CN108418375A - 一种电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机及其方法，包括定子及转子，所述转子由偶数段相同的转子沿轴向拼接而成，每段转子具有p个交错分布的肋部，相邻两段转子的肋部交错360/2p度，每段转子的肋部呈现同一极性，相邻两段转子的肋部呈现相反的极性，肋部与转子轭部连接，相邻两段转子通过转子连接轴连接，永磁体产生的磁通一部分通过气隙进入到定子形成主磁通，另一部分通过相邻两段转子的肋部、转子轭部以及转子连接轴形成闭合磁路，转子连接轴上安放有励磁绕组，通过改变励磁绕组的电流来调节经过闭合磁路的磁通量，实现调节电机的气隙主磁通，从而实现混合励磁功能，拓宽了电机的经济运行范围。

Description

一种电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机及其方法

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机，具体涉及一种电动汽车用多段轮辐式交错型永磁转子永磁同步驱动电机及其方法。

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。

现有永磁同步电机存在如下技术缺点：

1、永磁同步电机的永磁体固定，永磁体确定后电机的主磁通便已确定，励磁方式单一，不方便对电机的每极磁通进行控制，恒功率运行范围窄，调速范围不够宽泛。

2、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，当进行弱磁控制时，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。

3、现有的永磁同步电机进行弱磁调速时，调速系统中仍采用矢量控制的居多，通常是通过控制器对定子电枢电流进行控制，没有从结构上对电机的弱磁调节进行改变，电机的弱磁性能可能不理想，需要的控制器成本和控制难度增加。

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多段轮辐式交错型永磁转子永磁同步驱动电机及其方法，本发明电机的转子由多段转子拼接而成，每段转子在轭部具有p个肋部结构均匀分布，p为电机的极对数，相邻的两段转子的肋部形成一定的交错角度，交错的度数与极数有关，为360/2p度，相邻的两段转子的肋部呈现相反的磁极性，使永磁体产生的部分磁通可以在交错的肋部结构上通过并形成闭合磁路，每一段转子的肋部均与转子轭部相连，每段转子的轭部均通过一根转子连接轴连接在一起，转子连接轴上安放有励磁绕组，通过转子连接轴上安放的励磁绕组电流的大小和方向，调节经过电机肋部的磁通量，从而可以控制电机的每极磁通，实现电机的混合励磁。

本发明所采用的技术方案是：

一种电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，包括定子和至少四段同心放置的转子，转子分别内置在定子中且与定子同轴放置，相邻两段转子之间通过转子连接轴连接在一起，每段转子包括转子轭部和多个均匀分布且间隔磁极设置的肋部，每段转子的肋部与转子轭部相连；相邻两段转子的肋部形成一定的交错角度，每段转子内设置有永磁体，永磁体产生的磁通一部分通过相邻两段转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路；每个转子连接轴上分别安放有励磁绕组，通过改变每个转子连接轴上的励磁绕组电流，调节通过每个闭合磁路的磁通量，从而控制电机的每极磁通，实现电机的混合励磁。

进一步的，每段转子上相邻两个肋部之间夹角为360/p度；相邻两个转子的肋部的交错角度为360/2p度，p为电机的极对数；每段转子的肋部的数量与电机的极对数相同，每段转子的肋部具有相同的磁极性，相邻两段转子的肋部具有相反的磁极性。

进一步的，所述定子由硅钢片叠压而成，所述定子包括定子槽、定子齿和定子轭部，所述定子槽内安放有电枢绕组。

进一步的，所述电枢绕组可为单层绕组或为双层绕组，电枢绕组产生磁场的极数与转子磁极极数相同；电机相数m≥3，极对数p≥1。

进一步的，每段转子上分别设有多个转子槽，转子槽的数量为电机的极对数的两倍，转子槽内安放有永磁体，所述永磁体通过串并联组合实现“聚磁效应”，在转子上产生径向磁极；所述径向磁极面向电机的定子，定子与转子之间设有气隙，永磁体产生的磁通一部分通过由相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路，另一部分通过径向磁极经过气隙进入定子铁芯与电枢绕组交链形成主磁通。

进一步的，所述主磁通与电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩。

进一步的，电机正常运行时，通过改变相邻两段转子之间的转子连接轴上励磁绕组的电流，增加通过该相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成的闭合磁路的磁通量，从而减小电机的每极磁通，实现弱磁扩速。

如上述的电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机的转矩驱动方法，定子产生驱动转矩，转子连接轴的励磁绕组实现增强定转子气隙磁通或削弱定转子气隙磁通的作用，具体包括：

