BR112012006447B1

BR112012006447B1 - motor síncrono de ímã permanente interior e sistema para o acionamento de motor

Info

Publication number: BR112012006447B1
Application number: BR112012006447-9A
Authority: BR
Inventors: Akio Yamagiwa; Toshinari Kondou; Yoshihito Sanga
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2020-10-27
Also published as: US20120187877A1; AU2010302064A1; CN102511119A; AU2010302064B2; US9013136B2; EP2485369A4; WO2011040020A1; EP3883095A1; JP4821902B2; EP2485369A1; BR112012006447A2; CN102511119B; JP2011078195A; KR101326469B1; KR20120089672A

Abstract

MOTOR ACIONADO E CONTROLADO POR UM DISPOSITIVO DE CONVERSÃO DE POTÊNCIA E SISTEMA PARA O ACIONAMENTO DE MOTOR. Um motor CA trifásico (4) tem uma configuração em que uma indutância no eixo-q é maior que uma indutância no eixo-d de uma quantidade predeterminada ou mais para permitir a filtro das flutuações de potência devidas à tensão de alimentação da fonte de alimentação de CA (3).

Description

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção se refere a um motor que é acionado e controlado por um dispositivo de conversão de potência que inclui uma seção conversora e uma seção inversora.

TÉCNICA ANTERIOR

Convencionalmente, são conhecidos os motores configurados para serem acionados e controlados por um dispositivo de conversão de potência, que inclui uma seção conversora que retifica a potência de corrente alternada de uma fonte de potência de corrente alternada e uma seção inversora que converte uma saída da seção conversora em potência de corrente alternada em uma frequência predeterminada. Em um dispositivo convencional de conversão de potência para o acionamento e controle de um motor, é provido um capacitor, como um capacitor eletrolítico que tenha uma capacitância relativamente grande em um lado de saída da seção conversora para suavizar as flutuações de tensão devido a uma tensão de entrada da potência da fonte de potência de CA.

Por exemplo, como revelado no DOCUMENTO DE PATENTE 1, é conhecida uma configuração em que são obtidas uma redução no tamanho de uma seção retificadora e uma redução de custos pela mudança de um capacitor eletrolítico dotado de grande capacitância e que pode suavizar as flutuações de tensão devidas a uma tensão de entrada da potência por um capacitor que tenha pequena capacitância e que possa suavizar somente flutuações de tensão geradas quando forem realizadas operações de comutação de elementos comutadores da seção inversora.

LISTA DE CITAÇÕES DOCUMENTO DE PATENTE

DOCUMENTO DE PATENTE 1: Publicação de Patente Japonesa No. 2002-51589

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA TÉCNICO

Quando um capacitor de filtro é trocado por um capacitor tendo capacitância com a qual somente flutuações de tensão geradas forem realizadas quando operações de comutação de elementos comutadores de uma seção inversora possam ser 10 filtradas como acima descrito, o capacitor, diferente do capacitor de filtro, não pode filtrar as flutuações de tensão devidas a uma tensão de alimentação de uma fonte de alimentação de corrente alternada. Portanto, uma tensão com as flutuações de tensão remanescentes é fornecida a um lado 15 do motor, e surge um ripple de torque no motor. Assim, flutua a velocidade rotacional do motor, aumentando a vibração e o ruído no motor.

No dispositivo de conversão de potência supramencionado, incluindo um capacitor com pequena 20 capacitância, uma corrente fornecida ao lado do motor também oscila, e assim, é muito aumentada a perda de cobre ocorrida em uma bobina do motor. Além disso, quando uma corrente do motor oscila como descrita acima, oscila também o fluxo magnético gerado no motor, e assim, aumenta a perda do ferro.

Em vista dos pontos supramencionados, foi imaginada a presente invenção sendo, portanto um objetivo da presente invenção prover uma configuração que permita a redução da vibração e do ruído e o aumento da perda que são causados pelo ripple de potência fornecida a um motor que seja 30 acionado e controlado por um dispositivo de conversão de potência incluindo um capacitor dotado de capacitância com a qual as flutuações de tensão devidas a uma tensão de alimentação não possam ser filtradas, mas que possam ser filtradas as flutuações de tensão geradas quando as operações de comutação de elementos comutadores de uma seção inversora forem realizadas.

SOLUÇÃO DO PROBLEMA

Para alcançar o objetivo supramencionado, em um motor (4) de acordo com a presente invenção, para permitir a absorção das flutuações de potência devidas a uma tensão de alimentação de uma fonte de alimentação de corrente alternada (3) em um lado do motor (4) , uma indutância no eixo-q e uma 10 indutância no eixo-d que são definidas no método do circuito equivalente dos eixos dq são estabelecidas de maneira que a indutância no eixo-q seja maior que a indutância no eixo-d de uma quantidade predeterminada ou mais.

Especificamente, um primeiro aspecto da presente 15 invenção se direciona a um motor que é acionado e controlado por um dispositivo de conversão de potência (2) que inclui uma seção conversora (11) configurada para retificar a potência de corrente alternada de uma fonte de alimentação de corrente alternada (3), uma seção inversora (13) que inclui 20 uma pluralidade de elementos comutadores (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) e configurada para realizar operações de comutação dos elementos comutadores (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) para converter a potência de saída da seção conversora (11) em potência de corrente alternada em uma frequência predeterminada, e um - 25 capacitor (12a) montado no lado de saída da seção conversora (11) e dotado de uma capacitância estática com a qual as flutuações de tensão devidas a uma tensão de alimentação da fonte de alimentação de CA (3) não podem ser filtradas, mas podem ser filtradas as flutuações de tensão geradas quando 30 forem realizadas as operações de comutação dos elementos comutadores (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz).

