CN112539172A - 一种永磁同步电机与泵一体化高效节能驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机泵技术领域，且公开了一种永磁同步电机与泵一体化高效节能驱动系统，包括电机和油泵，该永磁同步电机与泵一体化高效节能驱动系统，通过改变传统的“三段式”离散式结构的组合方式，将电机、驱动器、泵、联轴器一体化集成并进行优化降低联轴器在工作时振动对系统稳定性的影响，在提高工作效率的同时增加静音效果，同时该系统对永磁同步电机进行无传感器闭环控制的难点进行了优化改进，通过提出改进型滑模观测器、适合观测器变速运行估算的位置自适应补偿方法和位置自调整的开环‑闭环矢量切换方法，解决了宽转速范围内的无位置传感器转子位置信息估算和开环‑闭环的有效切换，以最终实现永磁同步电机的无传感器闭环矢量控制。

Description

一种永磁同步电机与泵一体化高效节能驱动系统

技术领域

本发明涉及电机泵技术领域，具体为一种永磁同步电机与泵一体化高效节能驱动系统。

背景技术

电机驱动的泵系统作为液压传动和流体机械的核心动力单元，广泛应用在冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用设施、航空航天等多个行业和领域，是国民经济中应用最广泛的通用机械，现有的传统电机泵系统大多采用异步电机以及“三段式”离散式结构的组合方式进行设计，而这样的系统存在以下问题：

由于采用的是异步电机，而异步电机是一种交流旋转电机，其在运行时，在气隙中的旋转磁场与转子绕组之间存在相对运动，依靠电磁感应作用使转子绕组中的感应电流产生感应电磁转矩，从而实现机电能量的转换，由于转子的转速与旋转磁场的转速之间总是存在差异，所以异步电机是从电网吸取滞后性无功功率，从而使得电网功率因数降低，增加了输电线路的损耗，无法满足当前国家提出的节能环保、高效低碳等发展要求，并且“三段式”的离散式结构的组合方式使得该泵系统结构尺寸过大，使得系统效率和功率密度低下，一体集成化程度低，同时中间还安装有联轴器，使得该泵系统在运行时会产生一定的振动，这样不仅不能保证泵系统的运行平稳性，还增加了运行时的噪音影响。

为此我们提出一种永磁同步电机与泵一体化高效节能驱动系统。

发明内容

本发明提供了一种永磁同步电机与泵一体化高效节能驱动系统，具备体积小结构紧凑、安装方便、运行更加平稳、电机发热小、使用寿命长的优点，解决了上述背景技术中所提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种永磁同步电机与泵一体化高效节能驱动系统，包括电机主体和油泵，所述油泵的一侧固定安装有油泵后端盖，所述油泵的中心活动连接有主动齿轮，所述主动齿轮的外侧活动连接有从动齿轮，所述油泵上开设有进油口和出油口，所述电机主体的一侧固定安装有电机后端盖，所述电机主体的一侧活动连接有主轴，所述主轴上活动套接有轴承，所述轴承的一端固定连接有油封，所述轴承和油封之间固定安装有波垫，所述电机主体的一侧固定安装有法兰盖，所述电机主体的另一侧固定安装有电机后端盖，所述电机后端盖的一端固定安装有内置驱动器，所述内置驱动器的上部固定安装有电机引线，所述内置驱动器的一端固定安装有驱动散热器，所述电机引线的一端固定安装有压力传感器。

