CN109268279A - 一种无刷离心水泵 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无刷离心水泵。包括泵头、泵壳、连接轴、转子、定子和智能控制器;泵头盖合在泵壳上;转子与定子相对独立密封;定子和智能控制器固定在泵壳的空腔中;定子通过导线与智能控制器连接。智能控制器包括控制模块、调速模块、电流采样模块、电压采样模块、微计算机系统和FG信号输出模块;控制模块、调速模块、电流采样模块和电压采样模块集成在微计算机系统中,通过FG信号输出模块输出当前速度或启停状态。本发明集成了可编程控制器或单片机作为微计算机系统,使得水泵具有预防异常工况发生的功能,可以应对因为工作环境的突发事件引起的故障,起到很好的保护作用。并具备智能控制功能,更好的融合自动化系统的集成需求。
Description
技术领域
本发明涉及微型泵技术领域,具体涉及一种无刷离心水泵。
背景技术
离心泵是利用叶轮高速旋转,带动液体流动挤压,使液体排出循环工作的。水泵在启动前,需保证有效与液体连接,泵腔里面充满液体,然后启动电机,使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动,水发生离心运动,被甩向叶轮外缘,经蜗形泵壳的流道流入水泵的压水管路。微型离心泵广泛运用在太阳能热水系统、冷却系统、热水循环、家用电器等领域中。
传统的离心泵采用交流电机控制,对工作中产生的突发情况很难起到预防或保护作用。如,叶轮卡死导致电流过载;或线圈老化导致电流变大,使用过程中过温;也不能加入用户的智能系统,产生更多更丰富的便捷智能控制功能。
综上所述,急需一种无刷离心水泵以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种无刷离心水泵,以实现水泵转速调节、过流过压保护等功能,并实现自动化控制。
为实现上述目的,本发明提供了一种无刷离心水泵,包括泵头、泵壳、连接轴、转子、定子和智能控制器;泵头盖合在泵壳上;连接轴贯穿转子,两端分别与泵头和泵壳连接;转子与定子相对独立密封;定子和智能控制器固定在泵壳的密封空腔中;定子通过导线与智能控制器连接。
所述智能控制器包括控制模块、调速模块、电流采样模块、电压采样模块、微计算机系统和FG信号输出模块;控制模块、调速模块、电流采样模块和电压采样模块集成在微计算机系统中,通过FG信号输出模块输出当前速度或启停状态;控制模块用以驱动水泵运转,调速模块用以调节转子的转速;电流采样模块用以实现过流保护和干转运行保护;电压采样模块用以实现过压保护。
优选地,所述控制模块为霍尔传感器电路,通过霍尔传感器感应转子位置,利用电子开关进行绕组通电换向,驱动转子转动。
作为另一种优选方案,所述控制模块为反电动势识别电阻网络电路,通过反电动势识别电阻网络实现转子位子信息收集,通过微计算机实时计算转子位置,获得电机绕组换向时刻,驱动转子转动。
优选地,所述微计算机系统为单片机或可编程控制器。
优选地,所述调速模块为模拟电压调速信号输入电路,模拟电压调速信号输入电路为电阻分压电路,从泵外部向泵内部控制器输入模拟电压0-24V调速信号。
作为另一种优选方案,所述调速模块为PWM调速信号输入电路,PWM调速信号输入电路包括电阻分压电路和信号缓冲电路,电阻分压电路和信号缓冲电路串联,从泵外部向泵内部控制器输入PWM调速信号,PWM信号幅度为0-24V,频率为9-500HZ。
作为另一种优选方案,所述调速模块为模拟电压调速信号和PWM调速信号兼容的输入,电路包括电阻分压电路和RC深度滤波电路,从泵外部向泵内部控制器输入模拟信号或PWM调速信号,模拟电压为0-24V,PWM信号幅度为0-24V,频率为100-10KHz。
优选地,所述电流采样模块包括电阻采样电流电路和运放放大信号电路,电阻采样电流电路和运放放大信号电路串联,通过采样电阻转换电流信号为电压信号,通过运放进行信号调理与放大,从而获得可被测量的信号实现微机采样,实现电流测量。
优选地,所述电压采样模块采用电阻分压电路,通过电阻分压将电压调理成可被测量的信号实现微机采样,实现电压测量。
优选地,所述FG信号输出模块是带过流保护的集电极开路输出电路。
应用本发明的技术方案,具有以下有益效果:
