CN110994835A - 电机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电机，包括：定子铁芯、转子铁芯和转轴；转子铁芯固定于转轴上；转子铁芯内沿周向形成多个磁极，每个磁极包括第一永磁体和第二永磁体；定子铁芯上设置有至少两组定子绕组；第一永磁体的矫顽力低于第二永磁体的矫顽力；至少两组定子绕组之间的连接方式可切换为为星型或三角形型；所述电机采用定位电流进行电机充磁。根据本申请的电机，使得电机中的调磁范围大、能够提高电机运行高效区间。

Description

电机及其控制方法
技术领域
本申请属于电机技术领域，具体涉及一种电机及其控制方法。
背景技术
目前，可变磁通电机在驱动过程中需要根据实际状态进行充退磁调节，其中充磁过程需要提供充磁电流进行充磁，变磁通电机充磁过程一般运行过程中采用施加D轴电流实现充磁、去磁；同时变磁通电机调磁范围仅采用单绕组方案，调速倍数受电机结构的限制，无法随意调磁。
因此，如何提供一种调磁范围大、能够提高电机运行高效区间的电机及其控制方法成为本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电机及其控制方法，调磁范围大、能够提高电机运行高效区间。
为了解决上述问题，本申请提供一种电机，包括：定子铁芯、转子铁芯和转轴；转子铁芯固定于转轴上；转子铁芯沿周向形成多个磁极，每个磁极包括第一永磁体和第二永磁体；定子铁芯上设置有至少两组定子绕组；第一永磁体的矫顽力低于第二永磁体的矫顽力；至少两组定子绕组之间的连接方式可切换为星型或三角形型；电机采用定位电流进行电机充磁。
优选地，磁极设置有多个，各磁极包括两个第一永磁体和两个第二永磁体，两个第一永磁体关于电机d轴对称，两个第二永磁体关于电机d轴对称；同一磁极内，第二永磁体相对于第一永磁体靠近电机d轴设置。
优选地，位于同一磁极的两个第二永磁体形成V形结构；V形结构的顶点位于电机d轴上，且V形结构的尖端靠近电机外圆设置。
一种上述电机的控制方法，电机控制方法包括：
采用定位电流对电机进行充磁；
获取电机的频率；
根据电机的频率调整电机磁通；
调整电机磁通的方法包括：通过对第一永磁体进行充退磁和/或切换绕组之间的连接方式进行调整磁通。
优选地，根据电机的频率调整电机磁通的方法包括如下步骤：
当电机低频运行时，控制至少两组定子绕组之间星型连接；并通入电流进行充磁，使得电机在anV的反电势中运行；
当电机的频率升高时，对第一永磁体进行退磁，使得反电势变为aV；
当电机的频率继续升高时，对第一永磁体进行充磁至anV，再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式，之后对第一永磁体进行退磁，调整反电势至nV；
当电机的频率继续升高，调整反电势至V；其中绕组切换带来的反电势倍数为a倍，变磁通可调磁倍数为n倍；a>n；整个电机状态中最小反电势为V；其中在反电势为V时，绕组匝数最少，电机处于全退磁状态。
优选地，根据电机的频率调整电机磁通的方法包括如下步骤：
当电机低频运行时，控制至少两组定子绕组之间星型连接；并通入电流进行充磁，使得电机在反电势为anV中运行；
当电机的频率升高时，对第一永磁体进行退磁，使得反电势变为nV；
当电机的频率继续升高时，对第一永磁体进行充磁，再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式，使得反电势变为nV；
当电机的频率继续升高，调整反电势至aV；
再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式，再充磁至反电势变为aV；
当电机的频率继续升高，调整反电势至V；其中绕组切换带来的反电势倍数为a倍，变磁通可调磁倍数为n倍；a<n；整个电机状态中最小反电势为V；其中在反电势为V时，绕组匝数最少，电机处于全退磁状态。
优选地，根据电机的频率调整电机磁通的方法包括如下步骤：
当电机低频运行时，控制至少两组定子绕组之间星型连接；并通入电流进行充磁，使得电机在反电势为anV中运行；
