该公司研发出在配置了48个磁铁的转子中,对6个钐钴磁铁磁化或消磁的新技术。在洗涤的低转速时,对其磁化以达到{zd0}扭矩,而脱水时进行消磁以减少反电动势从而提高转速。
藉由此种技术,洗涤时的扭矩可比以往大约提高20%,脱水时的转速也提升至以往的1.4倍,达1700rpm。而且据说马达的耗电量也比过去最多可减少大约16%。
还可令磁性逆转
研发的是组成改良过的钐钴磁铁。系与磁铁制造商共同研发而成。磁化或消磁由外部磁场所施加。若加上与磁铁磁性方向相反的磁场,即可进行消磁,而加上相同方向的磁场,就可以达到磁化的效果。
实际上,在开始洗涤或者脱水之前,马达会先暂时停止,以行磁化或消磁。详细技术虽然还没有对外公布,但据说是让定子上的线圈通过脉冲状的较大电流来产生磁场,以适时调整磁力(注3)。所产生的磁场会比马达驱动时在线圈上所产生的磁场还来得高,所以当马达驱动时磁力不会产生变化。
注3:若要进行磁化或消磁,则需要先检测出线圈与转子的位置,并将适当的电流值通过线圈等进行高xx度的控制。在控制方面,一般使用16位元的数位讯号处理器(DSP)。
负责马达研发作业的东芝马达技术开发中心资深研究员新田勇认为,“不只是可以对磁铁消磁,甚至可能让磁性逆转”。马达在旋转时也可以改变磁力,该公司正在对磁性逆转之后的测试用马达进行实验(注4)。估计该公司未来将会把这种可变磁力马达应用在电动车或电动摩托车领域。
考虑稳定性和量产性
另一方面,日立家电还采用了切换线圈电路的技术(图4)。该公司也曾经检讨过改变磁力的方法,但该公司的丰田表示“由于考虑到稳定性和量产性,我们决定采用线圈切换的方式”。研发出来的马达采用内转子设计,转子有56极,定子则为42极。
位于定子各极上的线圈,依序以U、V、W相位排列。线圈的切换是将定子分为左右两侧,左右的各相位分别以机械式继电器(relay)连接,然后切换成串联或并联。因此,各相位在单侧各有7极。
线圈在需要低转速高扭矩的洗涤时为串联,在需要高转速的脱水时则自动切换成并联。串联时,扭矩为并联时的2倍。相反地,当并联时,转子在旋转时所产生的反电动势为串联时的一半。因此他们认为,配备改良后新型马达的洗衣烘干机,可以大幅减少脱水时的耗电量。洗涤时的扭矩{zd0}为40N·m(45rpm),而脱水时的转速{zg}可达到1700rpm(扭矩为2N·m)。
藉由此种技术,洗涤时的扭矩可比以往大约提高20%,脱水时的转速也提升至以往的1.4倍,达1700rpm。而且据说马达的耗电量也比过去最多可减少大约16%。
还可令磁性逆转
研发的是组成改良过的钐钴磁铁。系与磁铁制造商共同研发而成。磁化或消磁由外部磁场所施加。若加上与磁铁磁性方向相反的磁场,即可进行消磁,而加上相同方向的磁场,就可以达到磁化的效果。
实际上,在开始洗涤或者脱水之前,马达会先暂时停止,以行磁化或消磁。详细技术虽然还没有对外公布,但据说是让定子上的线圈通过脉冲状的较大电流来产生磁场,以适时调整磁力(注3)。所产生的磁场会比马达驱动时在线圈上所产生的磁场还来得高,所以当马达驱动时磁力不会产生变化。
注3:若要进行磁化或消磁,则需要先检测出线圈与转子的位置,并将适当的电流值通过线圈等进行高xx度的控制。在控制方面,一般使用16位元的数位讯号处理器(DSP)。
负责马达研发作业的东芝马达技术开发中心资深研究员新田勇认为,“不只是可以对磁铁消磁,甚至可能让磁性逆转”。马达在旋转时也可以改变磁力,该公司正在对磁性逆转之后的测试用马达进行实验(注4)。估计该公司未来将会把这种可变磁力马达应用在电动车或电动摩托车领域。
考虑稳定性和量产性
另一方面,日立家电还采用了切换线圈电路的技术(图4)。该公司也曾经检讨过改变磁力的方法,但该公司的丰田表示“由于考虑到稳定性和量产性,我们决定采用线圈切换的方式”。研发出来的马达采用内转子设计,转子有56极,定子则为42极。