当电机正常工作，空载不通电流时，每段转子的永磁体产生的一部分磁通通过径向磁极经过气隙进入定子铁芯与电枢绕组交链形成主磁通，另一部分通过相邻两段转子交错的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路；

当电机正常工作，通电流带载运行时，定子绕组施加电流后，每段转子上的永磁体产生的主磁通与电枢绕组产生驱动转矩，此时电机转子开始转动，通过在相邻两段转子连接轴上的励磁绕组施加电流，控制每段转子的永磁体产生的磁通通过相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路的数量，实现增强定转子气隙磁通或削弱定转子气隙磁通。

进一步的，所述通过在相邻两段转子连接轴上的励磁绕组施加电流，控制每段转子的永磁体产生的磁通通过相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路的数量具体包括：

当电机正常工作时，在相邻两段转子连接轴上的励磁绕组施加增磁电流，减少永磁体产生的磁通通过相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路的数量，从而增大电机每极磁通；

当电机需要进行弱磁运行时，在相邻两段转子连接轴上的励磁绕组施加弱磁电流，增加永磁体产生的磁通通过相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成的闭合磁路的数量，从而降低电机的每极磁通，实现弱磁扩速。

一种电动汽车，包括上述的电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明电机的转子为多段轮辐式交错型永磁转子，该转子结构与现有绝大多数的转子结构不同，现有的辐条内置式转子由于永磁体是固定的，永磁体确定之后，电机的每极磁通便随之确定；本发明电机的转子通过转子分段，在每段转子的轭部设计有肋部结构，相邻的两段转子的肋部交错360/2p度，并用转子连接轴连接，使部分永磁体产生的磁通通过交错的转子肋部结构、转子轭部及转子连接轴形成闭合磁路，在相邻两段转子的连接轴上安放有励磁绕组，可以施加电流控制通过转子肋部和连接轴的磁通的数量，从而可以间接的控制转子的每极磁通；

(2)本发明电机的相邻两段转子的转子连接轴上带有可以施加电流的励磁绕组，通过在该绕组上施加电流，可以增加或减少永磁体产生的磁通在肋部结构上的流通量，从而控制电机每极磁通的大小：当施加的电流抑制永磁体产生的磁通流过肋部时，大部分永磁体产生的磁通经过定转子间气隙形成电机的主磁通，当需要进行弱磁扩速时，可以减小上述施加的电流，使永磁体产生的磁通有更多的部分经过肋部形成闭合磁路，此时电机主磁通降低，电机实现弱磁运行，电机转速提高，扩大了电机的恒功率运行范围；

(3)本发明电机使用的转子由多段转子拼接而成，由于每段转子的肋部数量为电机极对数的一半，肋部结构的数量相对来说比较少，简化了常规辐条型内置式转子的制造工艺，并且在高运行速度下机械强度不会明显下降；转子制作方式为偶数块相同的转子进行拼接，同时相邻两转子的肋部结构错开的角度与转子的极数有关，相邻每两块转子的肋部错开的角度应为360/2p度，每两段转子之间连接有一定长度的转子连接轴，以便于安放控制肋部磁通流通量的励磁绕组；

(4)本发明电机使用的转子由多段转子组成，相对于两段转子的效果来说，使用多段转子，在弱磁调速时，能够在同样的永磁体数量，同样的转子轴向长度的条件下，将转子的每极磁通降到一个更低的水平，并且由于每两段转子之间都会有一个连接部分，故可以有更多的空间来放置混合励磁用的励磁绕组，从而获得较两段转子更好的混合励磁效果。

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为本发明电机转子的立体结构示意图；

图2为本发明电机转子连接轴上带有励磁绕组时的立体结构示意图；

图3为本发明电机整体的立体结构示意图；

图4为本发明电机整体结构的正视图；

图中，1、第一段转子的肋部、，2.第二段转子的肋部，3、第一段转子和第二段转子之间的转子连接轴，4、转子槽，5、转子外圈，6、第一段转子，7、第二段转子，8、第三段转子，9、第四段转子，10、永磁体，11、转子连接轴上的励磁绕组，12、定子，13、定子槽，14、定子齿，15、定子电枢绕组，16、转子轭部，17、转子连接轴。

