CN101807827A

CN101807827A - 数码电动机

Info

Publication number: CN101807827A
Application number: CN200910307751A
Authority: CN
Inventors: 方建成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2029-09-25
Also published as: CN101807827B

Abstract

本发明涉及一种数码电动机，包括具有带固定安装孔和散热筋的金属外壳；其特征在于：所述金属外壳内设有永磁电机本体，所述永磁电机本体转子的左右端部分别依次套设有轴承及电机端盖；所述永磁电机本体转子右端部分电机端盖的一侧设有冷却风罩，所述的冷却风罩内设有高压无刷电机控制器及安装在永磁电机本体转子转轴上的散热风叶；所述金属外壳顶面装有可拆装带转速显示和转速控制功能面板的接线盒。本发明成本低、体积小、起动转矩大、调速范围宽、保护功能齐全、效率和功率因数高。可应用于信息电子、节能家电、电动工具、无塔恒压供水、工业机械、纺织机械、印刷机械、食品机械、数控机床等节能降耗场合。

Description

数码电动机

技术领域

本发明涉及电动机领域，尤其是一种数码电动机。

背景技术

目前人们普遍使用带无级调速装置的电力拖动设备，多由异步电动机配用工业变频器完成。因为异步电机结构简单，本身无法实现无级调速；变频异步电机配用价格较高的工业变频器虽然可以实现该功能，但要增加电机数倍的成本；其次，异步电机为感性负载，系统功率因数较低；工业变频器AC/DC变换部分一般采用二极管桥式整流加大容量电解电容滤波，产生的多次谐波对电网污染严重；而且变频器与变频电机繁琐的连接和工业变频器本身许多专业的设定也给使用者带来麻烦。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种数码电动机。其是这样实现的，一种数码电动机，包括具有带固定安装孔和散热筋的金属外壳；其特征在于：所述金属外壳内设有永磁电机本体，所述永磁电机本体转子的左右端部分别依次套设有轴承及电机端盖；所述永磁电机本体转子右端部分电机端盖的一侧设有冷却风罩，所述的冷却风罩内设有高压无刷电机控制器及安装在永磁电机本体转子转轴上的散热风叶；所述金属外壳顶面装有可拆装带转速显示和转速控制功能面板的接线盒。

数码电动机与当前较先进的交流变频调速系统比有益效果是：

1.效率高。即使对平稳负载，数码电机一般要比交流变频调速系统的效率约高10％，比工频直接供电的异步电机或永磁同步电机效率约高2％。

2.起动转矩大。保持相同的启动电流，数码电机的启动转矩一般比交流异步机大1.5倍左右。

3.功率因数高。数码电动机的电机本体是一种自同步电机，转子的转速与定子旋转磁场的转速总是处于同步状态。转子采用稀土强磁励磁、供电电路应用功率因数校正，无论是电机本体还是整个系统的功率因数都接近1。

4.调速范围大。数码电机可以象异步电机一样高速运转，也可以象直流电机一样在100转/分以下低速运行，调速比可达1∶30；而交流变频电机调速系统一般只能做到1∶10。