位于定子各极上的线圈,依序以U、V、W相位排列。线圈的切换是将定子分为左右两侧,左右的各相位分别以机械式继电器(relay)连接,然后切换成串联或并联。因此,各相位在单侧各有7极。
线圈在需要低转速高扭矩的洗涤时为串联,在需要高转速的脱水时则自动切换成并联。串联时,扭矩为并联时的2倍。相反地,当并联时,转子在旋转时所产生的反电动势为串联时的一半。因此他们认为,配备改良后新型马达的洗衣烘干机,可以大幅减少脱水时的耗电量。洗涤时的扭矩{zd0}为40N·m(45rpm),而脱水时的转速{zg}可达到1700rpm(扭矩为2N·m)。
面向电动车推进业务
目前已有制造商要把这种线圈切换技术的马达应用在电动车或油电混合车等车辆上。这家厂商就是工业用机器人主要制造商安川电机(Yaskawa Electric)。该公司在2010年1月举行的第1届EV & HEV驱动系统技术展会场上展出了新型马达而吸引许多目光,甚至在摊位上许多与会者大排长龙。
该公司研发的内转子式马达,是将定子的线圈分为两部分进行处理,在低速旋转时对所有线圈通过电流,而在高速旋转时只对一部份线圈通过电流(图5)。因为这样的设计,一般马达的高速旋转只能达到马达{zd0}扭矩所产生的转速的两倍,现在却能够提高到4倍的转速。
安川电机原本在机床马达上采用过相同的技术。在机床上,只需切换机械式开关即可,但他们在这次新研发的电动车马达上,为了使驾驶者在切换时不感异样,而采用绝缘栅双极电晶体(IGBT)的电子式开关来瞬间切换线圈。
安川电机已经把使用此种技术的马达系统,提供给采用氢转子引擎及马达做为混合动力的马自达(Mazda Motor)的Premacy氢转子引擎混合动力车使用。并且,该公司马达控制事业部八幡工厂厂长塚畑浩一表示,在针对电动车包括逆变器在内的马达系统扩销计划中,“希望在2013年推出该项业务”。
钕磁铁价格令人担心
虽然钕磁铁马达的发展获得大幅改良,但未来可能碰到的课题也开始凸显。其中之一就是钕磁铁的价格。目前虽然价格还不算高,但将来若电动车越来越多时,许多马达技术人员担忧钕磁铁的价格可能暴涨。
洗衣烘干机或电动车所采用的钕磁铁因为暴露在80℃以上的高温环境中,因此以目前来看若不添加镝就无法维持其矫顽磁力(coercivity)。钕本身的价格在2009年平均1公斤为21美元,镝相同重量则需要高达145美元。
在这种情况下,将磁气抵抗的变化所产生的磁阻转矩(reluctance torque)加以利用的马达技术研发作业正日益蓬勃发展。若能有效使用磁阻转矩的话,永磁式同步马达即可减少钕磁铁的使用量,而得以改用价格较为便宜的铁氧体磁铁。除此之外,最终若能单以磁阻转矩的方式让旋转的切换磁阻(SR)马达提高性能,甚至不需要使用到{yj}磁铁就可以实现,因此它将成为未来具前景的新技术。
SR马达的研发也有进展
英商戴森公司(Dyson)的旋风式吸尘器等家电,就是SR马达应用的实例之一。不过,SR马达虽然适合用于高转速,但问题是低转速时的扭矩较小,且磁束会集中在转子与定子的突起部分,所以产生的噪音比较大。
为了解决这一问题,日本长崎大学电机电子工学系樋口刚教授的一个小组,目前正在研究一种在包括转轴在内的单层平面上让线圈能环绕转子的“全距绕组(full-pitch winding)”马达(图6)。在转子上结合非磁性导体的铝合金及磁性体的铁心,使{zd0}扭矩可达到以往的两倍,平均扭矩也可增加40%左右。
并且,使用该项技术也正在研发让线圈磁束能有效利用的双转子式马达。该种马达采用线圈上从以往的3相位增加到5相位的10极定子,和8极的转子。定子的5相位中,各2相位进行激磁,能够大幅减少扭矩的脉动。
