混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机，包括径向定子、轴向定子及转子，所述转子内置在径向定子中且与径向定子同轴放置，所述轴向定子安放在转子端部，与转子同心放置，所述转子为实心转子，转子内放置有永磁体，用于产生径向磁极和轴向磁极，永磁体产生的磁通一部分通过径向磁极进入径向定子与径向电枢绕组交链形成径向主磁通，永磁体产生的磁通另一部分通过轴向磁极进入轴向定子与轴向电枢绕组交链形成轴向主磁通，径向主磁通与轴向主磁通并联；本实用新型消除了端部漏磁效应，提高了电机材料利用利用率，减轻了电机的重量，提高了功率密度，而且能够灵活地实现增磁运行和弱磁扩速运行，拓宽了电机的经济运行范围。
【专利说明】
混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机
技术领域
[0001 ] 本实用新型涉及一种永磁同步电机，具体涉及一种混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机。
【背景技术】
[0002]近年来，随着永磁材料耐高温性能的提高和价格的降低，永磁电机在国防、工农业生产和日常生活等方面得到更为广泛的应用，正向大功率化、高性能化和微型化方向发展。目前永磁电机的功率从几毫瓦到几千千瓦，应用范围从玩具电机、工业应用到舰船牵引用的大型永磁电机，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应用。
[0003]现有交流永磁同步电机存在如下技术缺点:
[0004]1、永磁同步电机由于永磁体磁动势固定，电机主磁通不可调，导致恒功率运行范围窄，调速范围不够宽泛。
[0005]2、现有内置式永磁同步电机转子结构中，转子永磁体通过各种组合实现“聚磁效应”，因此转子铁芯磁极磁密很高，使得其端部存在较大漏磁通，转子漏磁通通过电机转子的端部或者端盖闭合，由于永磁体产生的总磁通量一定，端部漏磁通的存在不但使得电机两个端部磁场分布不均匀，而且降低了电机的有效磁通利用率，从而降低了电机的功率密度和转矩密度，为克服端部漏磁通的影响，实际设计时，电机转子经常采用overhang结构，使得转子铁芯轴向长度大于电机定子铁芯轴向长度，但该结构显著增加了电机轴向长度，进而增加了电机的铁芯材料用量和制造成本，而且该结构本质上没有起到抑制端部漏磁通的效果。
[0006]3、现有永磁同步电机正常运行时，通常只有iq电流产生转矩，此时id = O，弱磁运行时，需要对转子施加d轴电流，此时i d# O，进而实现对转子磁极的去磁作用，由于d轴电流由电机的功率逆变器产生，因此当电机进行弱磁控制时，会显著增大电机绕组电流的幅值，并大大增加功率逆变器的容量，当需要进行深度弱磁时，此时需要的d轴电流很大，电机的功角将迅速减小，电机电流将很快超过变频器的容量，因此，对需要进行弱磁扩速运行的永磁同步电机，通常需要采取额外的措施和方法进行弱磁调节，以此减小每极磁通。
[0007]4、按照弱磁时d轴磁通经过的路径不同，现有内置式转子结构的永磁同步电机可以分为两类，其中一类，当进行弱磁控制时，电枢绕组产生的d轴磁通会穿过电机的永磁体，引起永磁体不可逆退磁，另外一类，当进行弱磁控制时，电枢绕组产生的d轴磁通不经过永磁体闭合，但d轴电流产生的磁场强迫更多的转子磁通通过电机的端部和端盖闭合，显著增大了电机的漏磁通，而且由于电机端部磁阻通常比气隙磁阻大得多，因此，弱磁所需要的d轴电流较大，显著增加了电机功率逆变器的成本和绕组铜耗。