5、体积小、成本低、使用简单。

附图说明

图1是本发明实施装置示意图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3是本发明实施例电路示意图。

图4是本发明高压电机控制器上有源功率因素较正(APFC)电路框图。

图5是本发明转速显示、转速调整、IGBT开关管过热保护和电机电枢绕组过热保护电路图。

附图中主要组件说明如下：

(1).电机安装孔，(2).电枢绕组，(3).霍尔位置传感器，(4).电机端盖，

(5).轴承，(6).永久磁钢转子，(7).绝缘支架，

(8).带转速显示和调速控制面板的接线盒，(9).液晶显示屏，(10).控制面板安装孔

(11).“错误”指示灯，(12).工作/停止开关，(13).正/反转选择开关，

(14).调速方式选择开关，(15).调整转速用多圈电位器，(16).“转速增加”按键，

(17).“转速减少”按键，(18).带固定安装孔和散热筋的金属外壳，(19).非晶合金定子铁心，(20).温度传感器，(21).散热风叶，(22).IGBT开关管散热器，(23).控制器PCB板，(24).进风口，(25).APFC功率管散热器，(26).APFC储能电感，(27).冷却风罩，(28).绝缘垫圈，(29).温度传感器，(30).DC-DC降压电路，(31).APFC电路，(32).无刷电机控制电路，(33).单片机电路，(34).过压、欠压窗口检测电路，(35).IR2113驱动电路，(36).过流取样、检测电路，

(37).液晶显示电路，(38).IGBT开关电路，(39)EMI电路，(40).全波整流滤波电路，(41).升压二极管，(42).APFC输出滤波电容，(43).电压过零检测，(44).IR2110驱动，(45).APFC开关管，(46).振荡与补偿RC电路，(47).APFC控制集成电路NCP1653P，(48).电流反馈取样，(49).单片机PIC16F687。

具体实施方式

下面结合附图及实施例子对本发明做进一步描述。

请参照图1至图5所示，本发明提供一种数码电动机，包括具有带固定安装孔和散热筋的金属外壳18；其特征在于：所述金属外壳18内设有永磁电机本体，所述永磁电机本体的上下端部分别依次套设有轴承5及电机端盖4；所述永磁电机本体下端部分电机端盖的一侧设有冷却风罩27，所述的冷却风罩27内设有高压无刷电机控制器及安装在永磁电机本体转轴上的散热风叶21；所述金属外壳18顶面装有可拆装带转速显示和转速控制功能面板的接线盒8。

所述的永磁电机本体由无励磁损耗的稀土永久磁钢转子6，带绝缘支架7的非晶合金定子铁心19，绕在铁心上的电枢绕组2及装在定子铁心槽内的3个代表转子位置的锁存型霍尔传感器3组成。

所述的高压无刷电机控制器包括DC-DC降压电路30，有源功率因素较正APFC电路31，LB11824M组成的无刷电机控制电路32；所述无刷电机控制电路32依次连接有由3路IR2113组成的开关管驱动电路35及由6只IGBT组成的三相桥电路38；所述的三相桥电路38的电源输入端与所述有源功率因素较正APFC电路31的输出端相连接。

为了达到更好的散热效果，本发明所述的高压无刷电机控制器进一步包括散热器22、25，所述的散热器分别安装在有源功率因素较正(APFC)电路31的开关管和三相桥电路38IGBT管上。

所述的高压无刷电机控制器还包括保护电路，所述的保护电路由过压、欠压窗口检测电路34，过流取样、检测电路36，安装在IGBT开关管上的温度传感器20及安装在电枢绕组上的温度传感器29组成。

所述的带转速显示和转速控制功能面板的接线盒由PIC16F687组成的单片机电路33，液晶显示屏37，转速控制调整面板8组成。所述的转速控制调整面板8包括：调整转速用多圈电位器(15)，调速方式选择开关(14)，“转速增加”按键(16)，“转速减少”按键(17)，“错误”指示灯(11)，工作/停止开关(12)，正/反转选择开关(13)。

为了进一步加深一般技术人员对本发明的了解，可以说本发明是一种数码电动机，具有带固定安装孔和散热筋的金属外壳，金属外壳内装永磁电机本体、霍尔位置传感器、高压无刷电机控制电路、散热机构、保护电路和转速显示电路；其中转速显示和带控制功能的可拆装面板在本机上使用时被固定在金属机壳顶面的接线盒上。

