一種稀土永磁無刷電機水泵系統的製作方法
2023-10-10 06:10:09
專利名稱：一種稀土永磁無刷電機水泵系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電機技術領域，特別是一種稀土永磁無位置傳感器控制的 無刷電機水泵系統。
背景技術：
目前水泵的驅動電機多採用感應電機，小功率感應電機多為單相，不僅效 率低、功率密度低，而且電機調整困難。在目前能源供應越來越緊張的情況下， 當務之急是提高電機的效率。
稀土永磁無刷電機具有功率密度高、體積小和效率高的優點，便於控制， 配合無位置傳感器同步電機控制器，具有功率因數高、效率高、控制性能好， 和調整範圍寬的優點，因此，可以將稀土永磁無位置傳感器控制無刷電機應用 到水泵領域中。
實用新型內容
本實用新型的目的在於克服現有水泵存在的效率低和可控性差的缺點， 提供一種無位置傳感器控制的稀土永磁無刷電機水泵系統。 為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案為
一種稀土永磁無刷電機水泵系統，包括稀土永磁無刷電機，所述稀土永磁 無刷電機的前端固定有水泵蝸殼，所述水泵蝸殼中設置有葉輪，葉輪固定安裝 在稀土永磁無刷電機的轉子軸上；以及控制所述稀土永磁無刷電機的控制器。優選的是，包括水泵外殼，所述稀土永磁無刷電機的定子固定在水泵外殼 的內壁上，水泵外殼內設置有隔離稀土永磁無刷電機的定子和轉子的定子套， 所述定子套內設置有一個軸承座；所述水泵外殼的前端設置有一個前蓋，所述 轉子的轉子軸一端通過前端軸承與前蓋配合安裝，伸出前蓋的部分安裝所述葉 輪，另一端通過後端軸承與所述軸承座配合。
優選的是，所述轉子，包括多個轉子疊片，轉子疊片疊壓在一起並與轉子 軸緊密配合連接，稀土磁鋼通過高溫厭氧膠貼於轉子疊片表面；所述轉子為通 過注塑封裝而成的轉子。
優選的是，水泵殼體和定子套為一體注塑成型。
優選的是，所述前端軸承和後端軸承均為高硬度陶瓷滑動軸承，前端軸承 包括第一軸承與第一軸套，後端軸承包括第二軸承與第二軸套；所述水泵外殼 內設置有為前端軸承和後端軸承提供液體潤滑的水循環通道。
優選的是，所述水循環通道連接定子套上設置的開口和水泵外殼上設置的 開口，開口處用樹脂灌封。
優選的是，所述轉子的轉子軸為鈦合金軸。
優選的是，所述控制器包括順次連接的AC電源、EMI濾波電路、整流電 路、濾波電路和集成有IPM的逆變電路；逆變電路的三相輸出分別與所述定子 中的三相繞組電連接；轉子位置檢測電路，與三相繞組電連接，檢測三相反電 動勢的過零點信號；MCU控制電路，接收轉子位置檢測電路發出的檢測信號，輸出三相PWM控制信號至所述的逆變電路的IPM。
優選的是，所述控制器還包括按鍵控制及顯示電路，故障檢測電路和電流 檢測保護電路；所述故障檢測電路和電流檢測保護電路監控所述逆變電路，並 將監控結果傳送至所述MCU控制電路；所述按鍵控制及顯示電路與MCU控制 電路通訊連接。
優選的是，還包括一個控制器殼體，所述控制器殼體固連於水泵外殼的後 端，所述控制器安裝於控制器殼體中；所述控制器殼體上安裝有控制器導熱板， 控制器導熱板的上方安裝有控制器散熱片。
有益效果
水泵採用稀土永磁無刷電機，該電機具有剩磁高、矯頑力高、磁能積高和 震動小的優點，有效減小了電機的體積，提高了工作效率。如果電機採用高硬 度陶瓷滑動軸承，配合鈦合金轉子軸，還具有耐腐蝕、使用壽命長和免維護的 特點。通過設置水循環管道為高硬度陶瓷滑動軸承提供水潤滑。由於轉子浸沒 在水中，所以通過定子套將定子與轉子隔離，可以有效保證定子繞組乾燥。
控制器採用無位置傳感器控制方式，取消了位置信號線，具有抗幹擾性能 高、工作可靠和連接簡單的優點。可以通過為控制器配置按鍵控制及顯示電路， 直觀、簡單地監控水泵的工作情況。
圖1為80W稀土永磁無刷電機水泵系統無刷水泵的外形圖； 圖2為80W稀土永磁無刷電機水泵系統無刷水泵的爆炸圖；圖3為170W稀土永磁無刷電機水泵系統的控制器外置時的外形圖； 圖4為170W稀土永磁無刷電機水泵系統的控制器外置時的爆炸圖； 圖5為170W稀土永磁無刷電機水泵系統的控制器內置時的外形圖； 圖6為170W稀土永磁無刷電機水泵系統的控制器內置時的爆炸圖； 圖7為240W稀土永磁無刷電機水泵系統的控制器外置時的外形圖； 圖8為240W稀土永磁無刷電機水泵系統的控制器外置時的爆炸圖； 圖9為240W稀土永磁無刷電機水泵系統的控制器內置時的外形圖； 圖10為240W稀土永磁無刷電機水泵系統的控制器內置時的爆炸圖； 圖11為稀土永磁無刷電機水泵系統的控制器的功能框圖。
