專利名稱：環(huán)保型節(jié)能稀土永磁電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電機，尤其是涉及一種環(huán)保型節(jié)能稀土永磁電機。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的直流電機的調(diào)速性能優(yōu)越，低速性能好，運行平穩(wěn)， 但因為其采用的是機械式換向器及碳刷，在運行過程中會產(chǎn)生粉塵污染， 同時產(chǎn)生換向火花，造成無線電干擾?，F(xiàn)有技術(shù)中的交流變頻感應(yīng)電機 的體積龐大，而且效率較低。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提供一種采用 電子換向，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無級調(diào)速范圍寬，控制精度高，低速機械特性好 的環(huán)保型節(jié)能稀土永磁電機。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種環(huán)保型節(jié)能稀土永磁電機，其包括高性能稀土永磁電機本體及其 數(shù)字式驅(qū)動控制器，電機主要包括機殼、低損耗鐵心定子、線圈繞組、 轉(zhuǎn)子、稀土磁鋼、轉(zhuǎn)子外套、主軸、傳感器組件、軸承，其特征在于， 低損耗鐵心定子由低損耗的冷軋硅鋼片以斜槽結(jié)構(gòu)和分?jǐn)?shù)槽繞組疊壓而 成，緊壓入機殼中，線圈繞組鑲?cè)攵ㄗ硬壑?，主軸緊壓入轉(zhuǎn)子的沖片疊 壓體當(dāng)中，轉(zhuǎn)子的疊壓體外圓上有偶數(shù)塊等半徑瓦形稀土磁鋼，稀土磁 鋼內(nèi)弧緊貼或半嵌入在轉(zhuǎn)子的疊壓體的外圓上，稀土磁鋼與轉(zhuǎn)子組成了 永磁性轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子外套由導(dǎo)磁率為1的材料制成，鑲?cè)胗来判赞D(zhuǎn)子中， 轉(zhuǎn)子外套的頭部有分布均勻的風(fēng)葉；在電機的后端安裝有傳感器組件， 其與數(shù)字式驅(qū)動控制器電路連接，數(shù)字式驅(qū)動控制器包括開關(guān)主電路、 驅(qū)動電路以及控制電路，主開關(guān)電路接收來自控制電路的驅(qū)動信號，驅(qū)動稀土永磁電機動作；控制電路接收從開關(guān)主電路中采樣電路的采樣信 號，對應(yīng)的產(chǎn)生并輸出控制信號至開關(guān)主電路中，接收位于稀土永磁電 機后端的傳感器組件接收的轉(zhuǎn)子位置信息，并對應(yīng)的產(chǎn)生并輸出控制信 號至驅(qū)動電路，實現(xiàn)電子換向，同時接收外部制動指令，產(chǎn)生制動信號 給剎車電路。作為進一步改進，傳感器組件的分布滿足空間角度pa4 360±120 '，其中，P是極對數(shù)，a是分部角度，K是自然數(shù)，通過霍爾元件及磁環(huán) 極數(shù)與磁性轉(zhuǎn)子的極數(shù)相同的多極磁環(huán)來傳感轉(zhuǎn)子位置。作為進一步改進，所述的數(shù)字式驅(qū)動控制器由開關(guān)主電路、驅(qū)動電路 以及全數(shù)字化控制電路組成，其中，開關(guān)主電路由整流電路，濾波電路， 緩沖電路，剎車電路，逆變電路組成；整流電路可為單相整流橋或三相 整流橋，單相或三相交流電源經(jīng)整流電路的單相整流橋或三相整流橋轉(zhuǎn) 換為直流電源，直流電源經(jīng)濾波電路進行低通濾波，形成低內(nèi)阻硬特性 直流電壓源，同時通過濾波電路的電容C1與稀土永磁電動機繞組感性負(fù) 載交換無功功率；緩沖電路分別設(shè)在整流電路的各橋臂邊，剎車電路由 剎車電阻R2、 二極管D2、 IGBT絕緣柵雙極性三極管T1共同組成，其控 制信號由全數(shù)字化控制電路來提供；逆變電路在低壓小功率時用M0SFET 場效應(yīng)管組成，高壓大功率可由分立IGBT絕緣柵雙極性三極管或IGBT 集成模塊或IPM智能模塊組成；驅(qū)動電路是將全數(shù)字化控制電路30輸出的信號進行功率放大，并向 逆變電路提供使其飽合導(dǎo)能和可靠關(guān)斷的驅(qū)動信號；全數(shù)字化控制電路即MCU或DSP，該MCU或DSP具有嵌入式中斷口 ， 高精度A/DC， FLASH, SPI接口.