[發明專利]雙三相永磁同步驅動電機、電動汽車及其方法

有效

• 申請號: 201811308175.3
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109361300B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 王道涵;彭晨
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02K16/00
• 分類號: H02K16/00;H02K1/27;H02K1/16;H02P25/022
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種雙三相永磁同步驅動電機、電動汽車及其方法，本公開通過轉子端部安放軸向定子的方式，相比于傳統的多相電機充分利用了轉子的端部，減小了端部漏磁效應，永磁體利用率增加，而且，由于電機轉子的軸向一端表面也安放了永磁體，能夠更好的產生聚磁效應，使電機具有更高的鐵芯和氣隙磁密，提高了電機鐵芯材料的利用率，減輕了電機的重量，顯著提高了電機的功率密度和轉矩密度，減輕了電機的重量；電機轉子軸向未表貼永磁體的端部的磁路與電機的徑向磁路并聯，通過調控混合磁路，可以提高電機的恒功率運行范圍，有效克服了傳統永磁同步電機拓寬恒功率范圍后功率密度和效率降低的缺點。

技術領域

本公開涉及一種雙三相永磁同步驅動電機、電動汽車及其方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

隨著永磁材料耐高溫性能的提高與價格的降低，永磁電機在國防、工業、農業與日常生活中得到了廣泛的應用，正在向大功率化，高功能化和微型化方向發展，永磁電機的品種和應用領域不斷擴大。目前永磁電動機的功率從幾毫瓦到幾千千瓦，應用范圍從小到玩具電機，大到艦船牽引用到的大型永磁電機，在國民經濟、日常生活、軍事工業、航空航天的各個方面得到了廣泛的應用。電動汽車領域作為其中一個應用領域，為解決傳統汽車污染環境和使用不可再生能源的缺點，正飛速發展著。

但是，電動汽車對其驅動系統具有轉矩控制能力好，轉矩密度高，運行可靠，調速范圍大等要求，因此，研究并開發出高水平的電動汽車驅動電機具有重要的意義。由于電力電子器件的功率等級的限制，傳統兩電平逆變器供電的三相電機驅動系統難以滿足大功率應用的需求，可以采用將功率器件串聯或并聯來提高逆變器容量，但由此帶來的動靜態均壓、均流等問題會大大降低系統的可靠性。目前在中高電壓大功率應用中，主要采用多電平逆變器通過低電壓等級功率器件級聯來實現，但也存在需要中點電位控制和控制算法復雜等問題。在電動汽車、艦船和軌道交通驅動電機等大功率場合采用多相電機驅動系統更為合適，多相電機的優點主要有以下幾個方面：

(1)可以實現低壓大功率驅動。在相同功率和相電流的情況下，隨著電機相數的增加，每相繞組的永磁體磁鏈或反電動勢會成比例的降低，因此供電電壓會隨之下降。同時避免了三相系統中功率開關器件串并聯引起的動靜態均壓、均流問題。

(2)減低轉矩脈動。隨著電機相數的增加，空間諧波次數增加，轉矩脈動頻率提高，幅值下降，進而降低了電機運行時的噪聲和振動。早期對多相電機進行研究的主要目的就是降低轉矩脈動，雖然目前PWM技術日益成熟，可以忽略低次諧波電流，但由于電機鐵芯開槽等非線性因素產生的氣隙諧波磁場與基波電流作用同樣會產生轉矩脈動，電機相數越多，基波電流產生的轉矩脈動頻率越高。

(3)提高容錯能力。傳統三相電機發生一相缺相故障時，電機中性點必須與直流母線中點連接，否則將降階為單相電機無法實現自啟動。對于多相電機當定子繞組發生一相或多相故障時，無需中線引出即可降額運行并且不需要停機重組，通過采用適當的容錯控制策略使得剩余電機繞組合成旋轉磁勢軌跡為圓形，即可使電機繼續穩定運行。因此多相電機非常適合于嚴禁中途停機的高可靠性要求場合。

(4)控制資源豐富。對于集中整距繞組的多相電機，可以通過注入適當比率的低次諧波電流與相應的諧波磁場作用產生恒定轉矩，進而提高電機的功率密度。多相逆變器的空間電壓矢量指數性增加，為PWM調制、直接轉矩控制和預測電流控制等提供了豐富的控制資源。多相電機通過矢量空間解耦可以實現基波轉矩分量和諧波分量的解耦，通過對諧波子平面分量的控制可以實現死區補償和不對稱補償，也可以通過注入諧波分量實現過調制和參數辨識。

但是據發明人了解，目前的多相電機多存在端部漏磁、電機鐵芯材料的利用率不高的問題，同時，多定子電機中其中一個定子安放在電機轉子內部，為內定子，一個在轉子外部，為外定子，電機發熱集中在電機軸向，電機熱負荷很高，而且內定子不與外界環境相連，電機散熱較為困難。

發明內容