具體實施方式
本實用新型所述的稀土永磁無刷電機水泵系統，其包括水泵組件和稀土永 磁無刷電機，以及電連接於稀土永磁無刷電機上的無位置傳感器無刷電機控制
器°
如圖1至10所示，水泵組件包括帶底座的水泵外殼3、設置於水泵外殼3 前端的前蓋4以及設置於後端的後蓋6 (如圖1所示，80W稀土永磁無刷電機水 泵系統無後蓋6)，以及在稀土永磁無刷電機的前端上(即水泵外殼3的前端) 固定的水泵蝸殼12和設置在水泵蝸殼12內的葉輪9。前蓋4通過安裝螺絲5固 定在水泵外殼3上，水泵蝸殼12與水泵外殼3之間安裝有密封圈11，並通過安 裝螺絲13和螺母14進行固定安裝。
稀土永磁無刷電機包括定子2和與其相配的轉子1。轉子1上設有轉子軸102，轉子軸102可選擇鈦合金軸。所述轉子1，包括多個轉子疊片101，轉子 疊片101疊壓在一起後與轉子軸102緊密配合，並用鉚釘103固定，將稀土磁 鋼104用高溫厭氧膠貼於轉子疊片101的表面，最後注塑封裝而成。轉子疊片 101和稀土磁鋼104組裝後可以通過平面軸承109、橡膠墊110和密封圈108安 裝在轉子套105內。這樣的轉子1可保證有足夠的機械強度和抗鏽蝕能力，並 且外形規整，在流體中轉動的阻力小，損耗小。定子2固定在水泵外殼3的內壁上，定子2由水泵外殼3內設置的定子套 24將其與轉子1隔離。其中，水泵外殼3和定子套24可為一體注塑成型。定子 2的三向繞組由引線7連接至插頭8上。轉子套105的前後兩端分別連接有與前 蓋4配合的前端軸承和與定子套24內設置的軸承座配合的後端軸承。轉子軸102 一端通過前端軸承與前蓋4配合安裝，伸出前蓋4的部分安裝有葉輪9，葉輪9 通過螺絲10固定於轉子軸102上；另一端通過後端軸承與軸承座配合，從而使 得轉子1可以相對定子2旋轉，當轉子1旋轉時會帶動葉輪9旋轉而在水泵蝸 殼12中產生渦流，從而實現將液體泵入及泵出。所述前端軸承和後端軸承均可選擇高硬度陶瓷滑動軸承，前端軸承包括第 一軸承107與第一軸套106，後端軸承包括第二軸承與第二軸套。在水泵外殼3 內設置有為前端軸承和後端軸承提供液體潤滑的水循環通道25，該水循環通道 25連接於定子套24上設置的開口和水泵外殼3上設置的開口 ，然後用樹脂灌封， 保證定子繞組及矽鋼片不會鏽蝕。如圖11所述，稀土永磁無刷電機的無位置傳感器控制器80包括順次連接 的AC電源801、 EMI濾波電路802、整流電路803、濾波電路804和集成有功率模塊IPM的逆變電路805。逆變電路805的三相輸出分別與定子中的三相繞組 電連接。AC電源801提供交流220V(或110V)電源，並通過EMI濾波電路802和 整流電路803整流後，給平波電容充電，提供一個直流電壓給逆變電路805。轉子位置檢測電路810與三相繞組電連接，檢測三相反電動勢的過零點信 號。MCU控制電路808接收轉子位置檢測電路810發出的檢測信號，計算三相開 關佔空比，輸出三相P麗控制信號至所述的逆變電路的IPM，此處，輸出的三相 P麗控制信號可以通過IPM驅動電路807再送至逆變電路805的IPM處。所述控制器80還包括按鍵控制及顯示電路811，故障檢測電路809和電流 檢測保護電路806。其中，故障檢測電路809和電流檢測保護電路806監控逆變 電路805，並將監控結果傳送至MCU控制電路808，供MCU控制電路808選擇相 應的預定控制決策。所述按鍵控制及顯示電路與MCU控制電路通訊連接。電流檢測保護電路806和故障檢測信號電路809實現了對控制器80的過流、 過載保護。通過按鍵控制及顯示電路，如LED顯示屏，通過簡易的菜單操作實 現了良好的人機操作界面。控制器80具有速度及電流反饋功能，速度控制精度為1%。控制器的最高轉 速為3300RPM，最低轉速為800RPM。控制器的額定輸出功率為80/170/240W可 選，額定輸入電壓為AC220(110)V，額定輸入電流為1.7A，最大輸入電流2.5A， 額定轉速為3000RPM。可連續工作。