No motor (4) , a indutância no eixo-q é maior que uma indutância no eixo-d de uma quantidade predeterminada ou mais para permitir a filtro das flutuações de potência devidas à tensão de alimentação da fonte de alimentação de CA (3) .

Com a configuração supramencionada, mesmo quando o capacitor (12a) tiver somente uma capacitância estática com a qual as flutuações de tensão devidas à tensão de alimentação da fonte de alimentação de CA (3) não possam ser filtradas, as flutuações de tensão podem ser absorvidas no lado do motor (4) . Isto é, o motor (4) é configurado de maneira que a indutância no eixo-q no motor (4) seja maior que a indutância no eixo-d de uma quantidade predeterminada. Assim, as flutuações de potência devidas às flutuações de tensão podem ser armazenadas como coenergia magnética determinada por uma diferença entre a indutância no eixo-q e a indutância no eixo-d no motor (4) , e as flutuações de potência podem ser filtradas pelo motor (4). Portanto, pode ser evitado o aumento na vibração e no ruído do motor (4) e também, o aumento na perda como na perda de cobre e na perda de ferro.

O motor (4) do primeiro aspecto da presente invenção ainda inclui um rotor (31) que inclui uma pluralidade de magnetos (33) nele integrada, e o fluxo magnético gerado pelos magnetos (33) é um fluxo magnético predeterminado com o qual uma tensão no terminal do motor é igual ou menor à tensão de entrada do dispositivo de conversão de potência (2) (um segundo aspecto da presente invenção).

Como no primeiro aspecto da presente invenção, quando a indutância no eixo-q for maior que a indutância no eixo d, aumenta o fluxo magnético no motor (4) . Em um motor do tipo magnético permanente interior (IPM) em que os magnetos (33) são colocados dentro do rotor (31), é também gerado um fluxo magnético devido aos magnetos (33) do rotor (31), assim como o fluxo magnético no motor (4), e assim, surgem no rotor (31) problemas como de saturação do fluxo magnético e de aumento na tensão no terminal do motor, etc. Assim, o desempenho do motor (4) pode ser degradado, e quando a tensão no terminal do motor ultrapassa a tensão de entrada do dispositivo de conversão de potência (2), o motor (4) pode perder velocidade e parar.

Ao contrário, pela configuração do motor (4), como acima descrita, o fluxo magnético gerado pelos magnetos (33) tem um valor predeterminado com o qual a tensão no terminal do motor é igual ou menor que a tensão de entrada da seção inversora. Assim, pode-se evitar que a tensão no terminal do motor ultrapasse a tensão de entrada do dispositivo de conversão de potência (2), sendo também evitada a saturação do fluxo magnético no rotor (31). Isto é, como acima descrito, mesmo quando o fluxo magnético no motor (4) é aumentado fazendo com que a indutância no eixo-q seja maior que a indutância no eixo-d de uma quantidade predeterminada ou mais, podem ser solucionados os problemas causados pelo aumento no fluxo magnético no motor (4) pela redução do fluxo magnético dos magnetos (33) de uma quantidade correspondente.

Portanto, mesmo quando o capacitor (12a) tiver somente a capacitância estática com a qual as flutuações de potência devidas à tensão de alimentação da fonte de alimentação de CA (3) não possam ser filtradas, o aumento da vibração, do ruído e da perda do motor (4) pode ser evitado sem perder a função do motor.

No motor do primeiro ou do segundo aspecto da presente invenção, no rotor (31) que inclui uma pluralidade de magnetos (33) nele integrada, os magnetos (33) são dispostos em posições na direção radial do rotor (31) de maneira que um fluxo magnético no eixo-q no rotor (31) não seja bloqueado por uma resistência magnética dos magnetos (33) (um terceiro aspecto da presente invenção).

Assim, o bloqueio do fluxo magnético no eixo-q pela resistência magnética dos magnetos (33) não é provocado pelo fluxo magnético no eixo-q gerado pelo lado do estator (21) e o fluxo magnético gerado pelos magnetos (33) no rotor (31), 5 de maneira que o fluxo magnético no eixo-q pode ser aumentado. Portanto, a configuração do primeiro aspecto da presente invenção pode ser feita sem perder a função como motor.

Especificamente, no motor do terceiro aspecto da 10 presente invenção, os magnetos (33) são preferivelmente dispostos no rotor (31) , de maneira que cada uma das partes dos magnetos (33) existentes mais próximas ao centro do eixo do rotor (31) se localize a uma distância igual ou menor que 1/2 da espessura de uma parte do rotor (31) que serve como 15 pólo magnético na direção radial (um quarto aspecto da presente invenção). Assim, uma área de entrada/saída do fluxo magnético que seja 1/2 de uma área superficial de uma área superficial do pólo magnético do rotor (31) e um fluxo magnético que passa pela superfície no rotor (31) devem ser 20 iguais entre si, a saturação do fluxo magnético no rotor (31) pode ser mais confiável e mais reduzida, e o fluxo magnético no eixo-q pode ser aumentado.

De acordo com qualquer dos aspectos primeiro ao quarto da presente invenção, o rotor (31) que inclui uma 25 pluralidade de magnetos (33) nele integrada inclui seções de barreira de fluxo magnético (32b) configuradas para evitar um curto-circuito de um fluxo magnético entre a pluralidade de magnetos (33) , e os magnetos (33) e as seções de barreira de fluxo magnético (32b) são dispostos ao longo de um fluxo 30 magnético no eixo-q (um quinto aspecto da presente invenção).

Assim, em um fluxo magnético no eixo q, somente uma pequena quantidade do qual vaza pode ser formada no rotor (31) , de maneira que o fluxo magnético no eixo-q pode ser aumentado. Portanto, a indutância no eixo-q pode ser confiavelmente aumentada para ser maior que a indutância no eixo d, e a configuração do primeiro aspecto da presente invenção pode ser feita de forma mais confiável.