全數(shù)字化控制電路接收外控信號和位置檢 測電路送來的位置檢測信號、并產(chǎn)生6路PWM調(diào)制信號與采樣電路、用 戶接口 、顯示及操作面板進行邏輯綜合后送給驅(qū)動電路來使逆變電路工作并驅(qū)動永磁電動機。作為進一步改進，所述緩沖電路中的電容C2為高頻特性好的無感電 容，二極管D1為正向電壓低反向恢復(fù)時間短的快速恢復(fù)二極管。作為進一步改進，所述的顯示及操作面板為LED或LCD顯示板，其 上設(shè)置有操作按鍵運行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、點動；指示燈電源指示、錯誤指示、正/反轉(zhuǎn)指示、運行/停止指示。作為進一步改進，用戶接口可與上位機通訊或外控信號進行對接實 現(xiàn)上位機或外控信號對驅(qū)動控制器和永磁電動機進行操作。作為進一步改進，所述的機殼是由散熱良好的鋁合金制成，外殼四周 分布有均勻的散熱筋。作為進一步改進，稀土磁鋼用溫度穩(wěn)定性高的稀土永磁材料制成。本實用新型的有益效果在于，數(shù)字式驅(qū)動器采用優(yōu)化的數(shù)字控制技 術(shù)，實現(xiàn)對電機的最優(yōu)化驅(qū)動控制，同時電機采用了優(yōu)化的磁路設(shè)計， 勵磁采用高性能的稀土磁鋼，使電機體積大大減小，功率密度極高，電機系統(tǒng)效率提高10%以上，同時去掉了電刷，對環(huán)境無污染，無電磁干擾，實現(xiàn)了高效、節(jié)能、環(huán)保。

圖l為本實用新型的結(jié)構(gòu)總圖圖2為稀土永磁電機的優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖 圖3為稀土永磁電機的縱向剖面圖 圖4為數(shù)字式驅(qū)動控制器的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
參照附圖，對本實用新型優(yōu)選實施例進行詳細(xì)的描述，其中所有相 同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。參考圖1，本實用新型所公開的的系統(tǒng)單元包括稀土永磁電機和數(shù)字式驅(qū)動控制器兩部分.參考圖2，是本實用新型環(huán)保型節(jié)能稀土電機的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3 為其剖視圖，參照圖2、 3，該稀土電機是高效節(jié)能電機，功率由11W至 22千瓦。電機主要部件包括機殼l、低損耗鐵心定子2、線圈繞組3、 轉(zhuǎn)子4、稀土磁鋼5、轉(zhuǎn)子外套6、主軸7、傳感器組件8、軸承9。主軸 7緊壓入轉(zhuǎn)子4的沖片疊壓體當(dāng)中，轉(zhuǎn)子4的疊壓體外圓上有偶數(shù)塊等半 徑瓦形稀土磁鋼5，稀土磁鋼5內(nèi)弧緊貼或半嵌入在轉(zhuǎn)子4的疊壓體的外 圓上，稀土磁鋼5用溫度穩(wěn)定性高的稀土永磁材料制成，具有磁能積高， 性能穩(wěn)定的特點。稀土磁鋼5與轉(zhuǎn)子4組成了永磁性轉(zhuǎn)子。為了防止磁 鋼在電機高速運轉(zhuǎn)時脫落，轉(zhuǎn)子外套6由導(dǎo)磁率為1的材料制成，鑲?cè)?永磁性轉(zhuǎn)子中，轉(zhuǎn)子外套6的頭部有分布均勻的風(fēng)葉，在電機運轉(zhuǎn)時便 可加快電機的散熱.以上幾部分便組成了電機的轉(zhuǎn)子。