Halbach阵列永磁高效节能纺织电机制造技术

一种Halbach阵列永磁高效节能纺织电机，包括：Halbach阵列永磁纺织电机、控制器和检测与采样电路，所述的Halbach阵列永磁纺织电机是由变换器和Halbach阵列永磁同步电动机一体构成，所述的变换器的输出分别连接Halbach阵列永磁同步电动机及检测与采样电路，所述的检测与采样电路的输出连接控制器，所述的控制器连接变换器。本发明专利技术具有正弦度较好的气隙磁密，减小了转矩脉动，有利于提高电机的定位精度，省去了电机与负载间的传动机构，降低了系统能量损耗，提高了系统转换效率，节约了系统成本，缩小了系统体积，增强了系统可靠性及抗干扰能力，使电机能够在高温、高湿、多尘的纺织电机典型工作环境下可靠运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纺织专用电机。特别是涉及ー种具有机电一体化集成技术的Halbach阵列永磁高效节能纺织电机。
技术介绍
在我国节能工程的重大项目中，电机及系统工程成为最具节能潜力的产业之一。目前，我国正在积极推动并扶持高效电机及电机系统节能工程的开展与实施，同时对节能专用、行业专用电机及变频控制装置的研发与应用提出了更新更高的要求。纺织エ业作为我国用电大户，电机年运行时数达7000小时以上，成为高效节能专用电机系列产品重点推广的行业之一。电机系统发展至今已成为集电カ电子、电机及控制为一体的集成系统。由于国内采用传统的分立模式，三者由不同的生产商设计制造，生产环节孤立封闭，导致电机系统技·术參数匹配不合理，运行过程协调困难，控制技术难以通用，降低了系统的整体运行效率。因此，电机产业结构需要从单ー的电机生产模式向机电一体化的电机系统生产模式转化；高效节能技术的推广需要从传统的单纯追求电机高效率的发展模式向电机系统集成产品高效率的发展模式转化。目前，由于我国电机行业对电机产品品种的开发重视不足，快速响应市场的拓展能力较弱，致使在众多应用场合以普通电机代替运行，造成行业电机专用化率进展缓慢，行业经济效益与社会效益提升幅度较低。为了提高负载匹配特性，实现电机系统高效运行，需要针对不同行业与应用场合重点开发专用电机及系统，打破目前在多种应用场合使用同一类型电机的现状，提升专用电机的市场占有率。近年来，永磁同步电动机因结构简単、运行效率高、功率因数高、控制性能好在纺织机械领域取得较快发展与应用。表贴式永磁同步电动机通常采用常规磁体结构，气隙磁密谐波含量大，影响电机转矩特性及损耗发热，使永磁同步电动机在性能要求较高以及特殊的应用场合受到限制。另外，为控制电机正常运行，通常利用安装在电机转轴上的传感器获得转子位置与转速信号，从而实现磁场定向和转速调节。但传感器的使用，一方面増加了系统成本，某些高精度传感器价格甚至占据成本主要份额，而系统体积的増加限制了其在空间受限场合的应用，且传感器对安装精度要求较高；另一方面降低了系统可靠性，电机与控制系统间导线的增多，使系统易受外界干扰，且其精度易受环境温度、湿度、灰尘、震动等影响，因此，对于高温、高湿、多尘的纺织电机工作环境，带传感器的电机系统应用受到限制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够提高电机系统各部件间的协同与匹配特性，拓展永磁同步电动机在纺织行业的应用空间，实现电机系统高效节能目标的Halbach阵列永磁高效节能纺织电机。本专利技术所采用的技术方案是ー种Halbach阵列永磁高效节能纺织电机，包括Halbach阵列永磁纺织电机、控制器和检测与采样电路,所述的Halbach阵列永磁纺织电机是由变换器和Halbach阵列永磁同步电动机一体构成，所述的变换器的输出分别连接Halbach阵列永磁同步电动机及检测与采样电路，所述的检测与采样电路的输出连接控制器，所述的控制器连接变换器。所述的变换器采用双PWM电压源型变换器，所述的控制器包括有驱动及保护电路、与驱动及保护电路相连接的DSP主控电路以及与DSP主控电路相连的信号调理电路，其中，所述信号调理电路的信号输入端连接检测与采样电路的输出，所述DSP主控电路的信号输出端连接驱动及保护电路，所述的驱动及保护电路的输出连接变换器。所述的驱动及保护电路包括有驱动芯片U1，所述驱动芯片Ul的信号输入端连接DSP主控电路的信号输出端，所述驱动芯片Ul的三个信号输出端连接变换器的信号输入端。 所述的变换器采用矩阵变换器，所述的控制器包括有驱动及保护电路、与驱动及保护电路相连接的DSP主控电路以及与DSP主控电路相连的信号调理电路，其中，所述信号调理电路的信号输入端连接检测与采样电路的输出，所述DSP主控电路的信号输出端连接驱动及保护电路，所述的驱动及保护电路的输出连接变换器。所述的驱动及保护电路包括有驱动芯片U2，所述驱动芯片U2的信号输入端IN连接DSP主控电路的信号输出端，所述驱动芯片U2的信号输出端与接地端连接变换器的信号输入端。所述的检测与采样电路为电流检测单元，所述的电流检测单元采用电流传感器U3，所述的电流传感器U3的IN端连接变换器的电流输出端，所述电流传感器U3的OUT端连接Halbach阵列永磁同步电动机12的输入端,所述电流传感器U3的电源输入端连接外部供电电源，所述电流传感器U3的信号输出端Imeas连接信号调理电路。