(1)本发明一种无刷离心水泵,集成了可编程控制器或单片机作为微计算机系统,使得水泵具有预防异常工况发生的功能,可以应对因为工作环境的突发事件引起的故障,起到很好的保护作用。并具备智能控制功能,更好的融合自动化系统的集成需求。
(2)本发明中,智能控制器设置了以模拟电压调速信号输入电路或PWM调速信号输入电路、模拟电压调速信号和PWM调速信号兼容的输入电路作为调速模块,当输入速度指令时,水泵将做出速度调整,实现加速、减速、停机、等动作,如:转子卡死自动停机、干转自动停机等功能。
(3)本发明中,智能控制器设置了电流采样模块,当电流超过设定电流时候,水泵自动断电,可以实现过流保护。通过电压采样模块,当线路电压超过预定的最大值时,电路断开,水泵停止工作,可以实现过压保护。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是无刷离心水泵结构简图;
图2是智能控制器结构框图;
图3是模拟电压调速的电路图;
图4是PWM调速的电路图;
图5是模拟电压和PWM兼容的调速的电路图;
图6是调速模块软件功能示意图;
图7是电流采样和放大电路图;
图8是过流保护软件功能示意图;
图9是电压采样电路图;
图10是过压保护软件功能示意图;
图11是恒功率软件功能示意图;
图12是堵转保护软件功能示意图;
图13是适应太阳能软件功能示意图;
图14是FG信号输出电路图;
图15是FG信号输出软件功能示意图;
图16是智能控制器工作流程图;
其中,1、泵头,2、泵壳,3、连接轴,4、转子,5、定子,6、智能控制器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1:
参见图1~图16,一种无刷离心水泵包括泵头1、泵壳2、连接轴3、转子4、定子5和智能控制器6。
泵头1盖合在泵壳2上,通过橡胶圈密封连接;连接轴3贯穿转子4,两端分别与泵头1和泵壳2连接;转子4与定子5相对独立密封;定子5和智能控制器6固定在泵壳2的密封空腔中;定子5通过导线与智能控制器6连接。
所述智能控制器6包括控制模块、调速模块、电流采样模块、电压采样模块、微计算机系统和FG信号输出模块;控制模块、调速模块、电流采样模块和电压采样模块集成在微计算机系统中,通过FG信号输出模块输出当前速度或启停状态;控制模块用以驱动水泵运转,调速模块用以调节转子4的转速;电流采样模块用以实现过流保护和干转运行保护;电压采样模块用以实现过压保护。
所述控制模块为霍尔传感器电路,通过霍尔传感器感应转子位置,利用电子开关进行绕组通电换向,驱动转子转动。
所述控制模块也可以采用反电动势识别电阻网络电路,通过反电动势识别电阻网络实现转子位子信息收集,通过微计算机实时计算转子4位置,获得电机绕组换向时刻,驱动转子转动。
所述调速模块为模拟电压调速信号输入电路,模拟电压调速信号输入电路为电阻分压电路,从泵外部向泵内部控制器输入模拟电压0-24V调速信号。模拟电压调速的电路如图3所示。
所述调速模块也可以采用PWM调速信号输入电路,如图4所示,PWM调速信号输入电路包括电阻分压电路和信号缓冲电路,电阻分压电路(图4中的R1、R2和电容C1组成电阻分压电路)和信号缓冲电路串联,从泵外部向泵内部控制器输入PWM调速信号,PWM信号幅度为0-24V,频率为9-500HZ。
所述调速模块还可以采用模拟电压调速信号和PWM调速信号兼容的输入电路包括电阻分压电路和RC深度滤波电路(如图5,通过加大电容和电容的值,使PWM信号被深度滤波成直流模拟信号,与图3的区别在于电阻和电容的值,图3的值小,仅仅是起到滤除微小波纹的作用),从泵外部向泵内部控制器输入模拟信号或PWM调速信号,模拟电压为0-24V,PWM信号幅度为0-24V,频率为100-10KHz。PWM通过RC深度滤波电路转化成模拟电压,模拟电压和PWM兼容的调速的电路如图5所示。
所述电流采样模块包括电阻采样电流电路和运放放大信号电路,电阻采样电流电路和运放放大信号电路串联,如图7所示,通过采样电阻R1转换电流信号为电压信号,通过运放U1进行信号调理与放大,从而获得可被测量的信号实现微机采样,实现电流测量。当电流超过设定电流时候,水泵自动断电,可以实现过流保护,如图7所示。
所述电压采样模块电阻分压电路,如图9所示,通过电阻分压将电压调理成可被测量的信号实现微机采样,实现电压测量。当线路电压超过预定的最大值时,电路断开,水泵停止工作,可以实现过压保护,如图10所示。
