专利名称：环保型节能稀土永磁电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电机，尤其是涉及一种环保型节能稀土永磁电机。
背景技术：
现有技术中的直流电机的调速性能优越，低速性能好，运行平稳， 但因为其采用的是机械式换向器及碳刷，在运行过程中会产生粉尘污染， 同时产生换向火花，造成无线电干扰。现有技术中的交流变频感应电机 的体积庞大，而且效率较低。 发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术中的上述问题，提供一种采用 电子换向，运转平稳，无级调速范围宽，控制精度高，低速机械特性好 的环保型节能稀土永磁电机。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种环保型节能稀土永磁电机，其包括高性能稀土永磁电机本体及其 数字式驱动控制器，电机主要包括机壳、低损耗铁心定子、线圈绕组、 转子、稀土磁钢、转子外套、主轴、传感器组件、轴承，其特征在于， 低损耗铁心定子由低损耗的冷轧硅钢片以斜槽结构和分数槽绕组叠压而 成，紧压入机壳中，线圈绕组镶入定子槽中，主轴紧压入转子的冲片叠 压体当中，转子的叠压体外圆上有偶数块等半径瓦形稀土磁钢，稀土磁 钢内弧紧贴或半嵌入在转子的叠压体的外圆上，稀土磁钢与转子组成了 永磁性转子；转子外套由导磁率为1的材料制成，镶入永磁性转子中， 转子外套的头部有分布均匀的风叶；在电机的后端安装有传感器组件， 其与数字式驱动控制器电路连接，数字式驱动控制器包括开关主电路、 驱动电路以及控制电路，主开关电路接收来自控制电路的驱动信号，驱动稀土永磁电机动作；控制电路接收从开关主电路中采样电路的采样信 号，对应的产生并输出控制信号至开关主电路中，接收位于稀土永磁电 机后端的传感器组件接收的转子位置信息，并对应的产生并输出控制信 号至驱动电路，实现电子换向，同时接收外部制动指令，产生制动信号 给刹车电路。作为进一步改进，传感器组件的分布满足空间角度pa4 360±120 '，其中，P是极对数，a是分部角度，K是自然数，通过霍尔元件及磁环 极数与磁性转子的极数相同的多极磁环来传感转子位置。作为进一步改进，所述的数字式驱动控制器由开关主电路、驱动电路 以及全数字化控制电路组成，其中，开关主电路由整流电路，滤波电路， 缓冲电路，刹车电路，逆变电路组成；整流电路可为单相整流桥或三相 整流桥，单相或三相交流电源经整流电路的单相整流桥或三相整流桥转 换为直流电源，直流电源经滤波电路进行低通滤波，形成低内阻硬特性 直流电压源，同时通过滤波电路的电容C1与稀土永磁电动机绕组感性负 载交换无功功率；缓冲电路分别设在整流电路的各桥臂边，刹车电路由 刹车电阻R2、 二极管D2、 IGBT绝缘栅双极性三极管T1共同组成，其控 制信号由全数字化控制电路来提供；逆变电路在低压小功率时用M0SFET 场效应管组成，高压大功率可由分立IGBT绝缘栅双极性三极管或IGBT 集成模块或IPM智能模块组成；驱动电路是将全数字化控制电路30输出的信号进行功率放大，并向 逆变电路提供使其饱合导能和可靠关断的驱动信号；全数字化控制电路即MCU或DSP，该MCU或DSP具有嵌入式中断口 ， 高精度A/DC， FLASH, SPI接口.全数字化控制电路接收外控信号和位置检 测电路送来的位置检测信号、并产生6路PWM调制信号与采样电路、用 户接口 、显示及操作面板进行逻辑综合后送给驱动电路来使逆变电路工作并驱动永磁电动机。