另外，機殼1是由散熱良好的鋁合金制成，外殼四周也有分布均勻 的散熱筋。定子2由低損耗的冷軋硅鋼片疊壓而成，緊壓入機殼l，線圈 繞組3鑲?cè)攵ㄗ硬壑?，定子疊壓時釆用斜槽結(jié)構(gòu)和分?jǐn)?shù)槽繞組，運轉(zhuǎn)起 來更平穩(wěn)，噪音更低。把軸承9通過夾具壓入后端蓋中，再把轉(zhuǎn)子的后端 壓入后端蓋的軸承當(dāng)中，把轉(zhuǎn)子放入定子內(nèi)，然后通過夾具把前端蓋壓到 位.傳感器分為兩類， 一類是由傳感器組件8構(gòu)成，傳感器分布滿足空間 角度pa^ 360士120'，其中，p是極對數(shù)，a是分部角度，K是自然數(shù)， 其位于電機后端，通過霍爾元件及多極磁環(huán)(磁環(huán)極數(shù)與磁性轉(zhuǎn)子的極 數(shù)相同)來傳感轉(zhuǎn)子位置，另一類是精密位置傳感器，采用光電編碼器 成旋轉(zhuǎn)變壓器，高精度定位轉(zhuǎn)子位置。圖3是稀土永磁同步電動機全數(shù)字化驅(qū)動控制器分解圖。參見圖3， 所述驅(qū)動控制器包括整流電路21:單相整流橋或三相整流橋，濾波電路 22，緩沖電路23，剎車電路24，逆變電路25，稀土永磁電動機26，采樣及保護電路27，驅(qū)動電路28，位置檢測電路29，全數(shù)字化控制電路 30，用戶接口31，顯示及操作面板32。稀土永磁同步電動機全數(shù)字化驅(qū)動控制器由開關(guān)主電路、驅(qū)動電路以 及控制電路組成，以下對驅(qū)動控制器的工作原理分三部分加以說明開關(guān)主電路由圖中的整流電路21:直流供電無需整流電路，濾波電 路22，緩沖電路23，剎車電路24，逆變電路25組成。整流電路21將單相或三相交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源。濾波電路22 對直流電源進行低通濾波，形成低內(nèi)阻硬特性直流電壓源，同時與稀土 永磁電動機26繞組感性負(fù)載交換無功功率，其功能由電容C1完成。緩 沖電路23能減少開關(guān)管承受的尖峰電壓，提高主電路的可靠性，使開關(guān) 管工作在安全工作區(qū)域，緩沖電路23可以分別設(shè)在各橋臂邊，也可以在 直流電源側(cè)使用一整體的緩沖電路，該電路中的電容C2應(yīng)選取高頻特性 好的無感電容，二極管D1應(yīng)選取正向電壓低反向恢復(fù)時間短的快速恢復(fù) 二極管。剎車電路24由剎車電阻R2、 二極管D2、 IGBT (絕緣柵雙極性 三極管)Tl共同組成進行能耗制動，其控制信號由全數(shù)字化控制電路30 來提供。逆變電路25在低壓小功率時用MOSFET (場效應(yīng)管)組成，高壓 大功率可由分立IGBT(絕緣柵雙極性三極管)或IGBT集成模塊或IPM(智 能模塊)來組成。驅(qū)動電路28是將全數(shù)字化控制電路30輸出的信號進行功率放大， 并向逆變電路25提供使其飽合導(dǎo)能和可靠關(guān)斷的驅(qū)動信號。我們釆用了 速度快、集成度高，可靠性高的集成驅(qū)動電路，使驅(qū)動器體積縮小，并 提高了整機的可靠性。全數(shù)字化控制電路30即MCU (或DSP)是稀土永磁電機正常運行并 實現(xiàn)其各種功能的控制中心，該MCU (DSP)具有嵌入式中斷口，高精度 A/DC, FLASH, SPI接口，有專用于永磁電動機控制的片內(nèi)外設(shè)置，可選擇傳感器模式和無傳感器模式運行等強大功能.全數(shù)字化控制電路30接收 外控信號和位置檢測電路29送來的位置檢測信號、并產(chǎn)生6路PWM調(diào)制 信號與采樣電路27、用戶接口 31、顯示及操作面板32進行邏輯綜合后 送給驅(qū)動電路28來使逆變電路25工作并驅(qū)動永磁電動機26。全數(shù)字化 控制電路30還對電機進行速度閉環(huán)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有良好的 動態(tài)和靜態(tài)特性。