[实用新型]高效节能稀土永磁直接驱动装置

说明书

所属技术领域

本实用新型在电机系统节能领域是效率最高、节电效果最好的节能新技术、新产品。

背景技术

最绿色的能源是节约下来的能源，也称“第五能源”。开发和推广节能新技术和新产品越来越受到全社会、全人类的重视和关注。稀土电机及其调速控制系统是由稀土电机本体、驱动控制器、磁极位置传感器三部分组成；集稀土电机技术、现代大功率电力电子技术、微处理芯片技术以及现代交流调速控制理论和技术于一身，是一种典型的机电一体化新型高性能动力装置；具有体积小、重量轻、比功率大、系统效率高、结构简单、运行可靠、维护方便等优点，无论在国防、军工或民用领域均有迫切需求。在电机系统节能领域也是效率最高、节电效果最好的新技术、新产品。

稀土永磁同步调速系统机械特性硬，具有相当宽范围的高效率区，适合长期低速运转、频繁重载启动或有堵转的场合，这是异步变频调速系统难以实现的。最适合做成低速、大力矩的直接驱动装置，省去皮带、齿轮箱等低效率中间传动装置，节电率可达到40％以上。还有降低设备维护费用、提高动态响应等优点。

发明内容

本发明主要由稀土永磁无刷电动机、驱动控制器、磁极位置传感器三部分组成，用稀土永磁无刷电机取代异步电机和皮带、齿轮箱等中间传动装置直接驱动负载机旋转，提供低速、大转矩动力，同时，通过驱动控制器实现平滑无级调速。

本发明的技术方案是：稀土永磁无刷电动机的定子绕组为三相对称星形接法，多极转子上粘有已充磁的永磁体，在电机内装有磁极位置传感器，以电子换相方式取代机械换相，可以无级调速，工作转速范围很大。驱动控制器，主要包括数据信号处理DSP控制单元、功率驱动单元、电源子系统，采用DSP芯片将驱动与控制集成于一体，可方便地在驱动器上编程，驱动控制的软件针对稀土永磁无刷电机的控制，刹车制动控制功能也集成到驱动控制器中。利用霍尔位置传感器检测电机磁极位置，通过高速处理器用速度信号计算出当前的电机角度变量，进而算出电机的位置信号，精确的控制无刷直流电动机换相。克服了受传统位置传感器加工精度及安装精度的限制造成位置信号不对称的情况。高效节能稀土永磁直接驱动装置通过驱动器实现平滑调速，额定效率达到91％，在1/3负载时效率也能达到88％。电机直接驱动负载旋转，传动效率显著提高，机械传动部分免维护。由于省去皮带、齿轮箱等中间传动装置费用，总体成本优势明显。

附图说明

图1为稀土永磁直接驱动装置示意图

图2为稀土永磁直接驱动装置工作原理图

具体实施方式

高效节能稀土永磁直驱装置如图1所示。主要由稀土永磁无刷电动机、驱动控制器、磁极位置传感器三部分组成。其工作原理如图2所示。电动机的定子绕组为三相对称星形接法，多极转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电机转子的极性，在电机内装有磁极位置传感器，以电子换相方式取代机械换相，克服了传统有刷电机碳刷滑环的缺点，可以无级调速，工作转速范围很大，采用DSP芯片将驱动器及控制器集成于一体，可方便地在驱动器上编程。可以工作在超低转速，且起动力矩大，几乎不受电网电压波动的影响。系统效率高，电机温升较低，寿命较传统电机大幅提高，且电机噪音较低。

稀土永磁直驱控制系统，主要包括数据信号处理DSP控制单元、功率驱动单元、电源子系统。其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受磁极位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。稀土永磁直驱控制系统的主电路是一个典型的电压型交-直-交电路，提供等幅等频的对称交变矩形波。电动机转子上永磁体N-S交替交换，使磁极位置传感器产生相位差120°的U、V、W方波，结合正/反转信号产生有效的六状态编码信号，通过逻辑组件处理，转子每转过一对N-S极，功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动60°电角度，转子跟随定子磁场转动相当于60°电角度空间位置，转子在新位置上，使磁极位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进60°电角度，如此循环，电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。电动机的磁极位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩。