CN104506011B - 一种适用于增程式电动汽车的磁通切换永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于增程式电动汽车的磁通切换永磁电机，由定子、复合转子、电枢绕组和非导磁转轴组成，复合转子由转子外铁芯、同轴空套在转子外铁芯内的转子内铁芯以及固定连接于转子外铁芯和转子内铁芯的轴向端面处的环形圆盘组成；定子同轴套在转子外铁芯和转子内铁芯之间，定子由交替排列的N _s个H形铁芯模块和N _s个永磁磁钢按同一个圆周方向布置而成，每相邻两个H型定子铁芯之间固定嵌入一个永磁磁钢，相邻的两个永磁磁钢切向充磁且方向相反；每个H形铁芯模块形成内外两个凹槽，两个凹槽之间是定子轭部，在内外两个凹槽中放置三相环形电枢绕组；有效地提高电机的转矩输出能力和功率密度。

Description

一种适用于增程式电动汽车的磁通切换永磁电机

技术领域

本发明属于电机制造技术领域，特指一种适合于电动汽车等需要高功率密度、高转矩密度和高效率等特点的永磁电机。

背景技术

电动汽车（Electric Vehicles，简称EVs）具有高效、清洁和安全等显著优点，但是，当前电动汽车的动力电池存在价格高昂、能量密度较低以及充电时间较长等问题，限制了电动汽车的大规模推广应用。在动力电池短期内不能获得较大性能提升的背景下，各种形式的混合动力汽车应运而生。其中，增程式电动汽车（Extended range electricvehicles, 简称EREVs）是最具影响的新型车型；所谓增程式电动汽车，是指通过改变电动汽车动力结构，增加小型燃油发动机和发电机作为辅助动力能量源，在实现车辆正常运行的同时，有效提高续航里程的一类新型电动汽车。该类车型与纯电动驱动行驶的插电式串联混合动力汽车极为类似，其动力***由电池供能***、电力推进***以及增程器和整车控制***组成。由于驱动电机的性能直接影响整个电力推进***的动力性能，所以为电力推进***匹配高性能驱动电机是提升增程式电动汽车运行效率、续航里程和降低燃油消耗的有效途径之一。电动汽车用驱动电机一般需要满足以下基本特性：1）高功率、转矩密度；2）宽调速范围，涵盖高速巡航能力和低速爬坡能力；3）宽转矩和速度范围内的高效率运行；4）宽范围恒功率运行能力和高转矩启动和爬坡能力；5）车辆运行环境中的高可靠性和鲁棒性。随着高性能永磁材料的问世，永磁无刷电机被视为最有可能满足上述基本特性而被应用于新型电动汽车的电机。

目前的永磁无刷电机，依据永磁励磁源的摆放位置可以分为定子永磁型无刷电机和转子永磁型无刷电机两大类。中国专利号为201410053207.5提出了一种电动汽车内嵌永磁转子驱动电机，其转子上的永磁磁钢采用直插式交替切向充磁的圆周排列方式，相邻磁钢之间设有切向矩形槽隔磁气隙，通过该特殊设计使得电机具有显著的聚磁特性和降低了永磁磁钢产生不可逆的退磁风险；但是该电机结构具有较大的转矩脉动和转子散热的问题，并且由于该种永磁磁钢内嵌式转子的特殊设计使得该转子的机械鲁棒性大大降低，因此，其应用场合会受到严重的限制。中国专利号为201310173635.7提出了一种六相磁通切换型永磁电机，其定子铁芯是由“U”形导磁铁芯及嵌在导磁铁芯间的各切向交替充磁的永磁磁钢拼装而成，转子无绕组无永磁磁钢，仅由硅钢片叠压形成凸极结构；该电机属于定子永磁型无刷电机范畴，具有高功率密度和高效率的固有特点；由于采用六相绕组的特殊设计，使得该电机相比三相电机在同等功率等级要求下对功率变换器的要求获得降低，随着相数的增加，使得影响较大的空间谐波次数增大，且幅值下降，进而降低了转矩脉动的幅值；但是随着相数的增加，该电机的“U”形导磁铁芯的拼装个数增加，永磁磁钢的用量也随之增加。鉴于该电机模块化定子铁心的特殊设计，其“U”形导磁铁芯和永磁磁钢的个数越多，加工工艺的难度就越大。此外，该电机定子外圆还存在不可避免的漏磁问题，由此加大了电机的涡流损耗，降低了永磁磁钢的利用率。中国专利号为201310069627.8提出了一种径向磁场双定子游标电机，其转子呈圆环形，环体圆周上均匀间隔布置多个永磁磁钢，且内外定子均为凸极结构，电枢绕组置于定子凹槽当中；该电机属于定子永磁型无刷电机范畴，比传统的单层气隙永磁电机具有更高的转矩、功率密度，该电机通过设置定子齿与转子极的相对位置关系，获得较高的功率因数；但是该电机整体存在两套绕组以及两层气隙，因而电机的尺寸设计几乎为普通单层气隙电机的两倍，功率密度会有所降低，此外，该电机的转子是由多个均匀间隔布置的永磁磁钢组成，其机械鲁棒性受到严重的影响。因此，该电机适用的场合也会受到一定的限制。

