多模式永磁電機(jī)及其最優(yōu)功率分配控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多模式永磁電機(jī)及其最優(yōu)功率分配控制方法，該電機(jī)包括內(nèi)、外兩個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子。外定子槽內(nèi)采用分布式繞組結(jié)構(gòu)，內(nèi)定子槽內(nèi)采用集中繞組結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子由外側(cè)的開關(guān)磁阻轉(zhuǎn)子和內(nèi)側(cè)的Halbach永磁體陣列構(gòu)成。外定子和開關(guān)磁阻轉(zhuǎn)子構(gòu)成一個(gè)同步磁阻電機(jī)，只產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩；內(nèi)定子和Halbach永磁體構(gòu)成一個(gè)輪轂式Halbach永磁電機(jī)，只產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩。內(nèi)、外定子和轉(zhuǎn)子的相互配合，使得電機(jī)在永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩獨(dú)立可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)該電機(jī)的三種模式運(yùn)行：低速區(qū)，以輪轂式Halbach永磁電機(jī)運(yùn)行(只使用永磁轉(zhuǎn)矩)；中速區(qū)，以內(nèi)嵌式永磁電機(jī)運(yùn)行(既使用永磁轉(zhuǎn)矩又使用磁阻轉(zhuǎn)矩)；高速區(qū)，以同步磁阻電機(jī)運(yùn)行(只使用磁阻轉(zhuǎn)矩)；進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行的高效率、寬調(diào)速運(yùn)行。
【專利說明】
多模式永磁電機(jī)及其最優(yōu)功率分配控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特指一種多模式永磁電機(jī)及其最優(yōu)功率分配控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，永磁電機(jī)W其高轉(zhuǎn)矩密度、高功率因數(shù)和高效率的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的受到 電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車的青睞。
[0003] 內(nèi)嵌式永磁電機(jī)因?yàn)槠湓谥懈咚賲^(qū)具有較高的效率，被廣泛的應(yīng)用于商用電動(dòng)汽 車。近年來(lái)，稀±永磁體的價(jià)格大幅上漲，為減少永磁體的用量，提出了永磁輔助式同步磁 阻電機(jī)。與內(nèi)嵌式永磁電機(jī)相比，永磁輔助式同步磁阻電機(jī)價(jià)格便宜，且其在高速區(qū)運(yùn)行時(shí) 具有更高的效率，但是在低速區(qū)運(yùn)行時(shí)效率較低。此外，輪穀式化Ibadi永磁電機(jī)與內(nèi)嵌式 永磁電機(jī)相比在低速區(qū)時(shí)擁有更高的效率，但是在中高速區(qū)的運(yùn)行效率比內(nèi)嵌式永磁電機(jī) 低。
[0004] 總的來(lái)說，不同形式的永磁電機(jī)只在特定的運(yùn)行區(qū)域內(nèi)擁有較高的效率，無(wú)法在 整個(gè)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)都保持較高的運(yùn)行效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服不同形式的永磁電機(jī)只能在特定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)保持高效 率運(yùn)行的不足，提出一種多模式永磁電機(jī)及其最優(yōu)功率分配控制方法。
[0006] 本發(fā)明的裝置采用的技術(shù)方案是:多模式永磁電機(jī)，電機(jī)由外定子、內(nèi)定子和一個(gè) 轉(zhuǎn)子組成;所述轉(zhuǎn)子可W分為內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子和外側(cè)轉(zhuǎn)子；
[0007] 外定子和外側(cè)轉(zhuǎn)子結(jié)合成一個(gè)同步磁阻電機(jī)，內(nèi)定子和內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子結(jié)合成一個(gè)輪穀 式化化adi永磁電機(jī)，同步磁阻電機(jī)和輪穀式化化ach永磁電機(jī)共同作用時(shí)構(gòu)成內(nèi)嵌式永磁 電機(jī);所述多模式永磁電機(jī)在低速區(qū)，W輪穀式化化ach永磁電機(jī)模式運(yùn)行；中速區(qū)，W內(nèi)嵌 式永磁電機(jī)模式運(yùn)行;高速區(qū)，W同步磁阻電機(jī)模式運(yùn)行。
