[发明专利]一种转子位置特征显著的永磁电机

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种新型拓扑结构的永磁电机，适用于电气工程的电机领域尤其涉及永磁电机的无位置传感器控制。

背景技术

传统的永磁电机控制方法中通过位置传感器来直接检测电机转子的位置。但位置传感器的使用使得系统体积增大、成本增加、可靠性降低。因此，永磁电机无位置传感器的控制技术成为目前研究的热点之一。无位置传感器控制策略通过检测三相绕组中的相关变量来估算出转子的位置和速度，可实现电机的控制。

目前，永磁电机无位置传感器的控制大多是通过检测基波反电动势来获得转子的位置信息。该方法原理简单、实施方便，但在低速或静止状态时因反电动势幅值较小或者为零因而无法检测，因此该方法只适用于电机处于高速运行状态。在静止和低速状态下，可利用电机的凸极效应即电感随转子位置变化而变化的特性，通过检测径向气隙磁场强度不同带来的绕组电感差异来判断转子的位置。

在电机控制中，有文献提出在电机控制驱动间隙通过功率驱动电路施加高频检测信号，根据绕组反馈比较各项绕组电感差异，进而估计转子位置。这种高频信号注入法能够有效判断静止和低速状态下永磁电机转子位置，不过由于永磁体磁阻大，永磁电机，特别是常用的表贴式永磁电机电感差异小，检测信号信噪比低，算法实现困难。通过提高检测信号的频率虽然可以放大绕组电感，但受集肤效应的影响，检测信号过高时绕组电感也会减小。因此，需要对永磁电机的拓扑结构进行改进，使得高频信号能够通过气隙磁场，增大高频信号下的三相电感差异，进而确定转子的位置。

发明内容

基于高频信号注入法的永磁电机无位置传感器控制中，通过提高检测信号的频率可以放大绕组感抗，不过受集肤效应影响，检测频率较高时绕组电感差异也会减小，使得转子位置难以检测。针对上述问题，本发明提出基于非对称磁导率的永磁电机的新型拓扑结构，通过在转子上非对称的增加导磁条，增大高频检测信号下的电感差异和位置检测信噪比，根据三相电感的变化可唯一的确定转子的位置。本发明的技术方案如下：

一种转子位置特征显著的永磁电机，在其转子上对称分布有永磁体，在转子上对称排布有一对或多对导磁条，称之为副导磁条2，在每对副导磁条2之间固定有一个导磁条，与副导磁条2相比，其附近磁导率增大的更为明显，称之为主导磁条3；主导磁条3和副导磁条2用于形成不对称磁导率，增大三相电感随转子位置变化而变化的差异度。

作为优选实施方式，所述的永磁体为一对或多对，为每对永磁体各建立一个dq旋转坐标系，在转子表面上与每对永磁体的d轴正方向和d轴负方向对应的位置处分别固定有一个副导磁条2，在转子表面上与每对永磁体的q轴正方向或与q轴负方向对应的位置处固定有一个主导磁条3；所述的永磁体为偶数对，主导磁条3、副导磁条2在转子上呈对称放置，在放置后能够保证电机转子机械结构的对称性。

针对静止和低速、大转矩运行状态下永磁电机转子位置难检测问题，高频检测信号分时和分频复用可实现转子位置的估算。但频率较高时受集肤效应等影响，绕组电感的差异反而会减小，通过在转子上增加导磁条，使得电机的磁导率非对称，增大高频检测信号下各相电感差异和转子位置特异性，降低转子位置检测的难度。通过合理设计导磁条对于电角度的非对称性判断转子NS极朝向、削弱齿槽定位转矩。通过合理设计电机极对数保证电机转子机械结构对称和动平衡。

附图说明

图1永磁电机的驱动电路图，

图2基于非对称磁导率的永磁电机基本结构（1对极），

图3永磁电机转子初始位置及磁势图，

图4永磁电机理想三相电感波形、开关信号与功率器件导通关系图，

图5基于非对称磁导率的永磁电机基本结构（2对极）。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步说明。

永磁电机的驱动电路如图1所示，永磁电机用虚线框的部分等效，采用三相星型连接，中点不引出。U_dc为直流母线电压，C为直流母线上的电解电容，VT₁-VT₆为六个功率开关器件（IGBT），VD₁-VD₆为六个反并联续流二极管。永磁电机无位置传感器的控制原理就是通过检测转子的位置得到触发信号，依次触发六个功率器件中的两个导通，在绕组中建立旋转的磁场，并使该磁场与转子永磁体磁场成一定的角度，以产生电磁转矩，驱动电机转动。