[发明专利]磁场可控永磁电机及其磁通导向设计方法、漏磁调控方法

说明书

本发明公开了一种磁场可控永磁电机及其磁通导向设计方法、漏磁调控方法，包括定子及转子，其中转子包含多个非对称单元，即定向漏磁单元(3)与定向转矩单元(4)，定向漏磁单元(3)负责漏磁通的调节，定向转矩单元(4)负责转矩输出。定向漏磁单元(3)与定向转矩单元(4)物理解耦，磁路相互独立。本发明，通过非对称单元的设立，实现了电机不同运行工况下电机的磁通的灵活调节，当电机高速时运行时能有效提高电机运行效率，提升电机速度范围，而低速时能够保证电机的输出转矩。

技术领域

本发明涉及一种多变工况磁场可控永磁电机及磁通导向设计方法、漏磁调控方法，属于电机技术、电动汽车、电动拖拉机领域。

背景技术

随着环境污染和能源危机的不断加重，不断催生汽车行业转型升级，纯电动汽车以其高效率、零排放的特点应运而生。作为电动汽车的驱动动力，车用驱动电机是整个电动汽车的核心，决定着电动汽车的动力输出。近年来，永磁电机由于其高功率密度、高转矩密度等诸多优势，常常成为车用驱动电机的热门选择。但是现有的永磁电机在具体应用中存在诸多不足之处，具体体现在：

(1)在永磁电机中，永磁体作为励磁磁源取代了传统电励磁电机中电励磁磁源，一定程度上提高了电机的运行效率，然而，与此同时，永磁恒定的气隙磁场难以调节，受逆变器容量限制，使得永磁电机高速时升速困难。传统永磁电机采用弱磁控制通过电枢反应实现对永磁气隙磁场的削弱，但是随着弱磁电流的增加，电机高速时铜耗上升，一定程度上降低了电机高速运行时的效率，此外，弱磁电流的加入还使得电机的永磁转矩下降，一定程度上限制了高速时电机的转矩输出能力。

(2)为了提高高速时永磁电机的弱磁能力，克服传统永磁电机恒定磁场的不足，一类混合励磁电机受到了国内外学者的关注，这类电机通过加入电励磁磁场作为辅助磁场，通过调节电励磁磁场的极性和方向实现电机主磁通的增强和削弱，客观上改善了永磁电机磁场恒定的弊端，但是额外的电励磁磁场也提高了电机的铜耗，使得这类电机高速的效率仍然较低。

(3)为了避免混合励磁电机中持续励磁导致的铜耗增加，一类通过施加瞬时激励脉冲的记忆电机成为了国内外学者的研究热点，这类电机采用低矫顽力铝镍钴永磁体，通过在线施加短时激励脉冲电流，实现对永磁体的在线充磁，根据脉冲电流的大小和方向，改变永磁体的磁化方向与磁化水平。这类电机客观上提高了电机高速时的运行效率，同时也弥补了永磁磁场不可调的弊端，但是，由于额外激励绕组的加入，电机的复杂性大大增加，电机控制难度提升。此外，电机磁化水平不可控，电机可靠性降低。

总体看，就目前的手段与技术而言，虽然能够实现高速时永磁电机速度范围的部分提升，但是仍然面临高速时效率的降低、电机复杂性增加、电机可靠性降低等诸多不足，目前仍然缺乏一种有效的具有高可靠性、结构简单的永磁电机能够实现高速时速度范围的提升，同时兼顾高速时电机的运行效率。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多变工况磁场可控永磁电机及磁通导向设计方法、漏磁调控方法，它通过设计转子定向漏磁单元(3)与定向转矩单元(4)，通过改变电机电枢电流，能够定量改变电机漏磁磁通的大小，从而实现永磁有效气隙磁场的在线调节，获得永磁电机高速时电机速度范围的提升。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多变工况磁场可控永磁电机，包括定子和转子，其中定子位于转子外侧；所述定子与转子之间设置有一层气隙；所述转子与转轴固定；所述定子包括定子铁心(1)及定子绕组(2)，所述定子铁心(1)包含m个电枢齿(1-1)和定子轭，所述电枢齿(1-1)间槽型为梨形，所述定子绕组(2)为分布式整数槽绕组，定子绕组(2)绕制于电枢齿(1-1)之上，所述转子内包含多个非对称单元，包括交替设置的n个定向漏磁单元(3)与n个定向转矩单元(4)。