通過采樣及保護電路27送入全數(shù)字化控制電路30的 信號實現(xiàn)短路、過流、過壓、過熱、等故障保護功能。顯示及操作面板32包括LED (或LCD)顯示板進行轉(zhuǎn)速、錯誤代碼、 運行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)顯示。指示燈電源指示、錯誤指示、正/反轉(zhuǎn) 指示、運行/停止指示。操作按鍵運行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減 速、點動。用戶接口 31可與上位機通訊或外控信號進行對接實現(xiàn)上位機或外控 信號對驅(qū)動控制器30和永磁電動機26進行操作，實現(xiàn)運行、停止、正 轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、點動、模擬量輸入(驅(qū)動控制器30接受0-5V 或0-10V模擬量輸入)PWM輸入、頻率輸入，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控控制。
權(quán)利要求1. 一種環(huán)保型節(jié)能稀土永磁電機，其包括高性能稀土永磁電機本體及其數(shù)字式驅(qū)動控制器，電機主要包括機殼、低損耗鐵心定子、線圈繞組、轉(zhuǎn)子、稀土磁鋼、轉(zhuǎn)子外套、主軸、傳感器組件、軸承，其特征在于，低損耗鐵心定子由低損耗的冷軋硅鋼片以斜槽結(jié)構(gòu)和分?jǐn)?shù)槽繞組疊壓而成，緊壓入機殼中，線圈繞組鑲?cè)攵ㄗ硬壑?，主軸緊壓入轉(zhuǎn)子的沖片疊壓體當(dāng)中，轉(zhuǎn)子的疊壓體外圓上有偶數(shù)塊等半徑瓦形稀土磁鋼，稀土磁鋼內(nèi)弧緊貼或半嵌入在轉(zhuǎn)子的疊壓體的外圓上，稀土磁鋼與轉(zhuǎn)子組成了永磁性轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子外套由導(dǎo)磁率為1的材料制成，鑲?cè)胗来判赞D(zhuǎn)子中，轉(zhuǎn)子外套的頭部有分布均勻的風(fēng)葉；在電機后端安裝有傳感器組件，其與數(shù)字式驅(qū)動控制器電路連接，數(shù)字式驅(qū)動控制器包括開關(guān)主電路、驅(qū)動電路以及控制電路，主開關(guān)電路接收來自控制電路的驅(qū)動信號，驅(qū)動稀土永磁電機動作；控制電路接收從開關(guān)主電路中采樣電路的采樣信號，對應(yīng)的產(chǎn)生并輸出控制信號至開關(guān)主電路中，接收位于稀土永磁電機后端的傳感器組件接收的轉(zhuǎn)子位置信息，并對應(yīng)的產(chǎn)生并輸出控制信號至驅(qū)動電路，實現(xiàn)電子換向，同時接收外部制動指令，產(chǎn)生制動信號給剎車電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型節(jié)能稀土永磁電機，其特征在于， 傳感器組件的分布滿足空間角度P a =K 360± 120'，其中，p是極對數(shù)，ot 是分部角度，K是自然數(shù)，通過霍爾元件及磁環(huán)極數(shù)與磁性轉(zhuǎn)子的極數(shù)相 同的多極磁環(huán)來傳感轉(zhuǎn)子位置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保型節(jié)能稀土永磁電機，其特征在 于，所述的數(shù)字式驅(qū)動控制器由開關(guān)主電路、驅(qū)動電路以及全數(shù)字化控 制電路組成，其中，開關(guān)主電路由整流電路，濾波電路，緩沖電路，剎 車電路，逆變電路組成；整流電路可為單相整流橋或三相整流橋，單相 或三相交流電源經(jīng)整流電路的單相整流橋或三相整流橋轉(zhuǎn)換為直流電源，直流電源經(jīng)濾波電路進行低通濾波，形成低內(nèi)阻硬特性直流電壓源，同時通過濾波電路的電容Cl與稀土永磁電動機繞組感性負(fù)載交換無功功 