CN108418368A - 一种电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机及其方法，该电机包括径向定子、轴向转子和径向转子，径向转子安放于径向定子内部，与径向定子同轴布设，径向转子的端部设置有轴向转子，与径向转子同轴布设；通过伺服电机拖动轴向转子转动，使轴向转子和径向转子保持相同的转速，径向转子上设有永磁体，永磁体产生的磁通一部分通过径向隙进入到径向定子产生径向主磁通，另一部分通过轴向气隙进入到轴向转子产生轴向主磁通，轴向磁通和径向磁通呈现并联关系，通过改变轴向转子和径向转子的相对位置，可以调节径向转子的轴向磁通，从而间接的控制径向转子的径向磁通，实现混合励磁功能，拓宽电动汽车驱动电机的经济运行范围。

Description

一种电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机及其方法

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电动机，具体涉及一种电动汽车用双转子复合结构混合励磁永磁同步电动机及其方法。

背景技术

近年来，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。主要应用如下：

(1)家用电器：包括电视音像设备、风扇、空调外挂机、食品加工机、油烟机等。

(2)计算机及其外围设备：包括计算机(驱动器、风扇等)、打印机、绘图仪、光驱、光盘刻录机、扫描仪等。

(3)工业生产：包括工业驱动装置、材料加工系统、自动化设备、机器人、传动系统等。

(4)汽车行业：包括永磁起动机、雨刮器电机、门锁电机、座椅升降电机、遮阳顶棚电机、清洗泵电机、录音机用电机、玻璃升降电机、散热器冷却风扇电机、空调电机、天线升降电机、油泵电机、后视镜调节等。

(5)公共生活领域：包括钟表、美容机械、自动售货机、自动取款机、点钞机等。

(6)交通运输领域：包括电车、飞机辅助设备、舰船等。

(7)航天领域：包括火箭、卫星、宇宙飞船、航天飞机等。

(8)国防领域：包括坦克、导弹、潜艇、飞机等。

(9)医疗领域：包括牙钻、人工心脏、医疗器械等。

(10)发电领域：包括风力发电、余热发电、小型水力发电、小型内燃发电机组用发电机，以及大型发电机的副励磁机等。

(11)新型纯电动汽车领域：在当今环保和能源问题备受关注的大趋势下，为解决传统汽车污染环境和使用不可再生能源的缺点，电动汽车呈现加速发展的趋势；同时电动汽车容易实现智能化，有助于改进和提高车辆的安全和使用性能。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。

常规永磁电动机通常分为以下4类：永磁直流电动机、异步启动永磁同步电动机、永磁无刷直流电动机和调速永磁同步电动机。

永磁直流电动机与普通直流电动机在结构上的不同在于前者取消了励磁绕组和磁极铁心，并用永磁磁极取代，具有结构简单、可靠性高、效率高、体积小、重量轻等特点、大多数的永磁直流电动机是微型电动机，在电动玩具、家用电器、汽车工业中得到了广泛应用，其中在汽车工业中的应用发展最快。

无刷直流电机和调速永磁同步电机结构上基本相同，定子上为多相绕组，转子上为永磁体，它们的主要区别是无刷直流电机根据转子位置信息实现自同步。它们的优点在于：取消了电刷换向器，可靠性提高；损耗主要由定子产生，散热条件好；体积小，重量轻。

异步启动永磁同步电动机与调速永磁同步电动机结构上的区别是：前者转子上有起动绕组或具有起动作用的整体铁心，能自起动，无需控制系统即可在电网上运行。

调速永磁同步电机根据转子上的永磁体安放方式的不同，可以分为表面式转子结构和内置式转子结构两种：

表面式转子结构中，永磁体被加工成弧形，直接固定在转子的外表面，永磁体直接面向电机气隙，永磁体产生的磁通直接经过气隙进入定子形成有效磁通；与内置式转子结构相比，表面式转子结构中的永磁体由于直接安放在转子表面，永磁体需要加工成与转子和气隙相匹配的弧形形状以保证形成均匀气隙，由于永磁材料易碎的特性，其精确加工较为复杂，对加工工艺要求较高，成本高。此外，由于永磁体直接安放在转子表面，电机运行时，由于离心力的作用，要求永磁体外部必须缠绕无纬带绑扎固定，避免转子高速旋转时永磁体发生脱落损坏；由于永磁体的气隙磁密与永磁体的宽度成正比关系，因此当永磁体的宽度确定时，电机空载气隙磁密随之确定，实际进行设计时，电机永磁体宽度受到空载气隙磁密的制约；由于永磁体直接面向电机气隙，当电机需要进行弱磁扩速控制即采用i_d不等于0控制时，电枢绕组产生的磁通会直接穿过永磁体，永磁体面临不可逆退磁的风险；由于永磁材料的磁导率与空气很接近，表面式转子结构中d轴和q轴的电抗相等，电机运行时仅靠永磁磁场和电枢磁场相互作用产生转矩，不能产生磁阻转矩，电机的转矩密度和功率密度与内置式转子结构相比较低；表面式转子结构不能在转子外侧放置起动鼠笼，电机不能实现自起动。