所述的永磁电机本体可拆分成四个部件：没有励磁损耗的稀土永久磁钢转子，带绝缘支架的非晶合金铁心定子，定子铁心槽内特定位置装有3个代表转子位置的锁存型霍尔传感器，绕在定子铁心上的电枢绕组。其中定子铁心由传统的硅钢片改用非晶合金材料，非晶合金材料优点是：空载损耗低、饱和磁通密度高、高频损耗少；为了避免铁心与电枢绕组直接接触及电枢绕组在绕制时构件受力变形，在非晶合金铁心外加刚性较好的绝缘支架；电机绕组绕制完成测试合格后用环氧树脂浸渍和灌封；这样结构的电机既具有交流电机坚固的机械特点，又具有直流电机优良的调速特性。

如图3所示，所述的高压无刷电机控制电路包括：APFC电路、电子开关电路、调速控制电路和DC-DC辅助电源电路。

APFC电路作用是：1、把输入交流电转换成直流电(AC-DC)；2、对电网功率因数进行校正(PFC)。由于直流电机工作时需要直流电源，同时电机转速、扭矩与直流电源电压有关；本电路通过整流滤波电路把市电交流转换成直流供电机使用，同时，也对整流滤波后不稳定直流进行稳压。本发明以“安森美”NCP1653功率因数控制芯片加一级IR2110推动设计成90～265VAC宽范围电压输入，稳定400VDC输出的Boost有源功率因数校正(APFC)电路，在完成AC-DC、DC稳压同时也对电网功率因数进行校正。

电子开关电路主要完成：电机电枢电流的无接触换向。主要由：无刷电机控制芯片、驱动电路、6只IGBT管组成的三相桥输出电路、电机转速调整和正/反转控制电路组成。本发明选用日本SANYO制造的无刷电机控制芯片LB11824M设计成全波直流无刷电机控制电路。LB11824M内含三相驱动电路、PWM振荡器、逻辑电路、传感器信号放大、比较器以及+12V、+5V输出。安装在定子铁芯上代表转子位置的三个霍尔传感器把信号送到LB11824M的3个IN+输入端，芯片通过与3个IN-电平比较分辩出代表电机转子位置六个有效编码，芯片通过译码输出UH、VH、WH、UL、VL、WL的正确时序，经三片IR2113半桥放大，驱动六个N沟道IGBT功率管组成的三相桥循环导通、关断，从而控制电机转动。LB11824M具有电机转速和电机正/反转控制功能；改变LB11824M的VCTL脚输入电压即可改变输出占空比，从而改变电机转速；选通LB11824M的F/R脚电平高/低，指定的传感器输人编码就会在高电平与低电平跳变，改变了整流时序，从而改变电机旋转方向。

DC-DC辅助电源电路是具有多路输出的小功率降压开关电源，它提供+12V电源给LB11824M，也提供+5V电源给单片机和LCD转速显示电路，同时提供+15V给NCP1653和三片IR2113半桥驱动电路。

所述的保护电路包括：欠压保护、堵转保护和过流保护。其中欠压保护主要通过检测LB11824M管脚LVS电压实现；当LVS脚上的电压低于正常工作电压(典型值：3.8V)，则三路输出(UH、VH、WH)关断。堵转保护是通过芯片检测位置传感器信号在一段时间内无变化时，三路输出(UH，VH，WH)关断；芯片RF脚则完成控制器输出电流检侧，当该脚电压≥0.5V，限流保护动作。通过LB11824M配合一些外围电路的辅助设计，可有效控制电机在堵转、欠压和过压时烧毁电机及控制器。