[0008]5、现有永磁同步电机通常电枢反电动势谐波较大，齿槽转矩问题突出，带来严重的振动和噪声问题，目前通常是采用定子斜槽或者转子斜极的方法来改善反电动势谐波并削弱齿槽转矩，但定子斜槽和转子斜极加工工艺较复杂，大大增加了制造成本，而且会一定程度减小电机的平均电磁转矩，降低电机的转矩密度和功率密度。
[0009]在这种情况下，寻求一种端部漏磁小，磁通利用率高，正弦度好，调磁功能灵活但功率逆变器容量小的交流永磁同步电机至关重要。
【发明内容】
[0010]为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机及其方法，本实用新型电机永磁体产生的径向磁通和轴向磁通均得到了利用，消除了端部漏磁效应，提高了电机材料利用利用率，减轻了电机的重量，提高了功率密度，而且能够灵活地实现增磁运行和弱磁扩速运行，拓宽了电机的经济运行范围，对提高电动汽车用驱动电机的性能具有重要意义。
[0011 ]为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下:
[0012]混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机，包括径向定子、轴向定子及转子，所述转子内置在径向定子中且与径向定子同轴放置，所述轴向定子安放在转子端部，与转子同心放置，所述径向定子及轴向定子分别安放有径向电枢绕组及轴向电枢绕组；
[0013]所述转子为实心转子，转子内放置有永磁体，用于产生径向磁极和轴向磁极，永磁体产生的磁通一部分通过径向磁极进入径向定子与径向电枢绕组交链形成径向主磁通，永磁体产生的磁通另一部分通过轴向磁极进入轴向定子与轴向电枢绕组交链形成轴向主磁通，径向主磁通与轴向主磁通并联；
[0014]电机运行时，通过向径向电枢绕组和轴向电枢绕组施加电流来动态调节电机的运行时的轴向主磁通和径向主磁通，以此实现弱磁控制。
[0015]进一步的，所述径向定子由硅钢片叠压而成，所述径向定子包括定子槽，定子齿和定子轭部，所述定子槽内安放有径向电枢绕组。
[0016]进一步的，所述转子上有转子槽，转子槽内安放有永磁体，所述永磁体通过串并联组合实现“聚磁效应”，在转子上产生磁极，所述磁极分为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。
[0017]进一步的，所述径向磁极面向电机的径向定子，径向磁极与转子之间为径向气隙，所述轴向磁极加工成凸极形状，面向电机轴向定子，所述轴向磁极和轴向定子之间为轴向气隙。
[0018]进一步的，所述径向主磁通与径向电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩，轴向主磁通与轴向电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩。电机不存在端部漏磁场，磁通利用率高，功率密度和转矩密度高。
[0019]进一步的，电机正常运行时，轴向电枢绕组同时产生d轴和q轴电流，d轴电流产生的磁场使得转子产生的绝大部分磁通沿径向进入到径向铁芯，与径向电枢绕组产生的磁场相互作用产生主转矩，另外一小部分磁通沿轴向进入到轴向定子中，这部分磁通与轴向电枢绕组的q轴电流相互作用产生助力转矩。
[0020]更进一步的，电机正常运行时，轴向定子绕组起到增大电机径向主磁通并产生助力转矩；当需要弱磁扩速运行时，减小电机轴向定子绕组的d轴电流，这使得相当多的转子磁通沿轴向进入到轴向铁芯中，减小电机的径向主磁通，使得径向定子工作在弱磁条件下，显著增大电机的调速范围，实现弱磁扩速。
[0021]进一步的，所述径向电枢绕组和轴向电枢绕组可为单层绕组，或为双层绕组，径向电枢绕组和轴向电枢绕组产生的磁场的极数均和转子磁极极数相等。其中，电机相数m>3，极对数P>1。
