CN105720742A - 一种超宽电压电动机 - Google Patents

Abstract

一种超宽电压电动机，由电动机和驱动控制器两部分组成。电动机部分采用稀土永磁转子结构，主要由电动机轴、转子铁芯、稀土磁钢、轴承、定子机壳、定子铁芯、定子线圈、电动机端盖、转子位置传感器等部件组成。驱动控制器由整流滤波单元、转子位置采集单元、逻辑控制单元、斩波驱动单元组成。本发明打破了现有电动机必须使用稳定电压的工作模式，可以在较大电压变化范围情况下工作运行，并根据电源端提供的电压高低、能量大小自动调节本身的输出能量，保持系统的稳定运行。该电动机特别适合新能源发电系统，可为风力发电系统提供一种新的配置模式，可以拓宽风力发电机组的工作范围，节省价格昂贵整流控制器、逆变器，及电池组等，节省了设备投资，降低运行费用，提高系统可靠性，显著提高风力发电设备的发电量。

Description

一种超宽电压电动机

所属技术领域

本发明涉及一种电动机，特别是一种超宽电压电动机。

背景技术

现有的电动机均是在特定的电压范围内工作，当电源供给的电压超过电动机的使用电压范围时，电动机就不能正常运行甚至被烧掉，这对于大量兴起的新能源发电行业是无法正常使用的。以风力发电为例，当风力大的时候，风力发电机组发出的能量较大、电压就高，反之发出的能量就小、电压就低，这些发电装置发出的能量和电压始终根据外界风力状况而变化，无法输出恒定的能量和发电电压，无法直接带动现有的电动机运行。因而在风力发电行业普遍采用的配置模式为：风力发电机+整流控制器+电池组+逆变器+电机控制器+电动机。其中，风力发电机将风能变为电能，整流控制器将风力发电机发出的不稳定的交流电整流后给电池组充电，逆变器把电池组中的直流电逆变成稳定电压、稳定频率的交流电，再输入电机控制器拖动电动机运行，通过这样的整流、充电、放电、逆变环节，将风力发电机不稳定的电压、不稳定的频率，转换成电动机需要的稳定电压和稳定频率，使电动机可以正常运行。由于增加了这些繁琐的变换后给系统带来了很大的弊端，一是当风力发电电压整流后低于电池组的充电下限值时，风力发电机的电能无法流入电池组，系统只是空转，当风力发电电压整流后高于电池组的充电上限值时，整流控制器将切除风力风电机与电池组的联系，风力发电机的电能也不能流入电池组，系统也只是空转，这就造成风力发电系统的工作范围很窄。二是增加了昂贵的成本，电池组价格不菲且是易损件，整流控制器、逆变器的主要器件均要从国外进口，价格更是高的很，整流控制器、电池组、逆变器约增加了系统成本60％以上。三是系统使用率低、效率低，系统存在空转问题使用率变低，既是在正常发电状态，经过整流、充电、放电、逆变过程，降低了系统效率。四是增加了系统的故障点，电池组要经常维护、定期更换，逆变器、整流控制器属电子产品，故障率高，运行成本高。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对新能源行业迫切需要，克服现有技术的不足，简化新能源系统配置，提供一种超宽电压电动机(简称电动机)，特别是提供直接使用于新能源系统的电动机，该电动机可以在电源电压大范围变化的情况下工作运行，如果用在风力发电系统中可以省去整流控制器、电池组、逆变器，电动机直接吸收风力发电机发出的不稳定的电压运行，带动负载做功。

本发明的技术解决方案是：一种超宽电压电动机，由电动机部分和驱动控制器部分组成。电动机部分为稀土永磁转子结构，永磁体具有恒定的励磁磁场，可以保证电动机在任何情况下均处于理想的强磁场状态，当电动机通入电流时，这个电流将与永磁磁场耦合产生旋转转矩，使电动机带动负载设备运行做功。电动机所输出的功率、转矩和转速与电动机所得到的电压有关，得到的电压高，电动机所输出的功率就大、转矩就大、转速就高，反之亦然。这样就突破了现有电动机只能使用恒定电压的局限性。驱动控制器的输入端与电源侧连接，输出端与电动机连接，驱动器始终保证电动机在任何电压下均能工作在最佳状态。

本发明的原理是：一种超宽电压电动机为稀土永磁励磁方式，由于永磁体具有恒定的励磁磁场，可以保证电动机在任何情况下均处于理想恒定的强磁场状态，当风力发电机因风力加大产生的电能变大、电压变高时，电动机得到的电压变高，电动机的输入电流I变大，根据电动机的转矩公式：T＝CmΦI

式中：T----电动机转矩

Cm----电动机的转矩系数

Φ----电动机的磁通

I----电动机输入电流

当电动机的输入电流I变大时，电动机的输出转矩将变大，电动机将带动设备加速运转，电动机的做功加大，电动机吸收的能量变大，可以把风力发电机因风力加大多产生的能量吸纳掉。反之，当风力发电机因风力变小、产生的电能变小，电压变低时，电动机得到的电压变低，电动机的输入电流I变小，根据电动机的转矩公式T＝CmΦI所示，电动机的输出转矩将变小，电动机将带动设备减速运转，电动机的做功减小，电动机吸收的能量变小，这恰好适应了风力发电机因风力变小所产生的能量不足的状况。