Além disso, no motor de qualquer dos aspectos do primeiro ao quinto da presente invenção, no rotor (31) que inclui uma pluralidade de magnetos (33) nele integrada, a espessura dos magnetos (33) na direção radial do rotor (31) é quatro vezes maior, ou mais, que um entreferro entre o rotor 10 (31) e um estator (21) (um sexto aspecto da presente invenção).

Assim, o fluxo magnético no eixo-d no rotor (31) é bloqueado, de maneira que o fluxo magnético no eixo-d pode ser reduzido e a indutância no eixo-d no motor (4) pode ser 15 reduzida. Portanto, com esta configuração, pode ser feita a configuração do primeiro aspecto da presente.

Também, em qualquer dos aspectos do primeiro ao sexto da presente invenção, os magnetos (33) são providos ao longo de um fluxo magnético no eixo-q no rotor (31) de 20 maneira que dois ou mais dos magnetos (33) sejam dispostos em paralelo na direção radial do rotor (31) (um sétimo aspecto da presente invenção).

Assim, o fluxo magnético no eixo-d é reduzido pelos magnetos (33) dispostos em paralelo na direção radial no 25 rotor (31), e o fluxo magnético no eixo-q é aumentado pelos magnetos (33) existentes ao longo do fluxo magnético no eixo q. Assim, pode ser confiavelmente aumentada a distância entre a indutância no eixo-q e a indutância no eixo q, e flutuações de potência podem ser mais confiavelmente absorvidas no motor 30 (4) .

Um oitavo aspecto da presente invenção se refere a um sistema para o acionamento de motor. Especificamente, um sistema para o acionamento de motor de acordo com o oitavo aspecto da presente invenção inclui o dispositivo de conversão de potência (2) e o motor (4) de qualquer dos aspectos do primeiro ao sétimo da presente invenção.

Com quaisquer das configurações supramencionadas, 5 mesmo quando as flutuações de potência devidas a uma tensão de alimentação não puderem ser absorvidas no lado do dispositivo de conversão de potência (2) , as flutuações de potência podem ser absorvidas no lado do motor (4), e o motor (4) pode ser acionado com baixa vibração, baixo ruído e maior 10 eficiência.

VANTAGENS DA INVENÇÃO

No motor (4) de acordo com a presente invenção, mesmo quando o capacitor (12a) dotado de uma capacitância estática com a qual as flutuações de tensão devidas à tensão 15 de alimentação da fonte de alimentação de CA (3) não possam ser filtradas, mas as flutuações de tensão geradas quando operações de comutação dos elementos comutadores (Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) forem realizadas possam ser filtradas, as flutuações de potência podem ser absorvidas no lado do motor (4) .

Portanto, pode ser imaginado o motor (4) que pode ser acionado com baixa vibração, baixo ruído e maior eficiência que os motores convencionais.

De acordo com o segundo aspecto da presente invenção, mesmo com a configuração do primeiro aspecto da 25 presente invenção, a tensão no terminal do motor não ultrapassa a tensão de entrada do dispositivo de conversão de potência (2) . Assim, o motor (4) não perde velocidade e pode realizar o movimento normal de rotação do motor (4).

De acordo com o terceiro aspecto da presente 30 invenção, o fluxo magnético no eixo-q no rotor (31) pode ser aumentado sem ser bloqueado pela resistência magnética dos magnetos (33). Portanto, as flutuações de potência podem ser mais conf iavelmente absorvidas no lado do motor (4) sem perder a função como motor (4) . Especificamente, de acordo com o quarto aspecto da presente invenção, a saturação do fluxo magnético no eixo-q do rotor (31) pode ser mais confiavelmente reduzida, de maneira que o fluxo magnético no eixo-q pode ser aumentado.

De acordo com o quinto aspecto da presente invenção, no fluxo magnético no eixo q, somente uma pequena quantidade do qual vaza pode ser formado no rotor (31) , de maneira que o fluxo magnético no eixo-q pode ser aumentado. Assim, a indutância no eixo-q pode ser aumentada, e uma grande quantidade de energia pode ser armazenada no motor (4) .

De acordo com o sexto aspecto da presente invenção, o fluxo magnético no eixo-d no rotor (31) pode ser reduzido, de maneira que a diferença entre a indutância no eixo-q e a indutância no eixo-d pode ser aumentada. Assim, uma grande quantidade de energia pode ser armazenada no motor (4).

De acordo com o sétimo aspecto da presente invenção, o fluxo magnético no eixo-q pode ser aumentado enquanto o fluxo magnético no eixo-d no rotor (31) é reduzido. Assim, uma grande quantidade de energia pode ser armazenada no motor (4), e flutuações de potência podem ser filtradas de forma mais confiável.

Com o sistema para o acionamento de motor (1) do oitavo aspecto da presente invenção, pode ser imaginado um motor (4) que pode ser acionado com baixa vibração, baixo ruído e maior eficiência que os motores convencionais.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[FIG. 1] A FIG. 1 é um diagrama de circuito que ilustra uma configuração esquemática de um sistema para o acionamento de motor de acordo com uma realização da presente invenção.

[FIG. 2] A FIG. 2 é uma vista transversal que ilustra uma configuração esquemática de um motor trifásico.

[FIG. 3] A FIG. 3 mostra tabelas de formas de onda que ilustram esquematicamente (A) uma forma de onda quando a 5 potência flutua, e (B) uma forma de onda quando as flutuações são filtradas por um motor.

[FIG. 4] A FIG. 4 é um gráfico mostrando a relação entre um múltiplo da espessura de um magneto com relação a um entreferro e a razão da diferença entre Lq e Ld para uma 10 diferença ideal entre Lq e Ld.

[FIG. 5] A FIG. 5 é uma vista transversal que ilustra uma configuração esquemática de um rotor de um motor de acordo com outra realização.