作为进一步改进，所述缓冲电路中的电容C2为高频特性好的无感电 容，二极管D1为正向电压低反向恢复时间短的快速恢复二极管。作为进一步改进，所述的显示及操作面板为LED或LCD显示板，其 上设置有操作按键运行、停止、正转、反转、加速、减速、点动；指示灯电源指示、错误指示、正/反转指示、运行/停止指示。作为进一步改进，用户接口可与上位机通讯或外控信号进行对接实 现上位机或外控信号对驱动控制器和永磁电动机进行操作。作为进一步改进，所述的机壳是由散热良好的铝合金制成，外壳四周 分布有均匀的散热筋。作为进一步改进，稀土磁钢用温度稳定性高的稀土永磁材料制成。本实用新型的有益效果在于，数字式驱动器采用优化的数字控制技 术，实现对电机的最优化驱动控制，同时电机采用了优化的磁路设计， 励磁采用高性能的稀土磁钢，使电机体积大大减小，功率密度极高，电机系统效率提高10%以上，同时去掉了电刷，对环境无污染，无电磁干扰，实现了高效、节能、环保。
图l为本实用新型的结构总图图2为稀土永磁电机的优化结构图 图3为稀土永磁电机的纵向剖面图 图4为数字式驱动控制器的电路结构图。
具体实施方式
参照附图，对本实用新型优选实施例进行详细的描述，其中所有相 同的附图标记表示相同的部件。参考图1，本实用新型所公开的的系统单元包括稀土永磁电机和数字式驱动控制器两部分.参考图2，是本实用新型环保型节能稀土电机的结构示意图，图3 为其剖视图，参照图2、 3，该稀土电机是高效节能电机，功率由11W至 22千瓦。电机主要部件包括机壳l、低损耗铁心定子2、线圈绕组3、 转子4、稀土磁钢5、转子外套6、主轴7、传感器组件8、轴承9。主轴 7紧压入转子4的冲片叠压体当中，转子4的叠压体外圆上有偶数块等半 径瓦形稀土磁钢5，稀土磁钢5内弧紧贴或半嵌入在转子4的叠压体的外 圆上，稀土磁钢5用温度稳定性高的稀土永磁材料制成，具有磁能积高， 性能稳定的特点。稀土磁钢5与转子4组成了永磁性转子。为了防止磁 钢在电机高速运转时脱落，转子外套6由导磁率为1的材料制成，镶入 永磁性转子中，转子外套6的头部有分布均匀的风叶，在电机运转时便 可加快电机的散热.以上几部分便组成了电机的转子。另外，机壳1是由散热良好的铝合金制成，外壳四周也有分布均匀 的散热筋。定子2由低损耗的冷轧硅钢片叠压而成，紧压入机壳l，线圈 绕组3镶入定子槽中，定子叠压时釆用斜槽结构和分数槽绕组，运转起 来更平稳，噪音更低。把轴承9通过夹具压入后端盖中，再把转子的后端 压入后端盖的轴承当中，把转子放入定子内，然后通过夹具把前端盖压到 位.传感器分为两类， 一类是由传感器组件8构成，传感器分布满足空间 角度pa^ 360士120'，其中，p是极对数，a是分部角度，K是自然数， 其位于电机后端，通过霍尔元件及多极磁环(磁环极数与磁性转子的极 数相同)来传感转子位置，另一类是精密位置传感器，采用光电编码器 成旋转变压器，高精度定位转子位置。图3是稀土永磁同步电动机全数字化驱动控制器分解图。参见图3， 所述驱动控制器包括整流电路21:单相整流桥或三相整流桥，滤波电路 22，缓冲电路23，刹车电路24，逆变电路25，稀土永磁电动机26，采样及保护电路27，驱动电路28，位置检测电路29，全数字化控制电路 30，用户接口31，显示及操作面板32。稀土永磁同步电动机全数字化驱动控制器由开关主电路、驱动电路以 及控制电路组成，以下对驱动控制器的工作原理分三部分加以说明开关主电路由图中的整流电路21:直流供电无需整流电路，滤波电 路22，缓冲电路23，刹车电路24，逆变电路25组成。整流电路21将单相或三相交流电源转换为直流电源。