CN109217602B - 多相永磁同步驱动电机、应用及其方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种多相永磁同步驱动电机、应用及其方法，本公开转子套装于径向定子内部，与径向定子同轴布设，所述转子的至少一端设置有轴向定子，轴向定子与转子同心布设；所述径向定子的定子槽内设置有径向绕组，所述轴向定子的定子槽内设置有轴向绕组，本公开将定子分为径向定子和轴向定子，且轴向定子设置于转子的端部，能够减小电机的端部漏磁效应，提高散热效率，通过在转子端部表贴永磁体，增加了电机的功率密度，使多相控制易于实现。

Description

多相永磁同步驱动电机、应用及其方法

技术领域

本公开涉及一种多相永磁同步驱动电机、应用及其方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

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。电动汽车领域作为其中一个应用领域，为解决传统汽车污染环境和使用不可再生能源的缺点，正飞速发展着。

但是，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。由于电力电子器件的功率等级的限制，传统两电平逆变器供电的三相电机驱动系统难以满足大功率应用的需求，可以采用将功率器件串联或并联来提高逆变器容量，但由此带来的动静态均压、均流等问题会大大降低系统的可靠性。目前在中高电压大功率应用中，主要采用多电平逆变器通过低电压等级功率器件级联来实现，但也存在需要中点电位控制和控制算法复杂等问题。在电动汽车、舰船和轨道交通驱动电机等大功率场合采用多相电机驱动系统更为合适。据发明人了解，目前的多相电机多存在端部漏磁、电机铁芯材料的利用率不高的问题，同时，多定子电机中其中一个定子安放在电机转子内部，为内定子，一个在转子外部，为外定子，电机发热集中在电机轴向，电机热负荷很高，而且内定子不与外界环境相连，电机散热较为困难。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种多相永磁同步驱动电机、应用及其方法，本公开将定子分为径向定子和轴向定子，且轴向定子设置于转子的端部，能够减小电机的端部漏磁效应，提高散热效率。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种多相永磁同步驱动电机，包括径向定子、轴向定子和转子，其中，所述转子内设置有转子槽，转子槽以U形排布，所述转子槽内放置永磁体，所述转子槽内永磁体同极性相对，通过聚磁效应使转子上产生径向磁通和轴向磁通；

所述转子的端部也设置有永磁体，且端部的永磁体在转子铁芯内侧产生的极性和转子槽内永磁体在转子铁芯上产生的极性相同，两处的永磁体在转子上共同作用形成径向磁极和轴向磁极；

所述转子套装于径向定子内部，与径向定子同轴布设，所述转子的至少一个端部设置有轴向定子，轴向定子与转子同心布设，所述径向定子的定子槽内设置有径向绕组，所述轴向定子的定子槽内设置有轴向绕组；

转子上的磁通一部分沿电机的径向方向沿径向磁极通过径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，另一部分沿电机的轴向方向沿轴向磁极通过轴向气隙进入到轴向定子当中，形成轴向主磁通；所述径向主磁通与径向绕组产生的磁场作用，所述轴向主磁通与轴向绕组产生的磁场作用，使得电机的径向、轴向均产生转矩。

作为进一步的限定，所述径向绕组与轴向绕组所产生的三相磁势错开一定角度。

作为进一步的限定，所述径向定子，包括定子槽、定子齿和定子轭部，其中，定子轭部为圆环状，定子齿有多个，沿定子轭部圆周均匀分布，定子齿之间有定子槽，所述定子槽内放置有径向绕组。

所述轴向定子包括轴向定子背轭、轴向定子槽和轴向定子齿，所述轴向定子背轭位于轴向定子的轴向的一侧，轴向定子齿设置在轴向定子背轭上，轴向定子齿之间设置有轴向定子槽，轴向定子槽内安放有轴向绕组。

作为进一步的限定，所述径向定子和转子外沿之间存在径向气隙，所述轴向定子和转子端部之间存在轴向气隙。

作为进一步的限定，所述转子的端部设有扇环结构，扇环上放置有永磁体，所述扇环上表贴的永磁体在转子铁芯内侧产生的极性和转子槽内永磁体在转子铁芯上产生的极性相同。从而进一步通过聚磁效应增大电机的铁芯磁密和径向轴向的气隙磁密，有利于提高电机的功率密度，转子槽内永磁体和扇环上表贴的永磁体在转子上共同作用形成径向磁极和轴向磁极。