当电机的频率升高时，对第一永磁体进行退磁，使得反电势变为nV；
当电机的频率继续升高时，对第一永磁体进行充磁，再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式，使得反电势变为nV；
当电机的频率继续升高至反电势运行到反电势变为aV；充磁至反电势变为aaV，再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式使得反电势变为aV；
当电机的频率继续升高，调整反电势至V；其中绕组切换带来的反电势倍数为a倍，变磁通可调磁倍数为n倍；a<n；整个电机状态中最小反电势为V；其中在反电势为V时，绕组匝数最少，电机处于全退磁状态。
优选地，定位电流对电机充磁的同时还对电机转子的极性及其与定子磁场的相对位置进行电流定位。
优选地，电流定位包括至少一次定位；当电流定位为一次定位时，定位电流对电机转子的极性及其与定子磁场的相对位置进行定位，同时对电机进行充磁。
优选地，当电流定位为至少两次定位时，第一次定位电流对电机转子的极性及其与定子磁场的相对位置进行定位，其余定位电流对电机进行充磁。
优选地，第一次定位电流小于后续几次定位电流。
本申请提供的电机及其控制方法，使得电机中的调磁范围大、能够提高电机运行高效区间。
附图说明
图1为本申请实施例的转子铁芯的结构示意图；
图2为本申请实施例的星-三角切换电路电路图；
图3为本申请实施例的调磁的流程图；
图4为本申请实施例的变磁通电机启动电流波形。
附图标记表示为：
1、第一永磁体；2、第二永磁体；3、转子铁芯；4、转轴。
具体实施方式
结合参见图1-4所示，根据本申请的实施例，一种电机，包括：定子铁芯、转子铁芯3和转轴4；转子铁芯3固定于转轴4上；转子铁芯3沿周向形成多个磁极，每个磁极包括第一永磁体1和第二永磁体2；定子铁芯上设置有至少两组定子绕组；第一永磁体1的矫顽力低于第二永磁体2的矫顽力；至少两组定子绕组之间的连接方式可切换为星型或三角形型；所述电机采用定位电流进行电机充磁，通过低矫顽力的第一永磁体1以及切换定子绕组之间的连接方式进行调磁，使得电机中的调磁范围大、能够提高电机运行高效区间，且采用定位电流进行电机充磁，可以保证电机饱和状态下启动，减少初始状态的检测过程。
进一步地，磁极设置有多个，各磁极包括两个第一永磁体1和两个第二永磁体2，两个第一永磁体1关于电机d轴对称，两个第二永磁体2关于电机d轴对称；同一磁极内，第二永磁体2相对于第一永磁体1靠近电机d轴设置。
进一步地，位于同一磁极的两个第二永磁体2形成V形结构；V形结构的顶点位于电机d轴上，且V形结构的尖端靠近电机外圆设置。
根据本申请的实施例，一种电机如上述电机的控制方法，电机控制方法包括：
采用定位电流对电机进行充磁；
获取电机的频率；
根据电机的频率调整电机磁通；
调整电机磁通的方法包括：对第一永磁体1进行充退磁和/或切换绕组之间的连接方式进行调整磁通，还可以减小充磁电流大小，实现较小的启动电流即可实现充磁饱和，减小控制器模块大小。
结合图3所示，本申请还公开了一些实施例，根据电机的频率调整电机磁通的方法包括如下步骤：
当电机低频运行时，控制至少两组定子绕组之间星型连接；并通入电流进行充磁，使得电机在反电势为anV中运行；
当电机的频率升高时，对第一永磁体1进行退磁，使得反电势变为aV；
当电机的频率继续升高时，对第一永磁体1进行充磁至anV，再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式，使得反电势变为nV；
当电机的频率继续升高，调整反电势至V；其中绕组切换带来的反电势倍数为a倍，变磁通可调磁倍数为n倍；a>n；整个电机状态中最小反电势为V；其中在反电势为V时，绕组匝数最少，电机处于全退磁状态。
结合图2和图4所示，假设绕组切换倍数变化1.732倍，假设变磁通电机可调磁反电势倍数1.5倍。当电机低频运行时，闭合H，打开Y1、Y2、Y3时，电机此时为星型接法，匝数多，反电势高，此时进行充磁，可以在比较小的电流达到最大磁通，实现高反运行，低频效率最高。