所述的Halbach阵列永磁同步电动机包括有由中心向外依次设置的电机轴、定子和绕在定子上的电枢绕组、空气隙、连续式Halbach永磁体阵列以及转子，所述的电枢绕组采用星形连接、短距绕组，所述的转子采用表贴式永磁体。所述的Halbach阵列永磁同步电动机包括有由中心向外依次设置的电机轴、定子和绕在定子上的电枢绕组、空气隙、分段式Halbach永磁体阵列以及转子，所述的电枢绕组采用星形连接、短距绕组，所述的转子采用表贴式永磁体。本专利技术的Halbach阵列永磁高效节能纺织电机，具有如下有益效果如下I、本专利技术的Halbach阵列永磁同步电机具有正弦度较好的气隙磁密，减小了转矩脉动，有利于提高电机的定位精度，同时Halbach阵列永磁同步电机具有聚磁效果，増加了气隙磁密，有利于提高电机的功率密度和转矩密度。另外，Halbach阵列永磁同步电机具有良好的转子磁路自屏蔽作用，因此，转子采用了非铁磁材料，縮小了电机体积，减轻了电机重量，降低了转动惯量，有利于改善电机的快速响应能力。2、本专利技术的Halbach阵列永磁同步电机采用外转子结构，电机与负载直接I禹合，省去了电机与负载间的传动机构，降低了系统能量损耗，提高了系统转换效率，同时降低了系统维护成本，提高了系统运行可靠性。由于永磁体沿圆周安装在转子内表面，受离心力的影响，永磁体受到向外的作用力，使其牢固地结合在转子上，从而无需采取专门的加固措施，降低了制造成本。另外，采用外转子结构提高了负载波动对电机运行性能的影响，同时改善了电机温升问题，提高了永磁体的抗不可逆去磁能力。3、控制器采用无传感器控制技术获得转子位置与转速信息，省去了机械传感器，节约了系统成本，縮小了系统体积，增强了系统可靠性及抗干扰能力，使电机能够在高温、高湿、多尘的纺织电机典型工作环境下可靠运行。附图说明图I是本专利技术的Halbach阵列永磁高效节能纺织电机第一实施例的结构示意图；图2是本专利技术的Halbach阵列永磁高效节能纺织电机第二实施例 的结构示意图；图3是本专利技术的Halbach阵列永磁高效节能纺织电机第一实施例中驱动电路原理图；图4是本专利技术的Halbach阵列永磁高效节能纺织电机第二实施例中驱动电路原理图；图5是本专利技术的Halbach阵列永磁高效节能纺织电机中电流检测电路原理图；图6是本专利技术中Halbach阵列永磁同步电动机的第一实施例的结构示意图；图7是本专利技术中Halbach阵列永磁同步电动机第二实施例的结构示意图。图中I Halbach阵列永磁纺织电机2 :控制器3:检测与采样电路11 :变换器12 =Halbach阵列永磁同步电动机 13 :保护信号21:驱动及保护电路22:DSP主控电路23:信号调理电路24:驱动及保护电路121 :转子122a :连续式Ha本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Halbach阵列永磁高效节能纺织电机,其特征在于,包括=Halbach阵列永磁纺织电机(I)、控制器(2)和检测与采样电路(3)，所述的Halbach阵列永磁纺织电机(I)是由变换器(11)和Halbach阵列永磁同步电动机(12)—体构成，所述的变换器(11)的输出分别连接Halbach阵列永磁同步电动机(12)及检测与采样电路(3)，所述的检测与采样电路(3 )的输出连接控制器(2 )，所述的控制器(2 )连接变换器(11)。2.根据权利要求I所述的Halbach阵列永磁高效节能纺织电机,其特征在于,所述的变换器(11)采用双PWM电压源型变换器，所述的控制器(2)包括有驱动及保护电路(21)、与驱动及保护电路(21)相连接的DSP主控电路(22)以及与DSP主控电路(22)相连的信号调理电路(23)，其中，所述信号调理电路(23)的信号输入端连接检测与采样电路(3)的输出，所述DSP主控电路(22)的信号输出端连接驱动及保护电路(24)，所述的驱动及保护电路(21)的输出连接变换器(11)。3.根据权利要求2所述的Halbach阵列永磁高效节能纺织电机，其特征在于，所述的驱动及保护电路(21)包括有驱动芯片U1，所述驱动芯片Ul的信号输入端连接DSP主控电路(22)的信号输出端，所述驱动芯片Ul的三个信号输出端(C、G、E)连接变换器(11)的信号输入端。4.根据权利要求I所述的Halbach阵列永磁高效节能纺织电机,其特征在于，所述的变换器(11)采用矩阵变换器，所述的控制器(2)包括有驱动及保护电路(24)、与驱动及保护电路(24)相连接的DSP主控电路(22 )以及与DSP主控电路(22 )相连的信号调理电路(23 )，其中，所述信号调理电路(23)的信号输入端连接检测与采样电路(3)的输出，所述DS...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏长亮，陈炜，乔照威，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：