内置式转子结构中，永磁体按照一定的要求嵌入到转子铁芯当中，永磁体在铁心中产生磁通，内置式转子结构中永磁体的嵌入形式多样，永磁体能够根据不同的要求进行串并联组合实现聚磁效应，满足实际性能需要；与表面式转子结构相比，内置式转子结构中的永磁体不是直接安放于转子表面，而是通过一定的形式嵌入到转子铁芯当中，永磁体不直接面向电机气隙，永磁体依靠转子中的永磁体槽进行固定，无需无纬带捆绑固定，转子机械结构整体性好，电机高速旋转时可靠性高；永磁体可以通过相互之间串联和并联的灵活组合实现聚磁效应，能够得到比表面式转子结构大得多的气隙磁密，电机功率密度和转矩密度高于表面式转子结构；电机极弧系数和气隙磁密没有直接关系，在设计时可以分别独立进行设置；过载条件下，由于永磁体不直接面对气隙，可以降低退磁的风险。

现有的永磁同步电机存在如下的技术缺点：

1、永磁同步电机由于永磁体磁动势固定，电机主磁通不可调，导致恒功率运行范围窄，调速范围不够宽泛。

2、现有的内置式永磁同步电机转子结构中，转子永磁体通过各种组合实现“聚磁效应”，因此转子铁芯磁极磁密很高，使得其端部存在较大的漏磁通，转子漏磁通通过电机转子的端部或者端盖闭合，由于永磁体产生的总磁通量一定，端部漏磁通的存在不但使得电机的两个端部磁场分布不均匀，而且降低了电机的有效磁通利用率，从而降低了电机的功率密度和转矩密度，为克服端部漏磁通的影响，实际设计时，电机转子经常采用overhang结构，使得转子铁芯轴向长度大于电机定子铁芯的轴向长度，但该结构显著增加了电机的轴向长度，进而增加了电机的铁芯材料用量和制造成本，并且该结构本质上没有起到抑制端部漏磁通的效果。

3、现有的永磁同步电机正常运行时，通常只有Iq电流产生转矩，此时Id＝0，弱磁运行时，需要对转子施加d轴电流，此时Id≠0，进而实现对转子磁极的去磁作用，由于d轴电流由电机的功率逆变器产生，因此当电机进行弱磁控制时，会显著增大电机绕组电流的幅值，并大大增加功率逆变器的容量，当需要进行深度弱磁时，此时需要的d轴电流很大，电机的功角将迅速减小，电机电流将很快超过变频器的容量，因此，对需要进行弱磁扩速运行的永磁同步电机，通常需要采取额外的措施和方法进行弱磁调节，以此减弱每极磁通。

4、按照弱磁时d轴磁通经过的路径不同，现有内置式转子结构的永磁同步电机可以分为两类，其中一类，在进行弱磁控制时，电枢绕组产生的d轴磁通会穿过电机的永磁体，引起永磁体的不可逆退磁，另外一类，当进行弱磁控制时，电枢绕组产生的d轴磁通不经过永磁体闭合，但d轴电流产生的磁场强迫更多的转子磁通通过电机的端部和端盖闭合，显著增大了电机的漏磁通，而且由于电机的端部磁阻通常比气隙磁阻大得多，因此，弱磁所需要的d轴电流较大，显著增加了电机功率逆变器的成本和绕组铜耗、