因此，如何获得小体积、高功率密度、高效率和机械鲁棒性强的永磁无刷电机成为增程式电动汽车亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术存在的问题，提供一种结构简单、体积小、具有高效率、高功率密度、高转矩密度、转矩脉动小和机械鲁棒性强的增程式电动汽车用永磁无刷驱动电机，以满足增程式电动汽车的驱动性能需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：由定子、复合转子、电枢绕组和非导磁转轴组成，复合转子由转子外铁芯、同轴空套在转子外铁芯内的转子内铁芯以及固定连接于转子外铁芯和转子内铁芯的轴向端面处的环形圆盘组成；定子同轴套在转子外铁芯和转子内铁芯之间且与转子外铁芯之间存有外气隙、与转子内铁芯之间存有内气隙，转子内铁芯同轴紧密固定套在非导磁转轴外；转子外铁芯内圈上有外铁芯凸极，转子内铁芯外圈上有内铁芯凸极，外铁芯凸极和内铁芯凸极的轴向长度相等、径向上的相对位置一致且具有相同的凸极数N _r，N _r=N _s±2；所述定子由交替排列的N _s个H形铁芯模块和N _s个永磁磁钢按同一个圆周方向布置而成，N _s=3N _c，N _c为单相绕组所含有的线圈个数；每相邻两个H型定子铁芯之间固定嵌入一个永磁磁钢，相邻的两个永磁磁钢切向充磁且方向相反；每个H形铁芯模块形成内外两个凹槽，两个凹槽之间是定子轭部，在定子轭部的径向外侧形成左右2个定子外齿、径向内侧形成左右2个定子内齿、中间是1个定子轭部，在内外两个凹槽中放置三相环形电枢绕组。

本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：

1、本发明采用一种复合转子结构和H形模块化定子铁芯设计，使得电机在满足单定子固定部件和单转子运动部件特性的同时，形成内外两层气隙结构的特点。此外，由定子圆周上交替切向充磁的永磁磁钢产生的永磁磁能，通过两层气隙分别形成内外两个相互独立的永磁磁场。这样的特殊设计，不仅使得该电机避免了传统聚磁式定子永磁型无刷电机中定子外圆严重漏磁的问题，而且提高了永磁磁钢材料的利用率。

2、本发明采用圆周上交替切向充磁的永磁磁钢，使得电机的磁场具有聚磁特性，进而提高了气隙的磁通密度。

3、本发明由于存在内外两层气隙，使得该电机可以有效地将传统磁通切换永磁电机定子齿的过饱和部分的永磁磁能，转化为建立电机的外磁场。因此，该电机不仅可以降低传统磁通切换永磁电机定子齿的饱和程度，还可以使分别作用在复合转子内外转子铁芯上的电磁转矩进行叠加，有效地提高电机的转矩输出能力和提高电机的功率密度。

4、本发明对“H”形模块化定子铁芯的内外定子齿采取非等弧度设计，改变了蕴含在气隙中的磁共能对定转子相对位置角变化率的方向，使得该电机由内外层气隙产生的定位力矩经过叠加后相互抵消，以达到减小作用在复合转子上总定位力矩的目的，进而获得减小转矩脉动的效果。