[0022]进一步的，上述混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机中的轴向定子的数量为两个时，分别安放在转子相应的两个端部，转子的两个端部均加工成扇环的形状形成轴向磁极。
[0023]进一步的，一种电动汽车，包括上述混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机。
[0024]混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机的转矩驱动方法，径向定子产生主驱动转矩，轴向定子实现弱磁功能并产生助力转矩，具体包括:
[0025]当电机正常工作不需要弱磁运行时，轴向定子的电枢绕组产生d轴电流，使得电机轴向主磁通减小，径向主磁通增大，电机转矩主要由径向主磁通和径向电枢绕组磁场产生，此时电机轴向电枢绕组只施加d轴电流，径向主磁通最大，通过调节电机轴向电枢绕组的d轴电流可以调节径向主磁通的大小；
[0026]当电机需要进行弱磁运行时，轴向电枢绕组的d轴电流减小，电机径向主磁通减小，轴向主磁通增大，此时径向部分电机工作在弱磁条件，减小轴向电枢绕组的d轴电流的同时，同时增大其q轴电流，此时轴向定子电枢绕组与轴向主磁通产生助力转矩，增大电机的转矩密度和功率密度。
[0027]混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机的转矩驱动方法，轴向定子产生主驱动转矩，径向定子实现弱磁功能产生助力转矩，具体包括:
[0028]当电机正常工作不需要弱磁运行时，径向定子的电枢绕组产生d轴电流，使得电机径向主磁通减小，轴向主磁通增大，电机转矩主要由轴向主磁通和轴向电枢绕组磁场产生，此时电机径向电枢绕组只施加d轴电流，轴向主磁通最大，通过调节电机径向电枢绕组的d轴电流可以调节轴向主磁通的大小；
[0029]当电机需要进行弱磁运行时，径向电枢绕组的d轴电流减小，电机轴向主磁通减小，径向主磁通增大，此时轴向部分电机工作在弱磁条件，减小径向电枢绕组的d轴电流的同时，同时增大其q轴电流，此时径向定子电枢绕组与径向主磁通产生助力转矩，增大电机的转矩密度和功率密度。
[0030]混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机的转矩驱动方法，径向定子和轴向定子均产生驱动转矩，具体包括:
[0031]电机的径向电枢绕组和轴向电枢绕组均不产生d轴电流，均只产生q轴电流，在这种情况下，径向主磁通和径向定子电枢磁场产生驱动转矩，轴向主磁通和轴向定子电枢磁场产生驱动转矩，即径向定子和轴向定子均都产生驱动转矩，此时电机转矩密度和功率密度达到最大。
[0032]上述混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机的转矩驱动方法，在电机空载不通电流时，永磁体产生的一部分磁通通过径向磁极经过径向气隙进入径向定子铁芯与径向电枢绕组交链形成径向主磁通，永磁体产生的另一部分磁通通过轴向磁极经过轴向气隙进入轴向定子铁芯与轴向电枢绕组交链形成轴向主磁通，径向主磁通与轴向主磁通并联，分别设置径向气隙和轴向气隙的长度来控制电机空载时的径向主磁通和轴向主磁通。