作为进一步的限定，所述径向定子和轴向定子的电枢绕组为三相对称绕组，可分别独立运行，电机运行时，径向电枢绕组和轴向电枢绕组分别采用三相电机功率逆变器和驱动控制策略，并根据轴向定子和径向定子所通电流产生磁势相差的角度实现多种多相运行方式。可以充分利用电流的三次及高次谐波增大转矩输出能力，由于电机的径向绕组和轴向绕组相互物理隔离，能够各自独立运行，因此电机在缺相等故障情况下运行时性能增强，可以显著增强电机的容错运行能力；

作为进一步的限定，所述径向定子由硅钢片叠压而成。

作为进一步的限定，所述电机在径向或轴向定子上的相数均大于等于三，极对数大于等于一，径向电枢绕组和轴向电枢绕组为单层绕组或双层绕组，径向电枢绕组产生的磁场的极数与径向磁极极数相等，轴向电枢绕组产生的磁场的极数与轴向磁极极数相等。

作为进一步的限定，所述转子为软磁复合材料制成，转子上设有转子槽，转子槽以U型方式排布，转子槽内的永磁体同极性相对，通过聚磁效应获得较大的气隙磁密，所述转子端部加工成扇环形状，扇环上安放有永磁体，扇环上永磁体在铁芯侧产生的磁通的极性与转子槽内永磁体产生的磁通的极性相同，通过聚磁效应进一步提高电机的径向气隙磁密，扇环上永磁体直接面对电机的轴向气隙，轴向气隙磁密也很高，有利于提高电机的功率密度。所述转子槽内永磁体与所述扇环上表贴的永磁体共同作用在转子上形成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。

进一步的，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。

基于上述电机的运行方法，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和轴向气隙长度，同时根据径向定子和轴向定子所需要产生的磁动势的关系，分布确定轴向电枢绕组和径向电枢绕组所需要的线圈匝数与额定电流，对径向电枢绕组和轴向电枢绕组使用单独的三相逆变器和驱动控制策略进行控制，并使轴向定子的磁势和径向定子的磁势错开一定的夹角，实现电机的多相运行。

基于上述电机的转矩驱动方法：转子上的轴向磁通进入轴向定子中，轴向绕组通电流产生驱动转矩，所述转子上的径向磁通进入径向定子，径向绕组通电流后产生驱动转矩，所述径向定子和轴向定子所产生的合成磁势，根据其磁势之间的夹角分为多种双三相运行模式，具体包括：

对称六相电机运行方式：所述径向定子和所述轴向定子所产生的磁势进行合成，其相带角为60°，其磁势的空间分布与传统的三相电机完全相同，但在此种运行方式下，总的合成磁势幅值相较于传统的三相电机增加一倍；

不对称六相电机运行方式：所述轴向定子和所述径向定子所产生的磁势进行合成，其相带角与对称十二相电机一致，为30°，因此其磁势空间分布和对称十二相电机一致，此种运行方式能够消除5、7次谐波磁势，从而能消除6次转矩脉动，转矩脉动的最低次数提高到12次，能够更好的抑制转矩脉动，在运行时优先考虑此种运行方式。

三相电机运行方式：所述轴向定子和所述径向定子所产生的磁势进行合成，使两者磁势夹角为0°，则其运行方式与传统的三相电机运行方式相同。

上述电机具有广泛的应用，具体例举如下：

(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：电动汽车的驱动系统。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1、本公开双三相电机为双定子结构，且该双定子结构与现有绝大多数双定子结构不同，现有双定子电机中其中一个定子安放在电机转子内部，为内定子，一个在转子外部，为外定子，电机发热集中在电机轴向，电机热负荷很高，而且内定子不与外界环境相连，电机散热较为困难。本公开双三相电机的两个定子(或多个定子)分别为轴向定子和径向定子，该双定子结构的两个定子分别安放在电机的轴向和径向方向，充分利用了电机的端部和转子的端部，与传统多定子电机相比，增大了电机的散热面积，提高了电机的总电热负荷，进而提高了电机的功率密度。轴向定子的设置利用了转子的轴向磁通，减小了电机的端部漏磁效应，永磁体利用率增加。

