一体式变频电的制造方法
【专利摘要】一体式变频电机，涉及一种变频电机。目前传统的变频电机和变频驱动器分离式系统，由于电机与驱动器组合对象的不确定性，在驱动器设计上一般考虑较多用户参数设置，设置复杂，且变频器散热面积有限，散热不佳。本发明包括电机、变频器，其特征在于：所述的变频器置于电机后端，变频器与电机之间为无电缆连接的一体化结构,所述的变频器紧固在电机后端盖，三相交流电通过电源连接线与变频器相连，上位机通过上位机连接线与变频器相连，为变频器提供上位机指令。本技术方案电机与变频控制一体化，完整解决电机和变频器的损耗产品问题，系统可靠性高，系统还具有整体体积较小，对于维护和安装都提供了一定的便利。
【专利说明】一体式变频电机
【技术领域】
[0001〕 本发明涉及一种变频电机，尤其为一体式变频电机。
【背景技术】
[0002]用于风机水泵的电机一般采用通用电机技术方案，运行效率较低，采用通用型的高效率电机进行替换匹配使用，既无法发挥出电机高效率运行特性，也不能提高系统运行的高效率，系统工况适应性差；如传统的变频电机和变频驱动器分离式系统，由于电机与驱动器组合对象的不确定性，因此在驱动器设计上一般考虑较多用户参数设置，诸如电机参数设置、低速电压提升等，对用户而言，要使用好变频系统，发挥好变频系统最佳的运行性能，进行如此的专业但又必不可少的参数设置工作显然是困难的，由于变频驱动器输出的高频脉冲电源，是非理想的正弦波电源，脉冲电源在电缆传输中的电压反射叠加效应，使电机极易承受2倍甚至更高的端电压，容易引起电机绝缘失效；由于电机与变频驱动器均为功率型器件，其自身的损耗发热、较大的结构体积、冷却散热等问题是成为电机与变频驱动器一体化设计的技术难点。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一体式变频电机，以达到运行稳定、安装维护方便、降低成本的目的。为此，本发明采取以下技术方案。
[0004]一体式变频电机，包括电机、变频器，其特征在于:所述的变频器置于电机后端，变频器与电机之间为无电缆连接的一体化结构，所述的变频器紧固在电机后端盖，三相交流电通过电源连接线与变频器相连，上位机通过上位机连接线与变频器相连，为变频器提供上位机指令。电机与变频控制一体化，完整解决电机和变频器的损耗产品问题，系统可靠性高，系统还具有整体体积较小，对于维护和安装都提供了一定的便利。
[0005]作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。
[0006]变频器包括变频器外罩、设于变频器外罩内的主控模块、上位机速度指令模块、电源指示灯、故障指示灯、电源模块、逆变器模块和电流采样模块，所述的变频器外罩通过螺母固定于电机的尾部端盖上，变频器的逆变器模块通过螺钉紧固在电机的后端盖，电机输出轴外伸于电机的前端。逆变器模块通过紧固件紧贴于电机的后端盖，逆变器的热量直接通过后端盖传导出去，提高变频器的工作稳定性。
[0007]所述的电机是永磁同步电机，所述的电机转子采用稀土永磁材料，所述的电机的定子采用定子斜槽结构。提升了电机效率，有效减小了齿槽效应转矩。
[0008]所述的主控模块采用03？或者1⑶。
[0009]所述的电流采样模块采用差分采样电路，所述的差分采样电路包括采样电阻。替代传感器，降低了成本，且能够保证较低电机输出转矩的波动率，提高电机运行的平稳性。
[0010]所述的故障指示灯为120灯。灯工作可靠，且显示明显，使用者易于发现故障指示灯的变化。
[0011]所述的电机的后端盖材料为铸铝。铸铝后端盖加快散热效率。
[0012]所述的故障指示灯包括高压报警灯、欠压报警灯、过流报警灯、启动失败灯、输入缺相报警灯。
