CN203708009U - 一种外置控制卡的直流永磁同步电机及应用其的hvac控制系统 - Google Patents
一种外置控制卡的直流永磁同步电机及应用其的hvac控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种外置控制卡的直流永磁同步电机及应用其的HVAC控制系统，所述外置控制卡的直流永磁同步电机包括电机单体和电机控制器，所述的电机单体包括转轴、永磁转子组件、定子组件和机壳组件，永磁转子组件和定子组件形成磁藕合并安装在机壳组件上，所述的电机控制器包括有驱动控制微处理器、逆变电路和电机运行参数检测电路，电机运行参数检测电路将电机运行参数输入到驱动控制微处理器，驱动控制微处理器输出PWM信号控制逆变电路，逆变电路的输出端与线圈绕组连接。所述HVAC控制系统通过接插口直接连接带外置控制卡的直流永磁同步电机。它适应性强，减少因环境变换或者功能变换造成的浪费，有利二次开发，检测容易，质量容易保证，检修容易。
Description
技术领域：
本实用新型涉及种外置控制卡的直流永磁同步电机及其应用HVAC控制系统。
背景技术：
现有的一体化永磁同步电机将电机单体和电机控制器连接在一起，所述的电机单体包括定子组件、转子组件和机壳组件，定子组件安装在机壳组件上，转子组件套装在定子组件的内侧或者外侧，所述的电机控制器包括电源单元、电机运行参数检测电路、微处理器、逆变单元和接口电路，电源单元的输出端为电机控制器各部分电路供电，电机运行参数检测电路检测电机单体的运行数据并将该信号送到微处理器处理，微处理器控制逆变电路驱动定子组件上电机线圈绕组的通断。
上述一体化永磁同步电机存在几个有待解决的问题：
1）由于一体化永磁同步电机还受上级的控制系统控制，例如HVAC控制系统，HVAC控制系统有多种控制应用场合，例如EGF控制功能、恒转速控制功能、恒转矩控制功能和恒风量控制功能等，这些都是上层的应用，电机在出厂时，在微处理器已经固化写入控制程序（即一个控制功能），一旦需要转换应用环境，这些电机就不能应用，造成较多的浪费，变换不灵活，不利于二次开发。
2）控制器的应用控制较为复杂，常导致产品检测麻烦。
发明内容：
本实用新型的一个目的是提供一种外置控制卡的直流永磁同步电机，它将应用控制独立于电机，将应用控制部分全部集中在外置控制卡里面，将基本的驱动控制部分放在电机控制器，这样只需要更换不同的外置控制卡就能适应不同的应用环境，适应性强，减少因环境变换或者功能变换造成的浪费，有利二次开发，电机单体和电机控制器只实现基本开环控制驱动功能，检测容易，质量容易保证，检修容易。
本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种外置控制卡的直流永磁同步电机，包括电机单体和电机控制器，所述的电机单体包括转轴、永磁转子组件、定子组件和机壳组件，永磁转子组件和定子组件形成磁藕合并安装在机壳组件上，定子组件包括定子铁芯和卷绕在定子铁芯上线圈绕组，所述的电机控制器包括有驱动控制微处理器、逆变电路和电机运行参数检测电路，电机运行参数检测电路将电机运行参数输入到驱动控制微处理器，驱动控制微处理器输出PWM信号控制逆变电路，逆变电路的输出端与线圈绕组连接，其特征在于：位于电机外面、通过电线连接有外置控制卡，外置控制卡包括应用控制微处理器，应用控制微处理器与驱动控制微处理器相互连接通信。
上述所述的电机运行参数检测电路包括转子位置测量电路，转子位置测量电路将转子位置数据输入到驱动控制微处理器并确定电流换相时机，驱动控制微处理器驱动逆变电路，从而形成开环控制模式。
上述所述的电机运行参数检测电路包括相电流测量电路，相电流测量电路将相电流数据输入到驱动控制微处理器，驱动控制微处理器驱动逆变电路，从而形成开环控制模式。
上述所述的应用控制微处理器与驱动控制微处理器是通过R/T串行通信模块相互连接通信，驱动控制微处理器将电机运行状态数据发送到应用控制微处理器，应用控制微处理器根据电机运行状态数据发出控制指令到驱动控制微处理器，驱动控制微处理器执行控制指令控制逆变电路运作，从而形成闭环控制。
上述所述的应用控制微处理器里面存储有恒风量控制模块或者恒转速控制模块或者是恒力矩控制模块。
上述所述的外置控制卡与电机控制器采用4根接口线：分别为地线GND、+5V电源线、RX通信线和TX通信线。
上述所述的外置控制卡与电机控制器采用3个接口线：分别为地线GND、+5V电源线、R/T通信线。
