专利名称：：恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机，属于电机
技术领域：
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背景技术：
：交流感应电机已广泛用于供热、通风和空调系统，即HVAC场合。交流感应电机风机也越来越广泛用于恒风量控制。通常交流感应电机风机恒风量控制采用两种方式(1)交流感应电机风机转速不变，随着环境、灰尘等负载的变化，风机送风系统控制采用通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节、保持恒风量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中，控制调风阀门的开度来实现送风量的控制，不管需要的风量是大是小，风机则都是以设计时的最高转速运行，存在严重的资源浪费。由于使用调节阀门开度来实现变风量的控制，这种调节方式既不方便，又浪费大量的电能，很容易造成阀门及风机的损坏。调节精度不高，阀门调节容易引起故障，造成维护成本增加，系统不稳定。(2)感应电机风机交流变频调速，随着环境、灰尘等负载的变化，调节风机转速，转速由变频器控制。变频器接受控制器的信号对风机进行速度控制，控制器综合给定信号与反馈信号后，经模糊控制算法调节，向变频器输出运转频率指令，调节风机转速，实现恒风量控制。当交流变频调速风机转速从n变到n'，风量Q、风压H及轴功率P的变化关系Q'=Q(n'/n);H'=H(n'/n)2;P'=P(n'/n)3。由上式可以看出，风机的风量与风机的转速成正比，风压与转速的平方成正比，风机的轴功率等于风量与风压的乘积，即风机的轴功率与风机电机转速的三次方成正比。所以，当负载减小时，可调节变频器输出频率使电动机转速n按比例降低来保持风量Q恒定，这时，电动机的功率p将按三次方关系大幅度地降低，比调节挡板、阀门节能40%50%，从而达到节电的目的。交流变频采用了交流感应电机，其工作原理为定子产生旋转磁场，转子在定子旋转磁场作用下感应电流产生感应磁场，经定子磁场与转子磁场相互作用使转子旋转。交流变频运转的基础是电机定子与转子的电磁感应，电机运转的同时也带来了电磁感应噪音与转子损耗等缺点；同时，交流感应电机风机，体积、重量大、响应慢，采用鼠笼式转子，损耗、噪音大，效率低。交流变频中逆变器的输出电压方式一般采用是不等宽度PWM(脉冲宽度调制-PulseWidthModulation)调制方式，而直流变频中逆变器的输出电压方式一般采用是等宽度PWM调制方式，转矩大、灵敏度高，省电高达18%20%。永磁直流无刷电机(BLM)有很多优点，但电枢励磁为"非圆形跳跃式"的旋转磁场，存在较大的转矩波动，同时目前恒风量控制用永磁无刷电机存在机械特性差、启动转矩小，过载能力低，线性度差、响应慢和调速范围窄等缺陷，影响电机平稳低噪运行，难以实现产业化。高性能恒风量控制用永磁直流无刷电机风机，必须在直流变频调速运行中，使转矩波动小、噪声低、过载能力强和响应快。
发明内容本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机。本发明的目的通过以下技术方案来实现恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机，包括机壳、机壳内的定子和转子，所述定子包括固定在机壳内壁的定子铁芯和定子绕组，机壳兼作定子导磁磁轭，其特征在于所述转子包括主轴和转子铁芯，转子铁芯外圆周方向均匀固定有径向磁化磁钢与切向磁化磁钢混合组成的转子磁极，径向磁化磁钢为主磁极，相邻主磁极之间设置的切向磁化磁钢为侧磁极；或者，转子铁芯内圆周方向均匀镶有内置式径向磁化矩形条状磁钢为主磁极，相邻主磁极之间设置切向磁化磁钢为侧磁极，内置式径向磁化矩形条状磁钢、切向磁化磁钢和极靴组成转子磁极。侧磁极的存在，不但顶掉了相邻主磁极之间的漏磁通，并使漏磁通变为主磁通，而且自身还产生主磁通，快速响应的提高与定转子间气隙磁通密度的增加成正比，通过径向和切向两路聚磁，显著增加气隙磁通密度，电机的机械时间常数与气隙磁通密度平方成反比，而加速度与气隙磁通密度成正比，从而大幅度减少了机械时间常数和提高了快速响应。通过高磁密磁路设计大幅度提高电机定转子间的气隙磁密，从而显著、有效地提高电机效率和出力，使电机高功率、高转矩、快响应的平稳运行。