2、本公开电机转子主体为内置混合式转子磁极结构，具有内置混合式转子磁极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，相比于切向式结构不需要使用隔磁轴等隔磁措施，本公开电机的转子为软磁复合转子，径向轴向导磁率均很高，运行时铁耗低，本公开电机转子的端部加工成扇环形状，并在扇环上安放有永磁体，能够增强电机轴向的铁芯和气隙磁密，同时通过聚磁效应获得很高的径向铁芯和气隙磁密，提高了电机材料的利用率，减轻了电机的重量，显著提高了电机的转矩和功率密度。转子槽内的永磁体与扇环上的永磁体共同作用在转子上形成磁极，磁极分为径向和轴向两部分，轴向磁极与电机的轴向定子配合产生转矩，径向磁极与电机的径向定子配合产生转矩，电机转子的结构相对简单，易于机械加工，制造成本较低。

3、本公开电机是一种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定子成为轴向主磁通，本公开电机中，永磁转子的径向磁通和端部磁通都得到了充分的利用，消除了电机的端部漏磁通，提高了磁通利用率，有效改善了电机端部磁场分布，提高了电机的功率密度和转矩密度。

4、本公开电机是一种双三相电机，电机的径向绕组和轴向绕组可分别独立运行并能独立产生磁势，通过将径向定子所产生的磁势与轴向定子所产生的磁势交错一定的角度便可实现电机的双三相运行，电机的多相控制方式更容易实现。可以充分利用电流的三次及高次谐波增大转矩输出能力，对电机进行各种灵活的控制。由于电机的径向绕组和轴向绕组相互物理隔离，能够各自独立运行，因此电机在缺相等故障情况运行时性能增强，可以显著增强电机的容错运行能力，非常适用于高可靠性要求的场合。

5、本公开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，因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。

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(a)为本公开电机实施方式一的结构示意图；

图1(b)为本公开电机实施方式一的电机径向定子铁芯和转子示意图；

图1(c)为本公开电机实施方式一的软磁复合转子的整体结构示意图；

图1(d)为本公开电机实施方式一的轴向定子示意图；

图1(e)为本公开电机实施方式一的整体电机右视图；

图2(a)为本公开电机实施方式二的结构示意图；

图2(b)为本公开电机实施方式二的电机径向定子铁芯和转子示意图；

图2(c)为本公开电机实施方式二的软磁复合转子的整体结构示意图；

图2(d)为本公开电机实施方式二的轴向定子示意图；

图2(e)为本公开电机实施方式二的整体电机右视图；

图中，1.径向定子齿，2.径向定子轭，3.径向定子槽，4.径向电枢绕组，5.径向气隙，6.轴向定子齿，7.轴向定子轭，8.轴向定子槽，9.轴向电枢绕组，10.轴向气隙，11.软磁复合转子，12.转子槽，13.转子槽内的永磁体，14.径向磁极，15.轴向磁极，16.扇环上表贴的永磁体，17.扇环。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

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。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

多相永磁同步驱动电机，包括径向定子、轴向定子和转子，其中，转子套装于径向定子内部，与径向定子同轴布设，所述转子的一端或两端设置有轴向定子，轴向定子与转子同心布设。

转子内设置有转子槽，转子槽以U型排布，所述转子槽内放置永磁体，所述转子槽内永磁体同极性相对，通过聚磁效应使转子上产生径向磁通和轴向磁通，所述转子的端部设有扇环结构，扇环上放置有永磁体，所述扇环上表贴的永磁体在转子铁芯内侧产生的极性和转子槽内永磁体在转子铁芯上产生的极性相同，从而进一步通过聚磁效应增大电机的铁芯磁密和径向轴向的气隙磁密，有利于提高电机的功率密度，转子槽内永磁体和扇环上表贴的永磁体在转子上共同作用形成径向磁极和轴向磁极；