[000引進(jìn)一步，所述低速區(qū)的工作模式為：由內(nèi)定子和內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子構(gòu)成的輪穀式化化ach永 磁電機(jī)起主動(dòng)作用，而由外定子和外側(cè)轉(zhuǎn)子構(gòu)成的同步磁阻電機(jī)為隨動(dòng)作用，此時(shí)多模式 永磁電機(jī)只利用永磁轉(zhuǎn)矩，為輪穀式化化ach永磁電機(jī)工作模式。
[0009] 所述中速區(qū)的工作模式為：由內(nèi)定子和內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子構(gòu)成的輪穀式化化adi永磁電機(jī) 起主動(dòng)作用，同時(shí)由外定子和外側(cè)轉(zhuǎn)子構(gòu)成的同步磁阻電機(jī)也起主動(dòng)作用，此時(shí)多模式永 磁電機(jī)既利用永磁轉(zhuǎn)矩又利用磁阻轉(zhuǎn)矩，為內(nèi)嵌式永磁電機(jī)工作模式。
[0010] 所述高速區(qū)的工作模式為：由外定子和外側(cè)轉(zhuǎn)子構(gòu)成的同步磁阻電機(jī)起主動(dòng)作 用，而由內(nèi)定子和內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子構(gòu)成的輪穀式化化a(3h永磁電機(jī)起隨動(dòng)作用，此時(shí)多模式永磁電 機(jī)只利用磁阻轉(zhuǎn)矩，為同步磁阻電機(jī)工作模式。
[0011] 進(jìn)一步，所述外定子上采用直槽結(jié)構(gòu)，直槽內(nèi)繞組為整數(shù)槽分布式繞組，外側(cè)轉(zhuǎn)子 采用開關(guān)磁阻結(jié)構(gòu)，W使得外電機(jī)同步磁阻電機(jī)只產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0012]進(jìn)一步，所述內(nèi)定子上采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子由化化ach永磁體組 成，W使得內(nèi)電機(jī)輪穀式化化ach永磁電機(jī)只產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩。
[0013] 進(jìn)一步，所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子采用化化a(：h永磁體結(jié)構(gòu)排列，化化a(：h永磁體通過環(huán)氧樹 脂膠黏劑粘結(jié)在所述外側(cè)轉(zhuǎn)子的內(nèi)壁上，組成一個(gè)完整的特殊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
[0014] 進(jìn)一步，所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子的化化a(：h永磁體為鋼鐵棚稀±永磁材料，化化a(：h永磁體 陣列的每極由一塊徑向充磁和兩塊切向充磁永磁體組成，徑向充磁永磁體沿轉(zhuǎn)子的圓周徑 向充磁，切向充磁永磁體充磁方向與徑向充磁永磁體充磁方向成90°夾角;每相鄰兩極中的 徑向充磁永磁體的充磁方向相反，每相鄰兩極中的切向充磁永磁體的充磁方向相反。
[0015] 進(jìn)一步，所述同步磁阻電機(jī)和輪穀式化化adi永磁電機(jī)共用一個(gè)轉(zhuǎn)子，但化化ach 永磁陣列的磁通只經(jīng)過永磁體陣列本身，而不經(jīng)過開關(guān)磁阻結(jié)構(gòu)的輛部，進(jìn)而同步磁阻電 機(jī)和輪穀式化化ach永磁電機(jī)的磁通相互解禪。
[0016] 進(jìn)一步，所述外定子上采用整數(shù)槽分布式繞組結(jié)構(gòu)的槽極配合需保證q = S/(2沖* m)為整數(shù);所述內(nèi)定子上采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組的槽極配合應(yīng)滿足S = 2P±2;其中m為電機(jī)的 相數(shù)，S為電機(jī)的槽數(shù)，P為電機(jī)極對(duì)數(shù)，q為電機(jī)的每極每相槽數(shù)。
[0017] 本發(fā)明的方法的技術(shù)方案為：
[0018] 進(jìn)一步，所述多模式永磁電機(jī)的最優(yōu)功率分配控制方法，其特征在于，該方法結(jié)合 所述多模式永磁電機(jī)能夠ΚΞ種電機(jī)模式運(yùn)行的特點(diǎn)，分Ξ段來(lái)來(lái)執(zhí)行，第一段為低速區(qū)， 第二段為中速區(qū)，第Ξ段為高速區(qū)；