具体实施方式

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，现有技术中存在不方便对电机的每极磁通进行控制，恒功率运行范围窄，调速范围不够宽泛，电机功率逆变器的成本和绕组铜耗大的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种电动汽车用多段轮辐式交错型永磁转子永磁同步驱动电机及其方法，本发明电机的转子由多段转子拼接而成，每段转子在轭部具有p个肋部结构均匀分布(p为电机的极对数)，相邻的两段转子的肋部形成一定的交错角度，交错的度数与极数有关，为360/2p度，相邻的两段转子的肋部呈现相反的磁极性，使永磁体产生的部分磁通可以在交错的肋部结构上通过并形成闭合磁路；每段转子的肋部均与转子轭部相连，相邻两段转子的转子轭部均通过一根转子连接轴连接在一起，转子连接轴上安放有励磁绕组，通过控制转子连接轴上安放的励磁绕组电流的大小和方向，调节经过转子肋部的磁通量，从而可以控制电机的每极磁通，实现电机的混合励磁。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-4所示，提供了一种电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，该电机包括定子和转子两大主体构件，所述转子内置在定子中且与定子同轴放置，所述定子安放有电枢绕组；

所述转子由四段转子拼接而成，每两段转子之间通过转子连接轴连接，所述转子外圈为圆形结构；每段转子的结构完全相同，每段转子内放置有永磁体，用于产生径向磁极，转子轭部具有肋部结构，肋部的数量与电机的极数有关，在每段转子上每间隔磁极设置有一个肋部，每段转子的肋部数量为电机的极数的一半，相邻两段转子的肋部成一定的交错角度，在同一段转子上，转子的肋部对应的磁极极性应相同，相邻两段转子的肋部所对应的磁极极性相反，通过这个的结构，能够通过相邻两段转子的肋部、转子轭部和两段转子之间的转子连接轴形成闭合磁路，使永磁体产生的一部分磁通通过该闭合磁路，永磁体产生的磁通一部分通过径向磁极进入定子与电枢绕组交链形成主磁通；另一部分通过相邻两段转子的肋部、转子轭部和两段转子之间的转子连接轴形成闭合磁路；

相邻两段转子的转子连接轴上安放有励磁绕组，通过在该励磁绕组中施加电流，能够调节永磁体产生的磁通通过相邻两段转子的肋部、转子轭部和两段转子之间的转子连接轴形成闭合磁路的流通量，从而实现对电机每极磁通的改变，达到混合励磁的效果；

电机运行时，通过向励磁绕组施加电流来动态调节电机的运行时的主磁通，以此实现对磁路的控制。

在本实施例中，所述转子是由偶数段转子拼接而成，在本实施例中，该电机转子由四段转子拼接而成，四段转子之间连接有三个转子连接轴，三个转子连接轴上分别设置有励磁绕组，获得更好的混合励磁效果；并且四段转子的交错肋部、转子轭部和转子连接轴形成了三个闭合磁路，在弱磁调速时，能够在同样的永磁体数量，同样的转子轴向长度的条件下，将转子的每极磁通降到一个更低的水平。

在本实施例中，所述定子由硅钢片叠压而成，所述定子包括定子槽，定子齿和定子轭部，所述定子槽内安放有电枢绕组。

在本实施例中，所述转子上设有多个转子槽，转子槽内安放有永磁体，所述永磁体通过串并联组合实现“聚磁效应”，在转子上产生磁极。

在本实施例中，所述磁极面向电机的定子，定子与转子之间为气隙，所述主磁通与电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩，相邻两段转子的肋部、转子轭部和相邻两段转子之间的转子连接轴能使永磁体产生的磁通有一部分通过该结构形成闭合磁路，相邻两段转子之间的连接轴上安放有励磁绕组，该励磁绕组通电后能够对电机进行混合励磁，通过该结构的磁通的数量得到控制。

在本实施例中，电机正常运行时，可以通过改变相邻两段转子连接轴上励磁绕组的电流，让更多的磁通通过相邻两段转子的肋部、转子轭部和相邻两段转子之间的转子连接轴形成闭合磁路，从而减小电机的每极磁通，实现弱磁扩速。

在本实施例中，所述电枢绕组可为单层绕组或为双层绕组。其中，电机相数m≥3，极对数p≥1。

本申请的另一种典型实施方式，提供了一种电动汽车用多段轮辐式交错型永磁转子永磁同步驱动电机的转矩驱动方法，定子产生驱动转矩，转子连接轴的励磁绕组实现增强定转子气隙磁通或削弱定转子气隙磁通的作用，具体包括：

当电机正常工作，空载不通电流时，每段转子的永磁体产生的一部分磁通通过径向磁极经过气隙进入定子铁芯与电枢绕组交链形成主磁通，另一部分通过相邻两段转子交错的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路；

