交流伺服永磁电动机和无刷直流永磁电动机现在越来越多地用变频电源和交流电动机组成交流调速系统来替代直流电动机调速系统。在交流电动机中,永磁同步电机的转速在稳定运行时与电源频率保持恒定的关系,使得它可直接用于开环的变频调速系统。这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动,在转子上可以不设置起动绕组,而且省去了电刷和换向器,维护方便。
变频器供电的永磁同步电动机加上转子位置闭环控制系统构成自同步永磁电动机,既具有电励磁直流电动机的优异调速性能,又实现了无刷化,主要应用于高控制精度和高可靠性的场合,如航空、航天、数控机床、加工中心、机器人、电动汽车、计算机外围设备等。
现已研制成宽调速范围、高恒功率调速比的钕铁硼永磁同步电动机和驱动系统,调速比高达1:22 500,极限转速达到9 000 r/min。永磁同步电动机***、小振动、低噪声、高转矩密度的特点在电动车、机床等驱动装置中是理想的电动机。
随着人民生活水平的不断提高,对家用电器的要求越来越高。例如家用空调器,既是耗电大件,又是噪声的主要来源,其发展趋势是使用能无级调速的永磁无刷直流电动机。它既能根据室温的变化,自动调整到适宜的转速下长时间运转,减少噪声和振动,使人的感觉更为舒适,还比不调速的空调器节电1/3。其他如电冰箱、洗衣机、除尘器、风扇等也在逐步改用无刷直流电动机。
低压永磁同步电机设计过程涉及一些基本考虑因素,对于启动器,应用环境的要求,什么时候需要什么扭矩和速度,多久需要一次?什么是工作循环?温度和压力等环境条件是什么?即使是***的电机,如果电机应用错误的领域,其不会发挥大的效率。许多电动机都用于齿轮电动机、齿轮减速器和电动机的组合。齿轮马达以低速提供高扭矩,简言之,齿轮电机在放大扭矩的同时,会吸收电机功率并降低转速,齿轮电机占空比会影响电机的性能额定值,例如连续的占空比。
稀土与铁氧体(陶瓷)磁体的选择
电机中使用了钕、稀土、钐钴磁铁或铁氧体(陶瓷)磁铁,稀土磁铁的强度是铁氧体或陶瓷永磁体的两到三倍,但价格较贵。钐钴磁铁是高温应用的佳选择,因为它们具有高能量密度、250至550°C的耐温性、温度升高导致的参数小幅度降低以及氧化保护,选择钐钴或钕作为电机磁铁是根据工作温度、耐腐蚀性和要求的性能。如果加热到80℃以上,低等级的钕磁铁可能开始失去“强度”,高等级的钕磁铁在220℃以下的温度下工作。铁氧体或陶瓷磁铁由于其很强的电阻而得到广泛的认可,退磁性好,耐腐蚀性强,吉安永磁同步电机,价格低廉。在250°C以上的温度下工作时会发生磁损耗,但当磁铁降到较低的温度时会***磁损耗。除非电路设计用于极端情况,否则-40°C的低温可能会导致永磁强度的永损失。
老外在高速车用电机开发上确实是走在了我们前面,他们的转子结构值得借鉴。
丰田公司发展出了Prius系列 Camry系列等多种车用永磁同步电机,可谓是该行业的者。我们分析他们产品的年代序列,发现了转速有逐步高的趋势,相应的转子结构也有更替。
他们的经验可以看出,就高速的结构强度而言:
一字型不如V字型结构(2003VS2004),这是因为一字的极弧系数大于V字,转子上轭部(产生离心力的部分)的面积更大,离心力更大,而且一字型的磁桥部位承受的弯矩更大。
无中间磁桥的V字不如有中间磁桥的V字(2004 vs2010),这是因为中部的磁桥,起到了分流离心应力的作用。从丰田的经验我们可以学习到,磁桥的设置非常关键,交流永磁同步电机,增加磁桥的数目和宽度能够提高强度。
BMW
BMW的i系列汽车业采用永磁同步电机,他们走的是磁阻永磁混合转矩的路线。其转子结构非常复杂,也能承受高转速, 较丰田prius,永磁同步电机厂家,BMW增设了更多的磁桥,他们有两层磁钢,每一层的磁钢有中间、两端四个磁桥。
从BMW的结构,我们学习到两个分流离心力的方法:
.增加更多的磁桥来分流应力,中间磁桥的承担能力强于两端磁桥
.分设多层磁钢,减小每一层的压力,永磁同步电机设计,***外侧的磁钢,离心力越大,因此应该设计的小。
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