5、本发明采用三相环形绕组作为电枢绕组，且绕组匝绕于“H”形模块化定子铁芯的中间轭部。这样的绕组设计，使得不同于传统绕组匝绕于定子齿和永磁磁钢周围的排列方式，使得该电机避免了定子齿和永磁磁钢部分过热的现象，有效提高了电机的整体散热性能。

6、本发明采用三相环形绕组作为电枢绕组，具有绕组互补性，使得电机的空载反电势具有较高的正弦度。

7、本发明由于仅采用一套电枢绕组，则设计过程中可以有效减小电机中间定子轭部的设计尺寸，使得电机的整体设计尺寸得以降低，进而减小了铁芯损耗，提高了运行效率。

8、本发明仅采用一套电枢绕组，巧妙地避免了传统双层气隙永磁电机采用两套电枢绕组所带来的电磁耦合问题，提高了电机正常运行的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的三维结构拆分示意图；

图2是本发明的轴向视图；

图3是本发明在去掉环形圆盘后的径向截面放大示意图；

图4是图3中相邻两个H形定子铁芯模块和永磁磁钢的结构及几何尺寸标注放大示意图；

图5是图3中电枢绕组的安装与连接方式示意图；

图6是本发明运行在第一位置时沿圆周方向展开的局部视图以及磁通示意图；

图7是本发明从图7的第一位置运行到第二位置的磁通示意图；

图8是本发明空载磁场分布图；

图9是传统磁通切换电机磁场分布图；

图10是本发明空载反电动势波形图；

图11是传统模块化定子设计下的定位力矩；

图12是传统模块化定子设计下的输出转矩波形图；

图13是本发明的定位力矩波形图；

图14是本发明的输出转矩波形图。

图中：1.定子；2.复合转子；3.转子内铁芯；4.转子外铁芯；5.永磁磁钢；6.环形电枢绕组；7.环形圆盘；8.外铁芯凸极；9.内铁芯凸极；10.H形定子铁芯模块；11.非导磁转轴；12.定子内齿；13.定子外齿；14.定子轭部。

具体实施方式

参见图1、图2和图3，本发明由定子1、复合转子2、电枢绕组6和非导磁转轴11组成，定子1、复合转子2和非导磁转轴11在整体上属于同心同轴套环式结构。其中，复合转子2由转子外铁芯4、转子内铁芯3和环形圆盘7组成，转子外铁芯4内同轴空套转子内铁芯3，在转子外铁芯4和转子内铁芯3的轴向同一端面上固定安装一个环形圆盘7，或轴向两端面上均固定安装一个环形圆盘7，通过通过环形圆盘7将转子外铁芯4和转子内铁芯3固定连接在一起，其连接方式为铆接或者焊接，使复合转子2成为一个整体。定子1同轴心地套在转子外铁芯4和转子内铁芯3之间，转子内铁芯3同轴心地固定套在非导磁转轴11外。这样，本发明在径向上由内而外依次是由非导磁转轴11、转子内铁芯3、定子1和转子外铁芯4同轴心套装。非导磁转轴11在轴向上穿过复合转子2以及环形圆盘7，非导磁转轴11外紧密固定套着转子内铁芯3，非导磁转轴11通过转子内铁芯3带动整个复合转子2同轴旋转。由于复合转子2的特殊结构设计，使其在空间上形成了一个空心杯状的旋转部件。

在径向上，转子内铁心3的外圈表面与定子1的内圈表面之间存有4mm-6mm的内气隙，而定子1的外圈表面与转子外铁心4的内圈表面之间也存有4mm-6mm的外气隙。在轴向上，环形圆盘7与定子1之间留有轴向间隙，且轴向间隙3mm-5mm。

转子外铁芯4、转子内铁芯3和定子1都是由0.35mm厚度的硅钢片叠压而成，叠压系数为0.95；非导磁转轴11和环形圆盘7均由散热系数较高的非导磁材料组成。

定子1是由交替排列的N _s个H形铁芯模块10和N _s个永磁磁钢5按同一个圆周方向布置拼装固定而成，其中，N _s=3N _c，N _c为单相绕组所含有的线圈个数；N _s可以取6、12或18，每相邻的两个H型定子铁芯10之间固定嵌入一个永磁磁钢5，相邻的两个永磁磁钢5切向充磁且方向相反，所有的永磁磁钢5和H形铁芯模块10粘合为一个整体。在该H型定子铁芯10的内外两个U型凹槽中放置三相环形电枢绕组6。