[0019] 在第一段W永磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)力矩，所述輪穀式化化ach永磁電機(jī)起主動(dòng)作用，電機(jī) 的輸出功率全部由所述輪穀式化化ach永磁電機(jī)提供。
[0020] 在第二段W永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)力矩，所述輪穀式化化adi永磁電機(jī)起主 動(dòng)作用，所述同步磁阻電機(jī)也起主動(dòng)作用，此時(shí)電機(jī)的輸出功率由所述輪穀式化化ach永磁 電機(jī)和同步磁阻電機(jī)共同提供。
[0021] 在第Ξ段W磁阻轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)力矩，所述同步磁阻電機(jī)起主動(dòng)作用，此時(shí)電機(jī)的輸 出功率全部由所述同步磁阻電機(jī)提供，且此時(shí)所述同步磁阻電機(jī)采用恒功率法控制。
[0022] 本發(fā)明一種多模式永磁電機(jī)具有W下效果：
[0023] 1、所述多模式永磁電機(jī)是由外電機(jī)同步磁阻電機(jī)和內(nèi)電機(jī)輪穀式化化ach永磁電 機(jī)組合而成的一個(gè)電機(jī)，且外電機(jī)同步磁阻電機(jī)和內(nèi)電機(jī)輪穀式化化ach永磁電機(jī)都適合 在高速下運(yùn)行。當(dāng)內(nèi)電機(jī)輪穀式化化ach永磁電機(jī)單獨(dú)工作時(shí)只產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩;外電機(jī)同步 磁阻電機(jī)單獨(dú)工作時(shí)只產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩；當(dāng)內(nèi)外兩個(gè)電機(jī)同時(shí)作用時(shí)，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩中包含了 永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩，此時(shí)的電機(jī)相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)嵌式永磁電機(jī)?？蒞看出，所述多模式永磁 電機(jī)能夠ΚΞ種不同的電機(jī)模式運(yùn)行，分別為:曰、只產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的同步磁阻電機(jī)，b、只產(chǎn) 生永磁轉(zhuǎn)矩的輪穀式化化ach永磁電機(jī)，C、同時(shí)產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的內(nèi)嵌式永磁同 步電機(jī)。
[0024] 2、在低速區(qū)，只產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩的輪穀式化化ach永磁電機(jī)具有較高的運(yùn)行效率;在 中速區(qū)，能同時(shí)產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的內(nèi)嵌式永磁電機(jī)具有良好的弱磁能力和較高的 運(yùn)行效率;在高速區(qū)，只產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的同步磁阻電機(jī)具有較高的運(yùn)行效率。與普通單模式 電機(jī)相比，所述多模式永磁電機(jī)能夠分別運(yùn)行在輪穀式化化ach永磁電機(jī)模式、內(nèi)嵌式永磁 電機(jī)模式和同步磁阻電機(jī)模式。因此可W根據(jù)上述結(jié)論，在低速區(qū)，W只產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩的內(nèi) 電機(jī)輪穀式化Ibach永磁電機(jī)運(yùn)行；在中速區(qū)，外電機(jī)同步磁阻電機(jī)和內(nèi)電機(jī)輪穀式 化化ach永磁電機(jī)同時(shí)作用W能夠同時(shí)產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的內(nèi)嵌式永磁電機(jī)模式運(yùn) 行;在高速區(qū)，W只產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的外電機(jī)同步磁阻電機(jī)運(yùn)行。所述多模式永磁電機(jī)與普通 單模式永磁電機(jī)相比的優(yōu)點(diǎn)是:所述多模式永磁電機(jī)可W在整個(gè)速度范圍內(nèi)一直保持高效 率的運(yùn)行，提高電機(jī)的整體運(yùn)行效率和調(diào)速范圍。
