基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机及方法

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1.本发明涉及一种基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机拓扑结构，属于永磁电机领域。

背景技术：

2.永磁同步电机因为具有高功率密度、转矩密度、效率的特点被广泛应用在交通电气化等工业领域中，但随着新能源领域交通运输设备的不断发展，对电机的转矩转速范围提出了更高的需求。此时内置式永磁同步电机由于其调速范围宽、能够利用磁阻转矩、机械强度较高等优势更多的被作为电动汽车用核心动力部件；其电枢d轴电感远大于同等规格的表贴式永磁同步电机，所以可通过弱磁控制策略大幅提升电机的转速范围；且由于其永磁体安放在转子铁心内部的永磁体槽中，机械强度和安全可靠性优于采用粘接固定的表贴式磁体，可以输出更高转速和更大转矩；通过合理的设计转子磁路结构可以提升电机的磁阻转矩从而进一步提高电机的转矩密度。但现有的内置式永磁同步电机由于永磁转矩和磁阻转矩各自峰值对应的电流角相差45
°
，无法同时输出设计的永磁转矩和磁阻转矩最大值，存在转矩浪费的问题。磁场偏移原理是通过电机拓扑结构的特殊设计实现电机永磁磁链和电感间的角度偏移，体现在转矩特性中为减小永磁、磁阻转矩峰值点的电流角差值从而提高电机的输出转矩。有些学者提出利用不对称的转子结构实现磁场偏移效应，但这会导致转子动平衡难保证、加工装配复杂、磁阻转矩峰值受影响等问题。
3.因此，针对以上不足，需要提供一种对称结构的可实现磁场偏移效应的电机拓扑结构以减小磁阻转矩和永磁转矩对应电流角的差值，是进一步提升驱动电机转矩密度等性能的研究重点。

技术实现要素：

4.针对现有内置式永磁同步电机的永磁、磁阻转矩最大值对应电流角的差值较大，电机无法同时输出设计的永磁转矩和磁阻转矩最大值的问题，本发明提供一种基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机及方法。该结构通过两个具有正交方向磁场的永磁体组协同合成电机转子永磁磁场，从而实现电机磁链和电感分布相对位置关系的灵活调节；在不采用复杂拓扑、不增加额外材料用量的情况下增加电机的输出转矩。
5.本发明所述基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机，包括定子铁心1、定子绕组2、转子铁心3和转轴8；电枢绕组2设置在定子铁心1上，转子铁心3固定在转轴8上，并位于定子铁心1内部；
6.在转子铁心3上每极以d轴为对称轴内嵌布置有n层d轴方向永磁体槽4，其开槽由d轴轴线两侧靠近转子铁心3表面的两端直至d轴轴线上近圆心方向连通，d轴方向永磁体槽4两侧端部各开有一个q轴方向永磁体槽6，所述q轴方向永磁体槽6延伸至转子铁心3表面，n个d轴方向永磁体槽4与位于其端部的2个q轴方向永磁体槽6连通，n个d轴方向永磁体槽4和2n个q轴方向永磁体槽6均沿轴向贯穿整个电机，d轴方向永磁体5放置于d轴方向永磁体槽4
内，q轴方向永磁体7放置于q轴方向永磁体槽6内，n取2～5之间；
7.d轴方向永磁体5的磁场与两端部对称的q轴方向永磁体7的磁场通过合成实现磁场偏移。
8.优选地，d轴方向永磁体槽4为一字型、v型或u型结构，当d轴方向永磁体槽4为一字型时，每个d轴方向永磁体槽4内嵌入一个d轴方向永磁体5；当d轴方向永磁体槽4为v型时，以d轴轴线为对称轴，每个d轴方向永磁体槽4中对称放置两个d轴方向永磁体5；当d轴方向永磁体槽4为u型时，每个d轴方向永磁体槽4内嵌入两个或三个d轴方向永磁体5，若嵌入两个d轴方向永磁体5，其在每个d轴方向永磁体槽4中两侧对称放置；若嵌入三个d轴方向永磁体5，除了在每个d轴方向永磁体槽4中两侧对称放置外，在底侧再嵌入一块d轴方向永磁体5；