进一步地，上述的恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机，转子铁芯外圆周方向均匀固定径向磁化磁钢为主磁极，主磁极外圆为非同心弧形曲面；或者，转子铁芯内圆周方向均匀镶有内置式径向磁化矩形条状磁钢为主磁极，相邻主磁极之间设置切向磁化磁钢为侧磁极，内置式径向磁化矩形条状磁钢、切向磁化磁钢和极靴组成转子磁极，极靴外圆为非同心弧形曲面。主磁极中央气隙小，向两边逐渐变大，使定转子间形成不均匀对称径向气隙，使电机具有聚磁，改善气隙磁场波形、降低转矩波动和噪音等特点。更进一步地，上述的恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机，转子铁芯外圆周方向均匀固定有径向磁化磁钢与切向磁化磁钢混合组成的转子磁极，呈斜磁极磁路结构，可降低转矩波动和噪音，使电机综合品质提高。更进一歩地，上述的恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机，转子铁芯内圆周方向均匀镶有内置式径向磁化矩形条状磁钢为主磁极，相邻主磁极之间设置切向磁化磁钢为侧磁极，内置式径向磁化矩形条状磁钢、5切向磁化磁钢和极靴组成转子磁极，磁极间设置隔磁磁桥。通过径向和切向磁钢两路磁通挤向极靴，有良好的聚磁效应，显著增加气隙磁通密度，提高出力和快速响应。同时，内置式磁钢转子为典型的凸极结构，凸极效应(凸极率)显著，可增加磁阻转矩和输出转矩，减少转矩波动，改善起动特性，便于弱磁扩速和恒功率调速。内置式径向磁钢和极靴组成的磁极，极间导磁极靴漏磁较大，因此，磁极间设置隔磁磁桥，保证隔磁磁桥截面处磁路高度饱和，导磁系数减小，减少磁桥处分流磁通，减少漏磁，增加有效磁通，提高出力。再进一步地，上述的恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机，定子采用分数槽绕组，槽数Q与极数P的关系为Q=2P±1或Q=2P±2。采用槽数Q近似等于极数2P，满足绕组对称条件，保证各相转矩对称，有效地减小自定位转矩。当电机转子磁极一定时，采用分数槽，使磁极数与槽数的最小公倍数提高，相当于提高齿槽转矩波动的基波频率，减小齿槽基波和高次谐波转矩幅值，有效地降低电机齿槽引起的转矩波动和噪音，使电机能高效、低噪和快响应的平稳运行。本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在①出力高。电机的输出功率和输出转矩与定转子间气隙磁密成正比，采用径向与切向磁化磁钢混合组成的磁极，不但减少了相邻极向的漏磁通，而且大幅度提高了主磁通，使气隙磁密增加，大大提高出力、功率重量比、功率体积比和效率；②动态响应快。通过径向和切向两路聚磁，显著增加气隙磁通密度，电机的机械时间常数与气隙磁通密度平方成反比，而加速度与气隙磁通密度成正比，从而大幅度减少机械时间常数，提高了快速响应，有利于调速运行和频繁启动；③转矩波动小。永磁转子磁极或极靴为非同心弧形曲面形成不均匀对称气隙，改善气隙磁场波形，呈现正弦波的气隙磁通密度，降低转矩波动和噪音；电机定子采用分数槽绕组，齿槽的合理配置，提高齿槽转矩波动的基波频率，减小齿槽基波和高次谐波转矩幅值，有效地降低电机齿槽引起的转矩波动和噪音，使电机宽调速运行；永磁转子为斜磁极磁路结构，降低转矩波动和噪音；高效节能、噪音低。永磁励磁，转子无励磁线圈，不需通电流，高效节能；风机的轴功率与风机电机转速的三次方成正比，随着环境、灰尘等负载的变化，风机转速下降时，电动机的功率迅速降低，如果转速下降到80%时，则轴功率下降到额定的51%，节能、电潜力大；采用直流变频的永磁直流无刷电机风机，不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，克服了交流变频的电磁噪音与转子损耗，比交流变频效率更高，高10%30%，噪音更低，低5分贝10分贝；直流变频中逆变器的输出电压方式采用等宽度PWM调制方式，转矩大、灵敏度高，省电高达18%20%;⑤小型轻量化，通过径向和切向两路聚磁，显著增加气隙磁通密度B(磁负荷)，电磁功率、转速、电负荷一定时，电机主要尺寸D2L(D定子内径、L铁心长度)与B成反比，B增加，则材料更省，体积更小、重量更轻。