[0013]所述的变频器采用D轴电流为O的控制方式，Q轴电流跟踪给定转矩的方法进行矢量控制，通过控制给定Q轴电流的大小来达到对电机转速的控制，电流采样模块将采样到的电流和电压信息，送到主控模块，主控模块根据模型参考自适应的方法，估算出当前状态的电机转速；在位置估算时，采用滑模控制方式，通过估算反电势来求得转子位置，根据估算出的转子位置将采样电流经过clark变换和park变换，和给定的参考值相结合，通过PI调节分别产生D轴电压和Q轴电压，然后再通过park反变换和clark反变换，将电压信号转换成三相电压信号，以输出到逆变器模块的三相逆变桥，供给电机，使电机工作。
[0014]主控模块与逆变器模块通过光耦隔离器相连，主控模块与电流采样模块通过差分采样电路相连，主控模块根据电流采样模块提供的电流信号进行电流环闭环控制，主控模块发出的SVPWM信号通过光耦隔离器与逆变器模块相连。
[0015]有益效果:电机与变频器的一体化设计，减少了电缆连接，改善了绝缘影响，变频器可以借助电机后端盖部分散热，整机系统体积最小，便于安装维护，提高电机运行的稳定性，降低成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明系统结构图。
[0017]图2是本发明连接关系以及指示图。
[0018]图3是本发明系统控制框图。
[0019]图中:1-变频器；2_电机；3-电机轴；4-变频器外罩；5-上位机连接线；6_电源连接线；7_系统电源指示灯；8-系统故障指示灯；9-电源模块；10-上位机速度指令模块；11-主控模块；12_逆变器模块；13-电流采样模块；14-负载。
【具体实施方式】
[0020]以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
[0021]如图1所示，本发明包含变频器I和电机2，变频器I通过螺母固定于电机2的尾部端盖上。其中，变频器2的逆变器模块12通过螺钉紧固在电机2后端盖，利用电机2后端盖部分进行散热。电机输出轴3外伸于电机的前端，用于连接15负载。
[0022]如图1、2、3所示，系统输入采用连接电源连接线6将三相交流电源输入到变频器I内部。然后通过变频器I的电源模块9将通过电源连接线6输入的三相交流电转换为各种直流电压，以供变频器I正常运行。
[0023]如图2、3所示，上位机连接线5通过变频器I内部连接到系统主控模块11，上位机速度指令模块10采用模拟电压信号，连接到主控模块11的模拟端口，经过数模转换后作为内部速度指令进行速度闭环控制。主控模块11有电源模块9进行电压供电。上电正常后，电源指示灯7点亮，指示系统电压正常供电。连接到主控模块11的故障指示灯8在系统检测到故障信号后，主控模块11发出故障指示指令，使故障指示灯8闪烁。主控模块11与逆变器模块12通过光耦隔离器相连，主控模块11与电流采样模块14通过差分采样电路相连，主控模块11根据电流采样模块14提供的电流信号进行电流环闭环控制，主控模块11发出的信号通过光耦隔离器与逆变器模块12相连。逆变器模块12与电机13相连，主控模块11输出的信号通过逆变器12控制电机13的速度调节。电机13通过电机轴3与负载15相连，带动负载15运转。
[0024]为提升了电机部分的效率及有效减小了齿槽效应转矩，电机2是永磁同步电机，电机2转子采用稀土永磁材料，电机2的定子采用定子倾斜半个齿槽的结构。
[0025]在保证采样精度的前提下，为了进一步降低成本。电流采样模块13采用高精度采样电阻，采取差分采样的方法来代替价格较贵的电流传感器。对应的变频器1采用无传感器矢量控制算法，在本实例中采用滑模观测器技术的无传感矢量控制采用1(1=0的控制策略，1(1跟踪给定转矩的方法来设计矢量控制系统，通过控制给定1(1的大小来达到对电机转速的控制。将采样到的电流和电压信息，送到速度和位置估算模块。运用电机方程的电流模型和电压模型，采用模型参考自适应的方法，估算出当前状态的电机转速。在位置估算中，采用滑模控制方式，通过估算反电势来求得转子位置。运用估算出的角度转子位置将采样电流经过变换和变换，和给定的参考值相结合，通过调节分别产生0轴电压乂61和0轴电压VI然后再通过反变换同样运用估算出的角度和反变换以及技术，将电压信号转换成三相电压信号，以输出到三相逆变桥，供给电机,使电机工作。其中主控模块11采用03？或者1⑶。