径向定子的定子槽内设置有径向绕组，所述轴向定子的定子槽内设置有轴向绕组。

转子上设置的永磁体在转子上共同作用形成径向磁极和轴向磁极，转子上的磁通一部分沿电机的径向方向沿径向磁极通过径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，另一部分沿电机的轴向方向沿轴向磁极通过轴向气隙进入到轴向定子当中，形成轴向主磁通；所述径向主磁通与径向绕组产生的磁场作用，所述轴向主磁通与轴向绕组产生的磁场作用，使得电机的径向、轴向均产生转矩。将径向绕组与轴向绕组所产生的三相磁势错开一定角度，便可以实现所述电机的多种多相运行，根据径向定子和轴向定子所产生的磁势所具体错开的角度，所述电机有对称六相与不对称六相(相移30°双三相电机)等多种运行方式。

径向定子，包括定子槽、定子齿和定子轭部，其中，定子轭部为圆环状，定子齿有多个，沿定子轭部圆周均匀分布，定子齿之间有定子槽，所述定子槽内放置有径向绕组。

轴向定子包括轴向定子背轭、轴向定子槽和轴向定子齿，所述轴向定子背轭位于轴向定子的轴向的一侧，轴向定子齿设置在轴向定子背轭上，轴向定子齿之间设置有轴向定子槽，轴向定子槽内安放有轴向绕组。

径向定子和转子外沿之间存在径向气隙，所述轴向定子和转子端部之间存在轴向气隙。

转子槽内永磁体与扇环上表贴的永磁体共同作用产生的磁通，在转子上形成径向磁极和轴向磁极。径向磁通沿径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，轴向磁通沿轴向气隙进入轴向定子当中，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，轴向主磁通与轴向电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩。

径向定子和轴向定子的电枢绕组为三相对称绕组，可分别独立运行，电机运行时，径向电枢绕组和轴向电枢绕组分别采用目前成熟的三相电机功率逆变器和驱动控制策略，并根据轴向定子和径向定子所通电流产生磁势相差的角度实现多种多相(六相或双三相)运行方式，可以充分利用电流的三次及高次谐波增大转矩输出能力。由于电机的径向绕组和轴向绕组相互物理隔离，能够各自独立运行，因此电机在缺相等故障情况下运行时性能增强，可以显著增强电机的容错运行能力；

径向定子由硅钢片叠压而成，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，所述径向定子槽内安放有径向电枢绕组；所述轴向定子由硅钢片卷叠并加工而成，所述轴向定子包括轴向定子槽，轴向定子齿和轴向定子背轭，所述轴向定子槽内安放有轴向电枢绕组。

电机在径向或轴向定子上的相数m分别≥3，极对数p≥1，径向电枢绕组和轴向电枢绕组为单层绕组或双层绕组，径向电枢绕组产生的磁场的极数与径向磁极极数相等，轴向电枢绕组产生的磁场的极数与轴向磁极极数相等。

转子为软磁复合材料制成，转子上设有转子槽，转子槽以U型方式排布，转子槽内的永磁体同极性相对，通过聚磁效应获得较大的气隙磁密，所述转子端部加工成扇环形状，扇环上安放有永磁体，扇环上永磁体在铁芯侧产生的磁通的极性与转子槽内永磁体产生的磁通的极性相同，通过聚磁效应进一步提高电机的径向气隙磁密，扇环上永磁体直接面对电机的轴向气隙，轴向气隙磁密也很高，有利于提高电机的功率密度。所述转子槽内永磁体与所述扇环上表贴的永磁体共同作用在转子上形成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。

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。

基于上述电机的运行方法，主要为：根据电机工作的额定转速，额定转矩，以及性能要求，合理设置电机的径向气隙长度、轴向气隙长度，同时根据径向定子和轴向定子所需要产生的磁动势的关系，分布确定轴向电枢绕组和径向电枢绕组所需要的线圈匝数与额定电流，对径向电枢绕组和轴向电枢绕组使用单独的三相逆变器和驱动控制策略进行控制，并使轴向定子的磁势和径向定子的磁势错开一定的夹角，实现电机的多相(六相或双三相)运行。