下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明图h本发明恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机剖面图2:带径向与切向磁化磁钢组合磁极的永磁转子(表面贴装式，均匀气隙)的剖面图3:带径向与切向磁化磁钢组合磁极的永磁转子(表面贴装式，不均匀气隙)的剖面图4:带径向与切向磁化磁钢组合磁极的永磁转子(内置式，不均匀气隙)的剖面7图5:带径向与切向磁化磁钢组合斜磁极的永磁转子;图6:带分数槽绕组的永磁直流无刷电机剖面图。图中各附图标记的含义见下表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>具体实施例方式本发明采用直流变频的永磁直流无刷电机风机，其工作原理为定子产生旋转磁场与转子永磁磁场直接作用，使电机运转，可通过改变直流电压来调节电机的转速。图1所示，一种恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机，包括机壳ll、机壳内的定子12和转子，定子包括固定在机壳内壁的定子铁芯和定子绕组，机壳兼作定子导磁磁轭。带径向与切向磁化磁钢混合组合磁极的永磁转子，如图2、3、4所示永磁转子包括主轴l、转子铁芯2和转子铁芯外圆周方向均匀固定有径向与切向磁化磁钢混合组成的磁极，即径向磁化磁钢为主磁极3，相邻主磁极之间设置的切向磁化磁钢为侧磁极4。或者转子铁芯内圆周方向均匀镶有内置式径向磁化矩形条状磁钢与切向磁化磁钢混合组成的磁极，即内置式径向磁化矩形条状磁钢为主磁极3，相邻主磁极之间设置的切向磁化磁钢为侧磁极4。侧磁极4的存在，不但顶掉了相邻主磁极3之间的漏磁通，并使漏磁通变为主磁通，而且自身还产生主磁通，快速响应的提高与定转子间气隙磁通密度的增加成正比，通过径向和切向两路聚磁，显著增加气隙磁通密度，电机的机械时间常数与气隙磁通密度平方成反比，而加速度与气隙磁通密度成正比，从而大幅度减少机械时间常数，提高快速响应。通过这样的高磁密磁路设计大幅度提高电机定转子间的气隙磁密，从而显著、有效地提高电机效率和出力，使电机能高功率、高转矩、快响应的平稳运行。图2为表面贴装式永磁转子，转子铁芯外圆周方向均匀固定有径向磁化磁钢与切向磁化磁钢混合组成的转子磁极，径向磁化磁钢为主磁极3，相邻主磁极之间设置的切向磁化磁钢为侧磁极4;主磁极3表面是均匀气隙。图3为表面贴装式永磁转子，主磁极3外圆为非同心弧形曲面，非同心弧形曲面形成不均匀气隙5。图4为内置式永磁转子，转子铁芯内圆周方向均匀镶有内置式径向磁化矩形条状磁钢为主磁极3，相邻主磁极之间设置切向磁化磁钢为侧磁极4，主磁极3、侧磁极4和极靴6组成转子磁极，极靴6外圆为非同心弧形曲面，非同心弧形曲面形成不均匀气隙5，极靴6有效防止电枢反应引起磁钢去磁危险。永磁转子不均匀对称气隙5，可改善气隙磁场波形，呈现正弦波的气隙磁通密度，降低转矩波动和噪音。此外，图4内置式磁钢转子为典型的凸极结构，凸极效应(凸极率)显著，可增加磁阻转矩和输出转矩，减少转矩波动，改善起动特性，便于弱磁扩速和恒功率调速。内置式径向磁钢3和极靴6组成的磁极，极间导磁极靴漏磁较大，因此，磁极间设置隔磁磁桥，保证隔磁磁桥截面处磁路高度饱和，导磁系数减小，减少磁桥处分流磁通，减少漏磁，增加有效磁通，提高出力。图5所示，永磁转子包括主轴l、转子铁芯2和转子铁芯2外圆周方向均匀固定有径向与切向磁化磁钢混合组成的磁极，即径向磁化磁钢为主磁极3，相邻主磁极之间放置的切向磁化磁钢为侧磁极4，永磁转子为斜磁极磁路结构，可以降低转矩波动和噪音，提高电机综合品质。如图6所示带分数槽绕组的永磁直流无刷电机，定子包括定子轭7、定子槽8、定子齿9，转子包括主轴l、转子铁心2、主磁极3、侧磁极4和线圈10。齿槽转矩产生的振动和噪音，直接影响恒风量控制用电机的性能，为此，本发明电机定子采用分数槽绕组，采用槽数Q近似等于极数2P，极数和槽数配合为Q=2P±1或Q=2P±2，满足绕组对称条件，保证各相转矩对称，有效地减小自定位转矩。当电机转子磁极一定时，采用分数槽，使磁极数与槽数的最小公倍数提高，提高齿槽转矩波动的基波频率，减小齿槽基波和高次谐波转矩幅值，有效地降低电机齿槽引起的转矩波动和噪音，使电机能高效、低噪和快响应的平稳运行。采用直流变频的永磁直流无刷电机风机与采用交流变频的感应电机风机相比1)不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，克服了交流变频的电磁噪音与转子损耗，比交流变频效率更高(高10%30%)，噪音更低(低5分贝10分贝)；2)直流变频把工频交流电转换为直流电源，并送至功率模块，模块受微电脑送来的控制信号控制(微电脑随时收集室内环境的有关信息与内部的设定值比较，经运算处理输出控制信号)，模块输出受控的直流电源(无逆变环节)送至风机的永磁直流无刷电机，控制风机的排风量，因此直流变频更省电，噪声更小；3)交流变频中逆变器的输出电压方式一般采用是不等宽度PWM调制方式，而直流变频中逆变器的输出电压方式一般采用是等宽度PWM调制方式，转矩大、灵敏度高，省电高达18%20%。