所述的转速调整、转速显示、电机过热和IGBT开关管过热保护由PIC16F687单片机完成。本发明设定单片机RA0口为输入信号捕捉，通过计算LB11824M的引脚HP输出的脉冲个数得到电机转速信息，该信息与单片机RC0口外接的“转速调整”多圈电位器所处位置电压对应A/D转换值比较，查表得到电机转速控制编码，该编码通过D/A转换从单片机RA2口输出，为LB11824M的VCTL脚提供转速控制信号。某些情况需要从键盘或其它控制电路改变电机转速时，把面板上“调速方式选择开关”切换到另一位置，按动“转速+”、“转速”按键或从其它控制设备接口输入控制脉冲，单片机会以一定步长“递增”或“递减”代表电机转速的A/D值，同样可以修改当前电机转速。单片机程序通过循环检测控制面板上按键、电位器或控制脉冲转速修改值后3S自动保存该参数。转速显示由液晶显示屏HXYG12864J完成；通过单位时间内单片机PIC16F687对LB11824M引脚HP输出脉冲个数计数、运算，送到HXYG12864J液晶显示屏译码后显示出电机的即时转速。本发明过热保护是通过程序循环检测单片机RC4、RC5口连接的2只精密集成温度传感器TMP36电压对应的A/D值与程序本身温度设定值比较实现；2只TMP36传感器分别紧贴IGBT管散热片和电机电枢绕组安装，它们的输出电压随温度以10mV/C⁰线性变化；当单片机检测到RC4或RC5口电压A/D值超过单片机本身温度设定的A/D值时，单片机RC3口在程序控制下由正常的低电平跳变为高电平输出，此电平加到驱动电路IR2113的SD脚，迫使三路输出〔UH、VH、WH)迅速关断；此时单片机RC2口也输出占空比为50％/f＝1Hz脉冲，连接该脚发光管闪烁表示过热保护。

。值所需转速为止；同时，系统会自动保存该参数。本发明具有效率高、起动转矩大、功率因数高AC-DC-AC频率变换，数码电机本体工作在：f＝200Hz、f_PWM＝19KHz，电枢绕组比工频直接供电电机电流密度大大提高，因此电机在同等功率下体积可以做得更小。实验证明，同样电气指标下数码电动机体积可以做到传统异步电动机加工业变频器的1/2。如果不考虑功率因素较正电路成本，数码电机与传统异步电机外加工业变频器组成的无级调速装置比：成本约降低50％；调整电机转速，只需转动控制面板上的多圈电位器或按动面板上的“转速+”、“转速-”按键直至LCD显示所需转速为止；同时，系统会自动保存该参数，操作方便，具有一定的市场价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种数码电动机，包括具有带固定安装孔和散热筋的金属外壳；其特征在于：所述金属外壳内设有永磁电机本体，所述永磁电机本体转子的左右端部分别依次套设有轴承及电机端盖；所述永磁电机本体转子右端部分电机端盖的一侧设有冷却风罩，所述的冷却风罩内设有高压无刷电机控制器及安装在永磁电机本体转子转轴上的散热风叶；所述金属外壳顶面装有可拆装带转速显示和转速控制功能面板的接线盒。

2.根据权利要求1所述的数码电动机，其特征在于：所述的永磁电机本体由无励磁损耗的稀土永久磁钢转子，带绝缘支架的非晶合金定子铁心，绕在铁心上的电枢绕组及装在定子铁心槽内的3个代表转子位置的锁存型霍尔传感器组成。

3.根据权利要求1所述的数码电动机，其特征在于：所述的高压无刷电机控制器包括DC-DC降压电路，APFC电路，LB11824M组成的无刷电机控制电路；所述无刷电机控制电路依次连接有由3路IR2113组成的开关管驱动电路及由6只IGBT组成的三相桥电路；所述的三相桥电路的电源输入端与所述APFC电路的输出端相连接。

4.根据权利要求3所述的所述的数码电动机，其特征在于：所述的高压无刷电机控制器进一步包括散热器，所述的散热器安装在APFC电路的开关管和三相桥电路的IGBT管上。

5.根据权利要求3所述的数码电动机，其特征在于：所述的高压无刷电机控制器进一步包括保护电路，所述的保护电路由过压、欠压窗口检测电路，过流取样、检测电路，安装在IGBT开关管上的温度传感器及安装在电枢绕组上的温度传感器组成。

6.根据权利要求1所述的数码电动机，其特征在于：所述的带转速显示和转速控制功能面板的接线盒由PIC16F687组成的单片机电路，液晶显示屏，转速控制调整面板组成。