[发明专利]双三相永磁同步驱动电机、电动汽车及其方法

说明书

本公开提供了一种双三相永磁同步驱动电机、电动汽车及其方法，本公开通过转子端部安放轴向定子的方式，相比于传统的多相电机充分利用了转子的端部，减小了端部漏磁效应，永磁体利用率增加，而且，由于电机转子的轴向一端表面也安放了永磁体，能够更好的产生聚磁效应，使电机具有更高的铁芯和气隙磁密，提高了电机铁芯材料的利用率，减轻了电机的重量，显著提高了电机的功率密度和转矩密度，减轻了电机的重量；电机转子轴向未表贴永磁体的端部的磁路与电机的径向磁路并联，通过调控混合磁路，可以提高电机的恒功率运行范围，有效克服了传统永磁同步电机拓宽恒功率范围后功率密度和效率降低的缺点。

技术领域

本公开涉及一种双三相永磁同步驱动电机、电动汽车及其方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着永磁材料耐高温性能的提高与价格的降低，永磁电机在国防、工业、农业与日常生活中得到了广泛的应用，正在向大功率化，高功能化和微型化方向发展，永磁电机的品种和应用领域不断扩大。目前永磁电动机的功率从几毫瓦到几千千瓦，应用范围从小到玩具电机，大到舰船牵引用到的大型永磁电机，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的应用。电动汽车领域作为其中一个应用领域，为解决传统汽车污染环境和使用不可再生能源的缺点，正飞速发展着。

但是，电动汽车对其驱动系统具有转矩控制能力好，转矩密度高，运行可靠，调速范围大等要求，因此，研究并开发出高水平的电动汽车驱动电机具有重要的意义。由于电力电子器件的功率等级的限制，传统两电平逆变器供电的三相电机驱动系统难以满足大功率应用的需求，可以采用将功率器件串联或并联来提高逆变器容量，但由此带来的动静态均压、均流等问题会大大降低系统的可靠性。目前在中高电压大功率应用中，主要采用多电平逆变器通过低电压等级功率器件级联来实现，但也存在需要中点电位控制和控制算法复杂等问题。在电动汽车、舰船和轨道交通驱动电机等大功率场合采用多相电机驱动系统更为合适，多相电机的优点主要有以下几个方面：

(1)可以实现低压大功率驱动。在相同功率和相电流的情况下，随着电机相数的增加，每相绕组的永磁体磁链或反电动势会成比例的降低，因此供电电压会随之下降。同时避免了三相系统中功率开关器件串并联引起的动静态均压、均流问题。

(2)减低转矩脉动。随着电机相数的增加，空间谐波次数增加，转矩脉动频率提高，幅值下降，进而降低了电机运行时的噪声和振动。早期对多相电机进行研究的主要目的就是降低转矩脉动，虽然目前PWM技术日益成熟，可以忽略低次谐波电流，但由于电机铁芯开槽等非线性因素产生的气隙谐波磁场与基波电流作用同样会产生转矩脉动，电机相数越多，基波电流产生的转矩脉动频率越高。

(3)提高容错能力。传统三相电机发生一相缺相故障时，电机中性点必须与直流母线中点连接，否则将降阶为单相电机无法实现自启动。对于多相电机当定子绕组发生一相或多相故障时，无需中线引出即可降额运行并且不需要停机重组，通过采用适当的容错控制策略使得剩余电机绕组合成旋转磁势轨迹为圆形，即可使电机继续稳定运行。因此多相电机非常适合于严禁中途停机的高可靠性要求场合。

(4)控制资源丰富。对于集中整距绕组的多相电机，可以通过注入适当比率的低次谐波电流与相应的谐波磁场作用产生恒定转矩，进而提高电机的功率密度。多相逆变器的空间电压矢量指数性增加，为PWM调制、直接转矩控制和预测电流控制等提供了丰富的控制资源。多相电机通过矢量空间解耦可以实现基波转矩分量和谐波分量的解耦，通过对谐波子平面分量的控制可以实现死区补偿和不对称补偿，也可以通过注入谐波分量实现过调制和参数辨识。

但是据发明人了解，目前的多相电机多存在端部漏磁、电机铁芯材料的利用率不高的问题，同时，多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，而且内定子不与外界环境相连，电机散热较为困难。

发明内容