DESCRIÇÃO DAS REALIZAÇÕES

Doravante, as realizações da presente invenção serão descritas com referência aos desenhos de acompanhamento. Notar que as seguintes realizações são estabelecidas somente com o propósito de exemplos preferidos em natureza, e não pretendem limitar o escopo, os pedidos e o 20 uso da invenção. —Configuração Geral do Sistema para o Acionamento de Motor—

A FIG. 1 esquematicamente ilustra uma configuração esquemática de um sistema para o acionamento de motor (1) de 25 acordo com uma realização da presente invenção. 0 sistema para o acionamento de motor (1) inclui um dispositivo de conversão de potência (2) que realiza a conversão da potência, uma fonte de alimentação de corrente alternada (3) que fornece potência ao dispositivo de conversão de potência 3 0 (2) , e um motor CA trifásico (4) que é acionado e controlado pelo dispositivo de conversão de potência (2).

O dispositivo de conversão de potência (2) inclui um circuito conversor (11) (a seção conversora), um circuito capacitor (12) incluindo urn capacitor (12a), e um circuito inversor (13) (uma seção inversora), e é configurado para converter a potência de corrente alternada enviada pela fonte de alimentação de corrente alternada (3) para o acionamento 5 em uma frequência predeterminada e fornece energia ao motor CA trifásico (4) . Notar que o motor CA trifásico (4) é provido, por exemplo, para acionar um compressor existente em um circuito de refrigeração de um condicionador de ar.

O circuito conversor (11) está conectado à fonte de 10 alimentação de corrente alternada (3), sendo configurado para retificar uma tensão CA. O circuito conversor (11) é um circuito ponte de diodos incluindo uma pluralidade de diodos (D1-D4) (quatro diodos nesta realização) ligados entre si em uma disposição de ponte, sendo conectados à fonte de 15 alimentação de corrente alternada (3).

O circuito capacitor (12) é provido entre o circuito conversor (11) e o circuito inversor (13). 0 circuito capacitor (12) inclui o capacitor (12a) formado por, por exemplo, um capacitor de filme, etc. O capacitor (12a) 2 0 tem uma capacitância estática com a qual somente uma tensão de ripple (flutuações de tensão) gerada quando as operações de comutação (que serão descritas mais tarde) dos elementos comutadores (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) do circuito inversor (13) que forem realizadas puderem ser filtradas. Isto é, o ■ 25 capacitor (12a) é um capacitor de pequena capacitância que não pode filtrar uma tensão (flutuações de tensão devidas a uma tensão de alimentação), como a tensão mostrada na FIG. 3A, que foi retificada pelo circuito conversor (11).

O circuito inversor (13) está ligado a um lado de 30 saída do circuito conversor (11) em paralelo com o capacitor (12a) . O circuito inversor (13) inclui a pluralidade de elementos comutadores (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) (por exemplo, seis elementos comutadores em um circuito inversor trifásico) ligados entre si em uma disposição de ponte. Isto é, o circuito inversor (13) inclui três pernas de comutação, cada uma incluindo dois elementos comutadores ligados em série, e em cada uma das pernas de comutação, um ponto médio de cada um dos elementos de comutação (Su, Sv, Sw) em um braço superior e um associado ao elemento de comutação (Sx, Sy, Sz) em um braço inferior estão conectados a uma bobina do estator (23) de cada fase do motor CA trifásico (4).

O circuito inversor (13) converte a tensão de entrada em uma tensão CA trifásica em uma frequência predeterminada por meio de operações liga/desliga dos elementos comutadores (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) para fornecer a tensão CA trifásica ao motor CA trifásico (4) . Notar que nesta realização, diodos de roda livre (Du, Dv, Dw, Dx, Dy, Dz) são ligados respectivamente aos elementos comutadores (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) de maneira antiparalela.

O dispositivo de conversão de potência (2) inclui um circuito de controle (14) para realizar operações de comutação dos elementos comutadores (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) do circuito inversor (13). O circuito de controle (14) está configurado para produzir sinais liga/desliga para os elementos comutadores (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) com base em uma tensão de alimentação Vs da fonte de alimentação de CA (3), uma tensão Vdc do circuito capacitor (12), correntes iu, iv, e iw para serem detectadas pelo motor CA trifásico (4), e uma velocidade angular ωm.

O motor CA trifásico (4) , que será descrito em detalhes posteriormente, inclui um estator (21) tendo um formato aproximadamente colunar e um rotor (31) que está disposto dentro do estator (21) e tem um formato aproximadamente cilíndrico. Dentro do rotor (31), está integrada uma pluralidade de magnetos (33) . Isto é, o motor CA trifásico (4) é um motor síncrono do tipo magnético permanente interior (IPM - interior permanent magnet) no qual os magnetos (33) são integrados dentro do rotor (31).

—Configuração do Motor CA Trifásico—

Como acima descrito, quando o capacitor (12a) no circuito capacitor (12) for um capacitor de pequena capacitância que possa filtrar somente uma tensão de ripple gerada pelas operações de comutação dos elementos comutadores (Su, Sx, Sw, Sx, Sy, Sz) do circuito inversor (13) , as flutuações de tensão devidas a uma tensão de alimentação da 10 fonte de alimentação de CA (3) como a tensão mostrada na FIG. 3A não podem ser filtradas e, portanto, a tensão em um estado de ripple é admitida no motor CA trifásico (4).

Então, como a potência a ser fornecida ao motor CA trifásico (4) está também em ripple, surge o ripple de um 15 torque, a velocidade de rotação do motor CA trifásico (4) flutua, e aumentam a vibração e o ruído gerados no motor CA trifásico (4). Além disso, como a corrente que flui no motor CA trifásico (4) está também em ripple, a perda de cobre gerada em uma bobina do motor CA trifásico (4) aumenta 20 bastante devido ao aumento substancial da corrente efetiva e da corrente de pico, e também um fluxo magnético gerado no motor CA trifásico (4) está em ripple para aumentar muito a perda de ferro.