本发明与现有技术相比的优点在于：打破了现有电动机只在恒定电压范围下运转的模式，电动机可以在较宽的电压范围内运转，电动机的输出功率能根随电源电压的改变而改变，既能充分吸纳掉电源侧提供的能量，又能根据电源侧提供的能量大小及时调整本身的输出功率，不至于引起系统的崩溃或沉鱼。由于这种电动机的问世，可以改变风力发电系统配置模式，组成新的风力发电机配置系统，即：风力发电机+超宽电压电动机，因超宽电压电动机由两部分组成，故系统配置可进一步细分为：风力发电机+驱动控制器+电动机。新模式可以充分吸收风力发电机因风力较小时发出的较小能量，风力较大时的发出的较大能量，拓宽风力发电设备的工作区间，可以省掉价格昂贵的电子设备驱动控制器、逆变器，及电池组易损器件，可以显著提高系统效率，提高系统可靠性，节省运行成本，提高风力发电机的发电量。

附图说明

图1为本发明的一种超宽电压电动机的电动机部分的结构示意图。

图2为本发明的一种超宽电压电动机的驱动控制器部分的功能框图。

如图1所示，本发明所述的一种超宽电压电动机的电动机部分，由转子部分和定子部分组成，转子部分主要由电动机轴1、轴承2、转子铁芯3、稀土磁钢4组成，定子部分主要由定子机壳5、定子铁芯6、定子线圈7、转子位置传感装置8、电动机端盖9组成。

如图2所示，本发明所述的一种超宽电压电动机的驱动控制器部分，由整流滤波单位、斩波驱动单元、转子位置采集单元和逻辑控制单位组成。

具体实施方式

本发明所述一种超宽电压电动机，如图1所示，由转子铁芯3整体迭装后压装在电动机轴1上，稀土磁钢4固定在转子铁芯3上，电动机轴1的两端分别装有轴承2，定子铁芯6压装在定子机壳5内，定子线圈7安装在定子铁芯6的线槽中，电动机端盖9的外端与定子机壳5连接、内端与轴承2的外圈连接，使电动机成为一个整体。当定子线圈7在外加电压时，在定子线圈7上将会有电流流过，该电流将与稀土磁钢4产生的磁场相互耦合并产生转矩，由于定子线圈7、定子铁芯6固定在定子机壳5上，定子机壳5固定在固定平台上不能旋转，根据作用与发作用力理论，稀土磁钢4将受到一个反向转矩，带动转子铁芯3及电动机轴1旋转，即带动负载做功。转子位置传感装置8的转动部分安装在电动机轴1上，转子位置传感装置8的静止部分安装电动机端盖9上。

驱动器部分如图2所示，整流滤波单元将电源端输来的不稳定的交流电，经过整流滤波变为直流电，作为驱动控制器的母线电压。转子位置采集单元将电动机转子位置信号进行处理，经过逻辑单元进行逻辑判断，控制斩波驱动单元供给电动机电流的大小、方向和时间，并使供给电动机的电流与电动机磁场正交，使电动机始终处于最佳的状态旋转。

驱动控制器的输入端与电源侧相连，输出侧与电动机上的进线连接在一起，电动机的转子位置传感装置8将电动机的转子位置反馈给驱动控制器的转子位置采集单元进行信号处理，为驱动控制器输出电流的大小、方向、时间提供依据，使电动机与驱动控制器形成闭环系统，保证电动机始终工作在最佳状态。驱动控制器与电动机不可单独使用，两者组合成为一个完整的系统。

驱动控制器一般安放在电动机附近，也可安置在电动机内部。

Claims (2)

1.一种超宽电压电动机，由电动机部分和驱动控制器部分组成，其特征在于：电动机部分为稀土永磁转子结构，转子由电动机轴(1)、轴承(2)、转子铁芯(3)、稀土磁钢(4)组成，定子由定子机壳(5)、定子铁芯(6)、定子线圈(7)、转子位置传感装置(8)、电动机端盖(9)组成，转子铁芯(3)整体迭装后压装在电动机轴(1)上，稀土磁钢(4)安装在转子铁芯(3)上，电动机轴(1)的两端分别装有轴承(2)，定子铁芯(6)压装在定子机壳(5)内，定子线圈(7)安装在定子铁芯(6)的线槽中，电动机端盖(9)的外端与定子机壳(5)连接、内端与轴承(2)的外圈连接，使电动机成为一个整体；转子位置传感装置(8)的转动部分安装在电动机轴(1)上，转子位置传感装置(8)的静止部分安装电动机端盖(9)上；驱动控制器部分由整流滤波单元、转子位置采集单元、逻辑控制单元和斩波驱动单元组成。

2.根据权利要求1所述的一种超宽电压电动机，其特征在于：驱动控制器的输入端与供电电源连接，输出端与电动机进线连接，驱动器可放置于电动机附近，也可置于电动机内部。