优选的，所述电机主体、主轴、法兰盖油泵和内置驱动器为一体式结构。

优选的，所述电机主体为永磁同步型且内置驱动器对电机主体进行无传感器闭环控制。

优选的，所述电机主体与内置驱动器直接连接且通过电机引线与压力传感器电性连接。

本发明具备以下有益效果：

该永磁同步电机与泵一体化高效节能驱动系统，通过改变传统的“三段式”离散式结构的组合方式，取消了中间的联轴器，将电机、驱动器、泵、联轴器一体化集成并进行优化，最终获得一种集成永磁同步电机、驱动器与泵的高效率一体化系统，降低联轴器在工作时振动对系统稳定性的影响，在提高工作效率的同时增加静音效果，同时该系统对永磁同步电机进行无传感器闭环控制的难点进行了优化改进，通过提出改进型滑模观测器、适合观测器变速运行估算的位置自适应补偿方法和位置自调整的开环-闭环矢量切换方法，解决了宽转速范围内的无位置传感器转子位置信息估算和开环-闭环的有效切换，以最终实现永磁同步电机的无传感器闭环矢量控制；油泵前法兰与电机前端盖共用一个配件，主轴与油泵输入轴共用一根出轴，简化了油泵与电机的连接方式，减少了原材料的使用，节约了成本，使得整个系统的体积减小，结构更加紧凑，使得运转更加平稳，同时采用了“冷风道散热定子结构”和“多结构件同轴无止口定位装配和整体加工工艺”，从而提高电机效率、增大电机功率密度，降低齿槽转矩波动和温升，增长该泵系统的使用寿命，降低维护成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中：1、电机主体；2、主轴；3、轴承；4、油封；5、法兰盖；6、主动齿轮；7、从动齿轮；8、油泵；9、油泵后端盖；10、进油口；11、出油口；12、电机后端盖；13、内置驱动器；14、电机引线；15、驱动散热器；16、波垫；17、压力传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种永磁同步电机与泵一体化高效节能驱动系统，包括电机主体1和油泵8，油泵8的一侧固定安装有油泵后端盖9，油泵8的中心活动连接有主动齿轮6，主动齿轮6的外侧活动连接有从动齿轮7，油泵8上开设有进油口10和出油口11，电机主体1的一侧固定安装有电机后端盖12，电机主体1的一侧活动连接有主轴2，主轴2上活动套接有轴承3，轴承3的一端固定连接有油封4，轴承3和油封4之间固定安装有波垫16，电机主体1的一侧固定安装有法兰盖5，电机主体1的另一侧固定安装有电机后端盖12，电机后端盖12的一端固定安装有内置驱动器13，内置驱动器13的上部固定安装有电机引线14，内置驱动器13的一端固定安装有驱动散热器15，电机引线14的一端固定安装有压力传感器17。

其中，电机主体1、主轴2、法兰盖5油泵8和内置驱动器13为一体式结构，相对于传统的“三段式”的离散式结构组合方式，取消了其中的联轴器，将主轴2同时作为油泵8输入轴，同时电机主体1后端直接装配一内置驱动器13，减少了原外接驱动器与电机主体1间的联接，使得改进后的泵系统体积更小，结构更加紧凑，减少了原材料，节约了成本，降低故障率，安装使用更加方便，同时使得泵系统运行时更加稳定静音。

其中，电机主体1为永磁同步型且内置驱动器13对电机进行无传感器闭环控制，通过提出改进型滑模观测器、适合观测器变速运行估算的位置自适应补偿方法和位置自调整的开环-闭环矢量切换方法，实现低速和变速过程的无位置传感器转子位置和速度估算及开环-闭环的有效切换，解决了宽转速范围内的无位置传感器转子位置信息估算和开环-闭环的有效切换，以最终实现永磁同步电机主体1的无传感器闭环矢量控制。

其中，电机主体1与内置驱动器13直接连接且通过电机引线14与压力传感器17电性连接，利用同步电机的转子速度与定子速度一致，消除了异步电机存在转差率的问题，从而提高了该泵系统的调速性能，结合压力传感器17给内置驱动器13所反馈的压力信号，通过内置驱动器13可以很好的对电机主体1的转速进行调节，从而很好的保证了油路的工作压力能够维持在规定值上。

工作原理，内置驱动器13根据实际情况和实际要求来控制电机主体1的转动，电机主体1转动带动主轴2旋转，主轴2的旋转带动主动齿轮6转动，同时从动齿轮7也随之转动，油泵8将油从进油口10中吸入，再从出油口11中排出，实现了油泵8的工作，当油路压力偏离规定值时，压力传感器17根据实际情况将压力信号传递给内置驱动器13，内置驱动器13将对电机主体1进行矢量控制，调整电机主体1的转速来来控制油泵8的输出压力。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种永磁同步电机与泵一体化高效节能驱动系统，包括电机主体（1）和油泵（8），所述油泵（8）的一侧固定安装有油泵后端盖（9），所述油泵（8）的中心活动连接有主动齿轮（6），所述主动齿轮（6）的外侧活动连接有从动齿轮（7），所述油泵（8）上开设有进油口（10）和出油口（11），所述电机主体（1）的一侧固定安装有电机后端盖（12），其特征在于：所述电机主体（1）的一侧活动连接有主轴（2），所述主轴（2）上活动套接有轴承（3），所述轴承（3）的一端固定连接有油封（4），所述轴承（3）和油封（4）之间固定安装有波垫（16），所述电机主体（1）的一侧固定安装有法兰盖（5），所述电机主体（1）的另一侧固定安装有电机后端盖（12），所述电机后端盖（12）的一端固定安装有内置驱动器（13），所述内置驱动器（13）的上部固定安装有电机引线（14），所述内置驱动器（13）的一端固定安装有驱动散热器（15），所述电机引线（14）的一端固定安装有压力传感器（17）。

2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机与泵一体化高效节能驱动系统，其特征在于：所述电机主体（1）、主轴（2）、法兰盖（5）油泵（8）和内置驱动器（13）为一体式结构。

3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机与泵一体化高效节能驱动系统，其特征在于：所述电机主体（1）为永磁同步型且内置驱动器（13）对电机进行无传感器闭环控制。

4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机与泵一体化高效节能驱动系统，其特征在于：所述电机主体（1）与内置驱动器（13）直接连接且通过电机引线（14）与压力传感器（17）电性连接。

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