Oposto a este fato, de acordo com a presente • 25 invenção, o motor CA trifásico (4) está configurado para absorver as flutuações de potência. Isto é, para permitir ao motor CA trifásico (4) absorver as flutuações de potência, o motor CA trifásico (4) é configurado de maneira que a indutância no eixo-q seja maior que uma indutância no eixo-d 30 de uma quantidade predeterminada ou mais no motor.

Primeiro, será descrito abaixo o motivo de as flutuações de potência poderem ser absorvidas provendo uma diferença entre a indutância no eixo-q e a indutância no eixo-d no motor CA trifásico (4) e provocando uma diferença a ser uma quantidade predeterminada ou mais.

Quando é suposto que P é uma potência necessária média e f é a frequência de entrada de energia, a capacitância de abastecimento necessária Wc para a filtro da potência em ripple pode ser expressa por: Wc = P/(2f)/2 x pf. onde pf indica a razão da soma total de uma diferença entre a potência quando a potência ultrapassa um valor médio e a potência média durante um determinado período de tempo com relação à soma total da potência durante o determinado período de tempo. Quando a capacitância do capacitor (12a) for zero, pf é cerca de 0,07.

Com base na equação acima, em um condicionador comum de ar, por exemplo, quando P = 1 [kW] e f = 50 [Hz], é obtido Wc = 0,35 [J] pela substituição de pf = 0,07.

Nesta realização, o motor CA trifásico (4) é um motor síncrono do tipo magnético permanente interior em que os magnetos (33) são integrados no rotor (31) , e assim tem, além do torque dos magnetos (33), um torque relutante gerado pelos componentes de indutância da bobina do estator. O torque relutante é igual à coenergia magnética do motor relutante, e a energia WL pode ser expressa por: WL = Pn x 1/2 x (Ld - Lq) x id x iq. Se a energia WL que pode ser armazenada nos componentes de indutância no motor CA trifásico (4) tiver uma relação com a capacitância de armazenamento necessária Wc que é expressa por: WL ≥ Wc, as flutuações de potência podem ser absorvidas pelo motor CA trifásico (4).

Por exemplo, em um sistema em que a potência média necessária é P = 1 [kW] , quando é suposto que a tensão do I t motor é 150 [V], a fase da corrente do motor é 30 [graus], a eficiência do motor é 90 [%], o fator de fase do motor é 1, e o número de pares de polos é 2, a corrente do motor I pode ser expressa por:

A corrente no eixo-d e a corrente no eixo-q quando . a corrente do motor é representada em termos de corrente contínua são, respectivamente:

Assim, vale a seguinte equação. WL = 2 x 1/2 x (Ld - Lq) x 3,7 x 6,42 ≥ 0,35 Portanto, vale a seguinte equação. |Ld - Lq| ≥ 0,147 [H]

Isto é, quando a diferença entre a indutância no eixo-q Lq e a indutância no eixo-d Ld é como acima descrita, as flutuações de potência podem ser absorvidas pelo motor CA trifásico (4) nas condições supramencionadas. Assim, como mostrado na FIG. 3B, pode ser filtrada a potência no motor CA 20 trifásico (4) . O termo "para filtrar" na presente significa que as flutuações de potência estão dentro de uma faixa de ±10%, e se a eficiência, etc, for considerada, é preferível obter flutuações de 5% ou menos.

Uma configuração específica do motor CA trifásico 25 (4) que satisfaz as condições supramencionadas serão descritas abaixo com referência à FIG. 2.

Como descrito acima, o motor CA trifásico (4) inclui o estator (21) tendo um formato aproximadamente cilíndrico e o rotor (31) que está disposto dentro do estator 30 (21) e tem um formato aproximadamente colunar. O estator (21) inclui um núcleo estator (22) incluindo uma pluralidade de placas metálicas empilhadas, e uma bobina do estator (23) que envolve uma parte do núcleo estator (22) . O núcleo estator (22) inclui uma seção traseira do núcleo (22a) tendo um formato aproximadamente cilíndrico, sendo provida uma pluralidade de seções dentadas (22b) em um lado da circunferência interna da seção traseira do núcleo (22a), de maneira que cada uma das seções dentadas (22b) se projeta para dentro. A bobina do estator (23) envolve as seções dentadas (22b).

A FIG. 2 ilustra como exemplo, o estator (21) de tipo de enrolamento concentrado. Entretanto, o estator (21) não se limita a este tipo, mas pode ser um estator de um tipo de enrolamento distribuído, onde uma bobina do estator é enrolada em uma pluralidade de seções dentadas em conjunto. No exemplo da FIG. 2, o número de slots no estator (21) é seis. Entretanto, o número de slots não se limita a seis, mas pode ser sete ou mais, ou cinco ou menos.

O rotor (31) inclui um núcleo do rotor (32) tendo um formato aproximadamente cilíndrico de maneira que um eixo de rotação (34) passe pelo interior do rotor (31) e pela pluralidade dos magnetos (33) que estão nos slots (32a) do núcleo do rotor (32), cada um dos quais sendo formado para ter um formato de paralelepípedo aproximadamente retangular. São formados oito slots (32a) no núcleo do rotor (32) e dispostos em um padrão aproximadamente retangular e que circundam o eixo de rotação (34) quando vistos na direção do eixo do eixo de rotação (34) . Os slots (32a) são formados de maneira que dois dos slots (32a) sejam dispostos em paralelo e cada um dos slots (32a) forme uma corda de um arco circular do núcleo do rotor (32) tendo um formato aproximadamente cilíndrico. Cada um dos slots (32a) é formado para ter um tamanho suficientemente grande para guardar um dos magnetos associados (33), e para passar pelo núcleo do rotor (32) na direção do eixo. Notar que, como será descritos posteriormente, as seções de barreira de fluxo magnético (32b) são providas em ambas as partes extremas de cada um dos slots (32a) a serem curvados para fora na direção radial do núcleo do rotor (32).