[0025] 3、化化adi永磁陣列粘貼在外側(cè)轉(zhuǎn)子內(nèi)壁上，在外側(cè)轉(zhuǎn)子的保護(hù)下，其機(jī)械強(qiáng)度大 大提高，不用擔(dān)屯、永磁體的脫落或飛出。采用運(yùn)種化化結(jié)構(gòu)不僅可W提高永磁體的利用 率增大電機(jī)的功率密度，而且可W減小氣隙磁密中的諧波含量提高空載反電勢(shì)的正弦度。 所述多模式永磁電機(jī)在考慮化化ach結(jié)構(gòu)上述優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用化化ach結(jié)構(gòu)自屏蔽效應(yīng) 產(chǎn)生的單邊磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)電機(jī)輪穀式化化ach永磁電機(jī)和外電機(jī)同步磁阻電機(jī)的磁路解 禪。從而使得所述多模式永磁電機(jī)產(chǎn)生的永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩獨(dú)立可調(diào)，可W在輪穀式 化化ach永磁電機(jī)模式、同步磁阻電機(jī)模式和內(nèi)嵌式永磁電機(jī)模式獨(dú)立運(yùn)行互不影響。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和永磁體磁化方向示意圖；
[002引圖3是內(nèi)外電機(jī)的磁路；
[0029] 圖4為反電勢(shì)仿真結(jié)果圖；（a)空載時(shí)外定子整數(shù)槽分布式繞組和內(nèi)定子分?jǐn)?shù)槽集 中繞組反電勢(shì)；（b)外定子整數(shù)槽分布式繞組通入電流時(shí)內(nèi)定子分?jǐn)?shù)槽集中繞組反電勢(shì)；
[0030] 圖5為本發(fā)明在不同電機(jī)模式下運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩隨電流角變化的曲線；
[0031] 圖6為速度區(qū)域分配圖；
[0032] 圖7為Ξ段式功率分配圖：
[0033] 圖8為最優(yōu)功率分配控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述。
[0035] 如附圖1所示，該發(fā)明為一種多模式永磁電機(jī)。該電機(jī)包括兩個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子。 其中兩個(gè)定子分別為外定子1和內(nèi)定子2;轉(zhuǎn)子由開關(guān)磁阻轉(zhuǎn)子5和化化ach永磁體6組成。外 定子1采用整數(shù)槽分布式繞組結(jié)構(gòu)，內(nèi)定子2采用梨形槽，槽內(nèi)設(shè)有分?jǐn)?shù)槽集中繞組。所述轉(zhuǎn) 子結(jié)構(gòu)如圖2所示，化化adi永磁體6通過環(huán)氧樹脂膠黏劑粘結(jié)在開關(guān)磁阻結(jié)構(gòu)5的內(nèi)壁上， 形成一個(gè)完整的特殊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。化化adi永磁體采用化化adi結(jié)構(gòu)排列，永磁體的磁化方向 如圖2所示。所述化化adi永磁體陣列的每極由一塊徑向充磁和兩塊切向充磁永磁體組成， 徑向充磁永磁體沿轉(zhuǎn)子的圓周徑向充磁，切向充磁永磁體充磁方向與徑向充磁永磁體充磁 方向成90°夾角;每相鄰的兩極中的徑向充磁永磁體的充磁方向相反，每相鄰的兩極中的切 向充磁永磁體的充磁方向相反?；痑ch永磁體采用鋼鐵棚稀±永磁材料。
[0036] 本發(fā)明電機(jī)所包含的內(nèi)外電機(jī)的磁路如圖3所示。從圖3中可W看出，外電機(jī)磁路 中，磁路由外定子1產(chǎn)生，并與開關(guān)磁阻轉(zhuǎn)子5相互交鏈，利用開關(guān)磁阻轉(zhuǎn)子交直軸磁阻不同 來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為磁阻轉(zhuǎn)矩。內(nèi)電機(jī)磁路中，磁路由內(nèi)定子2產(chǎn)生，并與化化a(：h永 磁體6交鏈，通過電樞繞組磁鏈和永磁磁鏈相互作用輸出轉(zhuǎn)矩，所W產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為永磁轉(zhuǎn) 矩。為了保證輸出的永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩解禪，必須保證空載和負(fù)載的情況下，內(nèi)電機(jī)磁路 和外電機(jī)磁路的解禪。
