CN101051784A - 一种宽调速范围永磁磁阻式同步电机及其调速方法 - Google Patents

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Abstract

一种宽调速范围永磁磁阻式同步电机及其调速方法，它涉及电机调速领域，以解决已有技术的永磁同步电机存在的功率因数低、低速输出转矩小、弱磁控制速度范围窄的问题。本发明的功率绕组和弱磁控制绕组分上下两层设置在定子铁心的槽里，转子铁心每个磁极上设置两个永磁体，它们之间构成夹角为90°～180°，转轴从转子铁心的中心穿过，转子铁心与定子铁心之间形成气隙，电机在基速以下运行时，使弱磁控制绕组与功率绕组中的电流同相位；电机在基速以上运行时，使弱磁控制绕组中电流相位滞后于自身绕组反电势90°电角度，使反电动势不变。本发明的永磁同步电机通过控制弱磁控制绕组中电流提高电机的控制速度范围，拓宽电机的调速范围，提高电机的效率和功率因数。

Description

一种宽调速范围永磁磁阻式同步电机及其调速方法
技术领域
本发明涉及一种永磁磁阻式同步电机及其调速方法。
背景技术
已有的开关磁阻电机的定、转子均为凸极结构，通过对定子励磁绕组依次通电，定子极与转子极相互作用产生转矩，由于转子上既没有绕组，也没有永磁体，励磁磁场是通过定子绕组电流建立的，而且电机磁路工作在高饱和状态，定子极和转子极间漏磁通大，因此电机的功率因数低，逆变器的容量大，导致整个驱动系统的效率很低。
目前已经有投入使用的具有效率和功率因数高、功率密度大等优点的永磁同步电机，而且在电力拖动系统中的应用也越来越广泛。但是永磁同步电机在基速以上运行时，因电机的反电势与转速成正比的增大，而电源电压的限制以及电流控制器的饱和会制约其速度运行范围的进一步拓展。通过增大直轴去磁电流虽然能够减弱磁场，增大电机恒功率运行范围，但是在控制直轴电流时，需要复杂的坐标变换和解耦运算，一方面使控制复杂化，另一方面需要高速的信号处理单元，而且在V/f控制方式下无法实现弱磁控制，因此大大限制了永磁同步电机调速系统的应用领域。
发明内容
本发明为解决已有的永磁同步电机存在的功率因数低、低速输出转矩小、弱磁控制速度范围窄、控制复杂的问题，提供一种宽调速范围永磁磁阻式同步电机及其调速方法。本发明由定子铁心1、功率绕组2、弱磁控制绕组3、转子铁心5、永磁体6和转轴8组成，功率绕组2、弱磁控制绕组3分别设置在定子铁心1的槽4的上下两层内，功率绕组2和弱磁控制绕组3的对应相绕组的轴线重合，功率绕组2和弱磁控制绕组3的线组形式也相同，转子铁心5的每个磁极上设置两个永磁体6，转子铁心5的每个磁极上的两个永磁体6之间构成的夹角为90°～180°，其中一个磁极上的两个永磁体6的N极朝向与本磁极相对于转子铁心5的中心对称的磁极上的两个永磁体6的N极，相邻一个磁极上的两个永磁体6的S极朝向与本磁极相对于转子铁心5的中心对称的磁极上的两个永磁体6的S极，转轴8从转子铁心5的中心穿过，转子铁心5的外圆与定子铁心1的内圆之间形成气隙9。本发明的永磁磁阻式同步电机在基速以下运行时，使弱磁控制绕组3与功率绕组2中的电流同相位；电机在基速以上运行时，使弱磁控制绕组3中的电流相位滞后于自身绕组反电势90°电角度，通过控制弱磁控制绕组3中的电流，使弱磁控制绕组3的反电势随转速保持不变。
本发明的有益效果是：将磁阻电机和永磁同步电机相结合，本发明的电机转子的磁路结构使电机产生的电磁转矩以磁阻转矩为主，永磁转矩为辅，永磁体的主要作用是减小定子极和转子极之间的漏磁；电机电枢采用双绕组结构，对弱磁控制绕组中的电流进行单独控制，避免了复杂的坐标变换和解耦运算，即使在V/f控制方式下也能实现弱磁控制，具有效率和功率因数高、控制简单、低速输出转矩大和弱磁控制速度范围宽等特点，在电力拖动及发电领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，图2是本发明具体实施方式三的结构示意图，图3是本发明具体实施方式四的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1，本实施方式由定子铁心1、功率绕组2、弱磁控制绕组3、转子铁心5、永磁体6和转轴8组成，功率绕组2、弱磁控制绕组3分别设置在定子铁心1的槽4的上下两层内，功率绕组2和弱磁控制绕组3的对应相绕组的轴线重合，功率绕组2和弱磁控制绕组3的线组形式也相同，转子铁心5的每个磁极上设置两个永磁体6，转子铁心5的每个磁极上的两个永磁体6之间构成的夹角为90°～180°，其中一个磁极上的两个永磁体6的N极朝向与本磁极相对于转子铁心5的中心对称的磁极上的两个永磁体6的N极，相邻一个磁极上的两个永磁体6的S极朝向与本磁极相对于转子铁心5的中心对称的磁极上的两个永磁体6的S极，转轴8从转子铁心5的中心穿过，转子铁心5的外圆与定子铁心1的内圆之间形成气隙9。本发明的永磁磁阻式同步电机在基速以下运行时，使弱磁控制绕组3与功率绕组2中的电流同相位；电机在基速以上运行时，使弱磁控制绕组3中的电流相位滞后于自身绕组反电势90°电角度，通过控制弱磁控制绕组3中的电流，使弱磁控制绕组3的反电势随转速保持不变，本发明的永磁磁阻式同步电机产生的转矩以磁阻转矩为主，以永磁转矩为辅，永磁体的主要作用是减小漏磁，通过控制弱磁控制绕组中的电流可以提高电机基速以下的输出转矩、基速以上的恒功率运行的速度范围，并达到拓宽电机的调速范围，提高电机的效率和功率因数的目的。
具体实施方式二：参见图1，本实施方式与实施方式一的不同在于功率绕组2设置在槽4的上层，弱磁控制绕组3设置在槽4的下层。
具体实施方式三：参见图2，本实施方式与实施方式一的不同在于弱磁控制绕组3设置在槽4的上层，功率绕组2设置在槽4的下层。
具体实施方式四：参见图3，本实施方式与实施方式一的不同在于转子铁心5上每个磁极上的两个永磁体6之间开有一个扇形的磁阻调整气隙7，磁阻调整气隙7的两条半径分别与该磁极上的两个永磁体6的长边平行。
具体实施方式五：参见图1，本实施方式与实施方式一的不同在于功率绕组2和弱磁控制绕组3都为多相对称绕组。