9.q轴方向永磁体槽6为一字型、v型或u型结构，当q轴方向永磁体槽6为一字型时，每个q轴方向永磁体槽6内嵌入一个q轴方向永磁体7；当q轴方向永磁体槽6为v型时，每个q轴方向永磁体槽6中两侧对称放置两个q轴方向永磁体7；当q轴方向永磁体槽6为u型时，每个q轴方向永磁体槽6内嵌入两个或三个q轴方向永磁体7，若嵌入两个q轴方向永磁体7，其在每个q轴方向永磁体槽6中两侧对称放置；若嵌入三个q轴方向永磁体7，除了在每个q轴方向永磁体槽6中两侧对称放置外，在底侧再嵌入一块q轴方向永磁体7。
10.优选地，充磁方向是否相同的规则为：充磁后永磁体产生的磁通是否同时由转子进入气隙或由气隙进入转子；
11.d轴方向永磁体5的充磁方向垂直于d轴方向永磁体5的长边，每极下d轴方向永磁体5的充磁方向相同，相邻极的d轴方向永磁体5的充磁方向相反；
12.q轴方向永磁体7的充磁方向垂直于q轴方向永磁体7的长边；每极下的所有q轴方向永磁体7以d轴轴线为界均分为两组，其中转子旋转方向侧的一组q轴方向永磁体7的充磁方向与该极下d轴方向永磁体5相同，转子旋转方向对侧的一组q轴方向永磁体7的充磁方向与该极下d轴方向永磁体5相反；相邻极的两组相邻的q轴方向永磁体7的充磁方向相同。
13.优选地，q轴方向永磁体槽6为一字型时，q轴方向永磁体7靠近转子铁心3表面侧不布置磁桥，q轴方向永磁体槽6为v型或u型结构时，q轴方向永磁体7靠近转子铁心3表面侧布置磁桥。
14.本发明还提供另一个技术方案，电机的磁场偏移方法，本方法基于所述基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机实现，该方法为：
15.d轴方向永磁体共同产生d轴磁场，q轴方向永磁体共同产生q轴磁场，d轴磁场与q轴磁场为正交方向；
16.两组永磁体产生的d、q轴磁场的合成实现了电机转子磁场的偏移，通过调整d、q轴磁场的幅值大小关系来控制合成磁场的方向，以使电机具备不同程度的磁场偏移能力，进而提高电机的电磁转矩；
17.通过设计各参数调节电机的磁场偏移角度β，以表征偏移能力：
[0018][0019]
式中：
[0020]bdi
为各d轴磁场下最靠近圆心方向一层的第j个d轴方向永磁体5的永磁体工作点，b
qi
为各q轴磁场下第i个q轴方向永磁体7的永磁体工作点，b
dj
为各d轴磁场下最靠近圆心方向一层的第j个d轴方向永磁体5的饱和磁密，b
qi
为各q轴磁场下第i个q轴方向永磁体7的饱和磁密，w
dj
为各d轴磁场下最靠近圆心方向一层的第j个d轴方向永磁体5的宽度，w
qi
为各q轴磁场下第i个q轴方向永磁体7的宽度，nd为各d轴磁场下最靠近圆心方向一层的永磁体个数，当d轴方向永磁体槽4为一字型时，nd为1；当d轴方向永磁体槽4为v型时，nd为2；当d轴方向永磁体槽4为u型结构时，nd为2或3；
[0021]
电机电磁转矩te在磁场偏移角度β作用下提升为：
[0022]
te＝t
pp
cos(α+β-90
°
)+t
rp
sin(2α)
[0023]
式中：t
pp
为电机的永磁转矩转矩电流角曲线的峰值，t
rp
为电机的磁阻转矩转矩电流角曲线的峰值，α为转子磁场定向下的电流电角度。
[0024]
优选地，d轴磁场与q轴磁场取值为相等时，β＝45
°
，电机输出转矩达到最大值。
[0025]
本发明的有益效果：本发明所诉基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机，在电机转子铁心上布置有产生d轴、q轴正交方向磁场的两组永磁体，通过两永磁磁场的组合可以灵活合成电机运行需要的任意方向的磁场。不同于非对称式的内置式永磁同步电机以附加特殊非对称磁障实现磁场偏移的方式，组合磁极的两磁场通过合成可以自然地实现磁场的偏移，减小永磁转矩和磁阻转矩各自峰值对应电流角的差值甚至为0，从而提升电机的转矩密度。由于产生q轴磁场的永磁体位于产生d轴磁场的永磁体所属永磁体槽的端部位置，两种永磁体的组合不会影响电机电枢反应的磁通路径和电机凸极比，即永磁磁链与电机电感在位置关系上实现解耦，可以灵活地使电机拓扑具有各种相对角度关系的永磁磁链和电机电感，以满足各种工况需求。