参见图3，转子外铁芯4内圈上有外铁芯凸极8，转子内铁芯3外圈上有内铁芯凸极9，外铁芯凸极8和内铁芯凸极9的轴向长度相等，外铁芯凸极8和内铁芯凸极9的凸极在径向上的相对位置一致，即两者的中心互相重合在同一直径上。外铁芯凸极8和内铁芯凸极9具有相同的凸极齿数N _r。H形铁芯模块10的数量N _s和凸极齿数N _r满足关系式：N _s=3N _c，N _r=N _s±2，其中，N _c为单相绕组所含有的线圈个数。因此，本发明可有多种极槽配合。

参见图4，N _s个H型铁芯模块10和永磁磁钢5均采用扇形结构按圆周方向布置，以达到扩大该模块内外两个U槽的有效绕线面积和提高电机带载能力的效果。每个H形铁芯模块10径向上形成内外两个凹槽，两个凹槽之间是定子轭部14，并且在定子轭部14的径向外侧形成左右2个定子外齿13、定子轭部14的径向内侧形成左右2个定子内齿12，定子轭部14共同地无缝连接于左右2个定子外齿13以及左右2个定子内齿12。每个H形铁芯模块10在同侧的1个定子外齿13和定子内齿12形成一个整体的扇形结构。这样，本发明N _s个H铁芯模块10一共具有2N _s个定子内齿12、2N _s个定子外齿13和N _s个定子轭部14。也就是，在定子外齿13和外铁芯凸极8之间存有4mm-6mm的外气隙，在定子内齿12和内铁芯凸极9之间存有4mm-6mm的外气隙。所有的H型模块化定子铁芯10和永磁磁钢5均具有同一个圆心O，且圆心O和非导磁转轴11、定子1等的轴心重合。所有的H型模块化定子铁芯10的定子外齿13外圈和永磁磁钢5外圈均位于同一个圆上，所有的H型模块化定子铁芯10的定子内齿12的内圈和永磁磁钢5内圈也位于同一个圆上。所有的H型模块化定子铁芯10和永磁磁钢5均具有同一个圆心O，圆心O到定子内齿12内圈的距离为半径R _si、到定子外齿13外圈的距离为半径R _so。在扇形结构设计下，为了使得内外定位力矩获得较好的补偿效果，H型定子铁芯模块10的定子外齿13外圈所在的弧度β _so和永磁磁钢5外圈面所在的弧度β _pmo需满足约束关系：0.85≤β _so/β _pmo＜1。同理，定子内齿12内圈所在的弧度β _si和永磁磁钢5的内圈面所在的弧度β _pmi需满足约束关系是：0.85≤β _si/β _pmi＜1。为了在避免定子轭部14出现磁饱和现象的基础上扩大定子凹槽的面积，减小铁耗和提高效率，定子轭部14在径向的轭高h _sy需要满足约束条件是：（R _so β _so +R _si β _si）/2≤h _sy≤（R _so-R _si）/4。

参见图5，图5中“+”为电枢绕组6的进线方向，“-”为电枢绕组6的出线方向，A、B、C为电机三相绕组。其中，每相绕组一共分为N _c组线圈（对应地，H形铁芯模块10的数量Ns取6、12、18时N _c取2、4、6），且每组线圈均集中式匝绕于H型定子铁芯模块10的定子轭部14。该种绕组设置和绕线方式，绕线简单，端部占用空间小，并有效避免了传统集中式绕线方式的散热问题。