[0033]由于永磁体产生的总磁通量是一定的，由于电机的径向主磁通和轴向主磁通为并联关系，当径向电枢绕组施加d轴去磁电流时，电机的径向主磁通减小，轴向主磁通增大，相反，当电机的轴向电枢绕组施加d轴去磁电流时，电机的轴向主磁通减小，径向主磁通增大。当电机正常工作不需要弱磁时，电机轴向电枢绕组施加d轴去磁电流，此时电机径向主磁通最大，电机径向磁密也最大，电机可输出额定最大转矩和功率，当电机需要进行弱磁扩速时，减小轴向电枢绕组的d轴去磁电流，此时电机径向主磁通减小，径向磁密随之降低，电机实现弱磁运行，电机转速提高，此时轴向电枢绕组可以施加q轴电流，对电机产生助力转矩，提高电机弱磁运行时的转矩输出能力，进一步提高电机的功率密度和转矩密度。
[0034]本实用新型的有益效果:
[0035]1、本实用新型电机为双定子结构，该双定子结构与现有绝大多数双定子结构不同，现有双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，而且内定子不直接与外部环境相连接，电机散热较为困难。本实用新型电机的两个定子分别为径向定子和轴向定子，该双定子结构的两个定子分别安放在电机径向和轴向方向，径向定子与普通永磁同步电机的定子完全相同，径向定子同轴安放在永磁转子外侧，电机转子永磁体产生的磁通一部分沿径向经过气隙进入到径向定子形成径向主磁通，径向定子上安放有径向绕组，轴向定子安放在电机的端部，轴向定子与永磁转子同轴相对，转子永磁体产生的磁通沿轴向进入到轴向定子铁芯当中，轴向定子上安放有轴向绕组，两个定子外壳均在电机外部，与外界环境直接接触，并能够充分利用电机的端部进行散热。
[0036]2、本实用新型电机为内置式转子结构，具有内置式永磁同步电机结构紧凑性好，气隙有效磁密高，易于高速旋转以及转矩密度高等优点，本法明电机的转子为实心转子，能够在起动过程中感应出涡流，实现自起动功能，本实用新型电机转子磁极分为径向和轴向两部分，径向磁极部分与普通内置式永磁同步电机的转子磁极类似，轴向磁极部分通过将实心转子的轴向端部加工成凸极形状的扇环铁芯得到，轴向磁极与电机轴向定子配合产生转矩，径向磁极与电机径向定子配合产生转矩，电机转子结构简单，易于机械加工，制造成本低。
[0037]3、本实用新型电机为混合磁路永磁同步电机，永磁体产生的磁通一部分沿电机径向经过径向气隙到达径向定子成为径向主磁通，另一部分磁通沿轴向经过轴向气隙到达电机端部的轴向定子成为轴向主磁通，本实用新型电机中永磁转子的径向磁通和端部磁通都得到了充分的利用，电机没有端部漏磁通，提高了磁通利用率，有效改善了电机端部磁场分布，提高了电机的功率密度和转矩密度。
[0038]4、本实用新型电机可以进行弱磁扩速运行，电机正常运行时，轴向定子绕组同时产生d轴和q轴电流，d轴电流产生的磁场使得转子产生的绝大部分磁通沿径向进入到径向铁芯，与径向定子绕组产生的磁场相互作用产生主转矩，另外一小部分磁通沿轴向进入到轴向定子中，这部分磁通与轴向定子绕组的q轴电流相互作用产生助力转矩，即电机正常运行时，轴向定子绕组起到增大电机径向主磁通并产生助力转矩；当需要弱磁扩速运行时，减小电机轴向定子绕组的d轴电流，这使得相当多的转子磁通沿轴向进入到轴向铁芯中，显著减小了电机的径向主磁通，使得径向定子工作在弱磁条件下，显著增大电机的调速范围，实现弱磁扩速。
[0039]5、本实用新型电机径向定子绕组和轴向定子绕组的匝数与电机实际的极数，永磁体剩磁密度，永磁体安放组合方式和电机速度运行范围相关，根据电机的径向部分和轴向部分所承担的主要功能(产生主转矩还是弱磁控制)不同而进行合理地设计选择，目的是使得电机轴向定子部分既能够有效改变电机的径向主磁通，从而具备足够的弱磁能力，在不需要弱磁的情况下，又能够产生足够的助力转矩，显著增大电机的功率密度和转矩密度。
