專利名稱：一種轉子位置特征顯著的永磁電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種新型拓撲結構的永磁電機，適用于電氣工程的電機領域尤其涉及永磁電機的無位置傳感器控制。
背景技術：
傳統(tǒng)的永磁電機控制方法中通過位置傳感器來直接檢測電機轉子的位置。但位置傳感器的使用使得系統(tǒng)體積増大、成本増加、可靠性降低。因此，永磁電機無位置傳感器的控制技術成為目前研究的熱點之一。無位置傳感器控制策略通過檢測三相繞組中的相關變 量來估算出轉子的位置和速度，可實現(xiàn)電機的控制。目前，永磁電機無位置傳感器的控制大多是通過檢測基波反電動勢來獲得轉子的位置信息。該方法原理簡單、實施方便，但在低速或靜止狀態(tài)時因反電動勢幅值較小或者為零因而無法檢測，因此該方法只適用于電機處于高速運行狀態(tài)。在靜止和低速狀態(tài)下，可利用電機的凸極效應即電感隨轉子位置變化而變化的特性，通過檢測徑向氣隙磁場強度不同帶來的繞組電感差異來判斷轉子的位置。在電機控制中，有文獻提出在電機控制驅動間隙通過功率驅動電路施加高頻檢測信號，根據(jù)繞組反饋比較各項繞組電感差異，進而估計轉子位置。這種高頻信號注入法能夠有效判斷靜止和低速狀態(tài)下永磁電機轉子位置，不過由于永磁體磁阻大，永磁電機，特別是常用的表貼式永磁電機電感差異小，檢測信號信噪比低，算法實現(xiàn)困難。通過提高檢測信號的頻率雖然可以放大繞組電感，但受集膚效應的影響，檢測信號過高時繞組電感也會減小。因此，需要對永磁電機的拓撲結構進行改進，使得高頻信號能夠通過氣隙磁場，増大高頻信號下的三相電感差異，進而確定轉子的位置。

發(fā)明內容
基于高頻信號注入法的永磁電機無位置傳感器控制中，通過提高檢測信號的頻率可以放大繞組感杭，不過受集膚效應影響，檢測頻率較高時繞組電感差異也會減小，使得轉子位置難以檢測。針對上述問題，本發(fā)明提出基于非對稱磁導率的永磁電機的新型拓撲結構，通過在轉子上非対稱的増加導磁條，増大高頻檢測信號下的電感差異和位置檢測信噪比，根據(jù)三相電感的變化可唯一的確定轉子的位置。本發(fā)明的技術方案如下—種轉子位置特征顯著的永磁電機,在其轉子上對稱分布有永磁體,在轉子上對稱排布有ー對或多對導磁條，稱之為副導磁條2,在姆對副導磁條2之間固定有一個導磁條，與副導磁條2相比，其附近磁導率増大的更為明顯，稱之為主導磁條3 ;主導磁條3和副導磁條2用于形成不對稱磁導率，増大三相電感隨轉子位置變化而變化的差異度。作為優(yōu)選實施方式，所述的永磁體為ー對或多對，為每對永磁體各建立ー個dq旋轉坐標系，在轉子表面上與姆對永磁體的d軸正方向和d軸負方向對應的位置處分別固定有ー個副導磁條2，在轉子表面上與每對永磁體的q軸正方向或與q軸負方向對應的位置處固定有ー個主導磁條3 ;所述的永磁體為偶數(shù)對，主導磁條3、副導磁條2在轉子上呈對稱放置，在放置后能夠保證電機轉子機械結構的対稱性。針對靜止和低速、大轉矩運行狀態(tài)下永磁電機轉子位置難檢測問題，高頻檢測信號分時和分頻復用可實現(xiàn)轉子位置的估算。但頻率較高時受集膚效應等影響，繞組電感的差異反而會減小，通過在轉子上増加導磁條，使得電機的磁導率非対稱，増大高頻檢測信號下各相電感差異和轉子位置特異性，降低轉子位置檢測的難度。通過合理設計導磁條對于電角度的非対稱性判斷轉子NS極朝向、削弱齒槽定位轉矩。通過合理設計電機極對數(shù)保證電機轉子機械結構對稱和動平衡。


圖I永磁電機的驅動電路圖，圖2基于非對稱磁導率的永磁電機基本結構(I對極)，圖3永磁電機轉子初始位置及磁勢圖，圖4永磁電機理想三相電感波形、開關信號與功率器件導通關系圖，圖5基于非對稱磁導率的永磁電機基本結構(2對極)。