此外,东京理科大学理工学学院电机电子工程学系千叶明等几位教授,正在研发混合动力车专用的SR马达技术。在2009年12月,他们宣布在模拟中可达到50kW输出、与永磁式同步马达同等的扭矩与效率。不久他们将会制做原型马达并进行相关测试实验。(全文完 记者 狩集 浩志)
目前已有制造商要把这种线圈切换技术的马达应用在电动车或油电混合车等车辆上。这家厂商就是工业用机器人主要制造商安川电机(Yaskawa Electric)。该公司在2010年1月举行的第1届EV & HEV驱动系统技术展会场上展出了新型马达而吸引许多目光,甚至在摊位上许多与会者大排长龙。
该公司研发的内转子式马达,是将定子的线圈分为两部分进行处理,在低速旋转时对所有线圈通过电流,而在高速旋转时只对一部份线圈通过电流(图5)。因为这样的设计,一般马达的高速旋转只能达到马达{zd0}扭矩所产生的转速的两倍,现在却能够提高到4倍的转速。
安川电机原本在机床马达上采用过相同的技术。在机床上,只需切换机械式开关即可,但他们在这次新研发的电动车马达上,为了使驾驶者在切换时不感异样,而采用绝缘栅双极电晶体(IGBT)的电子式开关来瞬间切换线圈。
安川电机已经把使用此种技术的马达系统,提供给采用氢转子引擎及马达做为混合动力的马自达(Mazda Motor)的Premacy氢转子引擎混合动力车使用。并且,该公司马达控制事业部八幡工厂厂长塚畑浩一表示,在针对电动车包括逆变器在内的马达系统扩销计划中,“希望在2013年推出该项业务”。
钕磁铁价格令人担心
虽然钕磁铁马达的发展获得大幅改良,但未来可能碰到的课题也开始凸显。其中之一就是钕磁铁的价格。目前虽然价格还不算高,但将来若电动车越来越多时,许多马达技术人员担忧钕磁铁的价格可能暴涨。
洗衣烘干机或电动车所采用的钕磁铁因为暴露在80℃以上的高温环境中,因此以目前来看若不添加镝就无法维持其矫顽磁力(coercivity)。钕本身的价格在2009年平均1公斤为21美元,镝相同重量则需要高达145美元。
在这种情况下,将磁气抵抗的变化所产生的磁阻转矩(reluctance torque)加以利用的马达技术研发作业正日益蓬勃发展。若能有效使用磁阻转矩的话,永磁式同步马达即可减少钕磁铁的使用量,而得以改用价格较为便宜的铁氧体磁铁。除此之外,最终若能单以磁阻转矩的方式让旋转的切换磁阻(SR)马达提高性能,甚至不需要使用到{yj}磁铁就可以实现,因此它将成为未来具前景的新技术。
SR马达的研发也有进展
英商戴森公司(Dyson)的旋风式吸尘器等家电,就是SR马达应用的实例之一。不过,SR马达虽然适合用于高转速,但问题是低转速时的扭矩较小,且磁束会集中在转子与定子的突起部分,所以产生的噪音比较大。
为了解决这一问题,日本长崎大学电机电子工学系樋口刚教授的一个小组,目前正在研究一种在包括转轴在内的单层平面上让线圈能环绕转子的“全距绕组(full-pitch winding)”马达(图6)。在转子上结合非磁性导体的铝合金及磁性体的铁心,使{zd0}扭矩可达到以往的两倍,平均扭矩也可增加40%左右。
并且,使用该项技术也正在研发让线圈磁束能有效利用的双转子式马达。该种马达采用线圈上从以往的3相位增加到5相位的10极定子,和8极的转子。定子的5相位中,各2相位进行激磁,能够大幅减少扭矩的脉动。
此外,东京理科大学理工学学院电机电子工程学系千叶明等几位教授,正在研发混合动力车专用的SR马达技术。在2009年12月,他们宣布在模拟中可达到50kW输出、与永磁式同步马达同等的扭矩与效率。不久他们将会制做原型马达并进行相关测试实验。(全文完 记者 狩集 浩志)
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