[0040]6、本实用新型电机可以分别设计电机径向磁极和端部扇环磁极的形状尺寸以及电枢绕组的匝数，通过使得电机径向部分和轴向部分的反电动势的高次谐波的相位相反，来抵消削弱反电动势的谐波，通过使得电机径向部分和轴向部分的齿槽转矩的相位相反，来抵消削弱电机的齿槽转矩，以此改善和优化电机的反电动势波形，并削弱电机的齿槽转矩，降低电机运行时的振动和噪声，克服了现有永磁同步电机必须采用斜槽来抑制谐波并削弱齿槽转矩的缺点。
【附图说明】
[0041]图1(a)为本实用新型电机实施方式I电机立体图结构示意图；
[0042]图1(b)为本实用新型电机实施方式I径向电机定子铁芯和转子结构示意图；
[0043]图1(c)为本实用新型电机实施方式I实心转子右视图；
[0044]图1(d)为本实用新型电机实施方式I轴向定子结构示意图；
[0045 ]图1 (e)为本实用新型电机实施方式I整体电机右视图；
[0046]图2(a)为本实用新型电机实施方式2电机立体图结构示意图；
[0047]图2(b)为本实用新型电机实施方式2径向电机定子铁芯和转子结构示意图；
[0048]图2(c)为本实用新型电机实施方式2实心转子右视图；
[0049]图2(d)为本实用新型电机实施方式2轴向定子结构示意图；
[0050]图2(e)为本实用新型电机实施方式2整体电机右视图；
[0051]图中，1.径向定子齿，2.径向定子轭，3.径向定子槽，4.径向电枢绕组，5.径向气隙，6.轴向定子齿，7.轴向定子轭，8.轴向定子槽，9.轴向电枢绕组，10.轴向气隙，11.实心转子，12.转子槽，13.永磁体，14.径向磁极，15.轴向磁极。
【具体实施方式】
:
[0052]下面结合附图对本实用新型进行详细说明:
[0053 ] 常规交流永磁同步电机通常分异步起动永磁同步电动机和调速永磁同步电动机，除此之外，还有实心转子永磁同步电机。
[0054]异步起动永磁同步电动机与调速永磁同步电动机结构上的区别是:前者转子上有起动绕组或具有起动作用的整体铁心，能实现自起动，无需控制系统即可并网运行。
[0055]调速永磁同步电机根据转子上永磁体安装方式的不同，可以分为表面式转子结构和内置式转子结构两种:
[0056]表面式转子结构中，永磁体需要加工成弧形，直接固定在转子外表面，永磁体直接面向电机气隙，永磁体产生的磁通直接经过气隙进入定子形成有效磁通;与内置式转子结构相比，表面式转子结构中的永磁体由于直接安放在转子表面，永磁体需要加工成与转子和气隙相匹配的弧形形状以保证形成均匀气隙，由于永磁材料易碎的特性，其精确加工较为复杂，对加工工艺要求较高，成本高。此外，由于永磁体直接安放在转子表面，电机运行时，由于离心力的作用，要求永磁体外部必须缠绕无玮带绑扎固定，避免转子高速旋转时永磁体发生脱落损坏；由于永磁体的气隙磁密与永磁体的宽度成正比关系，因此当永磁体的宽度确定时，电机空载气隙磁密随之确定，实际进行设计时，电机永磁体宽度受到空载气隙磁密的制约；由于永磁体直接面向电机气隙，当电机需要进行弱磁扩速控制即采用id不等于O控制时，电枢绕组产生的磁通会直接穿过永磁体，永磁体面临不可逆退磁的风险；由于永磁材料的磁导率与空气很接近，表面式转子结构中d轴和q轴的电抗相等，电机运行时仅靠永磁磁场和电枢磁场相互作用产生转矩，不能产生磁阻转矩，电机的转矩密度和功率密度与内置式转子结构相比较低;表面式转子结构不能在转子外侧放置起动鼠笼，电机不能实现自起动。