滤波电路22 对直流电源进行低通滤波，形成低内阻硬特性直流电压源，同时与稀土 永磁电动机26绕组感性负载交换无功功率，其功能由电容C1完成。缓 冲电路23能减少开关管承受的尖峰电压，提高主电路的可靠性，使开关 管工作在安全工作区域，缓冲电路23可以分别设在各桥臂边，也可以在 直流电源侧使用一整体的缓冲电路，该电路中的电容C2应选取高频特性 好的无感电容，二极管D1应选取正向电压低反向恢复时间短的快速恢复 二极管。刹车电路24由刹车电阻R2、 二极管D2、 IGBT (绝缘栅双极性 三极管)Tl共同组成进行能耗制动，其控制信号由全数字化控制电路30 来提供。逆变电路25在低压小功率时用MOSFET (场效应管)组成，高压 大功率可由分立IGBT(绝缘栅双极性三极管)或IGBT集成模块或IPM(智 能模块)来组成。驱动电路28是将全数字化控制电路30输出的信号进行功率放大， 并向逆变电路25提供使其饱合导能和可靠关断的驱动信号。我们釆用了 速度快、集成度高，可靠性高的集成驱动电路，使驱动器体积縮小，并 提高了整机的可靠性。全数字化控制电路30即MCU (或DSP)是稀土永磁电机正常运行并 实现其各种功能的控制中心，该MCU (DSP)具有嵌入式中断口，高精度 A/DC, FLASH, SPI接口，有专用于永磁电动机控制的片内外设置，可选择传感器模式和无传感器模式运行等强大功能.全数字化控制电路30接收 外控信号和位置检测电路29送来的位置检测信号、并产生6路PWM调制 信号与采样电路27、用户接口 31、显示及操作面板32进行逻辑综合后 送给驱动电路28来使逆变电路25工作并驱动永磁电动机26。全数字化 控制电路30还对电机进行速度闭环和电流闭环调节，使系统具有良好的 动态和静态特性。通过采样及保护电路27送入全数字化控制电路30的 信号实现短路、过流、过压、过热、等故障保护功能。显示及操作面板32包括LED (或LCD)显示板进行转速、错误代码、 运行、停止、正转、反转显示。指示灯电源指示、错误指示、正/反转 指示、运行/停止指示。操作按键运行、停止、正转、反转、加速、减 速、点动。用户接口 31可与上位机通讯或外控信号进行对接实现上位机或外控 信号对驱动控制器30和永磁电动机26进行操作，实现运行、停止、正 转、反转、加速、减速、点动、模拟量输入(驱动控制器30接受0-5V 或0-10V模拟量输入)PWM输入、频率输入，可实现网络化控控制。
权利要求1. 一种环保型节能稀土永磁电机，其包括高性能稀土永磁电机本体及其数字式驱动控制器，电机主要包括机壳、低损耗铁心定子、线圈绕组、转子、稀土磁钢、转子外套、主轴、传感器组件、轴承，其特征在于，低损耗铁心定子由低损耗的冷轧硅钢片以斜槽结构和分数槽绕组叠压而成，紧压入机壳中，线圈绕组镶入定子槽中，主轴紧压入转子的冲片叠压体当中，转子的叠压体外圆上有偶数块等半径瓦形稀土磁钢，稀土磁钢内弧紧贴或半嵌入在转子的叠压体的外圆上，稀土磁钢与转子组成了永磁性转子；转子外套由导磁率为1的材料制成，镶入永磁性转子中，转子外套的头部有分布均匀的风叶；在电机后端安装有传感器组件，其与数字式驱动控制器电路连接，数字式驱动控制器包括开关主电路、驱动电路以及控制电路，主开关电路接收来自控制电路的驱动信号，驱动稀土永磁电机动作；控制电路接收从开关主电路中采样电路的采样信号，对应的产生并输出控制信号至开关主电路中，接收位于稀土永磁电机后端的传感器组件接收的转子位置信息，并对应的产生并输出控制信号至驱动电路，实现电子换向，同时接收外部制动指令，产生制动信号给刹车电路。