Claims (6)

1、一种宽调速范围永磁磁阻式同步电机，它由定子铁心(1)、功率绕组(2)、弱磁控制绕组(3)、转子铁心(5)、永磁体(6)和转轴(8)组成，其特征在于功率绕组(2)、弱磁控制绕组(3)分别设置在定子铁心(1)的槽(4)的上下两层内，功率绕组(2)和弱磁控制绕组(3)的对应相绕组的轴线重合，功率绕组(2)和弱磁控制绕组(3)的线组形式也相同，转子铁心(5)的每个磁极上设置两个永磁体(6)，转子铁心(5)的每个磁极上的两个永磁体(6)之间构成的夹角为90°～180°，其中一个磁极上的两个永磁体(6)的N极朝向与本磁极相对于转子铁心(5)的中心对称的磁极上的两个永磁体(6)的N极，相邻一个磁极上的两个永磁体(6)的S极朝向与本磁极相对于转子铁心(5)的中心对称的磁极上的两个永磁体(6)的S极，转轴(8)从转子铁心(5)的中心穿过，转子铁心(5)的外圆与定子铁心(1)的内圆之间形成气隙(9)。
2、一种用于权利要求1所述的宽调速范围永磁磁阻式同步电机的调速方法，其特征在于电机在基速以下运行时，使弱磁控制绕组(3)与功率绕组(2)中的电流同相位；电机在基速以上运行时，使弱磁控制绕组(3)中的电流相位滞后于自身绕组反电势90°电角度，通过控制弱磁控制绕组(3)中的电流，使弱磁控制绕组(3)的反电势随转速保持不变。
3、根据权利要求1所述的宽调速范围永磁磁阻式同步电机，其特征在于功率绕组(2)设置在槽(4)的上层，弱磁控制绕组(3)设置在槽(4)的下层。
4、根据权利要求1所述的宽调速范围永磁磁阻式同步电机，其特征在于弱磁控制绕组(3)设置在槽(4)的上层，功率绕组(2)设置在槽(4)的下层。
5、根据权利要求1所述的宽调速范围永磁磁阻式同步电机，其特征在于转子铁心(5)上每个磁极上的两个永磁体(6)之间开有一个扇形的磁阻调整气隙(7)，磁阻调整气隙(7)的两条半径分别与该磁极上的两个永磁体(6)的长边平行。
6、根据权利要求1所述的宽调速范围永磁磁阻式同步电机，其特征在于功率绕组(2)和弱磁控制绕组(3)都为多相对称绕组。
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Assignee: Guangdong Hualing Machinery Co.,Ltd.

Assignor: Harbin Institute of Technology

Contract record no.: 2011440000433

Denomination of invention: Wide speed regulating range permanent magnetic resistance synchronous motor and its speed regulating method

Granted publication date: 20100526

License type: Exclusive License

Open date: 20071010

Record date: 20110510