一种电动汽车用高功率密度多相永磁同步驱动电机的转矩驱动方法：转子上的轴向磁通进入轴向定子中，轴向绕组通电流产生驱动转矩，所述转子上的径向磁通进入径向定子，径向绕组通电流后产生驱动转矩，所述径向定子和轴向定子所产生的合成磁势，可根据其磁势之间的夹角分为多种双三相运行模式，具体包括：

对称六相电机运行方式：所述径向定子和所述轴向定子所产生的磁势进行合成，其相带角为60°，其磁势的空间分布与传统的三相电机完全相同，但在此种运行方式下，总的合成磁势幅值相较于传统的三相电机增加一倍。

不对称六相电机运行方式：所述轴向定子和所述径向定子所产生的磁势进行合成，其相带角与对称十二相电机一致，为30°，因此其磁势空间分布和对称十二相电机一致，此种运行方式能够消除5、7次谐波磁势，从而能消除6次转矩脉动，转矩脉动的最低次数提高到12次，能够更好的抑制转矩脉动，在运行时优先考虑此种运行方式。

传统三相电机运行方式：所述轴向定子和所述径向定子所产生的磁势进行合成，使两者磁势夹角为0°，则其运行方式与传统的三相电机运行方式相同。

本公开的电机通过转子端部安放轴向定子的方式，相比于传统的多相电机充分利用了电机的端部，减小了电机的端部漏磁效应，永磁体利用率增加，而且，由于电机转子的轴向表面也安放了永磁体，能够更好地产生聚磁效应，使电机具有更高的铁芯和气隙磁密，提高了电机铁芯材料的利用率，减轻了电机的重量，显著提高了电机的功率密度和转矩密度，减轻了电机的重量。由于电机的径向绕组和轴向绕组可以分别独立运行，可以灵活地实现六相或者双三相等多相运行模式，可以充分利用电流的三次及高次谐波增大转矩输出能力，对电机进行各种灵活的控制，由于电机的径向绕组和轴向绕组相互物理隔离，能够各自独立运行，因此电机在缺相等故障情况运行时性能增强，可以显著增强电机的容错能力，使多相控制方式更易于实现。

实施例一

如图1(a)—图1(e)所示，本实施方式电机相数为6，径向定子齿数为48，轴向定子齿数为48，转子槽数为8，径向磁极数为8，轴向磁极数为8，转子的一个端部有扇环结构，扇环上表贴有永磁体，扇环上永磁体在铁芯侧所产生的极性与转子槽内永磁体所生成的轴向磁通极性相同，本实施方式包括径向定子，轴向定子和转子，径向定子由硅钢片叠压而成，径向定子包括径向定子齿1，径向定子轭2和径向定子槽3，径向定子槽3内放置有径向电枢绕组4，径向电枢绕组4可以分为分布绕组、集中绕组或叠绕组，径向电枢绕组的极数与转子径向磁极极数一致，径向定子和转子同轴，径向定子和转子之间有径向气隙5，轴向定子由硅钢片卷叠并加工而成，轴向定子包括轴向定子齿6，轴向定子轭7和轴向定子槽8，轴向定子槽8内安放有轴向电枢绕组9，轴向电枢绕组9可分为分布绕组，集中绕组或者叠绕组，轴向电枢绕组的极数与转子轴向磁极极数保持一致，轴向定子与转子同心，轴向定子和转子之间有轴向气隙10，软磁复合转子11上设置有转子槽12，转子槽呈U型排布，转子槽12内安放有永磁体13，转子槽内的永磁体13同极性相对，通过聚磁效应在转子上形成径向磁通和轴向磁通，转子的端部加工成扇环形状17，扇环17上安放有永磁体16，所述扇环上表贴的永磁体16在铁芯侧产生的极性与转子槽内永磁体13产生的极性相同，永磁体13、16共同作用在转子上形成径向磁极14和轴向磁极15，永磁体产生的磁通通过径向磁极经过径向气隙进入径向定子铁芯与径向电枢绕组交链形成径向主磁通，永磁体产生的磁通通过轴向磁极经过轴向气隙进入轴向定子铁芯与轴向电枢绕组交链形成轴向主磁通，径向绕组磁通与轴向绕组磁通相互独立，可以通过分别设计径向气隙和轴向气隙的长度来控制电机空载时的径向主磁通和轴向主磁通，径向主磁通与径向电枢绕组4产生的磁场相互作用产生转矩，轴向主磁通与轴向电枢绕组9产生的磁场相互作用产生转矩，径向定子和轴向定子的绕组4、9为三相对称绕组，可分别看作独立运行的三相绕组并能分别独立的产生转矩，采用成熟的三相功率逆变器和驱动控制策略，并根据轴向定子和径向定子所通电流产生磁势相差的角度可实现多种多相(六相或者双三相)运行方式

