[发明专利]电动车用可控磁通永磁同步电机及控制系统

说明书

技术领域

本发明属于新能源汽车电机及驱动技术，特别涉及一种电动车用可控磁通永磁同步电机及控制系统。

背景技术

永磁电机由于效率高、转矩特性好，一般电动汽车，尤其是电动轿车大多采用永磁电机。永磁材料钕铁硼剩余磁感应强度高、磁感应矫顽力大，最大磁能积高，是目前磁性能最高的永磁材料。电动汽车车用永磁电机一般采用单一的钕铁硼永磁体作为永磁材料。为了兼顾电机控制系统的逆变器容量及电机弱磁扩速，车用永磁电机的绕组设计有一定的要求。在电机高速状态下，电机存在比较高的反电动势。在电机驱动、控制系统失效的情况下，尤其在电机高速状态下，高的反电动势存在高电压安全问题；并且如果电驱动系统发生故障，则可能会引起高的制动转矩，对车辆安全性能造成严重的影响。

可控磁通永磁同步电机是德国人Vlado Ostovic于2001年首次被提出，但其工作特性与传统永磁同步电机相差比较大。近几年，国内一些学者也对可控磁通永磁同步电机进行了一定的研究，但大多停留在样机阶段，没有真正的产品；并且这些研究关注的焦点往往是弱磁扩速和效率问题，很少涉及电动汽车安全领域。目前，随着电动汽车的发展，电动汽车的电压安全问题和制动转矩安全问题渐渐为人们所关注。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种保证电动汽车高速运行时失效状况安全性的电动车用可控磁通永磁同步电机及控制系统。

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种电动车用可控磁通永磁同步电机及控制系统，该永磁同步电机包括电机转轴、轴承、端盖、机座、旋转变压器、定子绕组、定子铁芯、铝镍钴永磁体、钕铁硼永磁体、转子铁芯、隔磁结构，转子铁芯由硅钢片叠压而成，转子铁芯靠花键固定在转轴上，转子非输出轴伸出端还安装有旋转变压器；该电机的永磁转子包括转轴、铝镍钴永磁体、钕铁硼永磁体及转子铁芯，所述永磁转子为内置混合式转子磁路结构，转子铁芯中的钕铁硼永磁体和铝镍钴永磁体按照类似Halbach阵列形式放置，转子每极之间有一定的间隙，铝镍钴永磁体、钕铁硼永磁体均嵌在硅钢片内；钕铁硼永磁体作为电机转子的主磁通，其充磁方向为对角充磁，铝镍钴永磁体为径向充磁，充磁方向受控制系统的直轴电流id控制，作为电机转子的调整磁通。

所述永磁转子每极采用三段式类Halbach阵列形式，钕铁硼永磁体处于每极的两侧，铝镍钴永磁体处于每极的中间位置，有利于控制系统对电机转子磁通的控制及电机驱动状态（Id=0控制）时输出转矩稳定。在驱动状态时（采用Id=0控制），交轴电流Iq对处于直轴位置的铝镍钴影响很小，保证电机驱动状态下的输出转矩稳定。

该电机的控制系统采用直轴电流Id来控制电机转子内铝镍钴永磁体的磁通状态，利用隔磁结构所处的位置，在对铝镍钴永磁体进行正、反向充磁有着不同的磁阻状态，有利于铝镍钴永磁体的正反向充磁，从而调整转子的磁通。铝镍钴永磁体对与永磁转子来说，有助磁和去磁两种工作状态，并对此时的转子磁通状态具有记忆性。采用钕铁硼永磁体和铝镍钴永磁体混合转子结构，利用钕铁硼永磁体高的磁性能，可以使铝镍钴永磁体在助磁状态时（电机驱动状态），电机工作特性与一般永磁同步电机基本一致；利用铝镍钴永磁体可控磁通特性，电机在去磁工作状态时结合控制系统，保证车辆系统在失效状态下的电安全和转矩安全。

所述控制系统包含信号检测单元、控制系统、PWM单元、逆变器、可控磁通永磁同步电机、电容、放电电阻、储能系统。所述信号检测单元采用CAN控制信号和硬件接入信号，并行触发。所述储能系统为电容或小电池。在车辆系统失效时，控制系统对电机施加一个直轴电流Id，使铝镍钴永磁体为去磁状态，并且将电机三相线短接，电机进入短路平衡状态，电机的制动转矩极小，反电动势接近于零，从而保证了车辆系统在失效状态下的电安全和转矩安全。在车辆系统失效后，储能系统保证电机有足够时间进入短路平衡状态；电容能够为铝镍钴去磁状态控制提供足够的去磁电流；放电电阻即能在足够的时间内对电容进行放电，又不对电机驱动系统效率造成很大影响。