综上所述，本发明电机恒风量控制采用直流变频PWM调速，通过采用径向和切向两路混合聚磁，显著增加气隙磁密，大幅度减少机械时间常数，提高快速响应，实现电机小型轻量化；表面贴装式或内置式永磁转子主磁极或极靴外圆为非同心弧形曲面，形成不均匀对称径向气隙，具有聚磁、改善气隙磁场波形、降低转矩波动、抑制静态和动态电枢反应和提高过载能力的特点，使电机高效、低噪和快响应的平稳运行；磁极间设置隔磁磁桥，保证隔磁磁桥截面处磁路高度饱和，导磁系数减小，减少磁桥处10分流磁通，减少漏磁，增加有效磁通，提高出力；转子为斜磁极磁路结构，降低转矩波动和噪音，使电机综合品质提高；槽数近似等于极数的配合，减小自定位转矩，提高齿槽转矩波动的基波频率，减小齿槽基波和高次谐波转矩幅值，有效地降低电机齿槽引起的转矩波动和噪音。从而显著有效地提高电机的综合功能，高性能进行恒风量控制，使电机高效节能、低波动、低噪、频繁启动和快响应的平稳运行，满意实现电机小型轻量化。以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。权利要求1.恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机，包括机壳、机壳内的定子和转子，所述定子包括固定在机壳内壁的定子铁芯和定子绕组，机壳兼作定子导磁磁轭，其特征在于所述转子包括主轴和转子铁芯，转子铁芯外圆周方向均匀固定有径向磁化磁钢与切向磁化磁钢混合组成的转子磁极，径向磁化磁钢为主磁极，相邻主磁极之间设置的切向磁化磁钢为侧磁极；或者，转子铁芯内圆周方向均匀镶有内置式径向磁化矩形条状磁钢为主磁极，相邻主磁极之间设置切向磁化磁钢为侧磁极，内置式径向磁化矩形条状磁钢、切向磁化磁钢和极靴组成转子磁极。2.根据权利要求1所述的恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机，其特征在于转子铁芯外圆周方向均匀固定径向磁化磁钢为主磁极，主磁极外圆为非同心弧形曲面。3.根据权利要求1所述的恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机，其特征在于转子铁芯外圆周方向均匀固定有径向磁化磁钢与切向磁化磁钢混合组成的转子磁极，呈斜磁极磁路结构。4.根据权利要求1所述的恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机，其特征在于内置式径向磁化矩形条状磁钢、切向磁化磁钢和极靴组成转子磁极，极靴外圆为非同心弧形曲面。5.根据权利要求1所述的恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机，其特征在于内置式径向磁化矩形条状磁钢、切向磁化磁钢和极靴组成转子磁极，磁极间设置隔磁磁桥。6.根据权利要求1所述的恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机，其特征在于:定子采用分数槽绕组，槽数Q与极数P的关系为Q=2P±1或者Q-2P土2。全文摘要本发明提供一种恒风量控制用低噪快响应永磁直流无刷电机，包括机壳、机壳内的定子和转子，定子包括固定在机壳内壁的定子铁芯和定子绕组，转子包括主轴和转子铁芯，转子铁芯外圆周方向均匀固定有径向磁化磁钢与切向磁化磁钢混合组成的转子磁极，径向磁化磁钢为主磁极，相邻主磁极之间设置的切向磁化磁钢为侧磁极；或者，转子铁芯内圆周方向均匀镶有内置式径向磁化矩形条状磁钢为主磁极，相邻主磁极之间设置切向磁化磁钢为侧磁极。本发明通过径向和切向两路聚磁，显著增加气隙磁密，大幅度减少机械时间常数，提高快速响应，从而高性能进行恒风量控制，使电机高效节能、低波动、低噪、频繁启动和快响应平稳运行，并可实现电机小型轻量化。文档编号H02K29/00GK101459370SQ200710191729公开日2009年6月17日申请日期2007年12月14日优先权日2007年12月14日发明者林德芳,岗胡,陈文英申请人:苏州工业园区和鑫电器有限公司