CN108258878A - 一种宽调速电机弱磁方法和系统 - Google Patents

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娄利岗
张振厚
王光玉
孔祥玲
张军
杨天宇
杨霞
薛丽萍
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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Abstract

本发明涉及一种宽调速电机弱磁方法和系统，通过调节电机铁心的导磁特性，来改变磁通流经磁路的磁阻，从而调节磁场的强弱，以实现一种宽调速电动机弱磁控制的需要，益于拓展调速电机的调速范围，该方法新颖，装置简单、成本低、极易工程实现。本发明的有益之处还体现在，磁性液体还能够顺便带走电机损耗产生的热量，可以对弱磁和冷却同时考虑来设计弱磁系统，可以做到弱磁和冷却均得到改善的一举两得效果，利于减小体积，提高功率密度。

Description

一种宽调速电机弱磁方法和系统
技术领域
本发明涉及一种宽调速电机弱磁方法和系统，特别涉及一种实现调速电机宽调速需要的弱磁方法和系统，属于电机宽调速技术领域。
背景技术
目前，调速电机的应用日益广泛，对电机调速范围的要求也越来越高，最大限度进行弱磁调节是拓展调速范围的主要方法和核心技术关键。
现有的弱磁方法大都集中在通过控制算法调整电机的交直轴电流分量比例关系，其控制算法复杂、相应的控制程序计算量大、指令相应慢、弱磁力度十分有限且电机系统易出现不稳定问题；还有采用机械方式调节磁通的方法，主要用于不易调节磁场大小永磁转子的弱磁，大都是依靠离心力作用的机械式调控系统调节对永磁体起短路作用部件的位置，这种方法精度差，可靠性低。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种宽调速电机弱磁方法和系统，以克服现有方法和技术的不足，使得弱磁调节范围更宽，系统更简单，工程实用性和可靠性更强。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种宽调速电机弱磁方法和系统，其特征在于，通过调节电机铁心的导磁特性，来改变磁通流经磁路的磁阻，从而调节磁场的强弱，以实现一种宽调速电动机弱磁控制的需要。
作为本发明的一种优选方案，所述的调节电机铁心的导磁特性，是通过调节注入铁心状空腔内的磁性液体实现导磁特性调控的。
作为本发明的另一种优选方案，所述注入铁心状空腔内的磁性液体是通过调控非导磁液体和磁性粉末的比例实现导磁特性调节的。
优选地，一种宽调速电机弱磁系统，包括铁心状空腔。
所述铁心状空腔的入口通过第一循环泵与磁性液体容器的出口相连，该磁性液体容器的一进口与一纳米磁粉容器的出口通过第二循环泵相连，该磁性液体容器的另一进口与一载液容器的出口通过第三循环泵相连。
所述铁心状空腔的出口与分离器的入口相连，该分离器的一出口通过第四循环泵与纳米磁粉容器的入口相连，该分离器的另一出口通过第五循环泵与载液容器的出口相连。
优选地，所述分离器为固液分离器；该固液分离器的固体出口通过第四循环泵与纳米磁粉容器的入口相连，固液分离器的液体出口通过第五循环泵与载液容器的入口相连。
优选地，所述磁性液体容器具有两个进口、一个出口，该磁性液体容器内装有磁性液体。
优选地，所述纳米磁粉容器具有一进口及一出口，该纳米磁粉容器内装有纳米磁粉。
优选地，所述载液容器具有一进口及一出口，该载液容器内装有液体载液。
优选地，所述第二循环泵、第四循环泵均为抽粉泵或磁力泵，所述第三循环泵、第五循环泵均为抽液泵，第二循环泵选用抽液泵。