[0057]内置式转子结构中，永磁体按照一定的要求嵌入到转子铁芯当中，永磁体在铁心中产生磁通，内置式转子结构中永磁体的嵌入形式多样，永磁体能够根据不同的要求进行串并联组合实现聚磁效应，满足实际性能需要;与表面式转子结构相比，内置式转子结构中的永磁体不是直接安放于转子表面，而是通过一定的形式嵌入到转子铁芯当中，永磁体不直接面向电机气隙，永磁体依靠转子中的永磁体槽进行固定，无需无玮带捆绑固定，转子机械结构整体性好，电机高速旋转时可靠性高;永磁体可以通过相互之间串联和并联的灵活组合实现聚磁效应，能够得到比表面式转子结构大得多的气隙磁密，电机功率密度和转矩密度高于表面式转子结构；电机极弧系数和气隙磁密没有直接关系，在设计时可以分别独立进行设置;转子d轴电抗和q轴电抗差异显著，运行时能够产生磁阻转矩，显著提高电机的功率密度和转矩密度；电机弱磁扩速运行时，d轴电枢磁通可与永磁体产生的磁通并联，电枢磁通不会直接穿过永磁体，克服了永磁体发生不可逆退磁的风险；内置式转子结构中能够在转子外侧放置起动鼠笼，电机能够实现自起动。
[0058]与上述两种永磁同步电机相比，实心转子永磁同步电机只是用实心转子代替了硅钢片叠压转子，其优点是实心转子内能够产生涡流，电机起动时所产生的涡流与电枢绕组产生的磁场相互作用，能够产生起动转矩，实现自起动功能。
[0059]下面结合更为详细的实施例子进一步说明如下:
[0060]实施例1:
[0061]如图1(a)所示，电机的整体立体示意图，本实施方式电机相数为3，径向定子齿数为24，轴向定子齿数为12，转子槽数为4，永磁体块数为4，径向磁极数为4，轴向磁极数为4，本实施方式包括径向定子，轴向定子和转子，如图1(b)所示，径向定子由硅钢片叠压而成，径向定子包括径向定子齿I，径向定子轭2和径向定子槽3，径向定子槽3内安放有径向电枢绕组4，径向电枢绕组4可为分布绕组，集中绕组或者叠绕组，径向电枢绕组的极数与转子径向磁极极数一致，径向定子和转子同轴，径向定子和转子之间有径向气隙5，如图1(d)所示，轴向定子由娃钢片卷叠而成，轴向定子包括轴向定子齿6，轴向定子轭7和轴向定子槽8，轴向定子槽8内安放有轴向电枢绕组9，轴向电枢绕组9可为分布绕组，集中绕组或者叠绕组，轴向电枢绕组的极数与转子轴向磁极极数一致，轴向定子和转子同心，轴向定子和转子之间有轴向气隙10，如图1(e)所示，；如图1(c)所示，实心转子11沿切向开有转子槽12，转子槽12内安放有永磁体13，相邻两块永磁体的充磁方向相反，相邻两块永磁体和之间的实心转子铁芯沿径向形成径向磁极14，相邻两块永磁体和之间的实心转子铁芯的端部轴向部分加工成凸极扇环形状，形成径向磁极15，永磁体产生的磁通通过径向磁极经过径向气隙进入径向定子铁芯与径向电枢绕组交链形成径向主磁通，永磁体产生的磁通通过轴向磁极经过轴向气隙进入轴向定子铁芯与轴向电枢绕组交链形成轴向主磁通，径向主磁通与轴向主磁通并联，可以通过分别设计径向气隙和轴向气隙的长度来控制电机空载时的径向主磁通和轴向主磁通，电机运行时，通过向径向电枢绕组和轴向电枢绕组施加d轴电流来动态调节电机的运行时的轴向主磁通和径向主磁通，以此实现弱磁控制，拓宽电机的恒功率运行区域。
[0062]实施例2:
[0063]实施例2与实施例1的主要区别是:
[0064](I)如图2(a)所示，实施例2中电机的两个端部均存在轴向定子，且电机转子铁芯的两个端部均加工成扇环的形状形成轴向磁极，实心转子如图2(c)，而实施例1中只有电机的一个端部有轴向定子，电机转子铁芯只有一个端部加工成扇环的形状形成轴向磁极；
[0065]实施例2中电机的具有两个轴向气隙1，如图2(e)所示。
[0066](2)实施例2中永磁体的排列方式与实施例1不同，实施例1中永磁体为单一并联结构，而实施例2中永磁体为串并联混合式结构。其余部分与实施例子I相同，如图2 (b)及如图2(d)所示。
[0067]其中，上述实施例子1、2中，径向定子及轴向定子还可以是高磁导率的软磁复合材料制成，转子为实心转子，实心转子在径向方向和轴向方向均具有高磁导率，所述实心转子内安放有永磁体，转子为永磁体内置式结构，永磁体按照一定的组合排列，实现聚磁效应，分别在转子径向和轴向方向上形成径向磁极和轴向磁极，永磁体产生的磁通可以分别沿径向和轴向进入径向气隙和轴向气隙，而且为并联关系，所述实心转子在电机起动时能够产生涡流，实现自起动。