[0037] 為了精確說明本發(fā)明內(nèi)外電機(jī)磁路解禪的效果，給出了空載和外定子整數(shù)槽分布 式繞組3通入電流情況下的外定子整數(shù)槽分布式繞組3和分?jǐn)?shù)槽集中繞組4的反電勢(shì)變化。 從圖4(a)可W看出在空載情況下，內(nèi)定子分?jǐn)?shù)槽集中繞組4有反電勢(shì)而外定子整數(shù)槽分布 式繞組3反電勢(shì)為0,從而得到永磁體產(chǎn)生的磁鏈只和內(nèi)定子2交鏈，而沒有磁鏈通過外定子 1。由圖4(b)可W看出在外定子整數(shù)槽分布式繞組3通入電流情況下，內(nèi)定子分?jǐn)?shù)槽集中繞 組4得到的反電勢(shì)和空載時(shí)幾乎一致，說明了內(nèi)外電機(jī)磁路解禪的有效性。從而說明了本發(fā) 明所述的多模式永磁電機(jī)可W在不同模式下運(yùn)行，分別是：a、只產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩的輪穀式 化化ach永磁電機(jī)模式;b、只產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的同步磁阻電機(jī)模式;C、同時(shí)產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩和磁 阻轉(zhuǎn)矩的內(nèi)嵌式永磁電機(jī)模式。
[0038] 為更直觀的了解本發(fā)明所述多模式永磁電機(jī)在不同模式下運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩狀況， 圖5給出了所述多模式永磁電機(jī)在不同工作模式下，輸出轉(zhuǎn)矩隨電流角的變化曲線。分別 為：內(nèi)電機(jī)輪穀式化Ibach永磁電機(jī)單獨(dú)作用時(shí)，隨著電流角變化輸出永磁轉(zhuǎn)矩的變化曲 線;外電機(jī)同步磁阻電機(jī)單獨(dú)作用時(shí)，隨著電流角變化輸出磁阻轉(zhuǎn)矩的變化曲線；內(nèi)外兩個(gè) 繞組同時(shí)通電，電機(jī)工作在內(nèi)嵌式永磁電機(jī)模式下的輸出轉(zhuǎn)矩隨電流角變化的曲線。
[0039] 在圖6的低速區(qū)，所述多模式永磁電機(jī)只產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩，W輪穀式化化adi永磁電 機(jī)運(yùn)行，具有較高的運(yùn)行效率;在中速區(qū)，所述多模式永磁電機(jī)能同時(shí)產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻 轉(zhuǎn)矩，W內(nèi)嵌式永磁電機(jī)運(yùn)行，具有良好的弱磁能力和較高的運(yùn)行效率;在高速區(qū)，所述多 模式永磁電機(jī)只產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，W同步磁阻電機(jī)運(yùn)行，具有較高的運(yùn)行效率;進(jìn)而使得所述 多模式永磁電機(jī)在不同工作模式下均具有高效率。
[0040] 如圖7所示為盡可能發(fā)揮所述多模式永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，提出了基于速度區(qū)域劃分 的Ξ段式最優(yōu)功率分配控制方法:第一段為低速區(qū)，第二段為中速區(qū)，第Ξ段為高速區(qū)；
[0041] 在第一段W永磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)力矩，所述輪穀式化化ach永磁電機(jī)起主動(dòng)作用，電機(jī) 的輸出功率全部由所述輪穀式化化ach永磁電機(jī)提供。
[0042] 在第二段W永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)力矩，所述輪穀式化化adi永磁電機(jī)起主 動(dòng)作用，所述同步磁阻電機(jī)也起主動(dòng)作用，此時(shí)電機(jī)的輸出功率由所述輪穀式化化ach永磁 電機(jī)和同步磁阻電機(jī)共同提供。
[0043] 在第Ξ段W磁阻轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)力矩，所述同步磁阻電機(jī)起主動(dòng)作用，此時(shí)電機(jī)的輸 出功率全部由所述同步磁阻電機(jī)提供，且此時(shí)所述同步磁阻電機(jī)采用恒功率法控制。
[0044] 在獲得Ξ段式最優(yōu)功率分配的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了多模式電機(jī)的控制方法（圖8)。圖8 中"Ξ段式最優(yōu)功率分配"具體實(shí)施方法為:在低速區(qū)，所述多模式永磁電機(jī)工作在輪穀式 化化a(：h永磁電機(jī)模式。所述輪穀式化化ach永磁電機(jī)起主動(dòng)作用，所述同步磁阻電機(jī)起隨 動(dòng)作用。此時(shí)系統(tǒng)所需要的輸出功率全部由所述輪穀式化化a(ih電機(jī)產(chǎn)生的功率Pi提供。在 中速區(qū)，所述多模式永磁電機(jī)工作在內(nèi)嵌式永磁電機(jī)模式。所述輪穀式化化ach永磁電機(jī)起 主動(dòng)作用，所述同步磁阻電機(jī)也起主動(dòng)作用。此時(shí)系統(tǒng)所需的輸出功率由所述輪穀式 化化adi永磁電機(jī)產(chǎn)生的功率Pi和所述同步磁阻電機(jī)產(chǎn)生的功率P2共同提供。所述輪穀式 化化ach永磁電機(jī)功率Pi和所述同步磁阻電機(jī)功率P2,按照電機(jī)銅耗Pcui+Pcu2最小的約束條 件來(lái)分配。在高速區(qū)，所述多模式永磁電機(jī)工作在同步磁阻電機(jī)模式。所述同步磁阻電機(jī)起 主動(dòng)作用，所述輪穀式化化ach永磁電機(jī)起隨動(dòng)作用。此時(shí)系統(tǒng)所需要的輸出功率全部由所 述同步磁阻電機(jī)產(chǎn)生的功率P2提供。在高速區(qū)，所述同步磁阻電機(jī)按照恒功率法進(jìn)行控制。