参见图6和图7，本发明工作时，在电机运行过程中，电机的中间定子轭部14流过的磁通（磁链）会根据复合转子2的不同位置切换方向。如图6所示为电机运行在第一个位置，电机的复合转子2运行到图6所示的位置时，复合转子2和定子1的相对位置为：由于复合转子2的相对运动方向为顺时针，因此按从左往右的顺序是：复合转子2的连续的第一个外铁芯凸极8、第二个外铁芯凸极8和第三个外铁芯凸极8的位置分别与连续的第一个H定子铁芯模块10的右侧定子外齿13、第二个H型定子铁芯模块10的右侧定子外齿13和第三个H型定子铁芯模块10的右侧定子外齿13相对，复合转子2的连续的第一个内铁芯凸极9、第二个内铁芯凸极9和第三个内铁芯凸极9的位置分别与连续的第一个H型定子铁芯模块10的右侧定子内齿12、第二个H型定子铁芯模块10的右侧定子内齿12和第三个H型定子铁芯模块10的右侧定子内齿12相对。此时，图6中从左至右方向上第一个永磁磁钢5产生上半部分磁通a1和下半部分磁通c1，上半部分磁通a1和下半部分磁通c1均以正方向（顺时针方向）穿过电枢绕组6。上半部分磁通a1路径如下：依次经第一永磁磁钢5、第一个H型定子铁芯模块10的右侧定子外齿13、外气隙、第一个外铁芯凸极8、第二个外铁芯凸极8、外气隙、第二个H型定子铁芯模块10的右侧定子外齿13、电枢绕组6、第一个永磁磁钢5；下半部分磁通c1的路径是依次经第一个永磁磁钢5、第一H型定子铁芯模块10的右侧定子内齿12、内气隙、第一个内铁芯凸极9、第二个内铁芯凸极9、内气隙、第二个H型定子铁芯模块10的右侧定子内齿12、电枢绕组6、第个永磁磁钢5。同时，第二永磁磁钢5产生上半部分磁通b1和下半部分磁通d1，上半部分磁通b1经过的路径依次是第二个永磁磁钢5、第三H型定子铁芯模块10的右侧定子外齿13、外气隙、第三个外铁芯凸极8、第二个外铁芯凸极8、外气隙、第二个H型定子铁芯模块10的定子外齿13、第二永磁磁钢5。下半部分磁通d1经过的路径依次是第二个永磁磁钢5、第三个H型定子铁芯模块10的右侧内齿12、内气隙、第三个内铁芯凸极9、第二个内铁芯凸极9、内气隙、第二个H型定子铁芯模块10的右侧定子内齿12、第二永磁磁钢（5）。由此可见，磁通a1和磁通b1以同方向穿入第二个H型定子铁芯模块10的右侧定子外齿13，而磁通c1和磁通d1也以同方向穿入第二个H型定子铁芯模块10的右侧定子内齿12。因此，在图6位置时，本发明具有较强的聚磁效应，可提供较高的气隙磁场强度。

当电机的复合转子2运行到如图7所示的第二个位置时，其复合转子2和定子1的相对位置为：图7中，从左往右的顺序是：复合转子2的连续的第一个外铁芯凸极8、第二个外铁芯凸极8和第三个外铁芯凸极8的位置分别与连续的第一个H型定子铁芯模块10的左侧定子外齿13、第二个H型定子铁芯模块10的左侧定子外齿13和第三个H型定子铁芯模块10的左侧定子外齿13相对，复合转子2的连续的第一个内铁芯凸极9、第二个内铁芯凸极9和第三个内铁芯凸极9的位置分别与连续的第一个H型定子铁芯模块（10）的左侧定子内齿12、第二个H型定子铁芯模块10的左侧定子内齿12和第三H型定子铁芯模块10的左侧定子内齿12相对。此时，图7中从左至右方向上的第一个永磁磁钢5产生的上半部分磁通a2和下半部分磁通c2，上半部分磁通a2所经过的路径依次是：第一个永磁磁钢5、第一个H型定子铁芯模块10的左侧定子外齿13、外气隙、第一个外铁芯凸极8、第二个外铁芯凸极8、外气隙第二个H型定子铁芯模块10的左侧定子外齿13、第一个永磁磁钢5。下半部分磁通c2所经过的路径依次是：第一个永磁磁钢5、第一个H型定子铁芯模块10的左侧定子内齿12、内气隙、第一个内铁芯凸极9、第二个内铁芯凸极9、内气隙、第二个H型定子铁芯模块10的左侧定子内齿12、第一个永磁磁钢5。同时，第二个永磁磁钢5产生上半部分磁通b2和下半部分磁通d2，均以负方向（逆时针方向）穿过电枢绕组6。上半部分磁通b2所经过的路径依次是：第二个永磁磁钢5、第三个H型定子铁芯模块10的左侧定子外齿13、外气隙、第三个外铁芯凸极8、第二个外铁芯凸极8、外气隙、第二个H型定子铁芯模块10的左侧定子外齿13、电枢绕组6、第二个永磁磁钢5。下半部分磁通d2所经过的路径依次是：第二个永磁磁钢5、第三个H型定子铁芯模块10的左侧定子内齿12、内气隙、第三个内铁芯凸极9、第二个内铁芯凸极9、内气隙、第二个H型定子铁芯模块10的左侧定子内齿12、电枢绕组6、第二个永磁磁钢5。由此可见，上半部分磁通a2和磁通b2以同方向穿入第二个H型定子铁芯模块10的左侧定子外齿13，而下半部分磁通c2和磁通d2也以同方向穿入第二个H型定子铁芯模块10的左侧定子内齿12。因此，在图7所示位置时，本发明依然具有较强的聚磁效应。此外，由于在图6所示的第一位置时，磁通a1和c1以正方向（顺时针方向）穿过电枢绕组6，而切换到图7所示第二位置时，磁通b2和磁通d2以负方向（逆时针方向）穿过电枢绕组6，因而当连续切换定子1和复合转子2的相对位置时，电枢绕组6内会感应出具有双极性的交变感应电动势。