当电机正常工作，通电流带载运行时，定子绕组施加电流后，每段转子上的永磁体产生的主磁通与电枢绕组产生驱动转矩，此时电机转子开始转动，通过在相邻两段转子连接轴上的励磁绕组施加电流，控制每段转子的永磁体产生的磁通通过相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路的数量，实现增强定转子气隙磁通或削弱定转子气隙磁通。

所述通过在相邻两段转子连接轴上的励磁绕组施加电流，控制每段转子的永磁体产生的磁通通过相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路的数量具体包括：

当电机正常工作时，在相邻两段转子连接轴上的励磁绕组施加增磁电流，减少永磁体产生的磁通通过相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路的数量，从而增大电机每极磁通；

当电机需要进行弱磁运行时，在相邻两段转子连接轴上的励磁绕组施加弱磁电流，增加永磁体产生的磁通通过相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成的闭合磁路的数量，从而降低电机的每极磁通，实现弱磁扩速。

具体实施方式为：

如图3、4所示，电机的整体立体示意图和正视图，本实施方式中电机相数为3，电机的极对数为3，定子齿数为36，转子槽数每段为6，转子采用四段转子进行交错拼接而成，每段转子上有三个肋部结构，每间隔磁极设置有一个肋部，减少了每段转子上肋部数量，每段转子上两肋部之间的角度差为120°，在每段转子上均匀分布，每段转子的永磁体块数为6，故电机的磁极数为6，所以每段转子的肋部具有相同的磁极性，而相邻的两段转子的肋部具有相反的磁极性。本实施方式包括定子和转子以及转子连接轴上的励磁绕组；定子由硅钢片叠压而成，定子12包括定子齿14和定子槽13，定子槽内安放有电枢绕组15，电枢绕组15可分为分布绕组，集中绕组或者叠绕组，电枢绕组的极数与转子磁极极数一致，定子与转子同轴，定子和转子之间有气隙；如图1和2所示转子结构，转子由第一段转子6、第二段转子7、第三段转子8和第四段转子9拼接而成，相邻两段转子的肋部交错角度为60°；每段转子上有6个转子槽4，可以用来安放永磁体10，相邻的两块永磁体的充磁方向相反，相邻两块永磁体和之间的转子铁芯沿径向生成径向磁极，永磁体产生的磁通通过径向磁极经过气隙进入定子铁芯与电枢绕组交链形成主磁通；在转子上，一部分磁通可以通过交错的第一段转子的肋部1、第二段转子的肋部2、第一段转子和第二段转子之间的转子连接轴3构成闭合磁路；电机运行时，可以通过转子连接轴上的励磁绕组7施加电流，可以施加将肋部的磁通减小的电流，此时永磁体产生的磁通绝大多数构成电机的主磁通，使电机的每极磁通保持在一个较高的水平，也可以在每个转子连接轴上的励磁绕组7上施加弱磁电流，此时有较多的磁通流过交错的第一段转子的肋部1、第二段转子的肋部2、第一段转子和第二段转子之间的转子连接轴3形成的第一闭合磁路、第二段转子的肋部、第三段转子的肋部2、第二段转子和第三段转子之间的转子连接轴3形成的第二闭合磁路以及第三段转子的肋部、第四段转子的肋部2、第三段转子和第四段转子之间的转子连接轴3形成的第三闭合磁路，穿过定转子气隙的磁通减小，从而减小了电机的主磁通，以此实现弱磁控制，拓宽电机的恒功率运行区域。可以看出每个转子连接轴上的励磁绕组7可以起到混合励磁的作用。

在上述实施例中，定子12还可以是高磁导率的软磁复合材料制成，转子为实心转子，实心转子具有高磁导率，所述实心转子内安放有永磁体，转子为永磁体内置式结构，永磁体按照一定的组合排列，实现聚磁效应，在转子径向方向上形成径向磁极，永磁体产生的磁通可以沿径向进入气隙，所述实心转子在电机起动时能够产生涡流，实现自起动。

永磁体为高性能永磁材料，如钕铁硼，稀土钴，或者低性能永磁材料，如铝镍钴或者铁氧体。

永磁同步电机在工作时，电机空载不通电流时，永磁体产生的一部分磁通通过径向磁极经过气隙进入定子铁芯与电枢绕组交链形成主磁通，另一部分通过转子交错的肋部结构、转子轭部和转子连接轴在转子内部形成闭合磁路，可以通过转子连接轴上的励磁绕组来控制经过肋的磁通的大小。电机通电流带载运行时，工作模式为：定子绕组施加电流后，电机的转子上的永磁体产生的主磁通与电枢绕组产生驱动转矩，此时电机转子开始转动，同时可以对电机转子连接轴上的励磁绕组施加电流，能够实现增磁运行或者弱磁扩速运行两种效果，有效的拓宽电机的运行范围，实现电机的混合励磁。