实施例二

如图2(a)—图2(e)所示，实施例二与实施例一的主要区别是，(1)实施例二中电机的两个端部均存在轴向定子，且电机软磁复合转子铁芯的两个端部均加工成扇环的形状形成轴向磁极，而实施例一中只有电机的一个端部有轴向定子，电机转子铁芯只有一个端部加工成扇环的形状形成轴向磁极，(2)实施例二中由于转子两段均加工为扇环形状，所需要在扇环上表贴的永磁体增多，实施例二中的结构，由于转子两个端部均有转子，能够消除转子上的不平衡磁拉力。本实施方式电机相数为6，径向定子齿数为48，轴向定子齿数为48，转子槽数为8，径向磁极数为8，轴向磁极数为8，转子的两个端部均设计有扇环结构17，扇环17上表贴有永磁体16，扇环上永磁体16在铁芯侧所产生的极性与转子槽内永磁体所生成的轴向磁通极性相同，本实施方式包括径向定子，轴向定子和转子，径向定子由硅钢片叠压而成，径向定子包括径向定子齿1，径向定子轭2和径向定子槽3，径向定子槽3内放置有径向电枢绕组4，径向电枢绕组4可以分为分布绕组、集中绕组或叠绕组，径向电枢绕组的极数与转子径向磁极极数一致，径向定子和转子同轴，径向定子和转子之间有径向气隙5，轴向定子由硅钢片卷叠并加工而成，轴向定子包括轴向定子齿6，轴向定子轭7和轴向定子槽8，轴向定子槽8内安放有轴向电枢绕组9，轴向电枢绕组9可分为分布绕组，集中绕组或者叠绕组，轴向电枢绕组的极数与转子轴向磁极极数保持一致，轴向定子与转子同心，轴向定子和转子之间有轴向气隙10，软磁复合转子11上设置有转子槽12，转子槽呈U型排布，转子槽12内安放有永磁体13，转子槽内的永磁体13同极性相对，通过聚磁效应在转子上形成径向磁通和轴向磁通，转子的端部加工成扇环形状17，扇环17上安放有永磁体16，所述扇环上表贴的永磁体16在铁芯侧产生的极性与转子槽内永磁体13产生的极性相同，永磁体13、16共同作用在转子上形成径向磁极14和轴向磁极15，永磁体产生的磁通通过径向磁极经过径向气隙进入径向定子铁芯与径向电枢绕组交链形成径向主磁通，永磁体产生的磁通通过轴向磁极经过轴向气隙进入轴向定子铁芯与轴向电枢绕组交链形成轴向主磁通，径向绕组磁通与轴向绕组磁通相互独立，可以通过分别设计径向气隙和轴向气隙的长度来控制电机空载时的径向主磁通和轴向主磁通，径向主磁通与径向电枢绕组4产生的磁场相互作用产生转矩，轴向主磁通与轴向电枢绕组9产生的磁场相互作用产生转矩，径向定子和轴向定子的绕组4、9为三相对称绕组，可分别看作独立运行的三相绕组并能分别独立的产生转矩，采用成熟的三相功率逆变器和驱动控制策略，并根据轴向定子和径向定子所通电流产生磁势相差的角度可实现多种多相(六相或者双三相)运行方式。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开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公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种多相永磁同步驱动电机，其特征是：包括径向定子、轴向定子和转子，其中，所述转子内设置有转子槽，转子槽以U形排布，所述转子槽内放置永磁体，所述转子槽内永磁体同极性相对，通过聚磁效应使转子上产生径向磁通和轴向磁通；