参见图8和图9，采用本发明实施例的特殊设计，相比图9中传统磁通切换电机的磁场分布，本发明磁场分布巧妙而有效地避免了定子1外圈严重漏磁的问题。此外，图8中的磁场分布也表明了在该特殊结构设计下，永磁磁钢5产生的磁通通过复合转子2和定子1形成了两个相互独立的磁场，即在传统磁通切换电机的基础上将定子1外圈的漏磁场用于建立本发明实施例的外磁场，与内磁场共同作用于复合转子2上，提高了电机的整体转矩输出能力。

参见图10，为本发明的空载反电动势波形图。当只有A相线圈A1和A3共同作用时，空载反电动势波形含有较大的谐波分量。同理，当只有A相线圈A2和A4共同作用时，其绕组感应的空载反电动势同样显示出谐波含量较大的空载反电动势波形。当A相4个线圈共同作用的时候，空载反电势波形显示出较高的正弦度，其大部分谐波含量获得了抵消补偿，且适合于无刷交流控制运行。因此，本发明的特殊绕组设置，具备绕组的互补性特点。

参见图11、图12、图13和图14，分别为传统模块化定子设计下的定位力矩、输出转矩波形，以及本发明设计下的定位力矩、输出转矩波形。从图11和图12可以看出，在传统模块化定子设计下的外定位力矩T _{cog_o}和内定位力矩T _{cog_i}在复合转子上的合成定位力矩T _{cog_o}+T _{cog_i}获得了增大。同理，内输出转矩T _in和外输出转矩T _out在复合转子上的合成输出转矩T _total的转矩脉动也获得了较大程度的增加。由此，该种设计对电机的稳定性和可靠性产生了较大的影响。从图13和图14可以看出，本发明设计下的外定位力矩T _{cog_o}和内定位力矩T _{cog_i}在复合转子2上的合成定位力矩T _{cog_o}+T _{cog_i}得到了明显的补偿抵消，达到降低定位力矩的目的。同理，内输出转矩T _in和外输出转矩T _out在复合转子2上的合成输出转矩T _total的转矩脉动也获得了较大程度的补偿抵消，达到减小转矩脉动的效果。因此，本发明的特殊设计对电机的稳定性和可靠性起了明显的有益效果。

Claims (7)