[0045] 圖8中的"功率轉(zhuǎn)速電流分配法"具體實(shí)施步驟為：
[0046] 根據(jù)機(jī)械功率表達(dá)式可W求解電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T。
[0047]
[0048] 其中，P為輸出功率，ω為機(jī)械角速度。
[0049] 根據(jù)所述輪穀式化化ach永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程，可W求得所述化化ach永磁電機(jī)的 交軸電流iq。
[(K)加 ]
[0051 ]其中，P1為所述輪穀式化化ach永磁電機(jī)的極對(duì)數(shù)，恥為永磁磁鏈。
[0052]根據(jù)所述同步磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程，可W求得所述同步磁阻電機(jī)的交、直軸電流 Iq、Id 〇
[0化3]
[0054] 其中，P2為所述同步磁阻電機(jī)的極對(duì)數(shù)，Ld為直軸電感，Lq為交軸電感。
[0055] 盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可W理解:在不 脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可W對(duì)運(yùn)些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本 發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 多模式永磁電機(jī)，其特征在于：電機(jī)由外定子（1)、內(nèi)定子(2)和一個(gè)轉(zhuǎn)子組成;所述 轉(zhuǎn)子可以分為內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子(6)和外側(cè)轉(zhuǎn)子(5); 外定子（1)和外側(cè)轉(zhuǎn)子(5)結(jié)合成一個(gè)同步磁阻電機(jī)，內(nèi)定子(2)和內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子(6)結(jié)合成 一個(gè)輪轂式Halbach永磁電機(jī)，同步磁阻電機(jī)和輪轂式Halbach永磁電機(jī)共同作用時(shí)構(gòu)成內(nèi) 嵌式永磁電機(jī);所述多模式永磁電機(jī)在低速區(qū)，以輪轂式Halbach永磁電機(jī)模式運(yùn)行；中速 區(qū)，以內(nèi)嵌式永磁電機(jī)模式運(yùn)行;高速區(qū)，以同步磁阻電機(jī)模式運(yùn)行。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模式永磁電機(jī)，其特征在于， 低速區(qū)的工作模式為：由內(nèi)定子(2)和內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子(6)構(gòu)成的輪轂式Ha 1 bach永磁電機(jī)起 主動(dòng)作用，而由外定子（1)和外側(cè)轉(zhuǎn)子(5)構(gòu)成的同步磁阻電機(jī)為隨動(dòng)作用，此時(shí)多模式永 磁電機(jī)只利用永磁轉(zhuǎn)矩，為輪轂式Ha lbach永磁電機(jī)工作模式； 中速區(qū)的工作模式為：由內(nèi)定子(2)和內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子(6)構(gòu)成的輪轂式Halbach永磁電機(jī)起 主動(dòng)作用，同時(shí)由外定子（1)和外側(cè)轉(zhuǎn)子(5)構(gòu)成的同步磁阻電機(jī)也起主動(dòng)作用，此時(shí)多模 式永磁電機(jī)既利用永磁轉(zhuǎn)矩又利用磁阻轉(zhuǎn)矩，為內(nèi)嵌式永磁電機(jī)工作模式； 高速區(qū)的工作模式為：由外定子（1)和外側(cè)轉(zhuǎn)子(5)構(gòu)成的同步磁阻電機(jī)起主動(dòng)作用， 而由內(nèi)定子(2)和內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子(6)構(gòu)成的輪轂式Ha lbach永磁電機(jī)起隨動(dòng)作用，此時(shí)多模式永 磁電機(jī)只利用磁阻轉(zhuǎn)矩，為同步磁阻電機(jī)工作模式。