CN208401752U - 一种矿用永磁无油空压机装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的一种矿用永磁无油空压机装置，涉及矿用设备技术领域。所述空压机装置包括无油式空压机、作为原动力的永磁电机以及电机控制系统，所述电机控制系统包括电机控制电路、电源电路以及保护电路，所述电机控制电路包括气缸气压检测电路、电流检测电路、霍尔位置检测电路、STM32型控制器以及电机驱动电路。本实用新型公开的空压机装置，一方面，引入了永磁体电机作为原动力，并针对井下的复杂作业环境，重新设计了电机控制系统，安全高效、使用简单、维护便利；另一方面，该空压机装置引入了无油空压机，大大减小了能量损耗，具有更高经济性，同时采用系统级故障检测，提高装置维护便利性，使得装置具有极高的电气安全性及自我保护性能。
Description
技术领域
本实用新型属于矿用设备技术领域，具体涉及一种矿用永磁无油空压机装置。
背景技术
随着我国工业现代化水平的逐年提高，煤矿架线及蓄电池机车刹车系统空压机的稳定、安全、高效运行是我国采矿行业高产高效的重要保障。车用空压机装置电机机械特性较软且维修工序繁琐、气缸需注油等缺点已成为制约采矿行业安全、高效生产的重要因素。
通常情况下空压机采用单一等级输入电压的直流励磁电机，而压缩结构采用活塞式，直流励磁电机存在机械特性软、体积较大、结构复杂等缺点。此外，在实际井下作业中发现，注油式气缸使用时存在因润滑油粘度问题产生机体高温或油污损坏机体配件等情况，增加了井下作业的危险度。
因此，鉴于以上问题，有必要提出一种矿用永磁无油空压机装置，以此来推动相关行业的发展。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出一种矿用永磁无油空压机装置，包括无油式空压机、作为原动力的永磁电机以及电机控制系统，所述电机控制系统包括电机控制电路、电源电路以及保护电路，所述电机控制电路包括气缸气压检测电路、电流检测电路、霍尔位置检测电路、STM32型控制器以及电机驱动电路。所述空压机装置引入了永磁体电机作为原动机，并针对井下的复杂作业环境，重新设计了电机控制系统，安全高效、使用简单、维护便利；同时采用系统级故障检测，对装置的工作电压、电流、温度、压力值进行实时检测，任何故障点出错都能通过故障代码反馈，提高装置维护便利性。
根据本实用新型的目的提出的一种矿用永磁无油空压机装置，包括无油式空压机、作为原动力的永磁电机以及电机控制系统，所述电机控制系统包括电机控制电路、电源电路以及保护电路，所述电机控制电路包括气缸气压检测电路、电流检测电路、霍尔位置检测电路、STM32型控制器以及电机驱动电路；
STM32型控制器通过电流检测电路和气缸气压检测电路对输入电压传感器及气缸压力传感器进行采样检测，当检测到的电压为电机工作电压且气缸内压力值低于系统预设压力值，系统判断电机可以启动时，控制器进一步检测霍尔位置传感器信号，控制MOSFET管输出对应相序电压，控制电机工作；
所述电流检测电路包括采样电阻，所述采样电阻一端连接于逆变桥下桥臂的公共端，另一端接地，所述采样电阻将功率逆变电路的电流信号转化成电压信号，然后经放大器放大后送入控制器；
所述霍尔位置检测电路用于检测电机转子在运动过程中相对于定子电枢绕组的位置，并将转子磁极的位置信号转换为电信号传输至控制器，为开关电路提供正确的换相信息，以控制各个开关器件的导通与关断；
所述电机驱动电路为由三极管搭建的自举驱动电路；
所述保护电路包括过流保护电路、过压保护电路以及高温保护电路。
优选的，所述STM32型控制器为STM32F030C8T6型单片机。
优选的，所述电源电路包括+15V、+5V以及+3.3V三种电压等级，+15V电压用于为MOSFET功率管电机驱动电路提供电压，+5V电压用于为电流检测电路和霍尔位置检测电路提供电压，+3.3V用于为STM32型控制器供电。
优选的，所述+15V电压采用串联稳压电路，通过稳压管提供反馈电压，控制三极管的开通关断。
优选的，所述霍尔位置检测电路包括霍尔位置传感器，所述霍尔位置传感器为开关型霍尔位置传感器。
与现有技术相比，本实用新型公开的一种矿用永磁无油空压机装置的优点是：
(1)所述空压机装置引入了永磁体电机作为原动力，并针对井下的复杂作业环境，重新设计了电机控制系统，安全高效、使用简单、维护便利。同时可根据气缸使用场合不同对气缸压力进行调整，具有极强的适应性。