进一步地，根据电机的频率调整电机磁通的方法包括如下步骤：
当电机低频运行时，控制至少两组定子绕组之间星型连接；并通入电流进行充磁，使得电机在反电势为anV中运行；
当电机的频率升高时，对第一永磁体1进行退磁，使得反电势变为nV；
当电机的频率继续升高时，对第一永磁体1进行充磁，再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式，使得反电势变为nV；
当电机的频率继续升高至反电势运行到反电势变为aV；
再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式，再充磁至反电势变为aV；
当电机的频率继续升高，调整反电势至V；其中绕组切换带来的反电势倍数为a倍，变磁通可调磁倍数为n倍；a<n；整个电机状态中最小反电势为V；其中在反电势为V时，绕组匝数最少，电机处于全退磁状态。
进一步地，根据电机的频率调整电机磁通的方法包括如下步骤：
当电机低频运行时，控制至少两组定子绕组之间星型连接；并通入电流进行充磁，使得电机在反电势为anV中运行；
当电机的频率升高时，对第一永磁体1进行退磁，使得反电势变为nV；
当电机的频率继续升高时，对第一永磁体1进行充磁，再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式，使得反电势变为nV；
当电机的频率继续升高至反电势运行到反电势变为aV；充磁至反电势变为aaV,再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式使得反电势变为aV；
当电机的频率继续升高，调整反电势至V；其中绕组切换带来的反电势倍数为a倍，变磁通可调磁倍数为n倍；a<n；整个电机状态中最小反电势为V；其中在反电势为V时，绕组匝数最少，电机处于全退磁状态。
进一步地，定位电流对电机充磁的同时还对电机转子的极性及其与定子磁场的相对位置进行电流定位。
进一步地，电流定位包括至少一次定位；当电流定位为一次定位时，定位电流对电机转子的极性及其与定子磁场的相对位置进行定位，同时对电机进行充磁。
进一步地，当电流定位为至少两次定位时，第一次定位电流对电机转子的极性及其与定子磁场的相对位置进行定位，其余定位电流对电机进行充磁。
进一步地，第一次定位电流小于后续几次定位电流，保证电机饱和状态下启动，减少初始状态的检测过程。
电机能够正常运行，需要满足基础理论电压公式：
Figure BDA0002299601810000061
ω为电机角速度，对应电机运行频率；U为电机运行端电压有效值；E为对应不同ω电机感应电势即反电势，全文中提到的反电势单位为V/krpm(伏每千转)；U0为控制器可输出的最大电压。
从公式可以看出，反电势的设计受到控制器电压、设计最高运行频率及电机本体结构电感Ld、Lq的影响。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种电机，其特征在于，包括：定子铁芯、转子铁芯(3)和转轴(4)；所述转子铁芯(3)固定于所述转轴(4)上；所述转子铁芯(3)沿周向形成多个磁极，每个所述磁极包括第一永磁体(1)和第二永磁体(2)；所述定子铁芯上设置有至少两组定子绕组；所述第一永磁体(1)的矫顽力低于所述第二永磁体(2)的矫顽力；至少两组所述定子绕组之间的连接方式可切换为星型或三角形型；所述电机采用定位电流进行电机充磁。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述磁极设置有多个，各磁极包括两个第一永磁体(1)和两个第二永磁体(2)，两个所述第一永磁体(1)关于电机d轴对称，两个所述第二永磁体(2)关于电机d轴对称；同一磁极内，所述第二永磁体(2)相对于所述第一永磁体(1)靠近电机d轴设置。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，位于同一磁极的两个所述第二永磁体(2)形成V形结构；所述V形结构的顶点位于电机d轴上，且V形结构的尖端靠近电机外圆设置。