1.一种适用于增程式电动汽车的磁通切换永磁电机，由定子（1）、复合转子（2）、电枢绕组（6）和非导磁转轴（11）组成，复合转子（2）由转子外铁芯（4）、同轴空套在转子外铁芯（4）内的转子内铁芯（3）以及固定连接于转子外铁芯（4）和转子内铁芯（3）的轴向端面处的环形圆盘（7）组成；定子（1）同轴套在转子外铁芯（4）和转子内铁芯（3）之间且与转子外铁芯（4）之间存有外气隙、与转子内铁芯（3）之间存有内气隙，转子内铁芯（3）同轴紧密固定套在非导磁转轴（11）外；转子外铁芯（4）内圈上有外铁芯凸极（8），转子内铁芯（3）外圈上有内铁芯凸极（9），外铁芯凸极（8）和内铁芯凸极（9）的轴向长度相等、径向上的相对位置一致且具有相同的凸极数N _r，N _r=N _s±2；所述定子（1）由交替排列的N _s个H形铁芯模块（10）和N _s个永磁磁钢（5）按同一个圆周方向布置而成，N _s=3N _c，N _c为单相绕组所含有的线圈个数；每相邻两个H型定子铁芯（10）之间固定嵌入一个永磁磁钢（5），相邻的两个永磁磁钢（5）切向充磁且方向相反；每个H形铁芯模块（10）形成内外两个凹槽，两个凹槽之间是定子轭部（14），在定子轭部（14）的径向外侧形成左右2个定子外齿（13）、径向内侧形成左右2个定子内齿（12），在内外两个凹槽中放置三相环形电枢绕组（6），其特征是：在电机运行的第一个位置时，复合转子（2）的连续的第一、第二、第三个外铁芯凸极（8）的位置分别与连续的第一、第二、第三个H定子铁芯模块（10）的右侧定子外齿（13）相对，第一个永磁磁钢（5）产生的上半部分磁通（a1）和相邻的第二永磁磁钢（5）产生的上半部分磁通（b1）以同方向穿入第二个H型定子铁芯模块（10）的右侧定子外齿（13），第一个永磁磁钢（5）产生的下半部分磁通（c1）和第二永磁磁钢（5）产生的下半部分磁通（d1）以同方向穿入第二个H型定子铁芯模块（10）的右侧定子内齿（12）；

在第二个位置时，复合转子（2）的连续的第一、第二、第三个外铁芯凸极（8）的位置分别与连续的第一、第二、第三个H型定子铁芯模块（10）的左侧定子外齿（13）相对；第一个永磁磁钢（5）产生的上半部分磁通（a2）和第二永磁磁钢（5）产生的上半部分磁通（b2）以同方向穿入第二个H型定子铁芯模块（10）的左侧定子外齿（13），第一个永磁磁钢（5）产生的下半部分磁通（c2）和第二永磁磁钢（5）产生的下半部分磁通（d2）以同方向穿入第二个H型定子铁芯模块（10）的左侧定子内齿（12）。

2.根据权利要求1所述磁通切换永磁电机，其特征是：第一位置时，第一个永磁磁钢（5）产生的上半部分磁通（a1）和下半部分磁通（c1）以正方向穿过电枢绕组（6）；第二位置时，第二个永磁磁钢（5）产生的上半部分磁通（b2）和下半部分磁通（d2）以负方向穿过电枢绕组（6），连续切换定子（1）和复合转子（2）的相对位置，电枢绕组（6）内感应出具有双极性的交变感应电动势。

3.根据权利要求1所述磁通切换永磁电机，其特征是：所有的H型模块化定子铁芯（10）和永磁磁钢（5）均具有同一个圆心O，定子外齿（13）外圈所在的弧度β _so和永磁磁钢（5）外圈面所在的弧度β _pmo需满足约束关系：0.85≤β _so/β _pmo＜1；定子内齿（12）内圈所在的弧度β _si和永磁磁钢（5）内圈所在的弧度β _pmi需满足约束关系：0.85≤β _si/β _pmi＜1，定子轭部（14）在径向的轭高h _sy需要满足约束条件：（R _so β _so +R _si β _si）/2≤h _sy≤（R _so-R _si）/4；R _si是定子内齿（12）内圈至圆心O的半径，R _so是定子外齿（13）外圈至圆心O的半径。

4.根据权利要求1所述磁通切换永磁电机，其特征是：电枢绕组（6）的每组线圈均集中式匝绕于H型定子铁芯模块（10）的定子轭部（14）。

5.根据权利要求1所述磁通切换永磁电机，其特征是：所述外气隙和内气隙均为4mm-6mm。

6.根据权利要求1所述磁通切换永磁电机，其特征是：所述转子外铁芯（4）、转子内铁芯（3）和定子（1）均是由0.35mm厚度的硅钢片叠压而成，叠压系数为0.95；非导磁转轴（11）和环形圆盘（7）均采用非导磁材料。

7.根据权利要求1所述磁通切换永磁电机，其特征是：所述环形圆盘（7）与定子（1）之间留有3mm-5mm的轴向间隙。