上述所述的电机控制器还包括电源电路，电源电路为各部分电路供电，电源电路、驱动控制微处理器、逆变电路集成在控制电路板上，控制电路板安装在控制盒里面，控制盒安装在机壳组件底部，外置控制卡位于控制盒的外面,电源电路的输入端与外部交流输入连接，电源电路的输出端提供母线电压、+5V低电压和+15V低电压，其中母线电压和15V低电压提供给逆变电路使用，+5V低电压引出形成供应外部设备的电源引出端。
上述所述的电机运行参数检测电路还包括母线电流测量电路和母线电压测量电路。
上述所述的机壳组件包括圆筒壳体、前端盖、后端盖，永磁转子组件安装在转轴上，定子组件与圆筒壳体连接在一起嵌套在永磁转子组件外面，前端盖和后端盖分别安装在圆筒壳体的两端，转轴支承在前端盖和后端盖的轴承上。
上述所述的电机控制器安装在机壳组件的外面，电机控制器的电路板安装在一个外罩里面，外罩与后端盖连接安装。
本实用新型的另一个目的是提供一种HVAC控制系统，该HVAC控制系统采用上述外置控制卡的直流永磁同步电机，HVAC控制系统通过接插口直接连接带外置控制卡的直流永磁同步电机。
本实用新型的第三个目的是提供一种HVAC控制系统，该HVAC控制系统采用上述外置控制卡的直流永磁同步电机，HVAC控制系统通过接插口直接连接带外置控制卡的直流永磁同步电机，直流永磁同步电机的外置控制卡安装在HVAC控制系统上。
本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：
1）本实用新型的一种外置控制卡的直流永磁同步电机，包括电机单体和电机控制器，所述的电机控制器包括有驱动控制微处理器、逆变电路和电机运行参数检测电路，电机运行参数检测电路将电机运行参数输入到驱动控制微处理器，驱动控制微处理器输出PWM信号控制逆变电路，逆变电路的输出端与线圈绕组连接，位于电机外面、通过电线连接有外置控制卡，外置控制卡包括应 用控制微处理器，应用控制微处理器与驱动控制微处理器相互连接通信，这样一来，将应用控制独立于电机，将应用控制部分全部集中在外置控制卡里面，将基本的驱动控制部分放在电机控制器，这样只需要更换不同应用控制功能的外置控制卡就能适应不同的应用环境，适应性强，减少因环境变换或者功能变换造成的浪费，有利二次开发，电机单体和电机控制器只实现基本开环控制驱动功能，检测容易，质量容易保证，检修容易。
2）上述所述的外置控制卡与电机控制器采用4根接口线：分别为地线GND、+5V电源线、RX通信线和TX通信线，接口简单，成本低，通信可靠。
3）上述所述的外置控制卡与电机控制器采用3个接口线：分别为地线GND、+5V电源线、R/T通信线，进一步简化接口，成本更低，通信更可靠，一般十几米的连接距离通信也较为可靠。
4）本实用新型的一种HVAC控制系统，该HVAC控制系统采用上述外置控制卡的直流永磁同步电机，HVAC控制系统通过接插口直接连接带外置控制卡的直流永磁同步电机，这样只需要更换不同应用控制功能的外置控制卡就能适应不同的应用环境，适应性强，减少因环境变换或者功能变换造成的浪费，有利二次开发。
5）本实用新型的一种HVAC控制系统，该HVAC控制系统采用上述外置控制卡的直流永磁同步电机，直流永磁同步电机的外置控制卡安装在HVAC控制系统上，可以简化结构，节省成本。
附图说明：
图1是本实用新型电机的立体图；
图2是本实用新型电机的外置控制卡部分上的分解图；
图3是本实用新型电机的整体结构分解图；
图4是本实用新型电机的结构剖视图；
图5是本实用新型电机控制器部分的立体图；
图6是本实用新型的电机控制器的第一种电路方框图；
图7是图6对应的一种实施电路图；
图8是本实用新型的电机控制器的第二种电路方框图；
图9是本实用新型的HVAC控制系统的一种原理框图；
图10是本实用新型的HVAC控制系统的另一种原理框图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
