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    高速搅拌机永磁同步电机的开发解决方案


    1.市场基本情况

      随着生活水平的提高,百姓养生意识越来越强。具有丰富食谱和养生功能的搅拌机,作为替代搅拌机的厨房电器,在最近一年成为市场上的明星产品。

    2.市场需求或痛点

    当前市场上的搅拌机马达普遍都是采用交流串激电机,交流串激电机是由转子铁芯、定子励磁绕组,转子工作绕组、换向器和碳刷组成的结构,转子绕组是绕在转子铁芯上面,定子绕组是绕在定子铁芯上,电机旋转是靠碳刷与换向器接触来改变绕线的通电顺序来实现电机旋转的。这样电机受制于工作原理,电机效率低,负载速度相对空载速度掉速严重,不能做恒转速和恒转矩控制,遇到波动负载时,转速和输出力矩忽高忽低,噪音也不稳定,且低速时输出扭矩低。另外,此类电机在旋转的时候存在碳刷与换向器之间的机械摩擦,从而产生非常大的噪音和因碳刷摩擦而产生的大量粉尘,有可能污染食物。

    3. 力辉的直流电机解决方案

    电机的结构是由定子铁芯、转子铁芯、绕组、绝缘骨架、永磁体、前/后端盖、平衡块、风叶、接线板、轴承、电机引线等组成。其中定子、转子铁芯由硅钢片叠压而成,永磁体由稀土永磁体做成。绕组绕在定子铁芯上面,定子绕组元件数为3的倍数。永磁体是嵌在转子铁芯内部,为偶数对极数,面向转子表面的磁极依次按N,S排列。转子铁芯设置有内槽,用于安放永磁体,并且转子铁芯表面设计为面包形凸起,用以降低齿槽转矩。转子铁芯两端面分别设置平衡块用以做去重法动平衡用。前后端盖通过螺钉连接,并将定子铁芯固定。前端盖与客户搅拌机连接。在定子铁芯和绕组之间设置有塑料绝缘骨架,其中两个骨架对插,将定子铁芯完全包裹,以防止绝缘不良。在电机绕组端面设置有接线PCB板,以此将电机引线和绕组相线连接。在电机转子尾部设置有散热用离心式风叶。

    驱动器部分由高压AC-DC转换电路、EMC电路、低压采样和控制电路、功率电路等组成。其中低压采样和信号反馈全部采用信号隔离,控制电路中主控芯片采用高性能DSP芯片,具有浮点运算和快速运算的优点,在高端电机控制上由相当大的优势。功率器件选用600V 30A集成IGBT模块,体积小,功率大。

    高速搅拌机永磁直流电机样板.jpg

    为实现恒速、恒力矩控制和低速大扭力以及无霍尔控制,软件算法上拟结合磁场矢量控制技术和国际上最新出现的高频注入法控制技术,通过准确提供电机的DQ轴电感、相电阻、反电势常数等参数,实现电机的精确无霍尔控制。

    电机旋转是由驱动器来控制绕组的通电顺序来实现电机旋转的,不存在机械摩擦,通过高性能驱动器做无传感器FOC控制,再加上采用稀土永磁体,可以解决交流串激电机的高噪音、掉速、转矩波动、低速无力、碳粉污染、低效率、体积大、功率密度低等一系列缺点,可以大大提升搅拌机的客户体验,并可以让客户扩展更多的菜单功能。


    4. 具体应用方案未来的优化方向及可以达到的目标 

    4.1 关键技术

    1.通过磁场定向控制、直接转矩控制和高频注入法等先进算法,实现恒转速、恒功率、低速大扭矩、噪音低、效率高、绿色环保、使用寿命超长。

    4.2 创新点

    • 转矩恒定,转速恒定并且多档可调,搅拌时不像串激电机一样掉速严重,搅拌效果非常好

    • 电机低速扭矩很大,轻易打碎坚硬物质。

    • 噪音低,没有机械碳刷与换向器的机械摩擦,所以噪音大大降低了。

    • 效率高,无刷马达的电机效率可以达到85%,而且有比较宽的效率区间。而交流串激电机只有30%~60%

    • 绿色环保,串激电机因碳刷磨损产生粉尘污染,很不环保,而永磁同步电机没有碳刷不存在粉尘污染

    • 寿命长,串激电机由于碳刷容易磨损,寿命只有几百到一千小时,而永磁同步电机的寿命至少都是5000小时以上。


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