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      高速攪拌機永磁同步電機的開發解決方案


      1.市場基本情況

        隨著生活水平的提高,百姓養生意識越來越強。具有豐富食譜和養生功能的攪拌機,作為替代攪拌機的廚房電器,在最近一年成為市場上的明星產品。

      2.市場需求或痛點

      當前市場上的攪拌機馬達普遍都是采用交流串激電機,交流串激電機是由轉子鐵芯、定子勵磁繞組,轉子工作繞組、換向器和碳刷組成的結構,轉子繞組是繞在轉子鐵芯上面,定子繞組是繞在定子鐵芯上,電機旋轉是靠碳刷與換向器接觸來改變繞線的通電順序來實現電機旋轉的。這樣電機受制于工作原理,電機效率低,負載速度相對空載速度掉速嚴重,不能做恒轉速和恒轉矩控制,遇到波動負載時,轉速和輸出力矩忽高忽低,噪音也不穩定,且低速時輸出扭矩低。另外,此類電機在旋轉的時候存在碳刷與換向器之間的機械摩擦,從而產生非常大的噪音和因碳刷摩擦而產生的大量粉塵,有可能污染食物。

      3. 力輝的直流電機解決方案

      電機的結構是由定子鐵芯、轉子鐵芯、繞組、絕緣骨架、永磁體、前/后端蓋、平衡塊、風葉、接線板、軸承、電機引線等組成。其中定子、轉子鐵芯由硅鋼片疊壓而成,永磁體由稀土永磁體做成。繞組繞在定子鐵芯上面,定子繞組元件數為3的倍數。永磁體是嵌在轉子鐵芯內部,為偶數對極數,面向轉子表面的磁極依次按N,S排列。轉子鐵芯設置有內槽,用于安放永磁體,并且轉子鐵芯表面設計為面包形凸起,用以降低齒槽轉矩。轉子鐵芯兩端面分別設置平衡塊用以做去重法動平衡用。前后端蓋通過螺釘連接,并將定子鐵芯固定。前端蓋與客戶攪拌機連接。在定子鐵芯和繞組之間設置有塑料絕緣骨架,其中兩個骨架對插,將定子鐵芯完全包裹,以防止絕緣不良。在電機繞組端面設置有接線PCB板,以此將電機引線和繞組相線連接。在電機轉子尾部設置有散熱用離心式風葉。

      驅動器部分由高壓AC-DC轉換電路、EMC電路、低壓采樣和控制電路、功率電路等組成。其中低壓采樣和信號反饋全部采用信號隔離,控制電路中主控芯片采用高性能DSP芯片,具有浮點運算和快速運算的優點,在高端電機控制上由相當大的優勢。功率器件選用600V 30A集成IGBT模塊,體積小,功率大。

      高速攪拌機永磁直流電機樣板.jpg

      為實現恒速、恒力矩控制和低速大扭力以及無霍爾控制,軟件算法上擬結合磁場矢量控制技術和國際上最新出現的高頻注入法控制技術,通過準確提供電機的DQ軸電感、相電阻、反電勢常數等參數,實現電機的精確無霍爾控制。

      電機旋轉是由驅動器來控制繞組的通電順序來實現電機旋轉的,不存在機械摩擦,通過高性能驅動器做無傳感器FOC控制,再加上采用稀土永磁體,可以解決交流串激電機的高噪音、掉速、轉矩波動、低速無力、碳粉污染、低效率、體積大、功率密度低等一系列缺點,可以大大提升攪拌機的客戶體驗,并可以讓客戶擴展更多的菜單功能。


      4. 具體應用方案未來的優化方向及可以達到的目標 

      4.1 關鍵技術

      1.通過磁場定向控制、直接轉矩控制和高頻注入法等先進算法,實現恒轉速、恒功率、低速大扭矩、噪音低、效率高、綠色環保、使用壽命超長。

      4.2 創新點

      • 轉矩恒定,轉速恒定并且多檔可調,攪拌時不像串激電機一樣掉速嚴重,攪拌效果非常好

      • 電機低速扭矩很大,輕易打碎堅硬物質。

      • 噪音低,沒有機械碳刷與換向器的機械摩擦,所以噪音大大降低了。

      • 效率高,無刷馬達的電機效率可以達到85%,而且有比較寬的效率區間。而交流串激電機只有30%~60%

      • 綠色環保,串激電機因碳刷磨損產生粉塵污染,很不環保,而永磁同步電機沒有碳刷不存在粉塵污染

      • 壽命長,串激電機由于碳刷容易磨損,壽命只有幾百到一千小時,而永磁同步電機的壽命至少都是5000小時以上。


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