5、现有的永磁同步电机通常电枢反电动势谐波较大，齿槽转矩问题突出，会带来严重的振动和噪声问题，目前常用的改善方法是定子斜槽或者转子斜极的方法，以改善反电动势谐波和削弱齿槽转矩，但定子斜槽和转子斜极的加工工艺较为复杂，大大增加了制造成本，而且会一定程度减小电机的平均电磁转矩，降低电机的功率密度和转矩密度。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种电动汽车用双转子复合结构混合励磁永磁同步电动机及其方法，该电机包括径向定子、轴向转子和径向转子，所述径向转子安放于径向定子内部，与径向定子同轴布设，径向转子上设置有转子槽，转子槽内放置有永磁体，在径向转子上产生径向磁极和轴向磁极，转子径向磁极和径向定子之间设有径向气隙，所述径向转子的侧面设置有轴向转子，与径向转子同心布设，轴向转子和轴向磁极之间设有轴向气隙。所述轴向转子可以自由转动，通过一个小功率的伺服电机拖动其转动，保持轴向转子的转速与径向转子相同，轴向转子上安放有永磁体，极数与径向转子极数相同；所述径向磁极面向电机径向定子，所述轴向磁极面向电机的轴向转子，径向磁极产生的磁通通过气隙进入到径向定子产生主磁通，轴向磁极产生的磁通通过轴向气隙进入到轴向转子，轴向磁通和径向磁通呈现并联关系，通过改变轴向转子和径向转子的相对位置，可以调节进入到电机径向气隙的主磁通，实现混合励磁功能，从而拓宽电动汽车驱动电机的经济运行范围，并且使转子永磁体产生的径向磁通和轴向磁通均得到了应用，消除了端部漏磁，提高了永磁材料的利用率，减轻了电动汽车驱动电机的重量。

本发明所采用的技术方案是：

一种电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机，包括径向定子、径向转子和轴向转子，所述径向转子内置在径向定子中且与径向定子同轴放置，所述轴向转子设置在径向转子的端部，与径向转子同心放置；

所述径向转子内放置有永磁体，所述永磁体使径向转子上产生径向磁极和轴向磁极，永磁体产生的磁通一部分沿电机的径向方向通过径向气隙进入到径向定子形成径向主磁通，永磁体产生的磁通另一部分沿电机的轴向方向通过轴向磁极进入到轴向转子形成轴向主磁通，径向主磁通和轴向主磁通组成混合磁路，通过调控混合磁路，使电机实现在增磁运行状态和弱磁扩速运行状态之间转换。

进一步的，所述径向转子的一端或两端设置有轴向转子，轴向转子和径向转子同心放置，所述径向定子由硅钢片叠压而成，所述轴向转子有硅钢片卷叠并加工而成；在径向转子靠近轴向转子的端部加工成扇环形状形成轴向磁极。

进一步的，所述径向转子上设置有若干个转子槽，转子槽内放置有永磁体，所述永磁体使径向转子上产生径向磁极和轴向磁极，轴向磁极的极数和径向磁极的极数相等；所述径向磁极面向电机径向定子，所述轴向磁极面向电机的轴向转子，形成混合磁路，通过调控混合磁路，使电机实现在增磁运行状态和弱磁运行状态之间转换。

进一步的，所述径向定子和径向转子外沿之间设有径向气隙，所述轴向转子和径向转子端部之间设有轴向气隙；

所述径向主磁通与径向电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩，轴向主磁通与轴向转子产生的磁通交链。

进一步的，所述径向定子包括径向定子槽、径向定子齿和径向定子轭部，径向定子轭部为圆环状，径向定子齿有多个，沿定子轭部圆周均匀分布，相邻的径向定子齿之间有径向定子槽，所述径向定子槽内安放有径向电枢绕组；

所述径向电枢绕组为单层绕组或双层绕组，径向电枢绕组产的磁场极数与径向磁极极数相等，轴向转子的永磁体产生的磁场极数与径向转子的轴向磁极极数相等。

进一步的，所述轴向转子包括轴向转子背轭和轴向转子永磁体安放槽，轴向转子永磁体安放槽内安放有轴向转子永磁体，用于在轴向转子上产生与径向转子的轴向磁极相对应的磁极，所述轴向转子通过伺服电机驱动，与径向转子保持相同的转速，从而使轴向转子的磁极与径向转子的轴向磁极始终保持一个固定的角度。

进一步的，所述径向主磁通和轴向主磁通并联，当轴向转子上的永磁体产生的磁极与径向转子的轴向磁极处于去磁位置时，轴向主磁通减小，径向主磁通增大；

当电机正常工作不需要弱磁运行时，轴向转子上的永磁体产生的磁极与径向转子的轴向磁极处于纯去磁位置，即轴向转子产生的磁极与转子的轴向磁极同性对应，此时，电机的径向主磁通最大，电机的径向气隙磁密最大，电机输出额定最大转矩和功率；

当电机需要进行弱磁运行时，通过调控伺服电机拖动轴向转子，改变轴向转子的永磁体产生的磁极与径向转子的轴向磁极之间的相对位置，使径向转子上永磁体产生的磁通一部分进入到轴向转子中，此时电机的径向主磁通减小，降低径向气隙磁密，实现电机弱磁运行。