附图说明
[0026]
图1是本发明所述基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机的结构示意图；
[0027]
图2是图1的局部放大图；
[0028]
图3是本发明电机的永磁体充磁方向示意图；
[0029]
图4是图3的局部放大图；
[0030]
图5是本发明的基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机与常规内置式永磁同步电机相对比的转矩电流角曲线对比图。
具体实施方式
[0031]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
[0034]
具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机，包括定子铁心1、定子绕组2、转子铁心3和转轴8；电枢绕组2设置在定子铁心1上，转子铁心3固定在转轴8上，并位于定子铁心1内部；
[0035]
在转子铁心3上每极以d轴为对称轴内嵌布置有n层d轴方向永磁体槽4，其开槽由d轴轴线两侧靠近转子铁心3表面的两端直至d轴轴线上近圆心方向连通，d轴方向永磁体槽4两侧端部各开有一个q轴方向永磁体槽6，所述q轴方向永磁体槽6延伸至转子铁心3表面，n个d轴方向永磁体槽4与位于其端部的2个q轴方向永磁体槽6连通，n个d轴方向永磁体槽4和2n个q轴方向永磁体槽6均沿轴向贯穿整个电机，d轴方向永磁体5放置于d轴方向永磁体槽4内，q轴方向永磁体7放置于q轴方向永磁体槽6内；
[0036]
d轴方向永磁体5的磁场与两端部对称的q轴方向永磁体7的磁场通过合成实现磁场偏移。
[0037]
n为正整数，具体数字可根据实际情况确定，n越大，磁场偏移的实现更加灵活，但设计加工更加复杂，一般n取2～5之间。
[0038]
本实施方式在转子铁心3内部设置n层d轴方向永磁体槽4，这部分采用现有技术实现，d轴方向永磁体槽4为一字型、v型或u型结构，当d轴方向永磁体槽4为一字型时，每个d轴方向永磁体槽4内嵌入一个d轴方向永磁体5；当d轴方向永磁体槽4为v型时，以d轴轴线为对称轴，每个d轴方向永磁体槽4中对称放置两个d轴方向永磁体5；当d轴方向永磁体槽4为u型时，每个d轴方向永磁体槽4内嵌入两个或三个d轴方向永磁体5，若嵌入两个d轴方向永磁体5，其在每个d轴方向永磁体槽4中两侧对称放置；若嵌入三个d轴方向永磁体5，除了在每个d轴方向永磁体槽4中两侧对称放置外，在底侧再嵌入一块d轴方向永磁体5；图1、2中d轴方向永磁体槽4为v型。
[0039]
本实施方式的创新点在于，在d轴方向永磁体槽4的两端各设置一个q轴方向永磁体槽6，利用两端槽中对称设置的q轴方向永磁体7构建偏移磁场来提升电机性能。
[0040]
q轴方向永磁体槽6为一字型、v型或u型结构，当q轴方向永磁体槽6为一字型时，每个q轴方向永磁体槽6内嵌入一个q轴方向永磁体7；当q轴方向永磁体槽6为v型时，每个q轴方向永磁体槽6中两侧对称放置两个q轴方向永磁体7；当q轴方向永磁体槽6为u型时，每个q轴方向永磁体槽6内嵌入两个或三个q轴方向永磁体7，若嵌入两个q轴方向永磁体7，其在每个q轴方向永磁体槽6中两侧对称放置；若嵌入三个q轴方向永磁体7，除了在每个q轴方向永磁体槽6中两侧对称放置外，在底侧再嵌入一块q轴方向永磁体7。图1、2中q轴方向永磁体槽6为v型。
[0041]