[0026]为了提高工作的可靠性，及使用者能及时发现指示灯的异常，故障指示灯8采用120灯，变频器当出现高压、欠压、过流、启动失败或输入缺相时，变频器封锁系统输出，并采用相应[￡0灯闪烁方式通知用户系统存在故障。
[0027]以上图1-3所示的一体式变频电机是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。
【权利要求】
1.一体式变频电机，包括电机(2)、变频器(1)，其特征在于:所述的变频器(I)置于电机(2)后端，变频器(I)与电机(2)之间为无电缆连接的一体化结构，所述的变频器紧固在电机(2 )后端盖，三相交流电通过电源连接线(6 )与变频器(I)相连，上位机通过上位机连接线(5 )与变频器(I)相连，为变频器(I)提供上位机指令。
2.根据权利要求1所述的一体式变频电机，其特征在于:变频器(I)包括变频器外罩(4)、设于变频器外罩(4)内的主控模块(11)、上位机速度指令模块(10)、电源指示灯(7)、故障指示灯(8)、电源模块(9)、逆变器模块(12)和电流采样模块(13)，所述的变频器外罩(4)通过螺母固定于电机(2)的尾部端盖上，变频器(2)的逆变器模块(12)通过螺钉紧固在电机(2)的后端盖，电机输出轴3外伸于电机的前端。
3.根据权利要求1所述的一体式变频电机，其特征在于:所述的电机(2)是永磁同步电机，所述的电机(2)转子采用稀土永磁材料，所述的电机(2)的定子采用定子斜槽结构。
4.根据权利要求2所述的一体式变频电机，其特征在于:所述的主控模块(11)采用DSP 或者 MCU。
5.根据权利要求2所述的一体式变频电机，其特征在于:所述的电流采样模块(13)采用差分采样电路，所述的差分采样电路包括采样电阻。
6.根据权利要求2所述的一体式变频电机，其特征在于:所述的故障指示灯(8)为LED灯。
7.根据权利要求2所述的一体式变频电机，其特征在于:所述的电机(2)的后端盖材料为铸招。
8.根据权利要求6所述的一体式变频电机，其特征在于:所述的故障指示灯(8)包括高压报警灯、欠压报警灯、过流报警灯、启动失败灯、输入缺相报警灯。
9.根据权利要求2所述的一体式变频电机，其特征在于:所述的变频器(I)采用D轴电流为O的控制方式，Q轴电流跟踪给定转矩的方法进行矢量控制，通过控制给定Q轴电流的大小来达到对电机转速的控制，电流采样模块(13)将采样到的电流和电压信息，送到主控模块(11)，主控模块(11)根据模型参考自适应的方法，估算出当前状态的电机转速；在位置估算时，采用滑模控制方式，通过估算反电势来求得转子位置，根据估算出的转子位置将采样电流经过clark变换和park变换，和给定的参考值相结合，通过PI调节分别产生D轴电压和Q轴电压，然后再通过park反变换和clark反变换，将电压信号转换成三相电压信号，以输出到逆变器模块(12)的三相逆变桥，供给电机，使电机工作。
10.根据权利要求9所述的一体式变频电机，其特征在于:主控模块(11)与逆变器模块(12 )通过光耦隔离器相连，主控模块(11)与电流采样模块(14)通过差分采样电路相连，主控模块(11)根据电流采样模块(14 )提供的电流信号进行电流环闭环控制，主控模块(11)发出的SVPWM信号通过光耦隔离器与逆变器模块(12)相连，逆变器模块(12)与电机(13)相连，主控模块(11)输出的SVPWM信号通过逆变器(12)控制电机(13)的速度调节。
【文档编号】H02K11/00GK104467296SQ201410698379
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】姜泽, 廉晨龙, 严伟灿, 俞益锋 申请人:卧龙电气集团股份有限公司, 卧龙电气集团杭州研究院有限公司