率；緩沖電路分別設(shè)在整流電路的各橋臂邊，剎車電路由剎車電阻R2、 二極管D2、 IGBT絕緣柵雙極性三極管T1共同組成，其控制信號由全數(shù) 字化控制電路來提供;逆變電路在低壓小功率時用MOSFET場效應(yīng)管組成， 高壓大功率可由分立IGBT絕緣柵雙極性三極管或IGBT集成模塊或IPM 智能模塊組成；驅(qū)動電路是將全數(shù)字化控制電路30輸出的信號進行功率放大，并向 逆變電路提供使其飽合導(dǎo)能和可靠關(guān)斷的驅(qū)動信號；全數(shù)字化控制電路即MCU或DSP，該MCU或DSP具有嵌入式中斷口 ， 高精度A/DC， FLASH, SPI接口，全數(shù)字化控制電路接收外控信號和位置檢 測電路送來的位置檢測信號、并產(chǎn)生6路PWM調(diào)制信號與采樣電路、用 戶接口、顯示及操作面板進行邏輯綜合后送給驅(qū)動電路來使逆變電路工 作并驅(qū)動永磁電動機。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的環(huán)保型節(jié)能稀土永磁電機，其特征在于， 所述緩沖電路中的電容C2為高頻特性好的無感電容，二極管Dl為正向 電壓低反向恢復(fù)時間短的快速恢復(fù)二極管。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)保型節(jié)能稀土永磁電機，其特征在于， 所述的顯示及操作面板為LED或LCD顯示板，其上設(shè)置有操作按鍵運 行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、點動；指示燈電源指示、錯誤 指示、正/反轉(zhuǎn)指示、運行/停止指示。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的環(huán)保型節(jié)能稀土永磁電機，其特征在于， 用戶接口可與上位機通訊或外控信號進行對接實現(xiàn)上位機或外控信號對 驅(qū)動控制器和永磁電動機進行操作。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的環(huán)保型節(jié)能稀土永磁電機，其特征在于，所述的機殼是由散熱良好的鋁合金制成，外殼四周分布有均勻的散熱筋。
8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的環(huán)保型節(jié)能稀土永磁電機，其特征在于， 稀土磁鋼用溫度穩(wěn)定性高的稀土永磁材料制成。
專利摘要一種環(huán)保型節(jié)能稀土永磁電機，其包括高性能稀土永磁電機本體及其數(shù)字式驅(qū)動控制器，電機本體中低損耗鐵心定子緊壓入機殼中，線圈繞組鑲?cè)攵ㄗ硬壑?，主軸緊壓入轉(zhuǎn)子的沖片疊壓體當(dāng)中，轉(zhuǎn)子的疊壓體外圓上有偶數(shù)塊等半徑瓦形稀土磁鋼，稀土磁鋼內(nèi)弧緊貼或半嵌入在轉(zhuǎn)子的疊壓體的外圓上，稀土磁鋼與轉(zhuǎn)子組成了永磁性轉(zhuǎn)子；在電機的后端安裝有傳感器組件，其與數(shù)字式驅(qū)動控制器電路連接，數(shù)字式驅(qū)動器采用優(yōu)化的數(shù)字控制技術(shù)，實現(xiàn)了對電機的最優(yōu)化驅(qū)動控制，同時電機采用了優(yōu)化的磁路設(shè)計，勵磁采用高性能的稀土磁鋼，使電機體積大大減小，功率密度極高，電機系統(tǒng)效率提高10％以上，同時去掉了電刷，對環(huán)境無污染，無電磁干擾。
文檔編號H02K29/08GK201118417SQ20072015520
公開日2008年9月17日 申請日期2007年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月11日
發(fā)明者林進峰, 鄭云峰 申請人:宏佳機電有限公司