配置偏移磁场时对各永磁体的充磁要求，本实施方式中充磁方向是否相同的规则为：是否同时由转子进入气隙或由气隙进入转子；
[0042]
d轴方向永磁体5的充磁方向垂直于d轴方向永磁体5的长边，每极下d轴方向永磁体5的充磁方向相同，相邻极的d轴方向永磁体5的充磁方向相反；参见图3所示，转子旋转方
向为逆时针，图中为一个极下的充磁情况，d轴轴线左侧和右侧的两组d轴方向永磁体5的充磁方向均与本身长边垂直，合成方向是由转子进入气隙。d轴轴线左侧为转子旋转方向侧，d轴轴线右侧为转子旋转方向对侧。
[0043]
q轴方向永磁体7的充磁方向垂直于q轴方向永磁体7的长边；按常规电机各个极区域的划分规律，每极下的所有q轴方向永磁体7以d轴轴线为界均分为两组，其中转子旋转方向侧的一组q轴方向永磁体7的充磁方向与该极下d轴方向永磁体5相同，转子旋转方向对侧的一组q轴方向永磁体7的充磁方向与该极下d轴方向永磁体5相反；相邻极的两组相邻的q轴方向永磁体7的充磁方向相同。参见图3、4，q轴方向永磁体槽6为v型，以q轴轴线为对称轴，每个q轴方向永磁体槽6中对称放置两个q轴方向永磁体7，其充磁方向均与本身长边垂直，左侧q轴方向永磁体组的合成磁场方向是由转子通过气隙进入定子，而右侧q轴方向永磁体组的合成磁场方向是由定子通过气隙进入转子。
[0044]
转子上d轴、q轴方向两组永磁体组可以产生两个正交方向的磁场，通过调节两磁场的相对幅值关系可以合成特定方向的永磁磁场，从而实现磁场偏移的效果。
[0045]
q轴方向永磁体7靠近转子铁心3表面侧可根据具体的q轴方向永磁体7的形状决定是否布置相应形状的磁桥，一般“一”字型永磁体不布置磁桥、v型永磁体、u型永磁体布置磁桥。q轴方向永磁体槽6为一字型时，q轴方向永磁体7靠近转子铁心3表面侧不布置磁桥，q轴方向永磁体槽6为v型或u型结构时，q轴方向永磁体7靠近转子铁心3表面侧布置磁桥。
[0046]
d轴方向永磁体5、q轴方向永磁体7由一块或多块永磁体组成，也可以沿轴向再分由多块永磁体构成。
[0047]
工作原理：本发明电机正常工作时，在电机转子铁心上布置的产生d轴、q轴正交方向磁场的两组永磁体构成一对组合磁极，通过两永磁磁场的组合可以灵活合成电机运行需要的任意方向的磁场，从而实现磁场偏移效应，减小永磁转矩和磁阻转矩各自峰值点对应电流角度的差值甚至为0，从而提升电机的转矩密度；与常规内置式永磁同步电机相比，电机的转矩电流角曲线发生变化，差别如图5所示，电机输出的电磁转矩得到提升。不同于非对称式的内置式永磁同步电机实现磁场偏移的方式，在不附加特殊非对称磁障的情况下，组合磁极的两磁场通过合成可以自然地实现磁场偏移，而且由于产生q轴磁场的永磁体位于产生d轴磁场的永磁体所属永磁体槽的端部位置，故不会影响电机电枢反应的磁通路径和电机凸极比，即永磁磁链与电机电感在位置关系上实现解耦，可以灵活实现具有各种相对位置关系的永磁磁链和电机电感的电机拓扑，以满足各种需求。同时由于永磁磁场是由两个正交方向上的磁场合成得到的，同等气隙磁场强度下，基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机的转子铁心饱和程度大大下降，有助于进一步提升电机的转矩性能。
[0048]
以n＝4，d轴方向永磁体槽4和q轴方向永磁体槽6为v型结构为例给出一个具体实施例，本发明所述基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机，如图1所示，由定子铁心1、定子绕组2、转子铁心3、d轴方向永磁体槽4、d轴方向永磁体5、q轴方向永磁体槽6、q轴方向永磁体7和转轴8组成；转子铁心3固定在转轴8上，并位于定子铁心1内部，电枢绕组2设置在定子铁心1上；
[0049]