(2)所述空压机装置引入了无油空压机，大大减小了能量损耗，具有更高经济性。
(3)所述空压机装置采用系统级故障检测，对装置的工作电压、电流、温度、压力值进行全时检测，任何故障点出错都能通过故障代码反馈，提高装置维护便利性，使得装置具有极高的电气安全性及自我保护性能。
附图说明
为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为本实用新型公开的一种矿用永磁无油空压机装置的系统图。
图2为永磁电机调速系统电路图。
图中的数字或字母所代表的零部件名称为：
10-电机控制电路；11-气缸压力检测电路；12-电流检测电路；13-霍尔位置检测电路；14-STM32F030C8T6控制器；15-电机驱动电路；20-永磁电机；30-无油式空压机；40-保护电路；41-过流保护电路；42-过压保护电路；43-高温保护电路；50-电源电路。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。
图1-图2示出了本实用新型较佳的实施例。
如图1-2所示的一种矿用永磁无油空压机装置，包括无油式空压机30、作为原动力的永磁电机20以及电机控制系统，所述电机控制系统包括电机控制电路10、电源电路50以及保护电路40，电机控制电路10包括气缸气压检测电路11、电流检测电路12、霍尔位置检测电路13、STM32型控制器以及电机驱动电路15。具体的，STM32型控制器为STM32F030C8T6型单片机。
STM32型控制器通过电流检测电路12和气缸气压检测电路11对输入电压传感器及气缸压力传感器进行采样检测，当检测到的电压为电机工作电压且气缸内压力值低于系统预设压力值，系统判断电机可以启动时，控制器进一步检测霍尔位置传感器信号，控制MOSFET管输出对应相序电压，控制电机工作。
具体电路设计：
电源电路50包括+15V、+5V以及+3.3V三种电压等级，+15V电压用于为MOSFET功率管电机驱动电路15提供电压，+5V电压用于为电流检测电路12和霍尔位置检测电路13提供电压，+3.3V用于为STM32型控制器供电；其中+15V采用典型的串联稳压电路，通过稳压管提供反馈电压控制三极管的开通关断，该结构具有结构简单、调压范围宽、价格低廉等优点。
考虑到MOSFET易于并联的特性，为了增加桥臂的通电流能力，主电路的六个桥臂分别采用三个MOSFET并联结构，其中MOSFET采用75NF75型号MOSFET。而对于+3.3V供电的STM32F030C8T6控制器14，其I/O口输出电压并不能直接驱动MOSFET，为了给并联的MOSFET开关管足够的驱动能力，本实用新型采用由三极管搭建的一种简单的自举驱动电路。
电流检测电路12包括采样电阻，采样电阻一端连接于逆变桥下桥臂的公共端，另一端接地，采样电阻将功率逆变电路的电流信号转化成电压信号，然后经放大器放大后送入控制器。由于电阻是线性的，电阻两端的电压与流经电阻的电流成正比例关系，通过一个简单的换算关系就可以得到采样电流的值，从而实现对电路电流的采样。选择采样电阻法来实现对电路电流的采样，成本比较低。
永磁电机20的控制采用方波驱动控制，即两两导通方式，每一时刻只有两相绕组通电，各相的导通顺序与时间由霍尔位置传感器获得的转子位置信号决定。具体的，霍尔位置检测电路13用于检测电机转子在运动过程中相对于定子电枢绕组的位置，并将转子磁极的位置信号转换为电信号传输至控制器，为开关电路提供正确的换相信息，以控制各个开关器件的导通与关断；该霍尔位置检测电路包括霍尔位置传感器，霍尔传感器是开关型霍尔位置传感器，传感器五根线，分别为电机A、B、C三相位置线以及电源线和地线，输出是集电极开路输出，所以要外接上拉电阻。为了保证霍尔信号的准确、可靠性，需要对采集的霍尔信号进行滤波处理，优选RC低通滤波对霍尔信号进行滤波处理。定子合成磁场在空间不是连续的旋转磁场，而是一种步进式旋转磁场，每个步进角度是60°电角度，转子每转过60°电角度，换相电路进行一次换流，电机进行换相。
保护电路40包括过流保护电路41、过压保护电路42以及高温保护电路43。保护电路40的设置，对装置的工作电压、电流、温度、压力值进行全时检测，任何故障点出错都能通过故障代码反馈，提高装置维护便利性，使得装置具有极高的电气安全性及自我保护性能。
