[發(fā)明專利]一種雙定子復(fù)合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子徑軸向混合磁路永磁同步電機的控制方法

有效

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• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN105790470B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王道涵
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27;H02K1/16;H02K3/28;H02K1/26;H02K16/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙定子復(fù)合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子徑軸向混合磁路永磁同步電機的控制方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著永磁材料耐高溫性能的提高和價格的降低，永磁電機在國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面得到更為廣泛的應(yīng)用，正向大功率化、高性能化和微型化方向發(fā)展。目前永磁電機的功率從幾毫瓦到幾千千瓦，應(yīng)用范圍從玩具電機、工業(yè)應(yīng)用到艦船牽引用的大型永磁電機，在國民經(jīng)濟、日常生活、軍事工業(yè)、航空航天的各個方面得到了廣泛應(yīng)用。

但是現(xiàn)有永磁同步電機存在如下缺點：

1、永磁同步電機由于永磁體磁動勢固定，電機主磁通不可調(diào)，導(dǎo)致恒功率運行范圍窄，調(diào)速范圍不夠?qū)挿骸?/p>

2、現(xiàn)有內(nèi)置式永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子永磁體通過各種組合實現(xiàn)“聚磁效應(yīng)”，因此轉(zhuǎn)子鐵芯磁極磁密很高，使得其端部存在較大漏磁通，轉(zhuǎn)子漏磁通通過電機轉(zhuǎn)子的端部或者端蓋閉合，由于永磁體產(chǎn)生的總磁通量一定，端部漏磁通的存在不但使得電機兩個端部磁場分布不均勻，而且降低了電機的有效磁通利用率，從而降低了電機的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度，為克服端部漏磁通的影響，實際設(shè)計時，電機轉(zhuǎn)子經(jīng)常采用overhang結(jié)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)子鐵芯軸向長度大于電機定子鐵芯軸向長度，但該結(jié)構(gòu)顯著增加了電機的軸向長度，進而增加了電機的鐵芯材料用量和制造成本，而且該結(jié)構(gòu)本質(zhì)上沒有起到抑制端部漏磁通的效果。

3、現(xiàn)有永磁同步電機正常運行時，通常只有iq電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，此時id＝0，弱磁運行時，需要對轉(zhuǎn)子施加d軸電流，此時id≠0，進而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子磁極的去磁作用，由于d軸電流由電機的功率逆變器產(chǎn)生，因此當(dāng)電機進行弱磁控制時，會顯著增大電機繞組電流的幅值，并大大增加功率逆變器的容量，當(dāng)需要進行深度弱磁時，此時需要的d軸電流很大，電機的功角將迅速減小，電機電流將很快超過變頻器的容量，因此，對需要進行弱磁擴速運行的永磁同步電機，通常需要采取額外的措施和方法進行弱磁調(diào)節(jié)，以此減弱每極磁通。

4、按照弱磁時d軸磁通經(jīng)過的路徑不同，現(xiàn)有內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁同步電機可以分為兩類，其中一類，當(dāng)進行弱磁控制時，電樞繞組產(chǎn)生的d軸磁通會穿過電機的永磁體，引起永磁體不可逆退磁，另外一類，當(dāng)進行弱磁控制時，電樞繞組產(chǎn)生的d軸磁通不經(jīng)過永磁體閉合，但d軸電流產(chǎn)生的磁場強迫更多的轉(zhuǎn)子磁通通過電機的端部和端蓋閉合，顯著增大了電機的漏磁通，而且由于電機端部磁阻通常比氣隙磁阻大得多，因此，弱磁所需要的d軸電流較大，顯著增加了電機功率逆變器的成本和繞組銅耗。

5、現(xiàn)有永磁同步電機通常電樞反電動勢諧波較大，齒槽轉(zhuǎn)矩問題突出，帶來嚴重的振動和噪聲問題，目前通常是采用定子斜槽或者轉(zhuǎn)子斜極的方法來改善反電動勢諧波并削弱齒槽轉(zhuǎn)矩，但定子斜槽和轉(zhuǎn)子斜極加工工藝較復(fù)雜，大大增加了制造成本，而且會一定程度減小電機的平均電磁轉(zhuǎn)矩，降低電機的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度。

在這種情況下，尋求一種端部漏磁小，磁通利用率高，正弦度好，調(diào)磁功能靈活但功率逆變器容量小的交流永磁同步電機至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種雙定子復(fù)合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子徑軸向混合磁路永磁同步電機的控制方法，本發(fā)明采用軸向定子和徑向定子的雙定子結(jié)構(gòu)方式，并結(jié)合復(fù)合結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，使得永磁體產(chǎn)生的徑向磁通和軸向磁通均得到了利用，消除了端部漏磁效應(yīng)，提高了電機材料利用利用率，減輕了電機的重量，提高了功率密度，而且能夠靈活地實現(xiàn)增磁運行和弱磁擴速運行，拓寬了電機的經(jīng)濟運行范圍，對提高電動汽車用驅(qū)動電機的性能具有重要意義。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種雙定子復(fù)合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子徑軸向混合磁路永磁同步電機，包括徑向定子、軸向定子和轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子為復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括連接在一起的實心鐵芯和疊壓鐵芯，轉(zhuǎn)子內(nèi)放置有永磁體，所述永磁體使轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生磁通，一部分磁通沿電機的徑向方向通過徑向氣隙進入到徑向定子當(dāng)中，形成徑向主磁通，另一部分磁通沿軸向方向通過軸向氣隙進入到軸向定子當(dāng)中，形成軸向主磁通，徑向主磁通和軸向主磁通組成混合磁路，通過調(diào)控混合磁路，使電機實現(xiàn)在增磁運行狀態(tài)和弱磁擴速運行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。

進一步的，一種雙定子復(fù)合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子徑軸向混合磁路永磁同步電機，包括徑向定子、軸向定子和轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子套裝于徑向定子內(nèi)部，與徑向定子同軸布設(shè)，所述轉(zhuǎn)子的一端或兩端設(shè)置有軸向定子，軸向定子與轉(zhuǎn)子同心布設(shè)；

所述轉(zhuǎn)子為復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括連接在一起的實心鐵芯和疊壓鐵芯；

所述徑向定子的定子槽內(nèi)設(shè)置有徑向繞組，所述軸向定子的定子槽內(nèi)設(shè)置有軸向繞組；