如图1至图7所示，本实用新型是一种外置控制卡的直流永磁同步电机，包括电机单体和电机控制器，所述的电机单体包括转轴1、永磁转子组件2、定子组件3和机壳组件，永磁转子组件2和定子组件3形成磁藕合并安装在机壳组件上，定子组件3包括定子铁芯和卷绕在定子铁芯上线圈绕组，所述的电机控制器包括有驱动控制微处理器、逆变电路和电机运行参数检测电路，电机运行参数检测电路将电机运行参数输入到驱动控制微处理器，驱动控制微处理器输出PWM信号控制逆变电路，逆变电路的输出端与线圈绕组连接，位于电机外面、通过电线101连接有外置控制卡100，外置控制卡100包括应用控制微处理器，应用控制微处理器与驱动控制微处理器相互连接通信，外置控制卡100的应用控制微处理器可以是一个最小单片机系统，通过软件实现电机应用系统级别的控制算法，电机运行参数检测电路包括转子位置测量电路，转子位置测量电路将转子位置数据输入到驱动控制微处理器，驱动控制微处理器驱动逆变电路，从而形成开环控制模式。应用控制微处理器与驱动控制微处理器是通过R/T串行通信模块相互连接通信，驱动控制微处理器将电机运行状态数据发送到应用控制微处理器，应用控制微处理器根据电机运行状态数据发出控制指令到驱动控制微处理器，驱动控制微处理器执行控制指令控制逆变电路运作，从而形成闭环控制。应用控制微处理器里面存储有恒风量控制模块或者恒转速控制模块或者是恒力矩控制模块，每一种外置控制卡100里面的控制模块是不同的，只要根据不同的应用场合选用不同的外置控制卡100，例如HVAC控制系统需要 实现恒风量控制，那麽外置控制卡100里面的控制模块采用恒风量控制模块。
上述所述的外置控制卡与电机控制器采用4根接口线：分别为地线GND、+5V电源线、RX通信线和TX通信线。
上述所述的外置控制卡与电机控制器采用3个接口线：分别为地线GND、+5V电源线、R/T通信线，这样进一步简化接口，成本更低，通信更可靠，一般十几米的连接距离通信也较为可靠。
上述所述的机壳组件包括圆筒壳体4、前端盖5、后端盖6，永磁转子组件2安装在转轴1上，定子组件3与圆筒壳体4连接在一起嵌套在永磁转子组件2外面，前端盖5和后端盖6分别安装在圆筒壳体4的两端，转轴1支承在前端盖5和后端盖6的轴承上，上述电机控制器安装在机壳组件的外面，电机控制器里面设置电路板9，电路板9安装在一个外罩7里面，外罩7与后端盖6连接安装。
上述电机控制器还包括电源电路，电源电路为各部分电路供电，电源电路、驱动控制微处理器、逆变电路集成在控制电路板9上，控制电路板9安装在控制盒7里面，控制盒7安装在机壳组件底部，外置控制卡100位于控制盒7的外面,电源电路的输入端与外部交流输入连接，电源电路的输出端提供母线电压、+5V低电压和+15V低电压，其中母线电压和15V低电压提供给逆变电路使用，+5V低电压引出形成供应外部设备的电源引出端。
带外置控制卡的直流永磁同步电机还设置有接插口8，通过接插口8直接连接带外置控制卡的直流永磁同步电机连接到HVAC控制系统。
上述所述的电机运行参数检测电路还包括母线电流测量电路和母线电压测量电路。
如图6所示，带外置控制卡的直流永磁同步电机假设是3相电机，转子位置测量电路一般采用3个霍尔传感器，3个霍尔传感器分别检测一个360度电角度周期的转子位置，每转过120度电角度改变一次定子组件3的各相线圈绕组的通电，形成3相6步控制模式。交流输入（AC INPUT）经过由二级管D7、D8、 D9、D10组成的全波整流电路后，在电容C1的一端输出直流母线电压Vbus,直流母线电压Vbus与输入交流电压有关，交流输入（AC INPUT）的电压确定后，母线电压Vbus是恒定的，3相绕组的线电压P是PWM斩波输出电压，P=Vbus*w，w是驱动控制微处理器输入到逆变电路的PWM信号的占空比，改变线电压P可以改变直流母线电流Ibus,逆变电路由电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6组成，电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的控制端分别由驱动控制微处理器输出的6路PWM信号（P1、P2、P3、P4、P5、P6)控制，逆变电路还连接电阻R1用于检测母线电流Ibus，母线电流检测电路将电阻R1的检测母线电流Ibus转换后传送到驱动控制微处理器。
电机单体和电机控制器只实现基本开环控制驱动功能，检测容易，质量容易保证，检修容易，位于电机外面、通过电线连接有外置控制卡，外置控制卡包括应用控制微处理器，应用控制微处理器与驱动控制微处理器相互连接通信，这样一来，将应用控制独立于电机，将应用控制部分全部集中在外置控制卡里面，将基本的驱动控制部分放在电机控制器，这样只需要更换不同应用控制功能的外置控制卡就能适应不同的应。
如图8所示，电机运行参数检测电路包括相电流测量电路，相电流测量电路将相电流数据输入到驱动控制微处理器，驱动控制微处理器驱动逆变电路，从而形成开环控制模式，利用相电流数据可以估算转子位置，转子速度，从而为驱动控制微处理器确定电流换相时机提供依据。
如图9所示，一种HVAC控制系统，HVAC控制系统通过接插口8直接连接带外置控制卡的直流永磁同步电机，驱动控制微处理器与HVAC控制系统直接连接通信。