所述微计算机系统为单片机或可编程控制器。使得水泵具有预防异常工况发生的功能,可以应对因为工作环境的突发事件引起的故障,起到很好的保护作用。并具备智能控制功能,更好的融合自动化系统的集成需求。如图11所示,通过设置恒功率程序,当输出功率高于额定功率时,输出功率会自动降低;当输出功率低于额定功率时,输出功率会自动增加,使水泵的输出功率恒等于额定功率。如图12所示,通过设置堵转保护程序,当转子堵转时,水泵停止运行,5s后自动重启。如图13所示,通过设置太阳能电池板适应程序,天亮后,水泵启动,天黑时,水泵停机;晴天时,水泵满功率输出,阴天时,水泵跟踪电池板输出。
所述FG信号输出模块是带过流保护的集电极开路输出电路,如图14所示。
所述智能控制器的工作过程如图16所示,检查输入电压和速度指令,水泵进入运行状态,智能控制器对运行参数实时监控,当电路的电流或电压超过设定的最大值时,电路自动断开,水泵停止运转,从而实现过流或过压保护。当收到速度指令时,智能控制器的调速模块做出速度调整,输出速度信号,若速度指令为零,则执行停机动作。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无刷离心水泵,其特征在于,包括泵头(1)、泵壳(2)、连接轴(3)、转子(4)、定子(5)和智能控制器(6);
泵头(1)盖合在泵壳(2)上;连接轴(3)贯穿转子(4),两端分别与泵头(1)和泵壳(2)连接;转子(4)与定子(5)相对独立密封;定子(5)和智能控制器(6)固定在泵壳(2)的密封空腔中;定子(5)通过导线与智能控制器(6)连接;
所述智能控制器(6)包括控制模块、调速模块、电流采样模块、电压采样模块、微计算机系统和FG信号输出模块;控制模块、调速模块、电流采样模块和电压采样模块集成在微计算机系统中,通过FG信号输出模块输出当前速度或启停状态;控制模块用以驱动水泵运转,调速模块用以调节转子(4)的转速;电流采样模块用以实现过流保护和干转运行保护;电压采样模块用以实现过压保护。
2.根据权利要求1所述的一种无刷离心水泵,其特征在于,所述控制模块为霍尔传感器电路,通过霍尔传感器感应转子位置,利用电子开关进行绕组通电换向,驱动转子转动。
3.根据权利要求1所述的一种无刷离心水泵,其特征在于,所述控制模块为反电动势识别电阻网络电路,通过反电动势识别电阻网络实现转子位子信息收集,通过微计算机实时计算转子(4)位置,获得电机绕组换向时刻,驱动转子转动。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的一种无刷离心水泵,其特征在于,所述微计算机系统为单片机或可编程控制器。
5.根据权利要求4所述的一种无刷离心水泵,其特征在于,所述调速模块为模拟电压调速信号输入电路,模拟电压调速信号输入电路为电阻分压电路,从泵外部向泵内部控制器输入模拟电压0-24V调速信号。
6.根据权利要求4所述的一种无刷离心水泵,其特征在于,所述调速模块为PWM调速信号输入电路,PWM调速信号输入电路包括电阻分压电路和信号缓冲电路,电阻分压电路和信号缓冲电路串联,从泵外部向泵内部控制器输入PWM调速信号,PWM信号幅度为0-24V,频率为9-500HZ。
7.根据权利要求4所述的一种无刷离心水泵,其特征在于,所述调速模块为模拟电压调速信号和PWM调速信号兼容的输入,电路包括电阻分压电路和RC深度滤波电路,从泵外部向泵内部控制器输入模拟信号或PWM调速信号,模拟电压为0-24V,PWM信号幅度为0-24V,频率为100-10KHz。
8.根据权利要求5~7任意一项所述的一种无刷离心水泵,其特征在于,所述电流采样模块包括电阻采样电流电路和运放放大信号电路,电阻采样电流电路和运放放大信号电路串联,通过采样电阻转换电流信号为电压信号,通过运放进行信号调理与放大,从而获得可被测量的信号实现微机采样,实现电流测量。
9.根据权利要求8所述的一种无刷离心水泵,其特征在于,所述电压采样模块采用电阻分压电路,通过电阻分压将电压调理成可被测量的信号实现微机采样,实现电压测量。
10.根据权利要求8所述的一种无刷离心水泵,其特征在于,所述FG信号输出模块是带过流保护的集电极开路输出电路。
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