CN201263116Y - 高效节能稀土永磁直接驱动装置 - Google Patents

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曲国杰
桂许军
孙德海
蔡凯
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Abstract

高效节能稀土永磁直接驱动装置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，电动机与交流异步电动机的结构基本相同，仅转子有差异。驱动控制器与交流异步电动机的变频器硬件结构基本相同，多一个位置检测传感器，两者主电路完全一样，仅在主控制板和控制软件上有差异，元器件、原材料成本和制造费用基本相等。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。

Description

高效节能稀土永磁直接驱动装置
所属技术领域
本实用新型在电机***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***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、***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***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***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***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***，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。***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***，主要包括数据信号处理DSP控制单元、功率驱动单元、电源子***。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***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。
应用于采油螺杆泵的稀土永磁直驱装置用直流无刷电机取代异步电机通过驱动器实现平滑调速，调速范围0～250r/min，额定转矩1300Nm，过载倍数3倍，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，省掉了皮带和减速齿轮等低效率中间传动装置，传动效率显著提高，机械传动部分免维护。
高效节能稀土永磁直接驱动装置，低速大转矩永磁直流无刷电机是根据负载特性特殊研制，驱动器的硬件与同等容量的异步电机驱动器相似，但软件是针对直流无刷电机的控制，刹车控制功能也集成到驱动器中，所以这些通用变频器是难以做到的。
我们开发的大庆油田采油螺杆泵直驱装置、浙江新凤鸣化纤集团螺杆挤出机直驱装置已在用户现场试运行，与原来的异步变频调速装置比，节电效果分别达40％和50％以上，基本做到免维护，节省维修维护费用，已受到用户的密切关注和欢迎。

Claims (5)

1、高效节能稀土永磁直接驱动装置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，其特征是：用稀土永磁无刷电动机取代传统异步电机和皮带、齿轮箱等中间传动装置。
2、根据权利1所述的高效节能稀土永磁直接驱动装置，其特征是：用稀土永磁无刷电动机取代传统异步电机和皮带、齿轮箱等中间传动装置直接与负载机相连接。
3、根据权利1所述的高效节能稀土永磁直接驱动装置，其特征是：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。
4、根据权利1所述的高效节能稀土永磁直接驱动装置，其特征是：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***，驱动与控制集成于一体。
5、根据权利1所述的高效节能稀土永磁直接驱动装置，其特征是：为了克服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，采用霍尔位置传感器。
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