具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發(fā)明做進ー步說明。永磁電機的驅動電路如圖I所示,永磁電機用虛線框的部分等效,采用三相星型連接，中點不引出。ud。為直流母線電壓，C為直流母線上的電解電容，VT1-VT6為六個功率開關器件(IgbtXVD1-VD6為六個反并聯(lián)續(xù)流ニ極管。永磁電機無位置傳感器的控制原理就是通過檢測轉子的位置得到觸發(fā)信號，依次觸發(fā)六個功率器件中的兩個導通，在繞組中建立旋轉的磁場，并使該磁場與轉子永磁體磁場成一定的角度，以產生電磁轉矩，驅動電機轉動。永磁電機無位置傳感器控制系統(tǒng)中，靜止和低速、大轉矩運行狀態(tài)下永磁電機轉子位置難以檢測。高頻信號注入法可以通過檢測三相電感的差異來得到轉子的準確位置。根據(jù)感抗的計算公式\=2 fL，當電感一定時，感抗會隨頻率的増大而增大(相應的感抗差異也會變大)。利用電壓傳感器測量永磁電機繞組相對于中性點的電壓幅值，再利用帶通濾波器濾波得到高頻電壓分量，高頻電壓分量與相電感值成正比，比較高頻電壓分量的大小即可得到電感的大小關系。但頻率較高時受集膚效應等影響繞組電感的差異反而會減小，從而使得檢測的難度増大，精確性也受影響。為了減少轉子位置檢測的難度，本發(fā)明在傳統(tǒng)永磁電機的轉子上增加主導磁條3和副導磁條2，増大高頻檢測信號下各相電感差異和轉子位置特異性，其結構如圖2所示。該圖為I對極非対稱磁導率永磁電機基本結構圖，電機采用集中式繞組形式，主要由包含電樞繞組的定子和帶有永磁體I的轉子組成。圖中兩個永磁體I對立放置在轉子上，通過在d軸正、負方向對應的轉子表面上對稱增加ー對副導磁條2，在q軸負方向對應的轉子表面上増加主導磁條3，顯著増大主導磁條3附近繞組高頻下電感，増大副導磁條2附近繞組高頻下電感，從而増大高頻檢測信號的特異性。根據(jù)電感的差異可得到轉子的位置，進而確定永磁電機的換相時間與換相順序。下面以I對極為例進行分析。當電機旋轉到圖3所示位置時定義為初始位置，即旋轉角0=0°。此時主導磁條3位于A相繞組中間，轉子永磁體I產生的磁勢^指向定子左側，且按逆時針方向旋轉。根據(jù)永磁電機三相六狀態(tài)120°工作原理，在一個電周期內，電機共有六個工作區(qū)間，每60°電角度換相一次。為了使轉子逆時針旋轉，定子電流產生的總磁勢匕應滯后轉子磁勢^120°電角度，初始位置時Fs可由a、b相定子電流產生的磁勢Fa和Fb合成，即定子電流的流向從a相流入b相流出，對應的開關管VT1JT6導通。當電機從初始位置開始逆時針旋轉60°電角度，S卩0=0° 60°時，由于主、副導磁條2的作用使得高頻檢測信號下三相電感差異為La > L。> Lb。此時Fs與Fr的夾角變?yōu)?0°，為了保證轉子繼續(xù)逆時針旋轉，F(xiàn)s的方向需要改變即需要換相，VT1關斷、VT5導通。轉子繼續(xù)逆時針旋轉60°電角度，SP 0=60° 120°時，三相電感差異變?yōu)長e> La > Lb，此時Fs與^的夾角又變?yōu)?0°，需要進行下一次換相即VT6關斷、VT4導通。以此類推，可得到六個工作區(qū)間內，電機轉子旋轉位置與三相電感差異、導通的功率器件對應，如表I所不。表I
權利要求
1.一種轉子位置特征顯著的永磁電機，在其轉子上對稱分布有永磁體，其特征在于，在轉子上對稱固定有ー對或多對導磁條，稱之為副導磁條，在每對副導磁條之間固定有ー個導磁條，與副導磁條相比，其附近磁導率増大的更為明顯，稱之為主導磁條；主導磁條和副導磁條用于形成不對稱磁導率，増大三相電感隨轉子位置變化而變化的差異度。
2.根據(jù)權利要求I所述的永磁電機，其特征在于，所述的永磁體為ー對或多對，為姆對永磁體各建立ー個dq旋轉坐標系,在轉子表面上與姆對永磁體的d軸正方向和d軸負方向對應的位置處分別固定有ー個副導磁條，在轉子表面上與每對永磁體的q軸正方向或與q軸負方向對應的位置處固定有一個主導磁條。
3.根據(jù)權利要求2所述的永磁電機，其特征在于，所述的永磁體為偶數(shù)對，主、副導磁條在轉子上呈對稱放置，在放置后能夠保證電機轉子機械結構的対稱性。
全文摘要
本發(fā)明屬于永磁電機技術領域，涉及一種轉子位置特征顯著的永磁電機，在其轉子上對稱分布有永磁體，在轉子上對稱固定有一對或多對導磁條，稱之為副導磁條，在每對副導磁條之間固定有一個導磁條，與副導磁條相比，其附近磁導率增大的更為明顯，稱之為主導磁條；主導磁條和副導磁條用于形成不對稱磁導率，增大三相電感隨轉子位置變化而變化的差異度。本發(fā)明的電機結構能夠增大高頻檢測信號下的電感差異和位置檢測信噪比，從而根據(jù)三相電感的變化可唯一的確定轉子的位置。
文檔編號H02K1/27GK102780373SQ20121023383
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權日2012年7月6日
發(fā)明者夏長亮, 耿秀杰, 陳煒 申請人:天津大學