2、 根据权利要求1所述的环保型节能稀土永磁电机，其特征在于， 传感器组件的分布满足空间角度P a =K 360± 120'，其中，p是极对数，ot 是分部角度，K是自然数，通过霍尔元件及磁环极数与磁性转子的极数相 同的多极磁环来传感转子位置。
3、 根据权利要求1或2所述的环保型节能稀土永磁电机，其特征在 于，所述的数字式驱动控制器由开关主电路、驱动电路以及全数字化控 制电路组成，其中，开关主电路由整流电路，滤波电路，缓冲电路，刹 车电路，逆变电路组成；整流电路可为单相整流桥或三相整流桥，单相 或三相交流电源经整流电路的单相整流桥或三相整流桥转换为直流电源，直流电源经滤波电路进行低通滤波，形成低内阻硬特性直流电压源，同时通过滤波电路的电容Cl与稀土永磁电动机绕组感性负载交换无功功 率；缓冲电路分别设在整流电路的各桥臂边，刹车电路由刹车电阻R2、 二极管D2、 IGBT绝缘栅双极性三极管T1共同组成，其控制信号由全数 字化控制电路来提供;逆变电路在低压小功率时用MOSFET场效应管组成， 高压大功率可由分立IGBT绝缘栅双极性三极管或IGBT集成模块或IPM 智能模块组成；驱动电路是将全数字化控制电路30输出的信号进行功率放大，并向 逆变电路提供使其饱合导能和可靠关断的驱动信号；全数字化控制电路即MCU或DSP，该MCU或DSP具有嵌入式中断口 ， 高精度A/DC， FLASH, SPI接口，全数字化控制电路接收外控信号和位置检 测电路送来的位置检测信号、并产生6路PWM调制信号与采样电路、用 户接口、显示及操作面板进行逻辑综合后送给驱动电路来使逆变电路工 作并驱动永磁电动机。
4、 根据权利要求3所述的环保型节能稀土永磁电机，其特征在于， 所述缓冲电路中的电容C2为高频特性好的无感电容，二极管Dl为正向 电压低反向恢复时间短的快速恢复二极管。
5、 根据权利要求4所述的环保型节能稀土永磁电机，其特征在于， 所述的显示及操作面板为LED或LCD显示板，其上设置有操作按键运 行、停止、正转、反转、加速、减速、点动；指示灯电源指示、错误 指示、正/反转指示、运行/停止指示。
6、 根据权利要求5所述的环保型节能稀土永磁电机，其特征在于， 用户接口可与上位机通讯或外控信号进行对接实现上位机或外控信号对 驱动控制器和永磁电动机进行操作。
7、 根据权利要求6所述的环保型节能稀土永磁电机，其特征在于，所述的机壳是由散热良好的铝合金制成，外壳四周分布有均匀的散热筋。
8、根据权利要求7所述的环保型节能稀土永磁电机，其特征在于， 稀土磁钢用温度稳定性高的稀土永磁材料制成。
专利摘要一种环保型节能稀土永磁电机，其包括高性能稀土永磁电机本体及其数字式驱动控制器，电机本体中低损耗铁心定子紧压入机壳中，线圈绕组镶入定子槽中，主轴紧压入转子的冲片叠压体当中，转子的叠压体外圆上有偶数块等半径瓦形稀土磁钢，稀土磁钢内弧紧贴或半嵌入在转子的叠压体的外圆上，稀土磁钢与转子组成了永磁性转子；在电机的后端安装有传感器组件，其与数字式驱动控制器电路连接，数字式驱动器采用优化的数字控制技术，实现了对电机的最优化驱动控制，同时电机采用了优化的磁路设计，励磁采用高性能的稀土磁钢，使电机体积大大减小，功率密度极高，电机系统效率提高10％以上，同时去掉了电刷，对环境无污染，无电磁干扰。
文档编号H02K29/08GK201118417SQ20072015520
公开日2008年9月17日 申请日期2007年7月11日 优先权日2007年7月11日
发明者林进峰, 郑云峰 申请人:宏佳机电有限公司