电机实际应用是，根据电机工作的额定转速，额定转矩以及具体性能要求，通过合理设计电机的各个参数如气隙长度，定子电枢绕组匝数，转子励磁绕组的匝数来实现各种不同的性能。

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)

1.一种电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，其特征是，包括定子和至少四段同心放置的转子，转子内置在定子中且与定子同轴放置，相邻两段转子之间通过转子连接轴连接在一起，每段转子包括转子轭部和多个均匀分布且间隔磁极设置的肋部，每段转子的肋部与转子轭部相连；相邻两段转子的肋部形成一定的交错角度，每段转子内设置有永磁体，永磁体产生的磁通一部分通过相邻两段转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路；每个转子连接轴上分别安放有励磁绕组，通过改变每个转子连接轴上的励磁绕组电流，调节通过每个闭合磁路的磁通量，从而控制电机的每极磁通，实现电机的混合励磁。

2.根据权利要求1所述的电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，其特征是，每段转子上相邻两个肋部之间夹角为360/p度；相邻两个转子的肋部的交错角度为360/2p度，p为电机的极对数；每段转子的肋部的数量与电机的极对数相同，每段转子的肋部具有相同的磁极性，相邻两段转子的肋部具有相反的磁极性。

3.根据权利要求1所述的电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，其特征是，所述定子由硅钢片叠压而成，所述定子包括定子槽、定子齿和定子轭部，所述定子槽内安放有电枢绕组。

4.根据权利要求3所述的电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，其特征是，所述电枢绕组可为单层绕组或为双层绕组，电枢绕组产生磁场的极数与转子磁极极数相同；电机相数m≥3，极对数p≥1。

5.根据权利要求1所述的电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，其特征是，每段转子上分别设有多个转子槽，转子槽的数量为电机的极对数的两倍，转子槽内安放有永磁体，所述永磁体通过串并联组合实现“聚磁效应”，在转子上产生径向磁极；所述径向磁极面向电机的定子，定子与转子之间设有气隙，永磁体产生的磁通一部分通过由相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路，另一部分通过径向磁极经过气隙进入定子铁芯与电枢绕组交链形成主磁通。

6.根据权利要求5所述的电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，其特征是，所述主磁通与电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩。

7.根据权利要求1所述的电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机，其特征是，电机正常运行时，通过改变相邻两段转子之间的转子连接轴上励磁绕组的电流，增加通过该相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成的闭合磁路的磁通量，从而减小电机的每极磁通，实现弱磁扩速。

8.如权利要求1-7中任一项所述的电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机的转矩驱动方法，其特征是，定子产生驱动转矩，转子连接轴的励磁绕组实现增强定转子气隙磁通或削弱定转子气隙磁通的作用，具体包括：

当电机正常工作，空载不通电流时，每段转子的永磁体产生的一部分磁通通过径向磁极经过气隙进入定子铁芯与电枢绕组交链形成主磁通，另一部分通过相邻两段转子交错的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路；

当电机正常工作，通电流带载运行时，定子绕组施加电流后，每段转子上的永磁体产生的主磁通与电枢绕组产生驱动转矩，此时电机转子开始转动，通过在相邻两段转子连接轴上的励磁绕组施加电流，控制每段转子的永磁体产生的磁通通过相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路的数量，实现增强定转子气隙磁通或削弱定转子气隙磁通。

9.如权利要求8所述的转矩驱动方法，其特征是，所述通过在相邻两段转子连接轴上的励磁绕组施加电流，控制每段转子的永磁体产生的磁通通过相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路的数量具体包括：

当电机正常工作时，在相邻两段转子连接轴上的励磁绕组施加增磁电流，减少永磁体产生的磁通通过相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成闭合磁路的数量，从而增大电机每极磁通；

当电机需要进行弱磁运行时，在相邻两段转子连接轴上的励磁绕组施加弱磁电流，增加永磁体产生的磁通通过相邻两个转子的肋部、转子轭部和转子连接轴形成的闭合磁路的数量，从而降低电机的每极磁通，实现弱磁扩速。

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多段轮辐交错转子永磁同步电机。