Como descrito acima, dois magnetos (33) são dispostos em paralelo na direção radial do rotor (31), de maneira que o fluxo magnético no eixo-q pode ainda ser aumentado pelos dois magnetos (33) enquanto o fluxo magnético no eixo-d é reduzido.

Além disso, como mostrado na FIG. 2, os magnetos (33) são dispostos de maneira que cada um dos magnetos (33) forme uma corda de um arco circular do núcleo do rotor (32). Assim, os magnetos (33) são dispostos ao longo do fluxo magnético no eixo q, de maneira que o vazamento do fluxo 15 magnético possa ser reduzido e o fluxo magnético no eixo-q possa ser aumentado.

Os slots (32a) são providos em posições que não provoquem a saturação do fluxo do eixo-q no rotor (31). Isto é, de forma oposta a um motor convencional, onde os magnetos 20 são colocados próximos à circunferência externa de um núcleo estator, os magnetos (33) são dispostos em posições no núcleo do rotor (32) que não provocam uma situação em que a espessura das partes do núcleo do rotor (32) localizada mais próxima da circunferência externa do rotor que os magnetos 25 (33) seja aumentada para bloquear o fluxo magnético no eixo-q com a resistência magnética dos magnetos (33) no rotor (31).

Especificamente, os magnetos (33) são preferivelmente dispostos no núcleo do rotor (32) de maneira que cada uma das partes dos magnetos (33) providas mais 30 próximas do centro do rotor (31) se localize a uma distância igual ou menor que 1/2 da espessura de uma parte do rotor (31) que serve como pólo magnético na direção radial. Notar que a parte do rotor (31) que serve como pólo magnético corresponde ao núcleo do rotor (32) nesta realização.

Com a configuração supramencionada, pode ser evitada a saturação do fluxo magnético no rotor (31), e assim, o fluxo magnético no eixo-q pode ser aumentado, 5 garantindo a função do motor.

Quando visto a partir da direção do eixo do eixo de rotação (34), são providas as seções de barreira de fluxo magnético (32b) para evitar o curto-circuito dos fluxos magnéticos dos magnetos (33) guardados nos slots (32a) em 10 ambas as partes extremas de cada um dos slots (32a).

Especificamente, as partes extremas de cada um dos slots (32a) incluem partes que são dobradas para fora na direção radial do núcleo do rotor (32) e as partes dobradas funcionam como as seções de barreira de fluxo magnético (3 2b) . Notar 15 que as seções de barreira de fluxo magnético (32b) não se limitam às partes dos slots (32a), mas podem ser constituídas por algum outro membro que possa evitar o vazamento do fluxo magnético, e como outra opção, cada uma das seções de barreira de fluxo magnético (32b) pode incluir uma 20 pluralidade de partes.

Assim, como mostrado na FIG. 2, cada um dos slots (32a) em que os magnetos (33) são guardados e os associados das seções de barreira de fluxo magnético (32b) são formados para terem um formato de arco circular no núcleo do rotor 25 (32), de maneira que o fluxo magnético no eixo-q possa ser aumentado.

Nesse caso, o fluxo magnético no eixo-q no motor CA trifásico (4) é determinado substancialmente de forma ideal por um espaço, isto é, um entreferro g entre o rotor (31) e o 30 estator (21), enquanto os magnetos (33) são configurados para ter uma espessura predeterminada relativa ao entreferro g, considerando que o fluxo magnético no eixo-d reduz-se com o aumento da espessura dos magnetos (33). Especificamente, como mostrado na FIG. 4, como um múltiplo da espessura dos magnetos (33) relativa ao entreferro g aumenta, a diferença entre a indutância no eixo-q e a indutância no eixo-d (a razão de uma diferença na indutância para uma diferença ideal 5 na indutância quando a espessura dos magnetos (33) relativa ao entreferro g é aumentada de forma infinita na FIG. 4) . Portanto, a espessura dos magnetos (33) é determinada de maneira que a diferença na indutância se torne um valor com o qual possam ser absorvidas as flutuações de potência pelo 10 motor CA trifásico (4) . Especificamente, quando a espessura dos magnetos (33) é quatro vezes maior, ou mais, que o entreferro g, um valor igual ou maior que 80% da diferença ideal pode ser obtido e, portanto, a espessura dos magnetos (33) é preferivelmente quatro vezes ou mais que a do entreferro g.

A tensão no terminal do motor Va no motor CA trifásico (4) e o fluxo magnético (p no motor são expressos respectivamente por:

Como entendido a partir das equações acima, quando a diferença entre Lq e Ld aumenta como descrito acima, o fluxo magnético ip no motor também aumenta. Assim, quando o fluxo magnético <p é combinado com o fluxo magnético <pa gerado 25 pelos magnetos (33) do rotor (31), é provocada a saturação do fluxo magnético e um aumento na tensão no terminal do motor Va. Quando a tensão no terminal do motor Va ultrapassa a tensão de entrada da seção inversora (13), o motor CA trifásico (4) pode perder velocidade e parar. Notar que ld em 30 cada uma das equações é um valor negativo, e mesmo quando Ld é reduzido, cp aumenta.

Portanto, o rotor (31) é configurado de maneira que o fluxo magnético cpa gerado pelos magnetos (33) do rotor (31) é um fluxo magnético com o qual a tensão no terminal do motor Va é igual ou menor à tensão de entrada da seção inversora (13). Especificamente, é selecionado um magneto que gere este 5 fluxo magnético cpa, e os slots (32a) a serem providos no núcleo do rotor (32) do rotor (31) são formados para serem um pouco maiores com relação aos magnetos (33) (para ter uma dimensão que dê um espaço marginal com relação à espessura dos magnetos (33)).