基于上述的电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机的磁路调控方法，根据电机工作的额定转速、额定转矩以及性能要求，设置电机的径向气隙长度、轴向气隙长度和径向电枢绕组匝数以及轴向定子的永磁体尺寸，将电机的径向定子作为驱动定子产生转矩，通过电机的轴向转子调整电机主磁通。

进一步的，所述电机的工作状态为：

轴向转子的永磁体产生的磁极与径向转子的轴向磁极处于纯去磁位置，径向定子产生主驱动转矩，轴向转子通过调整轴向转子磁极与径向转子轴向磁极的相对位置来实现对电机主磁通的调节；

当电机正常工作不需要弱磁运行时，轴向转子上的永磁体与径向转子的轴向主极磁通极性相同对应，并通过一个小功率的伺服电机牵引，使轴向转子始终与径向转子保持同步的速度，从而使轴向转子起到纯去磁作用，电机轴向主磁通减小，径向主磁通增大，电机转矩主要由径向主磁通和径向电枢绕组磁场产生，此时电机轴向转子起到去磁作用，径向主磁通最大，通过调节电机轴向转子的磁极与径向转子轴向磁极的相对位置，调节径向主磁通的大小；

当电机需要弱磁运行时，对带动轴向转子旋转的伺服电机进行控制，使电机轴向转子磁极与径向转子轴向磁极的相对角度发生变化，轴向主磁通增大，此时电机径向部分工作在弱磁调条件，轴向定子的工作状态由纯去磁向增磁偏移，减小电机的径向主磁通，降低径向气隙磁密，电机实现弱磁运行。

一种电动汽车，包括上述的电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明电机为双转子结构，该双转子结构与现有的绝大多数双转子结构不同，现有双转子电机中其中一个转子安放在电机定子内部，为内转子，一个在定子的外部，为外转子，电机发热集中在电机轴向，电机热负荷很高，而且内转子不直接与外部环境接触，电机散热较为困难；本发明电机的两个转子分别为径向转子和轴向转子，该双转子分别安放在电机的径向和轴向方向，径向转子与普通的永磁同步电机的转子完全相同，径向定子同轴安放在径向转子的外侧，电机径向转子上的永磁体产生的磁通一部分沿径向经过气隙进入到径向定子形成径向主磁通，径向定子上安放有径向绕组，轴向转子安放在电机的端部，轴向转子与径向转子的永磁体同轴相对，径向转子的永磁体产生的磁通沿轴向进入到轴向转子，而轴向转子上对应安放有与径向转子极数相等量的永磁体，形成极数匹配；轴向转子外壳在电机外部，与外界环境直接接触，并能够充分的利用电机的端部进行散热；

(2)本发明电机为内置式转子结构，具有内置式永磁同步电机结构紧凑性好，气隙有效磁密高，易于高速旋转以及转矩密度高等优点，本发明电机的转子由硅钢片叠压而成，能够减小运行时的涡流损耗，本发明电机转子磁极分为径向和轴向两部分，径向部分与普通内置式永磁同步电机的转子磁极类似，轴向磁极部分通过将轴向端部加工成扇环形状的凸级铁芯得到，轴向磁极与电机轴向转子配合调节电机径向转子的径向主磁通，径向磁极与电机径向定子配合产生转矩，电机转子结构简单，易于机械加工，制造成本低；

(3)本发明电机为混合磁路永磁同步电机，永磁体产生的磁通一部分沿电机径向经过径向气隙到达径向定子成为径向主磁通，另一部分磁通沿轴向经过轴向气隙到达电机端部的轴向转子成为轴向主磁通，本发明电机为径向转子的径向磁通和轴向磁通均提供了磁通路径，径向磁通和轴向磁通都得到了充分的利用，电机没有端部漏磁通，提高了磁通利用率，有效改善了电机端部的磁场分布，提高了电机的功率密度和转矩密度；

(4)本发明电机的径向定子的径向电枢绕组的匝数和轴向转子的永磁体的用量需根据实际电机的极数，永磁体剩磁密度，永磁体安放组合方式和电机速度运行范围合理设计选择，目的是使得电机轴向转子部分既能够有效改变电机的径向主磁通，从而具备足够的弱磁能力，在不需要弱磁的情况下，又能够将径向转子的轴向磁通削弱，以提高电机的恒功率运行范围；

(5)本发明电机可以分别设计电机径向磁极和端部扇环磁极的形状尺寸以及电枢绕组的匝数，通过两者的合理组合叠加，来抵消削弱反电动势的谐波和齿槽转矩，以此改善和优化电机的反电动势波形，并削弱电机的齿槽转矩，克服了现有永磁同步电机必须采用斜槽来抑制谐波并削弱齿槽转矩的缺点。