优选地，纳米磁粉经纳米磁粉出口通过第二循环泵，经纳米磁粉入口二与经载液出口通过循环泵经载液入口二的载液进行混合，形成磁性液体；磁性液体容器中的磁性液体经磁性液体出口通过第一循环泵经铁心状空腔入口注入到铁心状空腔，磁性液体流经铁心状空腔后，经铁心状空腔出口和分离器入口进入分离器，对磁性液体中的纳米磁粉和载液进行分离，分离后的纳米磁粉经分离器出口通过第四循环泵经纳米磁粉入口回收和再循环使用，分离后的载液经分离器出口通过第五循环泵经载液入口回收和再循环使用。
与现有技术相比本发明有益效果。
本发明克服现有方法和技术的不足，通过调控注入到铁心状空腔内磁性液体的磁导率来改变电机铁心的导磁特性，实现电机磁场的强弱调控，达到一种宽调速电动机弱磁控制的功能和效果。其使得弱磁调节范围更宽、装置更简单、工程实用性且可靠性更强。
本发明磁性液体能够顺便带走电机损耗产生的热量，即如果对弱磁和冷却同时考虑来设计弱磁系统，可以做到弱磁和冷却一举两得的效果，利于减小体积，提高功率密度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明宽调速电机弱磁系统的结构图。
图2是本发明宽调速电机弱磁系统的空腔铁心图。
图3是本发明实施例中混合比例与调速范围曲线。
图中，1、铁心状空腔，2、第一循环泵，3、磁性液体容器，4、第二循环泵，5、第三循环泵，6、纳米磁粉容器，7、载液容器，8、分离器，9、第四循环泵，10、第五循环泵，101、铁心状空腔入口，102、铁心状空腔出口，301、纳米磁粉入口二，302、载液入口二，601、纳米磁粉入口，602、纳米磁粉出口，701、载液入口，702、载液出口，801、分离器入口，802、分离器出口。
具体实施方式
本发明技术方案包括：通过调控载液和磁性粉末的比例获得一种导磁率可调的磁性液体，将电机铁心制成空腔结构，在铁心状空腔内注入导磁率可调的磁性液体，改变磁通流经磁路的磁阻以调节电机铁心的导磁特性，从而调节电机磁场的强弱，以实现一种宽调速电动机弱磁控制的功能和效果。即通过调控注入到铁心状空腔内磁性液体的磁导率来改变电机铁心的导磁特性，实现电机磁场的强弱调控，达到一种宽调速电动机弱磁控制的功能和效果。
如图1-3所示，作为一种具体实施例，一种宽调速电机弱磁系统的基本工作过程为。
纳米磁粉（放置于纳米磁粉容器6中）经纳米磁粉出口602通过第二循环泵4，经纳米磁粉入口二301与经（载液容器7出口）载液出口702通过第三循环泵5经载液入口二302的载液进行混合，形成磁性液体；磁性液体容器3中的载液经磁性液体出口303通过第一循环泵2经铁心状空腔入口101注入到铁心状空腔1，磁性液体流经铁心状空腔1后，经铁心状空腔出口102和分离器入口801进入分离器8，对磁性液体中的纳米磁粉和载液进行分离，分离后的纳米磁粉经分离器出口802通过第四循环泵9经纳米磁粉入口601回收和再循环使用，分离后的载液经分离器出口803通过第五循环泵10经载液入口701回收和再循环使用。
如图2所示，是一种宽调速电动机弱磁方法和系统的实施例电机的铁心状空腔1（空腔铁心）的一种结构，该铁心状空腔1可以采用金属材料或者非金属材料制成，如采用高强度塑料经吹塑工艺利用模具成型。该空腔铁心具有铁心状空腔入口及铁心状空腔出口。
在实施过程中，纳米磁粉和载液可以根据需要选用市场已有产品，磁性液体可以通过选择不同导磁性能的纳米磁粉以及调控纳米磁粉与载液的混合比例，调和成不同的导磁性能。磁性液体的导磁性能可以通过测试磁化曲线加以确定。现有公知的分离方法可以用来构造分离器，对用过的磁性液体中的纳米磁粉和载液进行分离和循环再利用；分离器的作用是将用过的磁性液体中的纳米磁粉和载液进行分离，以便配制不同导磁性能的磁性液体，适应宽调速是对不同弱磁程度的需要。实际应用中，对于选定牌号的纳米磁粉和载液，可以通过实验测定调速范围与纳米磁粉和载液混合的比例关系。在一种真空泵驱动电机调速系统实施例中，纳米磁粉和载液混合的比例关系用纳米磁粉在磁性液体中的百分比g来表示，百分比g与调速n之间的关系曲线如图3所示。传统弱磁调速时，电机调速范围是0-6000r/min，受弱磁能力的限制，无法继续调高转速；采用本发明方法后，弱磁能力增强，电机调速范围为0-10000r/min，拓宽了67%。