[0068]永磁体为高性能永磁材料，如钕铁硼，稀土钴，或者低性能永磁材料，如铝镍钴或者铁氧体。
[0069]轴向磁极的凸极扇环形状可以为其他能够满足轴向定子和转子磁场分布的凸极形状，所述凸极的高度远大于电机径向气隙和轴向气隙的长度。所述径向气隙和轴向气隙的长度应为一个数量级，所述径向电枢绕组的匝数和轴向电枢绕组的匝数由其为调磁绕组还是驱动绕组来确定。
[0070]电机的径向磁极和轴向磁极的形状尺寸可以分别独立设计确定，通过合理组合叠加有效抵消削弱反电动势的谐波和齿槽转矩，以此改善和优化电机的反电动势波形，并削弱电机的齿槽转矩，克服了现有永磁同步电机必须采用斜槽和斜极来抑制谐波并削弱齿槽转矩的缺点。
[0071]永磁同步电机在工作时，电机空载不通电流时，永磁体产生的一部分磁通通过径向磁极经过径向气隙进入径向定子铁芯与径向电枢绕组交链形成径向主磁通，永磁体产生的另一部分磁通通过轴向磁极经过轴向气隙进入轴向定子铁芯与轴向电枢绕组交链形成轴向主磁通，径向主磁通与轴向主磁通并联，可以分别设置径向气隙和轴向气隙的长度来控制电机空载时的径向主磁通和轴向主磁通。电机通电流带载运行时，有三种工作模式:
(I)所述径向电枢绕组和轴向电枢绕组均只产生q轴电流，不产生d轴电流，此时，电机的径向主磁通与径向电枢绕组产生驱动转矩，轴向主磁通与轴向电枢绕组产生驱动转矩，此时电机在同样逆变器容量和同样电流下输出最大驱动转矩；(2)所述轴向电枢绕组产生d轴去磁电流，此时轴向电枢磁场驱使更多永磁体产生的磁通通过径向磁极沿径向气隙进入径向定子，此时径向主磁通增大，轴向主磁通减小，电机径向定子处于增磁运行状态，轴向定子处于弱磁运行状态；(3)所述轴向电枢绕组产生d轴增磁电流，此时轴向电枢磁场驱使更多永磁体产生的磁通通过轴向扇环磁极沿轴向气隙进入轴向定子当中，此时轴向主磁通增大，径向主磁通减小，电机轴向定子处于增磁运行状态，径向定子处于弱磁运行状态。电机实际运行时，通过具体设计径向电枢绕组和轴向电枢绕组的匝数，可以灵活的实现电机增磁运行或者弱磁扩速运行，有效拓宽电机恒功率和经济运行范围。
[0072]其中，径向电枢绕组和轴向电枢绕组可以分别独立施加d轴电流和q轴电流，独立进行增磁控制和弱磁控制，有效增大电机转矩密度并实现电机弱磁扩速。
[0073]电机实际应用时，根据电机工作的额定转速，额定转矩以及具体性能要求，通过合理设计电机的各个参数如径向气隙长度，轴向气隙长度和径向电枢绕组和轴向电枢绕组的匝数，来决定电机径向定子和轴向定子是产生主驱动转矩还是实现弱磁功能。
[0074]上述模式的说明是以轴向电枢绕组为调磁绕组，径向电枢绕组为驱动绕组为例，同样，也可以径向电枢绕组为调磁绕组，轴向电枢绕组为驱动绕组。
[0075]本申请的上述永磁同步电机主要应用如下:
[0076](I)家用电器领域:包括电视音像设备、风扇、空调器、食品加工机、美容工具、油烟机等。
[0077](2)计算机及其外围设备领域:包括计算机(驱动器、风扇等)、打印机、绘图仪、光驱、光盘刻录机等。
[0078](3)工业生产领域:包括工业驱动装置、材料加工系统、自动化设备、机器人等。[0079 ] (4)汽车领域:包括永磁起动机、雨刮器电机、门锁电机、座椅升降电机、遮阳顶棚电机、清洗栗电机、录音机用电机、玻璃升降电机、散热器冷却风扇电机、空调电机、天线升降电机、油栗电机等。
[0080](5)公共生活领域:包括钟表、美容机械、自动售货机、自动取款机、点钞机等。
