[发明专利]Halbach阵列永磁高效节能纺织电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种纺织专用电机。特别是涉及一种具有机电一体化集成技术的Halbach阵列永磁高效节能纺织电机。

背景技术

在我国节能工程的重大项目中，电机及系统工程成为最具节能潜力的产业之一。目前，我国正在积极推动并扶持高效电机及电机系统节能工程的开展与实施，同时对节能专用、行业专用电机及变频控制装置的研发与应用提出了更新更高的要求。纺织工业作为我国用电大户，电机年运行时数达7000小时以上，成为高效节能专用电机系列产品重点推广的行业之一。

电机系统发展至今已成为集电力电子、电机及控制为一体的集成系统。由于国内采用传统的分立模式，三者由不同的生产商设计制造，生产环节孤立封闭，导致电机系统技术参数匹配不合理，运行过程协调困难，控制技术难以通用，降低了系统的整体运行效率。因此，电机产业结构需要从单一的电机生产模式向机电一体化的电机系统生产模式转化；高效节能技术的推广需要从传统的单纯追求电机高效率的发展模式向电机系统集成产品高效率的发展模式转化。

目前，由于我国电机行业对电机产品品种的开发重视不足，快速响应市场的拓展能力较弱，致使在众多应用场合以普通电机代替运行，造成行业电机专用化率进展缓慢，行业经济效益与社会效益提升幅度较低。为了提高负载匹配特性，实现电机系统高效运行，需要针对不同行业与应用场合重点开发专用电机及系统，打破目前在多种应用场合使用同一类型电机的现状，提升专用电机的市场占有率。

近年来，永磁同步电动机因结构简单、运行效率高、功率因数高、控制性能好在纺织机械领域取得较快发展与应用。表贴式永磁同步电动机通常采用常规磁体结构，气隙磁密谐波含量大，影响电机转矩特性及损耗发热，使永磁同步电动机在性能要求较高以及特殊的应用场合受到限制。

另外，为控制电机正常运行，通常利用安装在电机转轴上的传感器获得转子位置与转速信号，从而实现磁场定向和转速调节。但传感器的使用，一方面增加了系统成本，某些高精度传感器价格甚至占据成本主要份额，而系统体积的增加限制了其在空间受限场合的应用，且传感器对安装精度要求较高；另一方面降低了系统可靠性，电机与控制系统间导线的增多，使系统易受外界干扰，且其精度易受环境温度、湿度、灰尘、震动等影响，因此，对于高温、高湿、多尘的纺织电机工作环境，带传感器的电机系统应用受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高电机系统各部件间的协同与匹配特性，拓展永磁同步电动机在纺织行业的应用空间，实现电机系统高效节能目标的Halbach阵列永磁高效节能纺织电机。

本发明所采用的技术方案是：一种Halbach阵列永磁高效节能纺织电机，包括：Halbach阵列永磁纺织电机、控制器和检测与采样电路，所述的Halbach阵列永磁纺织电机是由变换器和Halbach阵列永磁同步电动机一体构成，所述的变换器的输出分别连接Halbach阵列永磁同步电动机及检测与采样电路，所述的检测与采样电路的输出连接控制器，所述的控制器连接变换器。

所述的变换器采用双PWM电压源型变换器，所述的控制器包括有驱动及保护电路、与驱动及保护电路相连接的DSP主控电路以及与DSP主控电路相连的信号调理电路，其中，所述信号调理电路的信号输入端连接检测与采样电路的输出，所述DSP主控电路的信号输出端连接驱动及保护电路，所述的驱动及保护电路的输出连接变换器。

所述的驱动及保护电路包括有驱动芯片U1，所述驱动芯片U1的信号输入端连接DSP主控电路的信号输出端，所述驱动芯片U1的三个信号输出端连接变换器的信号输入端。

所述的变换器采用矩阵变换器，所述的控制器包括有驱动及保护电路、与驱动及保护电路相连接的DSP主控电路以及与DSP主控电路相连的信号调理电路，其中，所述信号调理电路的信号输入端连接检测与采样电路的输出，所述DSP主控电路的信号输出端连接驱动及保护电路，所述的驱动及保护电路的输出连接变换器。

所述的驱动及保护电路包括有驱动芯片U2，所述驱动芯片U2的信号输入端IN连接DSP主控电路的信号输出端，所述驱动芯片U2的信号输出端与接地端连接变换器的信号输入端。

所述的检测与采样电路为电流检测单元，所述的电流检测单元采用电流传感器U3，所述的电流传感器U3的IN端连接变换器的电流输出端，所述电流传感器U3的OUT端连接Halbach阵列永磁同步电动机12的输入端，所述电流传感器U3的电源输入端连接外部供电电源，所述电流传感器U3的信号输出端Imeas连接信号调理电路。