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模式永磁電機(jī)，其特征在于，所述外定子（1)采用直槽結(jié)構(gòu)， 直槽內(nèi)繞組為整數(shù)槽分布式繞組，外側(cè)轉(zhuǎn)子(5)采用開關(guān)磁阻結(jié)構(gòu)，以使得外電機(jī)同步磁阻 電機(jī)只產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模式永磁電機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)定子(2)上采用分?jǐn)?shù)槽 集中繞組結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子(6)由Halbach永磁體組成，以使得內(nèi)電機(jī)輪轂式Halbach永磁電機(jī) 只產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模式永磁電機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子(6)采用Halbach 永磁體結(jié)構(gòu)排列，Halbach永磁體通過環(huán)氧樹脂膠黏劑粘結(jié)在所述外側(cè)轉(zhuǎn)子(5)的內(nèi)壁上， 組成一個(gè)完整的特殊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多模式永磁電機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子(6)的Ha lbach永 磁體采用銣鐵硼稀土永磁材料，Halbach永磁體陣列的每極由一塊徑向充磁和兩塊切向充 磁永磁體組成，徑向充磁永磁體沿轉(zhuǎn)子的圓周徑向充磁，切向充磁永磁體充磁方向與徑向 充磁永磁體充磁方向成90°夾角;每相鄰兩極中的徑向充磁永磁體的充磁方向相反，每相鄰 兩極中的切向充磁永磁體的充磁方向相反。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多模式永磁電機(jī)，其特征在于，所述同步磁阻電機(jī)和輪轂式 Halbach永磁電機(jī)共用一個(gè)轉(zhuǎn)子，但Halbach永磁陣列的磁通只經(jīng)過永磁體陣列本身，而不 經(jīng)過開關(guān)磁阻結(jié)構(gòu)的輒部，進(jìn)而同步磁阻電機(jī)和輪轂式Halbach永磁電機(jī)的磁通相互解耦。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模式永磁電機(jī)，其特征在于，所述外定子（1)上采用整數(shù)槽 分布式繞組結(jié)構(gòu)的槽極配合需保證q = S/(2*P*m)為整數(shù);所述內(nèi)定子(2)上采用分?jǐn)?shù)槽集 中繞組的槽極配合應(yīng)滿足S = 2P± 2;其中m為電機(jī)的相數(shù)，S為電機(jī)的槽數(shù)，P為電機(jī)極對(duì)數(shù)， q為電機(jī)的每極每相槽數(shù)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述多模式永磁電機(jī)的最優(yōu)功率分配控制方法，其特征在于，該方法 結(jié)合所述多模式永磁電機(jī)能夠以三種電機(jī)模式運(yùn)行的特點(diǎn)，分三段來(lái)來(lái)執(zhí)行，第一段為低 速區(qū)，第二段為中速區(qū)，第三段為高速區(qū)； 在第一段以永磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)力矩，所述輪轂式Halbach永磁電機(jī)起主動(dòng)作用，電機(jī)的輸 出功率全部由所述輪轂式Halbach永磁電機(jī)提供； 在第二段以永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)力矩，所述輪轂式Halbach永磁電機(jī)起主動(dòng)作 用，所述同步磁阻電機(jī)也起主動(dòng)作用，此時(shí)電機(jī)的輸出功率由所述輪轂式Halbach永磁電機(jī) 和同步磁阻電機(jī)共同提供； 在第三段以磁阻轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)力矩，所述同步磁阻電機(jī)起主動(dòng)作用，此時(shí)電機(jī)的輸出功 率全部由所述同步磁阻電機(jī)提供，且此時(shí)所述同步磁阻電機(jī)采用恒功率法控制。
【文檔編號(hào)】H02K1/27GK106059225SQ201610334836
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】陳前, 趙文祥, 劉國(guó)海, 林志鵬, 徐高紅, 劉正蒙, 鄭皓
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)