所述控制器可以外置於水泵，如圖2、 4和8中的稀土永磁無刷電機水泵系 統的結構，也可以內置於水泵，如圖6和10所示，該控制器80設置於控制器 殼體15內，所述控制器殼體15固連於水泵外殼14的後端，控制器殼體15的後蓋17通過安裝螺絲18和螺母19固定於控制器外殼15上。控制器殼體15上 安裝有控制器導熱板20，控制器散熱片21通過螺絲22固定於控制器導熱板20 的上方，控制器導熱板20將控制器80產生的熱量通過控制器散熱片21散發出 去。控制器散熱片21與控制器殼體15之間，以及控制器後蓋17與控制器殼體 15之間均設置有密封圈16。此外，上述實施方式並非是本實用新型的限制性實施方式，凡本領域的技 術人員在本實用新型的實質內容的基礎上所進行的修飾或者等效變形，均應屬 於本實用新型的技術範疇。
權利要求1、一種稀土永磁無刷電機水泵系統，其特徵在於包括稀土永磁無刷電機，所述稀土永磁無刷電機的前端固定有水泵蝸殼，所述水泵蝸殼中設置有葉輪，葉輪固定安裝在稀土永磁無刷電機的轉子軸上；以及控制所述稀土永磁無刷電機的控制器。
2、 根據權利要求1所述的一種稀土永磁無刷電機水泵系統，其特徵在於包 括水泵外殼，所述稀土永磁無刷電機的定子固定在水泵外殼的內壁上，水泵外 殼內設置有隔離稀土永磁無刷電機的定子和轉子的定子套，所述定子套內設置 有一個軸承座；所述水泵外殼的前端設置有一個前蓋，所述轉子的轉子軸一端 通過前端軸承與前蓋配合安裝，伸出前蓋的部分安裝所述葉輪，另一端通過後 端軸承與所述軸承座配合。
3、 根據權利要求2所述的一種稀土永磁無刷電機水泵系統，其特徵在於所 述轉子，包括多個轉子疊片，轉子疊片疊壓在一起並與轉子軸緊密配合連接， 稀土磁鋼通過高溫厭氧膠貼於轉子疊片表面；所述轉子為通過注塑封裝而成的 轉子。
4、 根據權利要求2所述的一種稀土永磁無刷電機水泵系統，其特徵在於水 泵殼體和定子套為一體注塑成型。
5、 根據權利要求2所述的一種稀土永磁無刷電機水泵系統，其特徵在於所 述前端軸承和後端軸承均為高硬度陶瓷滑動軸承，前端軸承包括第一軸承與第 一軸套，後端軸承包括第二軸承與第二軸套；所述水泵外殼內設置有為前端軸 承和後端軸承提供液體潤滑的水循環通道。
6、 根據權利要求5所述的一種稀土永磁無刷電機水泵系統，其特徵在於所 述水循環通道連接定子套上設置的開口和水泵外殼上設置的開口 ，開口處用樹 脂灌封。
7、 根據權利要求2所述的一種稀土永磁無刷電機水泵系統，其特徵在於所 述轉子的轉子軸為鈦合金軸。
8、 根據權利要求1至7中任一項所述的一種稀土永磁無刷電機水泵系統，其 特徵在於所述控制器包括順次連接的AC電源、EMI濾波電路、整流電路、 濾波電路和集成有IPM的逆變電路；逆變電路的三相輸出分別與所述定子中 的三相繞組電連接；轉子位置檢測電路，與三相繞組電連接，檢測三相反電動 勢的過零點 信號；MCU控制電路，接收轉子位置檢測電路發出的檢測信號， 輸出三相PWM控制信號至所述的逆變電路的IPM。
9、 根據權利要求8所述的一種稀土永磁無刷電機水泵系統，其特徵在於所 述控制器還包括按鍵控制及顯示電路，故障檢測電路和電流檢測保護電路；所 述故障檢測電路和電流檢測保護電路監控所述逆變電路，並將監控結果傳送至 所述MCU控制電路；所述按鍵控制及顯示電路與MCU控制電路通訊連接。
10、 根據權利要求9所述的一種稀土永磁無刷電機水泵系統，其特徵在於還 包括一個控制器殼體，所述控制器殼體固連於水泵外殼的後端，所述控制器安 裝於控制器殼體中；所述控制器殼體上安裝有控制器導熱板，控制器導熱板的 上方安裝有控制器散熱片。
專利摘要本實用新型公開了一種稀土永磁無刷電機水泵系統，包括稀土永磁無刷電機，所述稀土永磁無刷電機的前端固定有水泵蝸殼，所述水泵蝸殼中設置有葉輪，葉輪固定安裝在稀土永磁無刷電機的轉子軸上；以及控制所述稀土永磁無刷電機的控制器。提供一種無刷電機水泵系統，包括稀土永磁無刷電機水泵，無位置傳感器無刷電機控制器。無刷電機控制器採用內置和外置兩種安裝方式，運用無位置傳感器方式驅動無刷電機運轉。本實用新型提供一種效率高和可控性好的無位置傳感器控制的稀土永磁無刷電機水泵系統。
文檔編號F04D13/06GK201420682SQ20092014520
公開日2010年3月10日 申請日期2009年3月11日 優先權日2009年3月11日
發明者鄭雲峰 申請人:鄭雲峰