，有效拓寬了電機的調速范圍。但上述兩種電機結構由于軸向磁路的存在，定、轉子背軛需要增加導磁性能較好的電工純鐵，結構較為復雜，制造、安裝也相對困難。

中國專利號為ZL200810023409.X提出了一種寬調速磁通記憶式定子永磁型電機，通過采用具有在線調磁特性的非稀土鋁鎳鈷永磁磁鋼與直流磁化繞組相結合，由于鋁鎳鈷磁鋼在線磁化僅僅需要短時磁化電流或脈沖式磁化電流，該類電機在有效拓寬調速范圍的同時，由?于磁化電流作用時間很短(僅為毫秒級)，大大減小了磁場調節所需的電勵磁銅耗，從而有效提高了電機在弱磁區的運行效率。但該類電機由于增加了磁場調節繞組，需要額外的內部空間放置該類繞組，這使得該類電機的體積較大，功率密度有所降低。另外，該類電機磁場在線調節和控制也需要額外的磁化繞組逆變器，電機控制系統成本和復雜度也增加。

中國專利號為ZL201410480447.3提出了一種電動汽車用直軸磁場增強型寬調速永磁無刷電機，通過轉子的每個槽內填充有一個磁障，磁障相對于轉子的槽部中心線即交軸對稱；轉子每個齒部上都固定鑲嵌有四段圓弧形的永磁磁鋼，這四段永磁磁鋼分為內、外兩層，每層上有兩段，每層上的兩段永磁磁鋼的結構相同且相對于轉子齒部中心線即直軸對稱，同一層上的兩段永磁磁鋼之間相互不貫通不相連，之間形成圓弧形的導磁橋；每段永磁磁鋼的圓心都位于轉子的直徑上。但該電機采用了圓弧形的永磁磁鋼，磁場設置不夠合理，調速模式較為復雜，導致調節效率不高，也造成了材料的浪費。

綜上所述，獲得高效率、高功率密度、寬調速運行范圍的永磁無刷電機仍然是當前車用永磁無刷電機領域中亟待解決的問題。

實用新型內容

為克服現有技術中的不足，本實用新型研發的具有寬調速、高效率的直軸磁場增強型永磁無刷電機，并采用與之相結合的分區調磁控制策略，提高了低速時電機運行效率，解決了傳統內置式永磁同步電機難以調速范圍小的不足。特別適用于要求低速大轉矩、效率運行高、調速范圍寬混合動力汽車、電動汽車領域。

為了解決上述技術問題，實現上述目的，本實用新型通過以下技術方案實現：

一種直軸磁場增強型永磁無刷電機，其特征在于：包括定子、轉子、非磁性襯套和轉軸組成，其中轉子位于定子的內部，轉子中心開槽，用于安放轉軸；電樞槽沿定子周向均勻分布，電樞槽內放置單層電樞繞組。

所述轉子沿圓周方向上徑向均勻嵌入條形的永磁磁鋼。永磁磁鋼分為呈現一定關系的兩部分，一部分永磁磁鋼為非稀土永磁材料，靠近轉軸的另一部分永磁磁鋼為稀土永磁材料。

沿轉子圓周方向上，每兩個相鄰永磁磁鋼中間位置增加一個磁障，磁障為非導磁材料組成。