[0081](6)交通运输领域:包括电车、飞机辅助设备、舰船等。
[0082](7)航天领域:包括火箭、卫星、宇宙飞船、航天飞机等。
[0083](8)国防领域:包括坦克、导弹、潜艇、飞机等。
[0084](9)医疗领域:包括牙钻、人工心脏、医疗器械等。
[0085](10)发电领域:包括风力发电、余热发电、小型水力发电、小型内燃发电机组用发电机，以及大型发电机的副励磁机等。
[0086]上述虽然结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
【主权项】
1.混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机，其特征是，包括径向定子、轴向定子及转子，所述转子为实心转子，所述转子内放置有永磁体，用于产生径向磁极和轴向磁极，永磁体产生的磁通一部分通过径向磁极进入径向定子与径向电枢绕组交链形成径向主磁通，永磁体产生的磁通另一部分通过轴向磁极进入轴向定子与轴向电枢绕组交链形成轴向主磁通，径向主磁通与轴向主磁通并联； 所述转子内置在径向定子中且与径向定子同轴放置，所述轴向定子安放在转子端部，与转子同心放置，所述径向定子及轴向定子分别安放有径向电枢绕组及轴向电枢绕组； 所述径向定子由硅钢片叠压而成，所述径向定子包括定子槽，定子齿和定子轭部，所述定子槽内安放有径向电枢绕组。2.如权利要求1所述的混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机，其特征是，所述径向电枢绕组和轴向电枢绕组可为单层绕组，或为双层绕组，径向电枢绕组和轴向电枢绕组产生的磁场的极数均和转子磁极极数相等。3.如权利要求1所述的混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机，其特征是，所述转子上有转子槽，转子槽内安放有永磁体，所述永磁体通过串并联组合实现“聚磁效应”，在转子上产生磁极，所述磁极分为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。4.如权利要求3所述的混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机，其特征是，所述径向磁极面向电机的径向定子，径向磁极与转子之间为径向气隙，所述轴向磁极加工成凸极形状，面向电机轴向定子，所述轴向磁极和轴向定子之间为轴向气隙。5.如权利要求1所述的混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机，其特征是，所述径向主磁通与径向电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩，轴向主磁通与轴向电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩。6.如权利要求1所述的混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机，其特征是，轴向磁极为凸极扇环形状。7.如权利要求1所述的混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机，其特征是，轴向定子的数量为两个时，分别安放在转子相应的两个端部，转子的两个端部均加工成扇环的形状形成轴向磁极。
【文档编号】H02K1/27GK205666741SQ201620339618
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】王道涵
【申请人】山东大学