Como descrito acima, os slots (32a) são formados para serem um pouco maiores com relação aos magnetos (33), de maneira que uma camada de ar provida entre cada um dos magnetos (33) e o núcleo do rotor (32) serve como resistência magnética, resultando assim na redução do fluxo magnético cpa 15 gerado pelos magnetos (33). Além disso, como descrito acima, como os slots (32a) são formados para serem um pouco maiores com relação aos magnetos (33), mesmo quando varia a dimensão dos magnetos (33) na direção da espessura, os magnetos (33) podem ser guardados nos slots (32a). Assim, não é necessário 20 usar com precisão os magnetos processados, de maneira que os custos de produção possam ser reduzidos.

Notar que, como descrito acima, o motor pode ser configurado não de maneira a que o fluxo magnético cpa gerado pelos magnetos (33) não seja feito como um fluxo magnético 2 5 com o qual a tensão no terminal do motor Va seja igual ou menor à tensão de entrada do circuito inversor (13), mas de maneira que a soma do fluxo magnético cpa e do fluxo magnético por uma reação de armadura devida à indutância no eixo-q e a indutância no eixo-d seja um fluxo magnético desejado com o 3 0 qual a tensão no terminal do motor Va seja igual ou menor à tensão de entrada do circuito inversor (13).

—Vantagens das Realizações—

Com base no apresentado, com a configuração supramencionada, o motor CA trifásico (4) que é acionado e controlado pelo dispositivo de conversão de potência (2) é configurado de maneira que a indutância no eixo-q seja maior 5 que a indutância no eixo-d de uma quantidade predeterminada ou mais para fazer o motor CA trifásico (4) absorver as flutuações de potência devidas a uma tensão de alimentação que não pode ser filtrada pelo capacitor (12a) no dispositivo de conversão de potência (2). Assim, podem ser reduzidas as 10 flutuações de potência no motor CA trifásico (4) . Portanto, pode ser evitado o aumento de vibrações, de ruído e de perda no motor CA trifásico (4) devido às flutuações de potência.

Especificamente, no motor CA trifásico (4), os magnetos (33) são dispostos em partes do rotor (31) 15 localizadas mais próximas ao eixo de rotação (34), de maneira que o fluxo magnético no eixo-q não seja bloqueado pela resistência magnética dos magnetos (33) no rotor (31), e assim, a diferença supramencionada entre a indutância no eixo-q e a indutância no eixo-d pode ser realizada, enquanto 2 0 é evitada a saturação do fluxo magnético no rotor (31) . Em particular, a saturação do fluxo magnético no rotor (31) pode ser bastante reduzida dispondo os magnetos (33) de maneira que cada uma das partes dos magnetos (33) existentes mais próximas ao centro do rotor (31) se localize a uma distância 2 5 igual ou menor que 1/2 da espessura de uma parte do rotor (31) que serve como pólo magnético na direção radial, e assim a redução no desempenho do motor devida á saturação do fluxo magnético pode ser evitada, e o fluxo magnético no eixo-q pode ser aumentado.

No rotor (31), cada um dos magnetos (33) e os associados das seções de barreira de fluxo magnético (32b) são providos para terem um formato de arco circular no núcleo do rotor (32), de maneira que o fluxo magnético no eixo-q possa se formar. Assim, a diferença entre a indutância no eixo-q e a indutância no eixo-d pode ser obtida de forma mais confiável, e as flutuações de potência no motor CA trifásico (4) podem ser filtradas mais confiavelmente.

Além disso, os magnetos (33) são providos de maneira que dois dos magnetos (33) sejam dispostos em paralelo na direção radial do rotor (31), e assim, o fluxo magnético no eixo-q pode ser aumentado enquanto o fluxo magnético no eixo-d pode ser reduzido.

Também, a espessura dos magnetos (33) é feita para ser quatro vezes ou mais a do entreferro g entre o rotor (31) e o estator (21), e assim, a diferença entre a indutância no eixo-q e a indutância no eixo-d pode ser aumentada de forma mais confiável.

Na configuração supramencionada, o fluxo magnético <pa gerado pelos magnetos (33) é feito para ser um valor com o qual a tensão no terminal do motor seja igual ou maior à tensão de entrada do dispositivo de conversão de potência (2) , de maneira que a saturação do fluxo magnético no rotor (31) seja evitada e também pode ser evitada uma situação em que a tensão no terminal do motor ultrapasse a tensão de entrada do dispositivo de conversão de potência (2) para fazer o motor CA trifásico (4) perder velocidade.

<<Outras Realizações>>

A realização supramencionada pode ter a seguinte configuração.

Na realização supramencionada, como fonte de alimentação de corrente alternada, é usada uma fonte de alimentação de corrente alternada (3) de fase única. Entretanto, a presente invenção não se limita a isto, podendo ser usada uma fonte de alimentação de corrente alternada trifásica. Nesse caso, é claro, deve ser formado um circuito conversor de seis diodos.

Na realização supramencionada, os magnetos (33) são formados de maneira que cada um dos magnetos (33) tenha uma forma de paralelepípedo retangular. Entretanto, a presente invenção não se limita a isto. Os magnetos (33) podem ser 5 formados de maneira que cada um dos magnetos (33) tenha um formato de arco circular a ser disposto ao longo de um capacitor de filtro associado (2b) e uma das seções de barreira de fluxo magnético associadas (32b). Também, como mostrado na FIG. 5, em um rotor (41) , a pluralidade de magnetos (33) pode ser provida nos slots (32a) e as seções de barreira de fluxo magnético (32b) para terem um formato de arco circular.