转子铁心3上每极以d轴为对称轴布置有4个d轴方向永磁体槽4，其开槽由d轴轴线两侧靠近转子铁心3表面的两端至d轴轴线上近圆心方向联通，在转子铁心3表面，d轴方向永磁体槽4关于d轴轴线两侧的端部各开有一个q轴方向永磁体槽6，共有8个，4个d轴方向永
磁体槽4与位于其端部的2个q轴方向永磁体槽6连通，4个d轴方向永磁体槽4和8个q轴方向永磁体槽6均沿轴向贯穿整个电机；永磁体的充磁方向为由转子进入气隙或由气隙进入转子，以一个极为例，8个d轴方向永磁体5放置于d轴方向永磁体槽4内，d轴方向永磁体5的充磁方向垂直于d轴方向永磁体5的长边，以d轴轴线为参考，每极下8个d轴方向永磁体5的充磁方向相同，相邻极的d轴方向永磁体5的充磁方向相反；q轴方向永磁体7放置于q轴方向永磁体槽6内，q轴方向永磁体7的充磁方向垂直于q轴方向永磁体7的长边，以d轴轴线为参考,两侧16个q轴方向永磁体7的充磁方向不同，转子旋转方向侧的8个q轴方向永磁体7的充磁方向与d轴方向永磁体5相同，转子旋转方向对侧的8个q轴方向永磁体7的充磁方向与d轴方向永磁体5相反，16个q轴方向永磁体7以d轴轴线均分为两组，其各自充磁方向与相邻极下的相邻的一组q轴方向永磁体7相同。
[0050]
本实施方式为了减小内置式永磁同步电机永磁、磁阻转矩各自最大值对应电流角的差值，使电机能够同时输出设计的永磁转矩和磁阻转矩最大值，同时提高电机转矩密度、效率，本发明提供了一种基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机。该结构通过两个具有正交方向磁场的永磁体组协同合成电机转子永磁磁场，从而实现电机磁链和电感分布相对位置关系的灵活调节；在不采用复杂拓扑、不增加额外材料用量的情况下增加电机的输出转矩。
[0051]
具体实施方式二：下面结合图3、4说明本实施方式，本实施方式所述电机的磁场偏移方法，本方法基于权利要求3所述基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机实现，该方法为：
[0052]
d轴方向永磁体共同产生d轴磁场，q轴方向永磁体共同产生q轴磁场，d轴磁场与q轴磁场为正交方向；
[0053]
两组永磁体产生的d、q轴磁场的合成实现了电机转子磁场的偏移，通过调整d、q轴磁场的幅值大小关系来控制合成磁场的方向，以使电机具备不同程度的磁场偏移能力，进而提高电机的电磁转矩；
[0054]
通过设计各参数调节电机的磁场偏移角度β，以表征偏移能力：
[0055][0056]
式中：
[0057]bdi
为各d轴磁场下最靠近圆心方向一层的第j个d轴方向永磁体5的永磁体工作点，b
qi
为各q轴磁场下第i个q轴方向永磁体7的永磁体工作点，b
dj
为各d轴磁场下最靠近圆心方向一层的第j个d轴方向永磁体5的饱和磁密，b
qi
为各q轴磁场下第i个q轴方向永磁体7的饱和磁密，w
dj
为各d轴磁场下最靠近圆心方向一层的第j个d轴方向永磁体5的宽度，w
qi
为各q轴磁场下第i块q轴方向永磁体7的宽度，nd为各d轴磁场下最靠近圆心方向一层的永磁体个数，当d轴方向永磁体槽4为一字型时，nd为1；当d轴方向永磁体槽4为v型时，nd为2；当d轴方向永磁体槽4为u型结构时，nd为2或3；
[0058]
电机电磁转矩te在磁场偏移角度β作用下提升为：
[0059]
te＝t
pp
cos(α+β-90
°
)+t
rp
sin(2α)
[0060]
式中：t
pp
为电机的永磁转矩电流角曲线的峰值，t
rp
为电机的磁阻转矩转矩电流角曲线的峰值，α为转子磁场定向下的电流电角度。
[0061]
本实施方式通过d轴方向永磁体5、q轴方向永磁体7的宽度、工作点和饱和磁密的不同组合可以改变磁场偏移角度，d轴方向永磁体5、q轴方向永磁体7产生的两正交方向的永磁磁场相差越大，电机的磁场偏移能力越弱，当只布置d轴方向永磁体5或q轴方向永磁体7时，磁场偏移能力为零，针对不同的应用需求，电机的磁场偏移角度β可取不同的取值，当电机追求最大转矩输出时，一般将d轴方向永磁体5、q轴方向永磁体7产生的两正交方向的永磁磁场设置为相等，此时β即为45
