高速比永磁体电机制造技术

本发明专利技术提供一种具有高速度比的永磁体电机，其可以排除对于永磁体电机中的齿轮箱或多个绕组的需要。因而可以省略齿轮箱或多绕组配置定子。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请是主张保护在2015年1月5日提交的美国临时申请号62/099,812的优先权的非临时申请。
本公开大体而言涉及电动机，并且具体而言涉及交流永磁体电动机。
技术介绍
交流电流(AC)电动机依靠通过定子内的感应绕组的交流电流来造成转子的旋转。所谓的三相交流电机包括绕定子在径向定位的三个匹配的绕组集合。通过向绕组集合中每一个供应正弦交流电力使得每个集合接收以120°偏移的交流电流，能在转子旋转时赋予大致持续的扭矩。不同于有刷直流电机，交流电机的输出速度由发送至定子绕组的电流的频率而加以控制。为了控制输出扭矩和因此速度，可以使用变频驱动器(VFD)来改变馈送到交流电机的电流。因为定子绕组的感抗与施加到绕组的频率成比例，则必需有所增加的电压来维持绕组内相对恒定的电流，和因此相对恒定的输出扭矩直到电机的额定速度。额定速度大体上对应于额定电压(通常等于VFD的供电电压)。超过额定速度，交流电机的速度可以通过场弱化而增加，如在下文中所讨论。此控制算法通常被称作伏特/赫兹或V/Hz控制。在某些电动机中，转子和定子都包括线圈。在这样的感应电机中，由定子线圈所感应的磁场在转子线圈内感应了电流，由于楞次定律，感应的电流在转子上造成合成扭矩，因而造成旋转。在永磁体电机中，另一方面，转子包括一个或多个永磁体。试图与由定子中的线圈所感应的磁场对准的永磁体在转子上造成了合成扭矩。通过>改变磁场的取向，因而可以导致转子旋转。在高扭矩永磁体电机中，诸如内转子永磁体电机中，多个永磁体可以定位于转子的外部上。VFD通常使用两种控制方法之一。在伏特/赫兹控制方案中，通过以特定频率和电压向定子绕组供应交流电力，VFD改变电机的输出速度。对于给定的所希望扭矩，电压通过所谓的“电压与频率”或“伏特/赫兹”比例而与频率成比例地相关。如在本领域中所理解的，电动机的阻抗包括静态阻抗和反向电动势或反电动势。静态阻抗由绕组布置和电机构造而确定。在永磁体电机中，通过永磁体的旋转磁场在电机绕组中所感应的电流形成反电动势。因此，当电机停止时，反电动势可忽略。随着电机速度增加，反电动势同样增加，需要向电机施加额外驱动电压以便维持充分的电流通过电机绕组。在传统上，根据伏特/赫兹比例施加驱动电压，在正常操作范围，伏特/赫兹比例通常是恒定的。在这整个正常操作范围，电流保持与转子同相。在特定速度，反电动势电压达到或超过电机驱动器的输出电压能力，在这点，修改供应到电机的电流相位以便在永磁体电机中将负极性通量注入到永磁体中，有效地减小了它们的磁场和因此反电动势。通过使用闭环反馈，使用伏特/赫兹的VFD能在变化的条件下保持电机速度。这种伏特/赫兹的简单形式可以不允许进行准确扭矩控制。随着低成本、高速度微处理器技术的快速进步，利用所谓的向量控制或场定向控制(FOC)模型的VFD已经投入使用。在FOC中，在旋转参考系中，供应到交流电机相位的电流被分解成作用于转子上的扭矩和通量分量。因此，这些分量中的每一个可以受到独立控制。供应到电机相位的电流经测量或导出并且变换为扭矩通量空间(利用例如Clarke/Park变换)，可以创建闭环反馈模型以持续地控制这些分量中每一个。处理器然后将扭矩和通量分量变换回三相电流。三相电流被馈送到三相逆变器，三相逆变器向电机中的每个绕组集合输出脉冲宽度调制信号。在任何交流电机中，甚至在FOC下，随着永磁体电机速度增加，由固定磁场(EMF)生成的电压成比例地增加。以特定速度，由电机生成的电压超过由控制着电机的驱动器可产生的最大电压。如果希望高于这个速度操作，则必需修改施加到电机上的电流向量以维持所希望的扭矩，并且控制所述电机的终端电压到小于最大驱动输出电压的值。在这个速度范围中的控制被称作“场弱化控制”。随着电机速度增加，当场弱化时可用扭矩减小。在某些速度，可用扭矩将不足以持续电机的操作。在电机的这个最大速度与额定或基础速度即基本速度之间的比例被称作速度比。通常，永磁体电机可以实现3:1的速度比，感应电机可以实现5:1的比例，但典型电动机可以实现介于2:1与3:1之间的速度比。
技术实现思路