具体运行步骤为：
步骤一：STM32F030C8T6控制器14通过电流检测电路12和气缸压力检测电路11对输入电压传感器及气缸压力传感器进行采样检测。
步骤二：当STM32F030C8T6控制器14检测到输入电压为电机工作电压且缸内压力值低于系统预设压力值后，启动电机控制板上的斩波电路控制永磁体电机按照设定转速启动运转。
步骤三：在永磁电机20启动瞬间由于电机启动的固有特性导致电机输入侧电压下跌电流增大，STM32F030C8T6控制器14以极高的速度对输出电流电压进行调控，以保证电机的稳定高效工作。
步骤四：气缸内压力值达到设定值后，即STM32F030C8T6控制器14对缸内气压采样值达到设定值后，切断电压，永磁电机20停机。
综上所述，本实用新型公开的一种矿用永磁无油空压机装置，一方面，引入了永磁体电机作为原动力，并针对井下的复杂作业环境，重新设计了电机控制系统，安全高效、使用简单、维护便利，同时可根据气缸使用场合不同对气缸压力进行调整，具有极强的适应性。另一方面，该空压机装置引入了无油空压机，大大减小了能量损耗，具有更高经济性，同时采用系统级故障检测，对装置的工作电压、电流、温度、压力值进行全时检测，任何故障点出错都能通过故障代码反馈，提高装置维护便利性，使得装置具有极高的电气安全性及自我保护性能。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本实用新型。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种矿用永磁无油空压机装置，其特征在于，包括无油式空压机(30)、作为原动力的永磁电机(20)以及电机控制系统，所述电机控制系统包括电机控制电路(10)、电源电路(50)以及保护电路(40)，所述电机控制电路(10)包括气缸气压检测电路(11)、电流检测电路(12)、霍尔位置检测电路(13)、STM32型控制器以及电机驱动电路(15)；
STM32型控制器通过电流检测电路(12)和气缸气压检测电路(11)对输入电压传感器及气缸压力传感器进行采样检测，当检测到的电压为电机工作电压且气缸内压力值低于系统预设压力值，系统判断电机可以启动时，控制器进一步检测霍尔位置传感器信号，控制MOSFET管输出对应相序电压，控制电机工作；
所述电流检测电路(12)包括采样电阻，所述采样电阻一端连接于逆变桥下桥臂的公共端，另一端接地，所述采样电阻将功率逆变电路的电流信号转化成电压信号，然后经放大器放大后送入控制器；
所述霍尔位置检测电路(13)用于检测电机转子在运动过程中相对于定子电枢绕组的位置，并将转子磁极的位置信号转换为电信号传输至控制器，为开关电路提供正确的换相信息，以控制各个开关器件的导通与关断；
所述电机驱动电路(15)为由三极管搭建的自举驱动电路；
所述保护电路(40)包括过流保护电路、过压保护电路以及高温保护电路。
2.根据权利要求1所述的一种矿用永磁无油空压机装置，其特征在于，所述STM32型控制器为STM32F030C8T6型单片机。
3.根据权利要求1所述的一种矿用永磁无油空压机装置，其特征在于，所述电源电路(50)包括+15V、+5V以及+3.3V三种电压等级，+15V电压用于为MOSFET功率管电机驱动电路(15)提供电压，+5V电压用于为电流检测电路(12)和霍尔位置检测电路(13)提供电压，+3.3V用于为STM32型控制器供电。
4.根据权利要求3所述的一种矿用永磁无油空压机装置，其特征在于，所述+15V电压采用串联稳压电路，通过稳压管提供反馈电压，控制三极管的开通关断。
5.根据权利要求1所述的一种矿用永磁无油空压机装置，其特征在于，所述霍尔位置检测电路(13)包括霍尔位置传感器，所述霍尔位置传感器为开关型霍尔位置传感器。
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| CN114482722A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-05-13 | 上海芯圣电子股份有限公司 | 一种具有自锁能力的共享单车芯片 |
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