如图10所示，一种HVAC控制系统，HVAC控制系统通过接插口8直接连接带外置控制卡的直流永磁同步电机，直流永磁同步电机的外置控制卡100安装在HVAC控制系统上。
Claims (13)
1.一种外置控制卡的直流永磁同步电机，包括电机单体和电机控制器，所述的电机单体包括转轴、永磁转子组件、定子组件和机壳组件，永磁转子组件和定子组件形成磁藕合并安装在机壳组件上，定子组件包括定子铁芯和卷绕在定子铁芯上线圈绕组，所述的电机控制器包括有驱动控制微处理器、逆变电路和电机运行参数检测电路，电机运行参数检测电路将电机运行参数输入到驱动控制微处理器，驱动控制微处理器输出PWM信号控制逆变电路，逆变电路的输出端与线圈绕组连接，其特征在于：位于电机外面、通过电线连接有外置控制卡，外置控制卡包括应用控制微处理器，应用控制微处理器与驱动控制微处理器相互连接通信。
2.根据权利要求1所述的一种外置控制卡的直流永磁同步电机，其特征在于：电机运行参数检测电路包括转子位置测量电路，转子位置测量电路将转子位置数据输入到驱动控制微处理器并确定电流换相时机，驱动控制微处理器驱动逆变电路，从而形成开环控制模式。
3.根据权利要求1所述的一种外置控制卡的直流永磁同步电机，其特征在于：电机运行参数检测电路包括相电流测量电路，相电流测量电路将相电流数据输入到驱动控制微处理器，驱动控制微处理器驱动逆变电路，从而形成开环控制模式。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种外置控制卡的直流永磁同步电机，其特征在于：应用控制微处理器与驱动控制微处理器是通过R/T串行通信模块相互连接通信，驱动控制微处理器将电机运行状态数据发送到应用控制微处理器，应用控制微处理器根据电机运行状态数据发出控制指令到驱动控制微处理器，驱动控制微处理器执行控制指令控制逆变电路运作，从而形成闭环控制。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种外置控制卡的直流永磁同步电机，其特征在于：应用控制微处理器里面存储有恒风量控制模块或者恒转速控制模块或者是恒力矩控制模块。
6.根据权利要求5所述的一种外置控制卡的直流永磁同步电机，其特征在于：外置控制卡与电机控制器采用4根接口线：分别为地线GND、+5V电源线、RX通信线和TX通信线。
7.根据权利要求5所述的一种外置控制卡的直流永磁同步电机，其特征在于：外置控制卡与电机控制器采用3个接口线：分别为地线GND、+5V电源线、R/T通信线。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种外置控制卡的直流永磁同步电机，其特征在于：电机控制器还包括电源电路，电源电路为各部分电路供电，电源电路、驱动控制微处理器、逆变电路集成在控制电路板上，控制电路板安装在控制盒里面，控制盒安装在机壳组件底部，外置控制卡位于控制盒的外面,电源电路的输入端与外部交流输入连接，电源电路的输出端提供母线电压、+5V低电压和+15V低电压，其中母线电压和15V低电压提供给逆变电路使用，+5V低电压引出形成供应外部设备的电源引出端。
9.根据权利要求1或2或3所述的一种外置控制卡的直流永磁同步电机，其特征在于：电机运行参数检测电路还包括母线电流测量电路和母线电压测量电路。
10.根据权利要求8所述的一种外置控制卡的直流永磁同步电机，其特征在于：机壳组件包括圆筒壳体、前端盖、后端盖，永磁转子组件安装在转轴上，定子组件与圆筒壳体连接在一起嵌套在永磁转子组件外面，前端盖和后端盖分别安装在圆筒壳体的两端，转轴支承在前端盖和后端盖的轴承上。
11.根据权利要求10所述的一种外置控制卡的直流永磁同步电机，其特征在于：电机控制器安装在机壳组件的外面，电机控制器的电路板安装在一个外罩里面，外罩与后端盖连接安装。
12.一种应用权利要求1至11所述的任何一项一种外置控制卡的直流永磁同步电机的HVAC控制系统，其特征在于：HVAC控制系统通过接插口直接连接带外置控制卡的直流永磁同步电机。
13.一种应用权利要求1至11所述的任何一项一种外置控制卡的直流永磁同步电机的HVAC控制系统，其特征在于：HVAC控制系统通过接插口直接连接带外置控制卡的直流永磁同步电机，直流永磁同步电机的外置控制卡安装在HVAC控制系统上。
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