(6)本发明电机可以进行弱磁扩速运行，电机正常运行时，轴向转子运行在纯去磁的位置，从而削弱径向转子的轴向磁通，使得大部分转子永磁体产生的磁通进入到径向定子中；当需要弱磁扩速时，将轴向转子永磁体产生的磁极与转子的轴向磁极之间的角度向增磁方向调节，这时更多的径向转子磁通沿轴向进入轴向转子中，显著减小了电机的径向主磁通，使得径向定子工作在弱磁条件下，显著增大了电机的调速范围，实现弱磁扩速；

(7)本发明电机的轴向转子采用的是嵌入的永磁体方式产生磁通，并通过一个功率较小的伺服电机驱动轴向转子旋转，省去了轴向转子的布线和电枢绕组中电流的控制，同时通过伺服电机控制轴向转子磁极和径向转子轴向磁极的相对位置来实现增磁或弱磁调速，调控较为精确，在大型电机中，能够提高电机的功率密度，减小电机的热损耗。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明电机的整体结构示意图；

图2为本发明电机的轴向转子结构示意图；

图3为本发明电机的径向转子结构示意图；

图4为本发明电机整体结构的右视图；

图5为本发明电机轴向转子和其他部分的分离示意图；

图6为本发明电机轴向转子永磁体安装方式图；

其中，1、径向定子，2、轴向转子，3、径向转子，4、径向定子槽，5、径向定子齿，6.径向定子轭部，7、径向电枢绕组，8、轴向转子背轭，9、轴向转子永磁体。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在成本高，未起到抑制端部漏磁通的效果，需要采取额外的措施和方法进行弱磁调节，所需要的d轴电流较大，显著增加了电机功率逆变器的成本和绕组铜耗，成本高，减小电机的平均电磁转矩，降低电机的功率密度和转矩密度的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种电动汽车用双转子复合结构混合励磁永磁同步电动机及其方法，该电机包括径向定子、轴向转子和径向转子，所述径向转子安放于径向定子内部，与径向定子同轴布设，径向转子上设置有转子槽，转子槽内放置有永磁体，在径向转子上产生径向磁极和轴向磁极，转子径向磁极和径向定子之间设有径向气隙，所述径向转子的侧面设置有轴向转子，与径向转子同心布设，轴向转子和轴向磁极之间设有轴向气隙。所述轴向转子可以自由转动，通过一个小功率的伺服电机拖动其转动，保持轴向转子的转速与径向转子相同，轴向转子上安放有永磁体，极数与径向转子极数相同；所述径向磁极面向电机径向定子，所述轴向磁极面向电机的轴向转子，径向磁极产生的磁通通过气隙进入到径向定子产生主磁通，轴向磁极产生的磁通通过轴向气隙进入到轴向转子，轴向磁通和径向磁通呈现并联关系，通过改变轴向转子和径向转子的相对位置，可以调节进入到电机径向气隙的主磁通，实现混合励磁功能，从而拓宽电动汽车驱动电机的经济运行范围，并且使转子永磁体产生的径向磁通和轴向磁通均得到了应用，消除了端部漏磁，提高了永磁材料的利用率，减轻了电动汽车驱动电机的重量。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机，该永磁同步电动机包括径向定子、轴向转子和径向转子，其中，所述径向转子由叠压铁芯连接而成，在径向转子靠近轴向转子的端部设计有扇环结构，能引导径向转子上永磁体产生的磁通部分进入到轴向转子，径向转子内放置有永磁体，所述永磁体使径向转子上产生磁通，其中一部分磁通沿电机的径向方向通过径向气隙进入到径向定子中，形成径向主磁通，另一部分磁通沿轴向方向通过轴向气隙进入到轴向转子中，形成轴向主磁通，径向主磁通和轴向主磁通组成混合磁路，通过调控混合磁路，使电机实现在增磁运行状态和弱磁扩速运行状态之间转换。轴向磁通和径向磁通呈现并联关系，通过改变轴向转子和径向转子的相对位置，可以调节径向转子的轴向磁通，从而间接的控制径向转子的径向磁通，实现混合励磁功能，拓宽电动汽车驱动电机的经济运行范围。

进一步的，所述的电动汽车用双转子复合结构混合励磁永磁同步电动机包括径向定子、轴向转子和径向转子，其中，所述径向转子套装于径向定子中，与径向定子同轴布设，所述径向转子的一端或两端设置有轴向转子，轴向转子和径向转子同心布设；

