[发明专利]一种可变磁通永磁容错电机及设计方法

说明书

本发明公开了一种可变磁通永磁容错电机及设计方法，涉及永磁容错电机领域。包括定子、转子和转轴，定子内圈圆周方向均匀分布为电枢齿，电枢齿上绕有电枢绕组，沿转子的圆周方向间隔均匀分布永磁体，永磁体采用V型放置组成永磁体对，V型开口朝向气隙，本发明在相邻永磁体极间均匀分布弧形磁障，确保电机只能极间漏磁，d、q轴之间设置空气磁障，沿转子外圆周方向均匀分布，在改善电机基本性能的同时进一步提高电机驱动系统的容错性能和可靠性，从而满足车用电机多变工况需求。本发明通过巧妙地设计转子磁障和气隙磁障以及采用分数槽集中绕组等方式，解决了传统电机难以兼具结构简单、强容错性能、宽调速和高效率的技术难题。

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其涉及一种基于多变运行工况下的可变磁通永磁容错电机系统。

背景技术

为响应国家二氧化碳排放力争于2030年达到峰值，努力争取2060年实现碳中和的“双碳”战略目标，新能源电动汽车的研究和应用是实现节能减排以及此目标的一个有效的途径。新能源电动汽车的研究是一个热点问题，满足其安全性和可靠性尤为重要。电机驱动系统作为电动汽车的“心脏”，是电动汽车研究的共性关键技术。永磁电机具有高效率、高功率密度、宽调速范围等优点，其驱动系统在电动汽车领域得到广泛关注。

随着电动汽车的发展和广泛应用，面对“市区道路、高速公路、乡村公路”等多种复杂的行驶环境，对电机及其驱动系统提出了更高的性能要求，不仅要满足高功率密度、高转矩输出、低转矩脉动和宽调速性能等要求，还要具备高可靠性和自如应对突发状况的能力。为提高永磁电机驱动系统的可靠性，永磁容错电机应运而生。中国发明专利《一种多相容错电机》(CN201811281184.8)公开了一种多相强容错电机，利用多相集中绕组技术和一种新型的定子结构，实现了故障工况下电机的强容错运行。但此类电机由于其恒定的永磁磁势导致气隙磁通难以调节，弱磁升速困难，限制了其转速范围。此外，中国发明专利《一种高磁阻转矩、高凸极率的五相永磁容错电机的设计方法》(CN202010084514.5)公开了一种新的五相永磁容错电机的槽极配合关系，在实现高磁阻转矩和高凸极率的同时，能保证优越的容错性能，对获得良好的容错能力和无位置传感器性能具有重要意义。但此类电机的气隙磁通仍无法调节，转速范围也在一定程度受到了限制。中国发明专利《一种多工况漏磁可控式宽调速高效率永磁无刷电机》(CN201910676159.8)公开了一种通过调节漏磁通以实现宽调速范围的永磁电机，该电机具有低速重载少漏磁，高速轻载多漏磁特点，理论上能够满足电动汽车的低速重载、频繁启停、高速巡航等工况场合。但该类电机着重解决弱磁调速存在的问题，很难保证在电机驱动系统发生电机绕组故障或者位置传感器故障时的强容错运行，无法应对电动汽车行驶时的突发情况。中国发明专利《一种基于位置自检测的混合励磁容错电机系统》(专利号201410460767.2)公布了一种改进的混合励磁电机结构，该电机具有调节气隙磁密的能力，并且试图将无位置传感器运行性能提前考虑到电机设计中，以提高电机驱动系统的可靠性和调速范围。然而，该类电机增加了额外损耗，不利于提高电机的效率；同时，此发明的设计理论未考虑电动汽车多运行工况的特殊应用场合，难以直接应用于电动汽车领域。

可见，现有的传统永磁电机在电机设计阶段未能统筹考虑高效能、宽调速性能、容错性能和无位置传感器运行性能，因此，提出一种满足电动汽车“频繁启停、加速、刹车、爬坡、高速巡航、故障”等多变工况需求的电机系统，仍是电动汽车领域亟待解决的科学与技术问题之一。

发明内容

发明目的：本发明根据现有技术中存在的问题，提出一种可变磁通永磁容错电机及其设计方法，以满足电动汽车的“频繁启停、加速、刹车、爬坡、高速巡航、故障”等多变工况需求，进一步拓宽电动汽车电机驱动系统的广域高效区和提高安全可靠运行性能。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：