专利名称：一种稀土永磁无刷电机水泵系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电机技术领域，特别是一种稀土永磁无位置传感器控制的 无刷电机水泵系统。
背景技术：
目前水泵的驱动电机多采用感应电机，小功率感应电机多为单相，不仅效 率低、功率密度低，而且电机调整困难。在目前能源供应越来越紧张的情况下， 当务之急是提高电机的效率。
稀土永磁无刷电机具有功率密度高、体积小和效率高的优点，便于控制， 配合无位置传感器同步电机控制器，具有功率因数高、效率高、控制性能好， 和调整范围宽的优点，因此，可以将稀土永磁无位置传感器控制无刷电机应用 到水泵领域中。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有水泵存在的效率低和可控性差的缺点， 提供一种无位置传感器控制的稀土永磁无刷电机水泵系统。 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为
一种稀土永磁无刷电机水泵系统，包括稀土永磁无刷电机，所述稀土永磁 无刷电机的前端固定有水泵蜗壳，所述水泵蜗壳中设置有叶轮，叶轮固定安装 在稀土永磁无刷电机的转子轴上；以及控制所述稀土永磁无刷电机的控制器。优选的是，包括水泵外壳，所述稀土永磁无刷电机的定子固定在水泵外壳 的内壁上，水泵外壳内设置有隔离稀土永磁无刷电机的定子和转子的定子套， 所述定子套内设置有一个轴承座；所述水泵外壳的前端设置有一个前盖，所述 转子的转子轴一端通过前端轴承与前盖配合安装，伸出前盖的部分安装所述叶 轮，另一端通过后端轴承与所述轴承座配合。
优选的是，所述转子，包括多个转子叠片，转子叠片叠压在一起并与转子 轴紧密配合连接，稀土磁钢通过高温厌氧胶贴于转子叠片表面；所述转子为通 过注塑封装而成的转子。
优选的是，水泵壳体和定子套为一体注塑成型。
优选的是，所述前端轴承和后端轴承均为高硬度陶瓷滑动轴承，前端轴承 包括第一轴承与第一轴套，后端轴承包括第二轴承与第二轴套；所述水泵外壳 内设置有为前端轴承和后端轴承提供液体润滑的水循环通道。
优选的是，所述水循环通道连接定子套上设置的开口和水泵外壳上设置的 开口，开口处用树脂灌封。
优选的是，所述转子的转子轴为钛合金轴。
优选的是，所述控制器包括顺次连接的AC电源、EMI滤波电路、整流电 路、滤波电路和集成有IPM的逆变电路；逆变电路的三相输出分别与所述定子 中的三相绕组电连接；转子位置检测电路，与三相绕组电连接，检测三相反电 动势的过零点信号；MCU控制电路，接收转子位置检测电路发出的检测信号，输出三相PWM控制信号至所述的逆变电路的IPM。
优选的是，所述控制器还包括按键控制及显示电路，故障检测电路和电流 检测保护电路；所述故障检测电路和电流检测保护电路监控所述逆变电路，并 将监控结果传送至所述MCU控制电路；所述按键控制及显示电路与MCU控制 电路通讯连接。
优选的是，还包括一个控制器壳体，所述控制器壳体固连于水泵外壳的后 端，所述控制器安装于控制器壳体中；所述控制器壳体上安装有控制器导热板， 控制器导热板的上方安装有控制器散热片。
有益效果
水泵采用稀土永磁无刷电机，该电机具有剩磁高、矫顽力高、磁能积高和 震动小的优点，有效减小了电机的体积，提高了工作效率。如果电机采用高硬 度陶瓷滑动轴承，配合钛合金转子轴，还具有耐腐蚀、使用寿命长和免维护的 特点。通过设置水循环管道为高硬度陶瓷滑动轴承提供水润滑。由于转子浸没 在水中，所以通过定子套将定子与转子隔离，可以有效保证定子绕组干燥。
控制器采用无位置传感器控制方式，取消了位置信号线，具有抗干扰性能 高、工作可靠和连接简单的优点。可以通过为控制器配置按键控制及显示电路， 直观、简单地监控水泵的工作情况。
图1为80W稀土永磁无刷电机水泵系统无刷水泵的外形图； 图2为80W稀土永磁无刷电机水泵系统无刷水泵的爆炸图；图3为170W稀土永磁无刷电机水泵系统的控制器外置时的外形图； 图4为170W稀土永磁无刷电机水泵系统的控制器外置时的爆炸图； 图5为170W稀土永磁无刷电机水泵系统的控制器内置时的外形图； 图6为170W稀土永磁无刷电机水泵系统的控制器内置时的爆炸图； 图7为240W稀土永磁无刷电机水泵系统的控制器外置时的外形图； 图8为240W稀土永磁无刷电机水泵系统的控制器外置时的爆炸图； 图9为240W稀土永磁无刷电机水泵系统的控制器内置时的外形图； 图10为240W稀土永磁无刷电机水泵系统的控制器内置时的爆炸图； 图11为稀土永磁无刷电机水泵系统的控制器的功能框图。