Na realização supramencionada, os magnetos (33) são formados de maneira que cada um dos magnetos (33) tenha uma 15 forma de paralelepípedo retangular com espessura uniforme. Entretanto, a presente invenção não se limita a isto. Os magnetos (33) podem ser formados de maneira que uma parte de cada um dos magnetos (33) que tenha a probabilidade de ser desmagnetizada tenha maior espessura. Nesse caso, por 20 exemplo, os magnetos (33) são formados de maneira que uma parte de cada um dos magnetos (33) que tiver a probabilidade de ser desmagnetizada pelo campo magnético gerado pelo estator (21) tenha maior espessura. Além disso, a força magnética coercitiva dos magnetos (33) não tem que ser 25 uniforme. Nesse caso, a configuração em que a desmagnetização dificilmente ocorre pode ser obtida aumentando a força magnética coercitiva de uma parte de cada um dos magnetos (33) que tiver a probabilidade de ser desmagnetizada. Por outro lado, a força magnética coercitiva de uma parte de cada 30 um dos magnetos (33) que seja dificilmente desmagnetizada é reduzida para aumentar a densidade do fluxo magnético residual. Assim, a densidade de um fluxo magnético dos magnetos (33) pode ser aumentada, e o torque motor pode ser aumentado.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

Como descrito acima, a presente invenção é útil, particularmente quando o motor é acionado e controlado por um 5 dispositivo de conversão de potência incluindo um capacitor dotado de uma capacitância estática com a qual as flutuações de tensão devidas a uma tensão de alimentação não podem ser filtradas, mas as flutuações de tensão geradas quando é feita uma operação de comutação de um circuito inversor podem ser filtradas.

DESCRIÇÃO DOS CARACTERES DE REFERÊNCIA

1 Sistema para o acionamento de motor 2 Dispositivo de conversão de potência 3 Fonte de alimentação de corrente alternada 4 Motor CA trifásico (Motor) 11 Circuito conversor (Seção conversora) 12a Capacitor 13 Circuito inversor (Seção inversora) 21 Estator 31, 41 Rotor 32 Núcleo do rotor - 32b Seção de barreira de fluxo magnético 33 Magneto '25 g Entreferro.

Claims

1. MOTOR SÍNCRONO DE ÍMÃ PERMANENTE INTERIOR (4), compreenendo: - um estator (21) tendo uma forma aproximadamente colunar e incluindo um núcleo de estator (22) com uma seção traseira central (22a) e uma pluralidade de seções dentadas (22b) providas num lado da circunferência interna da seção traseira central (22a) de modo que cada uma das seções dentadas (22b) se projetem para dentro; - uma bobina do estator (23) enrolada em torno de pelo menos uma das seções dentadas do estator (21); e - um rotor (31) que está disposto dentro do estator (21) e incluindo um núcleo do rotor (32) tendo uma forma aproximadamente cilíndrica, de modo que um eixo de rotação (34) passe através do interior do rotor (31), caracterizado por - uma pluralidade de ímãs (33) que estão dispostos em paralelo e ao longo de uma direção radial do rotor (31) ao longo de um fluxo de um fluxo magnético de eixo q e que são armazenados em aberturas (32a) do núcleo do rotor (32), de modo que a indutância do eixo q seja maior que a indutância do eixo d em uma quantidade predeterminada ou mais, enquanto a saturação do fluxo magnético no rotor é evitada para permitir a suavização das flutuações de energia devido à fonte de alimentação da fonte de energia CA (3).

2. MOTOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um fluxo magnético gerado pelos ímãs (33) ser um fluxo magnético predeterminado com o qual uma tensão terminal do motor seja igual ou menor à tensão de entrada do dispositivo de conversão de potência (2).

3. MOTOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos ímãs (33) serem dispostos em posições na direção radial do rotor (31), de maneira que um fluxo magnético no eixo q no rotor (31) não seja bloqueado por uma resistência magnética dos imãs (33).

4. MOTOR, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelos imãs (33) estarem arranjados no rotor (31), de maneira que cada uma das partes dos imãs (33) existentes, mais próximas ao centro do eixo do rotor (31), se localize a uma distância igual ou menor que 1/2 da espessura de uma parte do rotor (31) que serve como pólo magnético na direção radial.

5. MOTOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo rotor (31) incluir seções de barreira de fluxo magnético (32b) configuradas para evitar um curto- circuito de um fluxo magnético entre a pluralidade de imãs (33) e os imãs (33) e as seções de barreira de fluxo magnético (32b) serem dispostas ao longo do fluxo de um fluxo magnético no eixo q.

6. MOTOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela espessura dos imãs (33) na direção radial do motor (31) ser quatro vezes maior, ou mais, que um vão de ar entre o rotor (31) e um estator (21).

7. MOTOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por dois ou mais dos imãs (33) serem dispostos em paralelo na direção radial do rotor (31).

8. SISTEMA PARA O ACIONAMENTO DE MOTOR, compreendendo: - um dispositivo de conversão de potência (2) que inclui uma seção conversora (11) configurada para retificar a potência de corrente alternada de uma fonte de potência de corrente alternada (3), uma seção inversora (13) que inclui uma pluralidade de elementos comutadores (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) e configurada para realizar operações de comutação dos elementos comutadores (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) para converter a potência de saida da seção conversora (11) em potência de corrente alternada em uma frequência predeterminada, caracterizado por um capacitor (12a) provido no lado de saida da seção conversora (11) e dotado de uma capacitância estática 5 com a qual as flutuações de tensão devidas a uma tensão de entrada da potência da fonte de potência de CA (3) não podem ser suavizadas, mas que as flutuações de tensão provocadas quando as operações de comutação dos elementos comutadores (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) forem realizadas possam ser 10 suavizadas; e - o motor sincrono de imã permanente interior (4), como definido na reivindicação 1.