所述径向转子由叠压铁芯组成，在靠近轴向转子的一段设计有扇环结构，该扇环结构具有导磁的作用；

所述径向转子上设置有若干个转子槽，转子槽内放置有永磁体，所述永磁体使转子上产生径向磁极和轴向磁极，所述径向磁极面向电机的径向定子，所述轴向磁极面向电机的轴向转子，形成混合磁路，通过调控混合磁路，使电机实现在增磁运行状态和弱磁运行状态之间转换。

所述径向定子和径向转子外沿之间存在径向气隙，所述轴向转子和径向转子端部之间存在轴向气隙；

所述径向定子包括径向定子槽、径向定子齿和径向定子轭部，其中径向定子轭部为圆环状，径向定子齿有多个，沿径向定子轭部圆周均匀分布，相邻的径向定子齿之间有径向定子槽，所述径向定子槽内放置有径向电枢绕组。

所述轴向转子上设置有若干个永磁体安放槽，槽内设置有永磁体，所述永磁体能够在轴向转子上产生与径向转子的轴向磁极相对应的磁极，所述轴向转子通过一个功率较小的伺服电机驱动，与电机的径向转子保持相同的转速，从而使轴向转子的磁极与径向转子的轴向磁极始终保持一个固定的角度。

所述径向转子上永磁体产生的磁通，一部分沿电机径向通过径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，另一部分沿轴向气隙进入到轴向转子中，形成轴向主磁通，径向主磁通与径向电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩，轴向主磁通与轴向转子产生的磁通交链，根据轴向转子与径向转子磁极的相对位置，调节电机的增磁或弱磁运行，从而使电机工作在不同的运行状态。

所述电机的径向主磁通与轴向主磁通为并联关系。由于永磁体产生的总磁通量是一定的，电机的径向主磁通和轴向主磁通为并联关系，当电机的轴向转子上的永磁体产生的磁极与定向转子的轴向磁极处于去磁位置时，电机的轴向主磁通减小，径向主磁通增大；

当电机正常工作不需要弱磁时，电机轴向转子上的永磁体产生的磁极与电机径向转子的轴向磁极处于纯去磁位置，即轴向转子产生的磁极与转子的轴向磁极同性对应，此时，电机的径向主磁通最大，电机径向磁密也最大，电机可输出额定最大转矩和功率，当电机需要进行弱磁扩速时，通过调控伺服电机拖动轴向转子，改变轴向转子磁极与径向转子的轴向磁极之间的相对位置，使径向转子上永磁体产生的磁通有一部分能够进入到轴向转子，此时电机的径向主磁通减小，径向磁密随之降低，电机实现弱磁运行，电机运行转速提高，通过这种方式，提高电机的恒功率运行范围，拓宽了电机转速的调控区间，进一步提高电机的功率密度和转矩密度。

在本实施例中，所述径向定子由硅钢片叠压而成，所述轴向转子有硅钢片卷叠并加工而成。

所述电机的相数m≥3，极对数p≥1，径向电枢绕组为单层绕组或双层绕组，径向电枢绕组产的磁场极数与径向磁极极数相等，轴向转子永磁体产生的磁场极数与径向转子的轴向磁极极数相等。

所述径向转子上设有安放永磁体的槽，所述转子的端部加工成扇环形状，形成轴向磁极，轴向磁极的极数和径向磁极的极数相等。

在本实施例中，所述永磁体按照同性磁极相对的规则在转子中排列，实现聚磁效应，形成磁极，其中，永磁体可以为单一并联结构或串并联结构。

所述永磁体为高性能永磁材料制成，如钕铁硼，稀土钴等，或者低磁能积永磁材料制成，如铁氧体等。

本申请的另一种典型实施方法，提供了一种基于上述电机的磁路调控方法，该方法具体为：根据电机工作的额定转速，额定转矩以及性能要求，设置电机的径向气隙长度、轴向气隙长度和径向电枢绕组匝数以及轴向定子的永磁体尺寸，电机的径向定子作为驱动定子产生转矩，电机的轴向转子起到调整电机主磁通的作用。

进一步的，所述电机的工作状态为：

轴向转子永磁体产生的磁极与电机径向转子的轴向磁极处于纯去磁位置，径向定子产生主驱动转矩，轴向转子通过调整轴向转子磁极与径向转子轴向磁极的相对位置来实现对电机主磁通的调节