所述转子的端部也设置有永磁体，且端部的永磁体在转子铁芯内侧产生的极性和转子槽内永磁体在转子铁芯上产生的极性相同，两处的永磁体在转子上共同作用形成径向磁极和轴向磁极；

所述转子套装于径向定子内部，与径向定子同轴布设，所述转子的至少一个端部设置有轴向定子，轴向定子与转子同心布设，所述径向定子的定子槽内设置有径向电枢绕组，所述轴向定子的定子槽内设置有轴向电枢绕组；

转子上的磁通一部分沿电机的径向方向沿径向磁极通过径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，另一部分沿电机的轴向方向沿轴向磁极通过轴向气隙进入到轴向定子当中，形成轴向主磁通；所述径向主磁通与径向电枢绕组产生的磁场作用，所述轴向主磁通与轴向电枢绕组产生的磁场作用，使得电机的径向、轴向均产生转矩；

所述径向电枢绕组与轴向电枢绕组所产生的三相磁势错开60°或30°角度。

2.如权利要求1所述的一种多相永磁同步驱动电机，其特征是：所述径向定子和转子外沿之间存在径向气隙，所述轴向定子和转子端部之间存在轴向气隙。

3.如权利要求1所述的一种多相永磁同步驱动电机，其特征是：所述转子的端部设有扇环结构，扇环上放置有永磁体，所述扇环上表贴的永磁体在转子铁芯内侧产生的极性和转子槽内永磁体在转子铁芯上产生的极性相同。

4.如权利要求1所述的一种多相永磁同步驱动电机，其特征是：所述电机在径向或轴向定子上的相数均大于等于三，极对数大于等于一，径向电枢绕组和轴向电枢绕组为单层绕组或双层绕组，径向电枢绕组产生的磁场的极数与径向磁极极数相等，轴向电枢绕组产生的磁场的极数与轴向磁极极数相等。

5.如权利要求3所述的一种多相永磁同步驱动电机，其特征是：所述转子槽内永磁体与所述扇环上表贴的永磁体共同作用在转子上形成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。

6.如权利要求1所述的一种多相永磁同步驱动电机，其特征是：所述径向定子，包括定子槽、定子齿和定子轭部，其中，定子轭部为圆环状，定子齿有多个，沿定子轭部圆周均匀分布，定子齿之间有定子槽，所述定子槽内放置有径向电枢绕组。

7.如权利要求1所述的一种多相永磁同步驱动电机，其特征是：所述轴向定子包括轴向定子背轭、轴向定子槽和轴向定子齿，所述轴向定子背轭位于轴向定子的轴向的一侧，轴向定子齿设置在轴向定子背轭上，轴向定子齿之间设置有轴向定子槽，轴向定子槽内安放有轴向电枢绕组。

8.一种驱动机构，其特征是：包括如权利要求1-7中任一项所述的多相永磁同步驱动电机。

9.基于权利要求1-7中任一项所述的多相永磁同步驱动电机的运行方法，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和轴向气隙长度，同时根据径向定子和轴向定子所需要产生的磁动势的关系，确定轴向电枢绕组和径向电枢绕组所需要的线圈匝数与额定电流，对径向电枢绕组和轴向电枢绕组使用单独的三相逆变器和驱动控制策略进行控制，并使轴向定子的磁势和径向定子的三相 磁势错开60°或30°角度，实现电机的多相运行。

10.基于权利要求1-7中任一项所述的多相永磁同步驱动电机的转矩驱动方法，其特征是：转子上的轴向磁通进入轴向定子中，轴向电枢绕组通电流产生驱动转矩，所述转子上的径向磁通进入径向定子，径向电枢绕组通电流后产生驱动转矩，所述径向定子和轴向定子所产生的合成磁势，根据其磁势之间的夹角分为多种双三相运行模式，具体包括：

对称六相电机运行方式：所述径向定子和所述轴向定子所产生的磁势进行合成，其相带角为60°；

不对称六相电机运行方式：所述轴向定子和所述径向定子所产生的磁势进行合成，其相带角为30°。

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