本发明的有益之处还体现在，磁性液体还能够顺便带走电机损耗产生的热量，即如果对弱磁和冷却同时考虑来设计弱磁系统，可以做到弱磁和冷却一举两得的效果，利于减小体积，提高功率密度。
上述各实施例是以定子铁心为例的弱磁方法和系统，也推广适用于转子铁心的情况，既可用于整体铁心，也可用于局部磁路弱磁的调控，比如用于空腔的齿、或者空腔的磁轭、或者永磁体可调导磁性磁桥等。
上述各实施例是以径向磁路定子铁心为例的弱磁方法和系统，也可推广用于盘式结构电机、锥形结构电机和直线电机等。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽调速电机弱磁方法，其特征在于，通过调节电机铁心的导磁特性，来改变磁通流经磁路的磁阻，从而调节磁场的强弱，以实现一种宽调速电动机弱磁控制的需要。
2.根据权利要求1所述的一种宽调速电机弱磁方法，其特征在于：所述的调节电机铁心的导磁特性，是通过调节注入铁心状空腔内的磁性液体实现导磁特性调控的。
3.根据权利要求1所述的一种宽调速电机弱磁方法，其特征在于：所述注入铁心状空腔内的磁性液体是通过调控非导磁液体和磁性粉末的比例实现导磁特性调节的。
4.一种宽调速电机弱磁系统，其特征在于：包括铁心状空腔；
所述铁心状空腔的入口通过第一循环泵与磁性液体容器的出口相连，该磁性液体容器的一进口与一纳米磁粉容器的出口通过第二循环泵相连，该磁性液体容器的另一进口与一载液容器的出口通过第三循环泵相连；
所述铁心状空腔的出口与分离器的入口相连，该分离器的一出口通过第四循环泵与纳米磁粉容器的入口相连，该分离器的另一出口通过第五循环泵与载液容器的出口相连。
5.根据权利要求4所述的一种宽调速电机弱磁系统，其特征在于：所述分离器为固液分离器；该固液分离器的固体出口通过第四循环泵与纳米磁粉容器的入口相连，固液分离器的液体出口通过第五循环泵与载液容器的入口相连。
6.根据权利要求4所述的一种宽调速电机弱磁系统，其特征在于：所述磁性液体容器具有两个进口、一个出口，该磁性液体容器内装有磁性液体。
7.根据权利要求4所述的一种宽调速电机弱磁系统，其特征在于：所述纳米磁粉容器具有一进口及一出口，该纳米磁粉容器内装有纳米磁粉。
8.根据权利要求4所述的一种宽调速电机弱磁系统，其特征在于：所述载液容器具有一进口及一出口，该载液容器内装有载液。
9.根据权利要求4所述的一种宽调速电机弱磁系统，其特征在于：所述第二循环泵、第四循环泵均为抽粉泵或磁力泵，所述第三循环泵、第五循环泵均为抽液泵，第二循环泵选用抽液泵。
10.根据权利要求4所述的一种宽调速电机弱磁系统，其特征在于：纳米磁粉经纳米磁粉出口通过第二循环泵，经纳米磁粉入口二与经载液出口通过循环泵经磁性液体入口二的载液进行混合，形成磁性液体；磁性液体容器中的碱性液体经磁性液体出口通过第一循环泵经铁心状空腔入口注入到铁心状空腔，磁性液体流经铁心状空腔后，经铁心状空腔出口和分离器入口进入分离器，对磁性液体中的纳米磁粉和载液进行分离，分离后的纳米磁粉经分离器出口通过第四循环泵经纳米磁粉入口回收和再循环使用，分离后的载液经分离器出口通过第五循环泵经载液入口回收和再循环使用。
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