°
，电机的电磁转矩为永磁转矩和磁阻转矩的峰值之和。
[0062]
由于n层d轴方向永磁体槽4内的d轴方向永磁体5相互间为串联磁路关系，故其产生的各个d轴方向磁场由各d轴磁场下最靠近圆心方向的一层的合成宽度最大的d轴方向永磁体5产生的磁场表示；2n个q轴方向永磁体槽6内的q轴方向永磁体7相互间为并联磁路关系，故其产生的各个q轴方向磁场由各q轴磁场下全部q轴方向永磁体7产生的磁场相加表示。
[0063]
采用本实施方式组合磁极的两磁场通过合成可以自然地实现磁场的偏移，减小永磁转矩和磁阻转矩各自峰值对应电流角的差值甚至为0，从而提升电机的转矩密度。
[0064]
由示意图图5可见，电磁转矩可由永磁转矩和磁阻转矩合成得到，采用磁场偏移方法的电机与常规电机相比，在较宽的常用电流角范围(0
°‑
70
°
左右)内电磁转矩得到提升，电磁转矩最大值也得到提升，两者电磁转矩峰值相差16％左右，即常规内置式永磁同步电机采用磁场偏移方法后可提升16％左右的电磁转矩。
[0065]
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

技术特征：

1.基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机，包括定子铁心(1)、定子绕组(2)、转子铁心(3)和转轴(8)；电枢绕组(2)设置在定子铁心(1)上，转子铁心(3)固定在转轴(8)上，并位于定子铁心(1)内部；其特征在于，在转子铁心(3)上每极以d轴为对称轴内嵌布置有n层d轴方向永磁体槽(4)，其开槽由d轴轴线两侧靠近转子铁心(3)表面的两端直至d轴轴线上近圆心方向连通，d轴方向永磁体槽(4)两侧端部各开有一个q轴方向永磁体槽(6)，所述q轴方向永磁体槽(6)延伸至转子铁心(3)表面，n个d轴方向永磁体槽(4)与位于其端部的2个q轴方向永磁体槽(6)连通，n个d轴方向永磁体槽(4)和2n个q轴方向永磁体槽(6)均沿轴向贯穿整个电机，d轴方向永磁体(5)放置于d轴方向永磁体槽(4)内，q轴方向永磁体(7)放置于q轴方向永磁体槽(6)内，n取2～5之间；d轴方向永磁体(5)的磁场与两端部对称的q轴方向永磁体(7)的磁场通过合成实现磁场偏移。2.根据权利要求1所述基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机，其特征在于，d轴方向永磁体槽(4)为一字型、v型或u型结构，当d轴方向永磁体槽(4)为一字型时，每个d轴方向永磁体槽(4)内嵌入一个d轴方向永磁体(5)；当d轴方向永磁体槽(4)为v型时，以d轴轴线为对称轴，每个d轴方向永磁体槽(4)中对称放置两个d轴方向永磁体(5)；当d轴方向永磁体槽(4)为u型时，每个d轴方向永磁体槽(4)内嵌入两个或三个d轴方向永磁体(5)，若嵌入两个d轴方向永磁体(5)，其在每个d轴方向永磁体槽(4)中两侧对称放置；若嵌入三个d轴方向永磁体(5)，除了在每个d轴方向永磁体槽(4)中两侧对称放置外，在底侧再嵌入一块d轴方向永磁体(5)；q轴方向永磁体槽(6)为一字型、v型或u型结构，当q轴方向永磁体槽(6)为一字型时，每个q轴方向永磁体槽(6)内嵌入一个q轴方向永磁体(7)；当q轴方向永磁体槽(6)为v型时，每个q轴方向永磁体槽(6)中两侧对称放置两个q轴方向永磁体(7)；当q轴方向永磁体槽(6)为u型时，每个q轴方向永磁体槽(6)内嵌入两个或三个q轴方向永磁体(7)，若嵌入两个q轴方向永磁体(7)，其在每个q轴方向永磁体槽(6)中两侧对称放置；若嵌入三个q轴方向永磁体(7)，除了在每个q轴方向永磁体槽(6)中两侧对称放置外，在底侧再嵌入一块q轴方向永磁体(7)。