4.一种如权利要求1至3中任一项电机的控制方法，其特征在于，所述电机控制方法包括：
采用定位电流对电机进行充磁；
获取所述电机的频率；
根据所述电机的频率调整电机磁通；
所述调整电机磁通的方法包括：通过对第一永磁体(1)进行充退磁和/或切换绕组之间的连接方式进行调整磁通。
5.根据权利要求5所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述电机的频率调整电机磁通的方法包括如下步骤：
当电机低频运行时，控制至少两组定子绕组之间星型连接；并通入电流进行充磁，使得电机在anV的反电势中运行；
当电机的频率升高时，对所述第一永磁体(1)进行退磁，使得所述反电势变为aV；
当电机的频率继续升高时，对所述第一永磁体(1)进行充磁至anV，再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式，之后对第一永磁体进行退磁，调整反电势至nV；
当电机的频率继续升高，调整反电势至V；其中绕组切换带来的反电势倍数为a倍，变磁通可调磁倍数为n倍；a>n；整个电机状态中最小反电势为V；其中在反电势为V时，绕组匝数最少，电机处于全退磁状态。
6.根据权利要求5所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述电机的频率调整电机磁通的方法包括如下步骤：
当电机低频运行时，控制至少两组定子绕组之间星型连接；并通入电流进行充磁，使得电机在反电势为anV中运行；
当电机的频率升高时，对所述第一永磁体(1)进行退磁，使得所述反电势变为nV；
当电机的频率继续升高时，对所述第一永磁体(1)进行充磁，再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式，使得反电势变为nV；
当电机的频率继续升高，调整反电势至aV；
再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式，再充磁至反电势变为aV；
当电机的频率继续升高，调整反电势至V；其中绕组切换带来的反电势倍数为a倍，变磁通可调磁倍数为n倍；a<n；整个电机状态中最小反电势为V；其中在反电势为V时，绕组匝数最少，电机处于全退磁状态。
7.根据权利要求5所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述电机的频率调整电机磁通的方法包括如下步骤：
当电机低频运行时，控制至少两组定子绕组之间星型连接；并通入电流进行充磁，使得电机在反电势为anV中运行；
当电机的频率升高时，对所述第一永磁体(1)进行退磁，使得所述反电势变为nV；
当电机的频率继续升高时，对所述第一永磁体(1)进行充磁，再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式，使得反电势变为nV；
当电机的频率继续升高至反电势运行到反电势变为aV；充磁至反电势变为aaV，再控制至少两组定子绕组之间切换为三角形连接方式使得反电势变为aV；
当电机的频率继续升高，调整反电势至V；其中绕组切换带来的反电势倍数为a倍，变磁通可调磁倍数为n倍；a<n；整个电机状态中最小反电势为V；其中在反电势为V时，绕组匝数最少，电机处于全退磁状态。
8.根据权利要求4所述的电机控制方法，其特征在于，所述定位电流对电机充磁的同时还对电机转子的极性及其与定子磁场的相对位置进行电流定位。
9.根据权利要求8所述的电机控制方法，其特征在于，所述电流定位包括至少一次定位；当所述电流定位为一次定位时，所述定位电流对，同时对电机进行充磁。
10.根据权利要求9所述的电机控制方法，其特征在于，当所述电流定位为至少两次定位时，第一次定位电流对电机转子的极性及其与定子磁场的相对位置进行定位，其余定位电流对电机进行充磁。
11.根据权利要求10所述的电机控制方法，其特征在于，所述第一次定位电流小于后续几次定位电流。
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