[发明专利]一种用于电动汽车的五相轴向磁通永磁电机

说明书

本发明公开了一种用于电动汽车的五相轴向磁通永磁电机，采用单定子/双转子结构，由一个定子和两个转子组成。定子为“背靠背”拓扑，包括十个定子铁心，十个铝镍钴永磁体，二十个电枢线圈和二十个脉冲线圈，转子由五十七个钕铁硼永磁体组成。本发明的五相电机容错性能好、可靠性高、转矩脉动小；定转子永磁型轴向双凸极结构，轴向长度短、结构紧凑、体积小、功率/转矩密度高、反电势正弦度高、效率高；定子上铝镍钴永磁体容易实现充去磁，电机气隙磁场能够灵活调节，拓宽调速范围，增强带载能力，且调磁效率高；转子上特殊排列形式的钕铁硼永磁体，可以得到较为完美的正弦气隙磁场，减少谐波含量，进一步提高电机效率和功率密度。

技术领域

本发明属于轴向磁通永磁电机技术领域，具体涉及一种用于电动汽车的五相轴向磁通永磁电机。

背景技术

轴向磁通永磁电机具有轴向长度短、结构简单紧凑、体积小、效率高、功率/转矩密度高和转子铁心利用率高等特点，引起了国内外科研机构和企业的广泛关注和深入研发。2011年，国内学者M.Lin提出了定子永磁型轴向磁场磁通切换永磁电机，永磁体和绕组位于定子，转子无永磁体和电枢绕组。该类电机结合了轴向磁通永磁电机和磁通切换电机的特点，具有轴向长度短、结构简单紧凑、转子结构坚固、效率高、功率/转矩密度高、反电势正弦度高、散热方便等优势，在电动汽车领域具有广阔的应用前景。

目前，定子永磁型轴向磁通切换永磁电机都为三相结构，出现单相或多相短路、断路故障后，电机容错运行时转矩脉动大，甚至无法正常运行，可靠性还不够高，且转矩输出能力不够强。针对该问题，本发明提出定转子永磁型五相轴向磁通永磁电机。五相结构与E型铁心，提高容错运行能力；低矫顽力铝镍钴永磁体，容易实现充去磁，进而调节气隙磁场，极大地增强了电机转矩输出能力与拓宽了电机的调速范围，且调磁效率高；此外，转子上永磁体的特殊排列方式，可以强化工作气隙中的磁场强度，并且可以减少气隙磁场中的谐波含量，得到较为完美的正弦气隙磁场，提升电机的功率密度和效率。最终，满足电动汽车广域高效率、高功率/转矩密度、高可靠性、宽调速范围、大转矩输出能力等要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电动汽车的五相轴向磁通永磁电机，解决定子永磁型轴向磁通永磁电机可靠性不够高，调磁效率不高，调磁范围不够宽、转矩脉动大等问题，实现电机的高效高功率密度，高可靠性，宽调磁范围，强稳定性运行。

本发明所采用的技术方案是：一种用于电动汽车的五相轴向磁通永磁电机，包括同轴依次安装的第一转子、定子、第二转子；第一转子、第二转子与定子之间均留有气隙，第一转子与第二转子关于定子中心对称，每个转子包括能够导磁的环形背铁，环形背铁上设置有十九个转子极，每个转子极由两个侧边钕铁硼永磁体和一个中间钕铁硼永磁体组成，中间钕铁硼永磁体夹在两个侧边钕铁硼永磁体之间；中间钕铁硼永磁体的轴向长度大于侧边钕铁硼永磁体；其中，中间钕铁硼永磁体沿轴向方向充磁，同一转子上相邻的两个中间钕铁硼永磁体极性相反，侧边钕铁硼永磁体沿一定角度向中间钕铁硼永磁体充磁；两个转子相对的侧边钕铁硼永磁体和中间钕铁硼永磁体充磁方向相反；

定子由十个双E形定子铁心、十个铝镍钴永磁体、二十个集中式电枢绕组和二十个集中式脉冲绕组组成；电枢绕组缠绕在夹放铝镍钴永磁体的两个相邻定子齿与永磁体组成的单元块上，脉冲绕组缠绕在双E形定子铁心的轭部；定子单边上每相对两个集中式电枢绕组串联构成一相电枢绕组，五相电枢绕组分别顺次序串联或并联构成整个电机的A相、B相、C相、D相、E相电枢绕组，另一侧与之对称。

本发明的特点还在于：

第一转子和第二转子上的侧边钕铁硼永磁体和中间钕铁硼永磁体按照间隔且不同充磁方向规律排序，转子上的侧边钕铁硼永磁体和中间钕铁硼永磁体为不等宽不等厚结构，且中间钕铁硼永磁体在工作气隙侧沿轴向方向开有两个辅助槽。

集中式脉冲绕组通过施加瞬时电流，改变两个双E形定子铁心中间夹有的铝镍钴永磁体的磁化状态，调节气隙磁场。

第一转子、定子、第二转子均为轴向拓扑结构。