具体介绍电机的工作状态：

径向转子上永磁体产生的磁通，一部分沿径向经过径向气隙进入径向定子形成径向主磁通，另一部分沿轴向经过轴向气隙进入轴向转子形成轴向主磁通，径向主磁通决定电机的径向气隙磁密，轴向主磁通决定电机的轴向气隙磁密，由于两部分磁通并联，电机空载径向主磁通和轴向主磁通占比由径向气隙和轴向气隙的长度决定，与轴向气隙相比，径向气隙越大，径向主磁通的占比就越低，反之则越高。当电机正常工作不需要弱磁运行时，轴向转子上的永磁体与径向转子的轴向主极磁通极性相同对应，并通过一个小功率的伺服电机牵引，使轴向转子始终与径向转子保持同步的速度，从而使轴向转子起到纯去磁作用，电机轴向主磁通减小，径向主磁通增大，电机转矩主要由径向主磁通和径向电枢绕组磁场产生，此时电机轴向转子起到去磁作用，径向主磁通最大，通过调节电机轴向转子的磁极与径向转子轴向磁极的相对位置，可以调节径向主磁通的大小，当电机需要弱磁运行时，对带动轴向转子旋转的伺服电机进行控制，使电机轴向转子磁极与径向转子轴向磁极的相对角度发生变化，轴向主磁通增大，此时电机径向部分工作在弱磁调条件，轴向定子的工作状态由纯去磁向增磁偏移，削弱了电机的径向主磁通，提高了电机的转速，拓宽了电机的恒功率运行范围。

具体实施例为：

如图1所示，电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机的整体结构示意图，本实施方式永磁同步电动机的相数为3，径向定子齿数为36，径向转子槽数为6，径向转子上永磁体块数为6，轴向转子有6个永磁体安放槽，轴向转子上永磁体块数为6，本实施方式中电动汽车用双转子复合结构混合励磁永磁同步电动机包括径向定子1、轴向转子2及径向转子3，所述径向转子3安放在径向定子1内部，与径向定子1同轴放置，所述径向转子3和径向定子1之间有径向气隙，所述轴向转子2安装在径向转子3端部，与径向转子3同心放置，并通过伺服电机牵引，所述径向转子3与轴向转子2之间有轴向气隙，所述径向定子1由硅钢片叠压而成，所述径向定子1包括径向定子槽4、径向定子齿5和径向定子轭部6，所述径向定子槽内安放有径向电枢绕组7，所述轴向转子2由硅钢片卷叠并加工而成，轴向转子2包括轴向转子背轭8和轴向转子永磁体安放槽，轴向转子永磁体安放槽内安放有轴向转子永磁体9，与径向转子3的轴向磁极相匹配，所述径向转子3由硅钢片叠压而成，所述径向转子上3设置有转子槽，转子槽内安放有永磁体，所述永磁体通过相邻的两块永磁体充磁方向相反，实现聚磁效应，在径向转子的轴向和径向对应生成6个轴向磁极和径向磁极，所述径向磁极面向电机的径向定子，所述轴向磁极面向电机的轴向转子，径向定子与径向转子之间是径向气隙，轴向磁极与轴向转子之间为轴向气隙，可以通过对轴向气隙和径向气隙的长度进行设计从而控制电机空载时的轴向主磁通和径向主磁通。当电机正常运行不需要弱磁运行时，通过伺服电机调整电机轴向转子的位置，使轴向转子永磁体产生的磁极与电机的径向转子的轴向磁极同性相对，从而使轴向转子工作在纯去磁状态，此时径向转子上永磁体产生的磁通大部分通过径向气隙进入径向定子，当电机需要弱磁运行时，通过伺服电机，调整电机轴向转子磁极与径向转子上轴向磁极的相对位置，使得电机径向转子上的轴向磁极与轴向转子产生的磁极从纯去磁位置向纯增磁位置偏移一定的角度，此时，径向转子上永磁体产生的磁通有一部分可以通过轴向气隙进入到轴向转子，从而减少了磁通进入到径向定子中的量，实现电机的弱磁运行。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机，其特征是，包括径向定子、径向转子和轴向转子，所述径向转子内置在径向定子中且与径向定子同轴放置，所述轴向转子设置在径向转子的端部，与径向转子同心放置；

所述径向转子内放置有永磁体，所述永磁体使径向转子上产生径向磁极和轴向磁极，永磁体产生的磁通一部分沿电机的径向方向通过径向气隙进入到径向定子形成径向主磁通，永磁体产生的磁通另一部分沿电机的轴向方向通过轴向磁极进入到轴向转子形成轴向主磁通，径向主磁通和轴向主磁通组成混合磁路，通过调控混合磁路，使电机实现在增磁运行状态和弱磁扩速运行状态之间转换。