具体实施方式
本实用新型所述的稀土永磁无刷电机水泵系统，其包括水泵组件和稀土永 磁无刷电机，以及电连接于稀土永磁无刷电机上的无位置传感器无刷电机控制
器°
如图1至10所示，水泵组件包括带底座的水泵外壳3、设置于水泵外壳3 前端的前盖4以及设置于后端的后盖6 (如图1所示，80W稀土永磁无刷电机水 泵系统无后盖6)，以及在稀土永磁无刷电机的前端上(即水泵外壳3的前端) 固定的水泵蜗壳12和设置在水泵蜗壳12内的叶轮9。前盖4通过安装螺丝5固 定在水泵外壳3上，水泵蜗壳12与水泵外壳3之间安装有密封圈11，并通过安 装螺丝13和螺母14进行固定安装。
稀土永磁无刷电机包括定子2和与其相配的转子1。转子1上设有转子轴102，转子轴102可选择钛合金轴。所述转子1，包括多个转子叠片101，转子 叠片101叠压在一起后与转子轴102紧密配合，并用铆钉103固定，将稀土磁 钢104用高温厌氧胶贴于转子叠片101的表面，最后注塑封装而成。转子叠片 101和稀土磁钢104组装后可以通过平面轴承109、橡胶垫110和密封圈108安 装在转子套105内。这样的转子1可保证有足够的机械强度和抗锈蚀能力，并 且外形规整，在流体中转动的阻力小，损耗小。定子2固定在水泵外壳3的内壁上，定子2由水泵外壳3内设置的定子套 24将其与转子1隔离。其中，水泵外壳3和定子套24可为一体注塑成型。定子 2的三向绕组由引线7连接至插头8上。转子套105的前后两端分别连接有与前 盖4配合的前端轴承和与定子套24内设置的轴承座配合的后端轴承。转子轴102 一端通过前端轴承与前盖4配合安装，伸出前盖4的部分安装有叶轮9，叶轮9 通过螺丝10固定于转子轴102上；另一端通过后端轴承与轴承座配合，从而使 得转子1可以相对定子2旋转，当转子1旋转时会带动叶轮9旋转而在水泵蜗 壳12中产生涡流，从而实现将液体泵入及泵出。所述前端轴承和后端轴承均可选择高硬度陶瓷滑动轴承，前端轴承包括第 一轴承107与第一轴套106，后端轴承包括第二轴承与第二轴套。在水泵外壳3 内设置有为前端轴承和后端轴承提供液体润滑的水循环通道25，该水循环通道 25连接于定子套24上设置的开口和水泵外壳3上设置的开口 ，然后用树脂灌封， 保证定子绕组及硅钢片不会锈蚀。如图11所述，稀土永磁无刷电机的无位置传感器控制器80包括顺次连接 的AC电源801、 EMI滤波电路802、整流电路803、滤波电路804和集成有功率模块IPM的逆变电路805。逆变电路805的三相输出分别与定子中的三相绕组 电连接。AC电源801提供交流220V(或110V)电源，并通过EMI滤波电路802和 整流电路803整流后，给平波电容充电，提供一个直流电压给逆变电路805。转子位置检测电路810与三相绕组电连接，检测三相反电动势的过零点信 号。MCU控制电路808接收转子位置检测电路810发出的检测信号，计算三相开 关占空比，输出三相P丽控制信号至所述的逆变电路的IPM，此处，输出的三相 P丽控制信号可以通过IPM驱动电路807再送至逆变电路805的IPM处。所述控制器80还包括按键控制及显示电路811，故障检测电路809和电流 检测保护电路806。其中，故障检测电路809和电流检测保护电路806监控逆变 电路805，并将监控结果传送至MCU控制电路808，供MCU控制电路808选择相 应的预定控制决策。所述按键控制及显示电路与MCU控制电路通讯连接。电流检测保护电路806和故障检测信号电路809实现了对控制器80的过流、 过载保护。通过按键控制及显示电路，如LED显示屏，通过简易的菜单操作实 现了良好的人机操作界面。控制器80具有速度及电流反馈功能，速度控制精度为1%。控制器的最高转 速为3300RPM，最低转速为800RPM。控制器的额定输出功率为80/170/240W可 选，额定输入电压为AC220(110)V，额定输入电流为1.7A，最大输入电流2.5A， 额定转速为3000RPM。可连续工作。