[发明专利]开关磁通永磁同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关磁通永磁同步电机，属于电机技术领域。

背景技术

在电动汽车上应用的电机主要有异步电机、无刷永磁同步电机和开关磁阻电机。其中异步电机的矢量调控技术比较成熟，较早应用于电动汽车的驱动系统，具有明显的优势，是电动汽车驱动系统的主流产品。但是异步电机的驱动电路复杂，制造成本高，与无刷永磁同步电机相比，其效率和功率密度都偏低，正逐步被新型的无刷永磁同步电机所取代。

无刷永磁同步电机采用圆柱形径向磁场结构或盘式轴向磁场结构，具有较高的功率密度和效率，并且调速范围宽，是电动汽车用电机中的强有力竞争者。但由于其存在高成本，弱磁控制差以及加工制造困难等缺陷，影响了它的发展。嵌入式永磁电机虽在弱磁控制方面具有优势，但由于其转子结构复杂及成本高，依然影响其进一步的发展。同时由于无刷永磁同步电机将永磁体安装在转子上，为了防止转子高速运行时永磁体受到离心力的作用而甩落出去，需要采用不锈钢或非金属纤维材料制成的固定装置来对永磁体进行固定，固定装置会引起转子的散热困难，导致温升过高，这可能会导致永磁体发生不可逆退磁、限制电机出力及减小功率密度等。

开关磁阻电机由于结构紧凑牢固，适合高速运行，驱动电路简单，成本低，性能可靠，转速范围宽且效率高并能够方便的实现四象限控制，而适用于各种电动车辆的各种工况下运行。但是由于这种电机设计与控制上存在的缺陷，会造成转矩脉动大，进而出现较大的噪声和振动，功率密度和效率偏低；同时还要配合位置传感器来使用，造成系统结构复杂，可靠性降低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有电动汽车用电机存在的转矩脉动大及弱磁控制能力差的问题，提供一种开关磁通永磁同步电机。

本发明包括定子和转子，定子的内环表面和转子的外环表面之间为气隙，所述定子由12块定子铁心叠片和12块永磁体依次相间紧密拼装成圆筒形，每块定子铁心叠片的径向截面为开口向内的U型，定子的定子铁心叠片的U型槽内分布有集中绕组；所述转子的外圆周上均匀分布有10个凸极；

所述永磁体的充磁方向为圆周方向，相邻永磁体的充磁方向沿圆周方向相反。

本发明的优点是：

本发明是一种全新设计的电机结构，它采用定子与转子的双凸极结构，将永磁体与定子铁心叠片相间排列，在定子上采用集中绕组的绕线形式，这种结构形式充分利用了永磁体的聚磁效应，有利于缩小定子的U型开槽空间和减少永磁体的用量，使电机的总体积变小，从而降低了电机的成本；由于本发明中电机定子结构的特殊性，它将永磁体嵌在U型定子铁心的叠片之间，集中绕组集中在定子上，使得其电枢反应磁通与永磁磁通在磁路上是并联的，而不同于转子永磁型和一般定子永磁型电机中的串联关系，它使电枢反应磁场对永磁体工作点的扰动很小，提高了电机的电枢电流和负载能力。电机的转子上既无永磁体又无绕组，提高了其机械强度，适合高速运行，并能够允许较高的工作温度，工作效率高。

电机的弱磁控制能力一般通过调节电流密度有效值和槽满率来调节，本发明电机所形成的电枢反应磁通与永磁磁通的并联结构，能有效避免永磁体的不可逆退磁，所以集中绕组的电流密度可以选择较大，使电机适合高速运行，保证电机通过弱磁控制稳定运行在恒定功率区域，这使电机的弱磁控制能力得到明显的改善。

本发明中转子有10个凸极，则其极距所跨的机械角度为36°，这样每相永磁磁链及相应的反电动势在36°范围内接近正弦分布，由此可以采用正弦波电流供电，对本发明所述电机采用正弦波控制，采用矢量控制方法控制电机的转矩，并合理选择集中绕组的匝数、气隙、永磁体厚度等结构参数后，可以使电机稳定运行，使转矩波动控制在一定的允许范围内。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式包括定子和转子2，定子的内环表面和转子2的外环表面之间为气隙，其特征在于：所述定子由12块定子铁心叠片1-1和12块永磁体1-2依次相间紧密拼装成圆筒形，每块定子铁心叠片1-1的径向截面为开口向内的U型，定子的定子铁心叠片1-1的U型槽内分布有集中绕组1-3；所述转子2的外圆周上均匀分布有10个凸极；

所述永磁体1-2的充磁方向为圆周方向，相邻永磁体1-2的充磁方向沿圆周方向相反。