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4壓縮機用電機的雀資?化
1970年01月01日 08:00 工控產業網

  電機(驅動系統)的高效化bookmark1龜田芳雄能家用電器。由于無刷直流電機主要是用于房間空調器用壓縮機。所以效率改進工作一直在進行。本文敘述了用于空調壓縮機的無刷直流電機的效率改進技術。

  鐵集中繞線1前畝這幾年。從針對地球溫室化課題等保護環境的觀點出發,對節能化的關注。要求越發高漲。成為了社會呼聲。由于電機的耗電大致占據了國內用電量的一半。所以。節能高效電機的研究開發。產品化的呼吁在各方面有增無減。

  特別是在空調器領域。大約從十年前開始。房間用空調器的節能競爭加劇。對于空調器中耗電高的壓縮機用電機。各公司通過安裝高效無刷直流電機實現了大幅度的節能。還有。從有限資源的有效運用這個觀點出發。盡量削減使用材料。力求小型化。2壓縮機用電機的概要安裝了高效無刷直流電機的壓縮機和驅動回路(變頻器)的簡圖如所示。電機安裝在壓縮機的密封殼體內。定子的電樞繞線各端子。通過安裝在壓縮機上部的端子。與變頻器的輸出端子連接。由變頻器進行可變速控制。因變頻器產積求出。對降低銅損來說。有提高轉矩常數。降低發生轉矩所必需的電機電流的方法和降低繞線阻抗的方法。由于繞線阻抗與繞線的周長成正比。與截面積成反比。所以。通過進一步提高槽滿率可以實現降低繞線的周長和粗線徑的繞線。根據。銅損如如上所述。因多極化,增加數和增加貫穿套管的間隙。繞線的占空系數降低,就產生了銅損加劇這樣一個課題。但是。因采用上述的龍骨鐵芯。無需貫穿套管的間隙,所以。可以控制占空系數的降低,磁通密度和鐵損等同時,在磁通密度上還有余地。

  可以縮小齒寬。因此。縮短繞線的周長后。可以降低銅損。究競是降低鐵損和銅損中的哪項損失。必須要根據電機的損耗平衡來決定。

  3.4因控制方式產生的高效化為了驅動無刷直流電機。必須要有驅動回路。順應電機的效為了提高電機的效率。有增加電機繞線的圈數。以減少產生轉矩所需電流的方法。因此可以降低銅損。但是感應電壓與轉速成正比上升,電機可回轉的上限降低。所以,通過磁鐵產生的磁通和發生逆向磁場的弱磁通控制。以減少發生在電機上的感應電壓為好。通過弱磁通控制可以提高電機的可回轉上限。但因電機空系數)這樣的課題。

  因此。如所示,通過采用擴大口結構的定子(龍骨鐵芯)。在相鄰的繞線之間可以消除間隙。這是因為在擴大榷口的狀態下。在各齒上實施繞線后,使各連接部彎曲形成(b)所示的那種定子的形狀。在相鄰的繞線之間不再需要套管所需的間隙。所以。可以提高占空系數,如果是相同的線圈數。可以卷繞更粗線徑的繞線。降低銅損。還有。因為擴大了槽口。繞線變得非常容易。可以進行用老的繞線方法很難辦到的定向繞線。還可以提高繞線的占空系數。通過這些方法,與老式的分布繞線相比,可以得到約2成的銅損降低效果。

  還有,靈活應用這幾年發展起來的磁場解析等的CAE平臺。在確保必要的交鏈磁通置的同時。設計出使定子,轉子各部的磁通密度均勻的佳沖片形狀。大限度地發揮出電磁鋼板所具有的材料特性。降低鐵損。在這10年里。壓縮機用電機所使用的電磁鋼板材料已從鐵損8(W/lcg)左右變成2(W/kg)左右的低鐵損材料,板厚也從。5mm轉向主要采用0.35mm的薄板。但是。即使使用低鐵損材料,因鐵芯的落料。鉚接等的制造加工上的加工變形。鐵損會增加。因此。可通過退火等消除加工變形。控制鐵損的增加31. 3.2轉子的高效化(a)所示。引進無刷直流電機的當初。采用了在轉子表面配置了磁鐵的SPM(SurfacePermanentMagnet)。SPM為了防止高速回轉的磁鐵飛散,使用了SUS環形磁鐵保護罩。因SUS具有導電性。通過因電機電流的變化會產生的磁通變化,在保護罩的表面產生渦流。使電機的損失增加3-5.因此,為了消除上述的損失,采用了進一步改進了裝配性的如(b)所示的IPM(InteriorPermanentMagnet)轉子。IPM因為在鐵芯上沖出插入磁鐵的部分。埋入了磁鐵,在IPM上無需必要的磁鐵保護罩。所以裝配性能良好。還有。因為轉子的表面是層壓電磁鋼板。所以,可以大幅度地降低上述轉子表面的渦流損耗。實現高效化131.還有。因為IPM形狀是在轉子內部配置磁鐵,所以可以增大式(5)第2項的d.q軸電感差。增大磁阻轉矩,可以增加電流周圍的發生轉矩。如果發生轉矩相同。可以減少電機電流。降低銅損。

  磁通(T)。匕為極對數。

  3.3因多極化產生的高效化集中繞線的磁動勢分布。在結構上,因相對于分布繞線的正弦波呈矩形波分布。所以含有高次諧波成分。因此,相對于老式的分布繞線,鐵損增大,不能實現像上述的那樣降低銅損后的大幅度的改善效率。為了改善這種情況。降低因多極化產生的磁通密度是有效的。

  4極和6極的集中繞線的額定負荷時的磁通密度分布如所示。為了確認多極化的效果。用相同的條件對極數以外進行了磁場解析(轉子為SPM.齒寬用極數比進行等效設計)。其結果。對于齒部的大磁通密度不存在大的差異。但是。鐵芯背面中間部的磁通密度因由4極到6極產生的磁通密度的分散,從0.9T降到0.6T.但是。也許會因電頻率的增加(1.5倍(=6/4))導致鐵損的增加。在以上范圍內。因磁通密度降低產生的效果大,可以降低約1成的鐵損2.孫技7R 11壓縵機用機的比較電流增加。效率下降。

  同時。為了提高電壓利用率。對正弦波驅動使用過調制PWM控制。見。過調制PWM通過將PWM部分地變成100的功率,使使鐵心尺寸縮小。電磁鋼板和磁鐵使用減少。

  因高密度繞線化使鐵芯尺寸縮小。電磁鋼板和磁鐵使用量減少。

  因鐵芯尺寸縮小。使繞線周長縮減,漆包線用置減少因多極化(6極化)使繞線周長縮減。漆包線用量減少因磁鐵的形狀與配置的佳化產生的磁通密度降低。漆包線用量減少。

  無刷直流電機的定子外觀如所示。轉子的外觀如0所示。效率。體積。重量的比較結果如圖n所示。綜合效率是代表性負荷條件下的值采用稀土類磁鐵的新電機與安裝了鐵氧體磁鐵的老式電機相比。改善效率約的同時。體積也減少了約40重量減少了約35.對省資源化作出了很大貢獻。

  5結束語本稿對制冷'空調設備中。安裝在空調器上的無刷直流電機的高效化作了敘述。這些內容也可以用于其他設備上的節能與省資源化。

  現狀是額定輸出的高效化已經實現。但是。低輸出的效率還有改善的余地為了進一步實現節能化。必須進行從低輸出到高輸出大范圍內的高效無刷直流電機的開發今后將致力于滿足這種規格的無刷直流電機的開發。

  (孫自偉摘譯自(冷凍>2005年7月號張興志校)一

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