本公开提供一种用于操作一件由旋转动力加以驱动的设备的方法。该方法可包括：将永磁体交流电机联接到该件设备的轴上。所述轴可以适于直接由永磁体交流电机旋转。永磁体交流电机可以包括定子和转子。转子可包括定位于其上的永磁体。该方法可包括：将交流电流供应到定子。该方法可包括使所述轴旋转。该方法可包括在由永磁体所形成的磁通量的相反方向上注入直流电流并且弱化永磁体的磁场。该方法可包括：基于永磁体交流电机的速度比而将永磁体交流电机的速度增加到最大速度，速度比被定义为在最大速度与额定速度之间的比例，额定速度对应于永磁体交流电机的额定电压。附图说明当借助于附图进行阅读时，从下文的详细描述，最好地理解本公开。应当强调的是根据行业中的标准做法，各种特点未按照比例绘制。实际上，为了讨论的清楚，各种特征的尺寸可任意增加或减小。图1描绘了受VFD控制的三相永磁体交流电机的框图。图2描绘了与本公开的实施例一致的永磁体交流电机的截面视图。具体实施方式应了解下文的公开提供了许多不同实施例，或示例，用于实施各种实施例的不同特征。在下文中描述了部件和布置的具体示例以简化本公开。当然，这些只是示例并且并非预期是进行限制。此外，本公开可以在各种示例中重复使用附图标记数字和/或字母。这些重复只是为了简化和清楚目的，并且本身并不决定在所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。图1描绘了由VFD20加以控制的三相交流电机10的框图。VFD20可以被定位成用以响应于输入参数22而向交流电机10的定子绕组(未图示)输出三相交流电。输入参数22是扭矩需求、速度需求和最大驱动电压中的至少一个。在永磁体电机的情况下，由如下的模型电压方程式来定义电流、通量、电压与速度的相互作用：v‾s-Rs.i‾s+ls.i·‾s+jω0ls.i‾s+φ·‾r+jω0.φ‾r,]]>其中vs是定子电压向量，Rs是定子电阻，is是定子电流向量，ls是定子漏电感，φr是总转子通量向量，并且ω0是由下式给出的同步频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作一件由旋转动力驱动的设备的方法，其包括：将永磁体交流电机联接到该件设备的轴，所述轴适于直接由所述永磁体交流电机旋转，所述永磁体交流电机包括定子和转子，所述转子具有定位于其上的永磁体；将交流电流供应到所述定子；使所述轴旋转；在由所述永磁体形成的磁通量的相反方向上注入直流电流并且弱化所述永磁体的磁场；以及基于所述永磁体交流电机的速度比将所述永磁体交流电机的速度增加到最大速度，所述速度比定义为所述最大速度与额定速度之间的比例，所述额定速度对应于所述永磁体交流电机的额定电压。

【技术特征摘要】
2015.01.05 US 62/099,812;2015.12.28 US 14/980,1931.一种用于操作一件由旋转动力驱动的设备的方法，其包括：
将永磁体交流电机联接到该件设备的轴，所述轴适于直接由所述永磁
体交流电机旋转，所述永磁体交流电机包括定子和转子，所述转子具有定
位于其上的永磁体；
将交流电流供应到所述定子；
使所述轴旋转；
在由所述永磁体形成的磁通量的相反方向上注入直流电流并且弱化
所述永磁体的磁场；以及
基于所述永磁体交流电机的速度比将所述永磁体交流电机的速度增
加到最大速度，所述速度比定义为所述最大速度与额定速度之间的比例，
所述额定速度对应于所述永磁体交流电机的额定电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述速度比介于2:1与20:1之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述速度比介于6:1与15:1之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述速度比介于8:1与12:1之间。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述速度比大致为10:1。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，永磁体交流电机包括：定子，其
具有一个或多个绕组；以及，转子，所述转子具有固定于其上的一个或多
个永磁体并且适于响应于由所述定子的所述绕组感应的旋转电场而旋转。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述转子与所述定子之间的距
离限定空气间隙，在所述转子中的所述永磁体电机的布置限定永磁体布
置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：比特·库特尔，布莱恩·埃利斯，
申请(专利权)人：坎里格钻探技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US