2.根据权利要求1所述的电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机，其特征是，所述径向转子的一端或两端设置有轴向转子，轴向转子和径向转子同心放置，所述径向定子由硅钢片叠压而成，所述轴向转子有硅钢片卷叠并加工而成；在径向转子靠近轴向转子的端部加工成扇环形状形成轴向磁极。

3.根据权利要求1所述的电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机，其特征是，所述径向转子上设置有若干个转子槽，转子槽内放置有永磁体，所述永磁体使径向转子上产生径向磁极和轴向磁极，轴向磁极的极数和径向磁极的极数相等；所述径向磁极面向电机径向定子，所述轴向磁极面向电机的轴向转子，形成混合磁路，通过调控混合磁路，使电机实现在增磁运行状态和弱磁运行状态之间转换。

4.根据权利要求1所述的电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机，其特征是，所述径向定子和径向转子外沿之间设有径向气隙，所述轴向转子和径向转子端部之间设有轴向气隙；

所述径向主磁通与径向电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩，轴向主磁通与轴向转子产生的磁通交链。

5.根据权利要求1所述的电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机，其特征是，所述径向定子包括径向定子槽、径向定子齿和径向定子轭部，径向定子轭部为圆环状，径向定子齿有多个，沿定子轭部圆周均匀分布，相邻的径向定子齿之间有径向定子槽，所述径向定子槽内安放有径向电枢绕组；

所述径向电枢绕组为单层绕组或双层绕组，径向电枢绕组产的磁场极数与径向磁极极数相等，轴向转子的永磁体产生的磁场极数与径向转子的轴向磁极极数相等。

6.根据权利要求1所述的电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机，其特征是，所述轴向转子包括轴向转子背轭和轴向转子永磁体安放槽，轴向转子永磁体安放槽内安放有轴向转子永磁体，用于在轴向转子上产生与径向转子的轴向磁极相对应的磁极，所述轴向转子通过伺服电机驱动，与径向转子保持相同的转速，从而使轴向转子的磁极与径向转子的轴向磁极始终保持一个固定的角度。

7.根据权利要求1所述的电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机，其特征是，所述径向主磁通和轴向主磁通并联，当轴向转子上的永磁体产生的磁极与径向转子的轴向磁极处于去磁位置时，轴向主磁通减小，径向主磁通增大；

当电机正常工作不需要弱磁运行时，轴向转子上的永磁体产生的磁极与径向转子的轴向磁极处于纯去磁位置，即轴向转子产生的磁极与转子的轴向磁极同性对应，此时，电机的径向主磁通最大，电机的径向气隙磁密最大，电机输出额定最大转矩和功率；

当电机需要进行弱磁运行时，通过调控伺服电机拖动轴向转子，改变轴向转子的永磁体产生的磁极与径向转子的轴向磁极之间的相对位置，使径向转子上永磁体产生的磁通一部分进入到轴向转子中，此时电机的径向主磁通减小，降低径向气隙磁密，实现电机弱磁运行。

8.基于权利要求1-7中任一项所述的电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机的磁路调控方法，其特征是，根据电机工作的额定转速、额定转矩以及性能要求，设置电机的径向气隙长度、轴向气隙长度和径向电枢绕组匝数以及轴向定子的永磁体尺寸，将电机的径向定子作为驱动定子产生转矩，通过电机的轴向转子调整电机主磁通。

9.根据权利要求8所述的磁路调控方法，其特征是，所述电机的工作状态为：

轴向转子的永磁体产生的磁极与径向转子的轴向磁极处于纯去磁位置，径向定子产生主驱动转矩，轴向转子通过调整轴向转子磁极与径向转子轴向磁极的相对位置来实现对电机主磁通的调节；

当电机正常工作不需要弱磁运行时，轴向转子上的永磁体与径向转子的轴向主极磁通极性相同对应，并通过一个小功率的伺服电机牵引，使轴向转子始终与径向转子保持同步的速度，从而使轴向转子起到纯去磁作用，电机轴向主磁通减小，径向主磁通增大，电机转矩主要由径向主磁通和径向电枢绕组磁场产生，此时电机轴向转子起到去磁作用，径向主磁通最大，通过调节电机轴向转子的磁极与径向转子轴向磁极的相对位置，调节径向主磁通的大小；

当电机需要弱磁运行时，对带动轴向转子旋转的伺服电机进行控制，使电机轴向转子磁极与径向转子轴向磁极的相对角度发生变化，轴向主磁通增大，此时电机径向部分工作在弱磁调条件，轴向定子的工作状态由纯去磁向增磁偏移，减小电机的径向主磁通，降低径向气隙磁密，电机实现弱磁运行。

10.一种电动汽车，其特征是，包括权利要求1-7中任一项所述的电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机。