3.根据权利要求2所述基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机，其特征在于，充磁方向是否相同的规则为：充磁后永磁体产生的磁通是否同时由转子进入气隙或由气隙进入转子；d轴方向永磁体(5)的充磁方向垂直于d轴方向永磁体(5)的长边，每极下d轴方向永磁体(5)的充磁方向相同，相邻极的d轴方向永磁体(5)的充磁方向相反；q轴方向永磁体(7)的充磁方向垂直于q轴方向永磁体(7)的长边；每极下的所有q轴方向永磁体(7)以d轴轴线为界均分为两组，其中转子旋转方向侧的一组q轴方向永磁体(7)的充磁方向与该极下d轴方向永磁体(5)相同，转子旋转方向对侧的一组q轴方向永磁体(7)的充磁方向与该极下d轴方向永磁体(5)相反；相邻极的两组相邻的q轴方向永磁体(7)的充磁方向相同。4.根据权利要求2所述基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机，其特征在于，q轴方向永磁体槽(6)为一字型时，q轴方向永磁体(7)靠近转子铁心(3)表面侧不布置磁桥，q
轴方向永磁体槽(6)为v型或u型结构时，q轴方向永磁体(7)靠近转子铁心(3)表面侧布置磁桥。5.电机的磁场偏移方法，本方法基于权利要求3所述基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机实现，其特征在于，该方法为：d轴方向永磁体共同产生d轴磁场，q轴方向永磁体共同产生q轴磁场，d轴磁场与q轴磁场为正交方向的磁场；两组永磁体产生的d、q轴磁场的合成实现了电机转子磁场的偏移，通过调整d、q轴磁场的幅值大小关系来控制合成磁场的方向，以使电机具备不同程度的磁场偏移能力，进而提高电机的电磁转矩；通过设计各参数调节电机的磁场偏移角度β，以表征偏移能力：式中：b
di
为各d轴磁场下最靠近圆心方向一层的第j个d轴方向永磁体(5)的永磁体工作点，b
qi
为各q轴磁场下第i个q轴方向永磁体(7)的永磁体工作点，b
dj
为各d轴磁场下最靠近圆心方向一层的第j个d轴方向永磁体(5)的饱和磁密，b
qi
为各q轴磁场下第i个q轴方向永磁体(7)的饱和磁密，w
dj
为各d轴磁场下最靠近圆心方向一层的第j个d轴方向永磁体(5)的宽度，w
qi
为各q轴磁场下第i个q轴方向永磁体(7)的宽度，n
d
为各d轴磁场下最靠近圆心方向一层的永磁体个数，当d轴方向永磁体槽(4)为一字型时，n
d
为1；当d轴方向永磁体槽(4)为v型时，n
d
为2；当d轴方向永磁体槽(4)为u型结构时，n
d
为2或3；电机电磁转矩t
e
在磁场偏移角度β作用下提升为：t
e
＝t
pp
cos(α+β-90
°
)+t
rp
sin(2α)式中：t
pp
为电机的永磁转矩转矩电流角曲线的峰值，t
rp
为电机的磁阻转矩转矩电流角曲线的峰值，α为转子磁场定向下的电流电角度。6.根据权利要求5所述的电机的磁场偏移方法，其特征在于，d轴磁场与q轴磁场取值为相等时，β＝45
°
，电机输出转矩达到最大值。

技术总结

基于磁场偏移原理的组合磁极型永磁同步电机及方法，属于永磁电机领域，本发明为解决现有内置式永磁同步电机的永磁、磁阻转矩最大值对应电流角的差值较大，电机无法同时输出设计的永磁转矩和磁阻转矩最大值的问题。本发明在转子铁心上每极以d轴为对称轴内嵌布置有n层d轴方向永磁体槽，d轴方向永磁体槽两侧端部各开有一个q轴方向永磁体槽，所述q轴方向永磁体槽延伸至转子铁心表面，n个d轴方向永磁体槽与位于其端部的个q轴方向永磁体槽连通，槽均沿轴向贯穿整个电机，d轴方向永磁体放置于d轴方向永磁体槽内，q轴方向永磁体放置于q轴方向永磁体槽内；d轴方向永磁体的磁场与两端部对称的q轴方向永磁体的磁场通过合成实现磁场偏移。移。移。