所述控制器可以外置于水泵，如图2、 4和8中的稀土永磁无刷电机水泵系 统的结构，也可以内置于水泵，如图6和10所示，该控制器80设置于控制器 壳体15内，所述控制器壳体15固连于水泵外壳14的后端，控制器壳体15的后盖17通过安装螺丝18和螺母19固定于控制器外壳15上。控制器壳体15上 安装有控制器导热板20，控制器散热片21通过螺丝22固定于控制器导热板20 的上方，控制器导热板20将控制器80产生的热量通过控制器散热片21散发出 去。控制器散热片21与控制器壳体15之间，以及控制器后盖17与控制器壳体 15之间均设置有密封圈16。此外，上述实施方式并非是本实用新型的限制性实施方式，凡本领域的技 术人员在本实用新型的实质内容的基础上所进行的修饰或者等效变形，均应属 于本实用新型的技术范畴。
权利要求1、一种稀土永磁无刷电机水泵系统，其特征在于包括稀土永磁无刷电机，所述稀土永磁无刷电机的前端固定有水泵蜗壳，所述水泵蜗壳中设置有叶轮，叶轮固定安装在稀土永磁无刷电机的转子轴上；以及控制所述稀土永磁无刷电机的控制器。
2、 根据权利要求1所述的一种稀土永磁无刷电机水泵系统，其特征在于包 括水泵外壳，所述稀土永磁无刷电机的定子固定在水泵外壳的内壁上，水泵外 壳内设置有隔离稀土永磁无刷电机的定子和转子的定子套，所述定子套内设置 有一个轴承座；所述水泵外壳的前端设置有一个前盖，所述转子的转子轴一端 通过前端轴承与前盖配合安装，伸出前盖的部分安装所述叶轮，另一端通过后 端轴承与所述轴承座配合。
3、 根据权利要求2所述的一种稀土永磁无刷电机水泵系统，其特征在于所 述转子，包括多个转子叠片，转子叠片叠压在一起并与转子轴紧密配合连接， 稀土磁钢通过高温厌氧胶贴于转子叠片表面；所述转子为通过注塑封装而成的 转子。
4、 根据权利要求2所述的一种稀土永磁无刷电机水泵系统，其特征在于水 泵壳体和定子套为一体注塑成型。
5、 根据权利要求2所述的一种稀土永磁无刷电机水泵系统，其特征在于所 述前端轴承和后端轴承均为高硬度陶瓷滑动轴承，前端轴承包括第一轴承与第 一轴套，后端轴承包括第二轴承与第二轴套；所述水泵外壳内设置有为前端轴 承和后端轴承提供液体润滑的水循环通道。
6、 根据权利要求5所述的一种稀土永磁无刷电机水泵系统，其特征在于所 述水循环通道连接定子套上设置的开口和水泵外壳上设置的开口 ，开口处用树 脂灌封。
7、 根据权利要求2所述的一种稀土永磁无刷电机水泵系统，其特征在于所 述转子的转子轴为钛合金轴。
8、 根据权利要求1至7中任一项所述的一种稀土永磁无刷电机水泵系统，其 特征在于所述控制器包括顺次连接的AC电源、EMI滤波电路、整流电路、 滤波电路和集成有IPM的逆变电路；逆变电路的三相输出分别与所述定子中 的三相绕组电连接；转子位置检测电路，与三相绕组电连接，检测三相反电动 势的过零点 信号；MCU控制电路，接收转子位置检测电路发出的检测信号， 输出三相PWM控制信号至所述的逆变电路的IPM。
9、 根据权利要求8所述的一种稀土永磁无刷电机水泵系统，其特征在于所 述控制器还包括按键控制及显示电路，故障检测电路和电流检测保护电路；所 述故障检测电路和电流检测保护电路监控所述逆变电路，并将监控结果传送至 所述MCU控制电路；所述按键控制及显示电路与MCU控制电路通讯连接。
10、 根据权利要求9所述的一种稀土永磁无刷电机水泵系统，其特征在于还 包括一个控制器壳体，所述控制器壳体固连于水泵外壳的后端，所述控制器安 装于控制器壳体中；所述控制器壳体上安装有控制器导热板，控制器导热板的 上方安装有控制器散热片。
专利摘要本实用新型公开了一种稀土永磁无刷电机水泵系统，包括稀土永磁无刷电机，所述稀土永磁无刷电机的前端固定有水泵蜗壳，所述水泵蜗壳中设置有叶轮，叶轮固定安装在稀土永磁无刷电机的转子轴上；以及控制所述稀土永磁无刷电机的控制器。提供一种无刷电机水泵系统，包括稀土永磁无刷电机水泵，无位置传感器无刷电机控制器。无刷电机控制器采用内置和外置两种安装方式，运用无位置传感器方式驱动无刷电机运转。本实用新型提供一种效率高和可控性好的无位置传感器控制的稀土永磁无刷电机水泵系统。
文档编号F04D13/06GK201420682SQ20092014520
公开日2010年3月10日 申请日期2009年3月11日 优先权日2009年3月11日
发明者郑云峰 申请人:郑云峰