永磁直驱式防爆变频调速电机组合式驱动系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种永磁直驱式防爆变频调速电机组合式驱动系统，其特征在于，所述驱动系统包括永磁直驱电机、变频器、防爆外壳以及水冷管路组成，所述变频器、电机上下排布，水冷管路分散于防爆外壳内，水路整体串联连接，变频器部分包括功率部分和控制部分；由于采用永磁直驱式驱动方式，省去了减速机单元，直接驱动负载，简化了系统驱动组成部分，且永磁直驱电机提升了系统功率因数，减少了励磁损耗，整机效率得到提升。同时由于系统组成部分较少，维护量降低，可靠性得到增加。

【技术实现步骤摘要】
永磁直驱式防爆变频调速电机组合式驱动系统
本技术涉及一种驱动系统，具体涉及一种永磁直驱式防爆变频调速电机组合式驱动系统，属于电机与电器领域。
技术介绍
防爆环境中使用的变频器电机驱动系统由于受空间限制，电磁环境限制，期望具备体积小，驱动系统简单，电磁兼容性好，效率高的变频器电机驱动系统。防爆环境中所采用的变频调速系统，多由防爆变频器单体、异步电机单体、减速机单体、负载单体组成，或者由防爆异步电机一体机单体、减速机单体、负载单体组成。这两种驱动系统都需要减速机传递能量和提升转矩，大大增加了系统的复杂度，降低了系统的效率，增大了系统的成本。这两种应用系统中，前者系统较分散，导致各单体散热系统复杂；且各单体由于需要独立防爆性能设计导致体积庞大，成本较大；同时由于变频器单体与电机单体之间需要连接动力电缆，导致对周围系统的电磁骚扰较大。对于后者变频调速一体机与减速机驱动系统，由于采用了变频器和异步电机的组合，一定程度上减少了体积、成本以及电磁骚扰，但由于仍采用异步电机作为驱动单元，导致系统功率因数仍较低，且仍需要减速机和齿轮箱作为能量的传递及转矩的提升，导致系统损耗增加，整机效率仍较低，系统维护量较大。此外，由于常规的永磁同步电机需要依赖稀土永磁材料，其价格成本太高，而且原材料不具有可再生性。如果直接采用铁氧体永磁材料的会大幅降低现有常规永磁同步电机的性能。而现有永磁磁阻电机虽然摆脱了对稀土材料的依赖，但是其在结构上容易出现失磁，尤其是在电机重载时，失磁情况更加严重，并且，现有的永磁磁阻电机效率较低。鉴于上述问题，本领域的技术人员一直尝试新的方案，但是该问题一直没有得到妥善解决。
技术实现思路
本技术正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种永磁直驱式防爆变频调速电机组合式驱动系统，该技术方案结构简单、效率高，同时整合变频器，形成一体式驱动系统，即系统由防爆永磁直驱一体机单体、负载单体组成。由于采用变频器和永磁直驱电机一体式结构，整合了各分散系统，缩减了系统体积，降低了系统的电磁骚扰，简化了系统的散热。由于采用永磁直驱式驱动方式，省去了减速机单元，直接驱动负载，简化了系统驱动组成部分，且永磁直驱电机提升了系统功率因数，减少了励磁损耗，整机效率得到提升。同时由于系统组成部分较少，维护量降低，可靠性得到增加。为了实现上述目的，本技术的技术方案如下，一种永磁直驱式防爆变频调速电机组合式驱动系统，其特征在于，所述驱动系统包括永磁直驱电机、变频器、防爆外壳以及水冷管路组成，所述变频器、电机上下排布，水冷管路分散于防爆外壳内，水路整体串联连接，变频器部分包括功率部分和控制部分。作为本技术的一种改进，所述永磁直驱电机由内向外依次包括转轴、转子铁芯、铁氧体永磁体、定子绕组、定子铁芯以及外壳底座,所述转子铁芯以冲片叠压的形式穿过转轴，转子铁芯中均匀分布着永磁体安装槽，所述铁氧体永磁体粘在永磁体安装槽中形成偶数个磁极，定子绕组为绝缘漆包线制成并均匀嵌入定子线槽中，所述定子铁芯固定于电机外壳上，所述定子铁芯和转子铁芯之间设置有气隙，所述定子铁芯上均匀分布多个定子线槽，每个定子槽中均设有定子绕组，定子绕组为漆包线绕制而成。该技术方案避免高温高压退磁、具有反凸极效应，永磁直驱式电机结合了永磁同步电机高效率和高功率密度特性，同时仅需铁氧体永磁材料产生的相对微弱的永磁磁场。交轴上设计的风洞形成了特有的反凸极特性，大幅提高了电机的抗退磁特性，同时保证了电机具有较高的效率，并且不减弱其机械强度。作为本技术的一种改进，其中永磁体安装槽中的偶数个磁极，每极永磁体成下不封口的等腰梯形排列，且每极之间有等腰梯形的风洞即空气磁障。作为本技术的一种改进，所述等腰梯形的风洞对称分布在转子旋转坐标系的交轴轴线上，等腰梯形靠近转轴的一侧是上底，靠近定子的一侧是下底，且下底与气隙不联通。此种设计在保证了通风的基础上也保证了转子的结构刚度。作为本技术的一种改进，所述空气磁障的高度大于永磁体安装槽的宽度，且空气磁障的上底不超出永磁体安装槽。作为本技术的一种改进，所述定子铁芯为冲片叠压而成或浇注成形；转子铁芯为硅钢冲片叠压而成或者浇注成形。作为本技术的一种改进，所述变频器包括功率部分和控制部分，其中功率部分包括进线单元、不控整流单元、直流滤波电容单元、逆变单元以及功率无感母线单元；所述控制部分包括电机矢量控制单元和传感器单元，其中三相进线交流电，经过不控直流电路后成为直流电，经过滤波电容、逆变电路后成为变压变频的交流电驱动电机，电机矢量控制单元通过采集电压电流信号，经过分析运算，形成满足给定要求的控制脉冲信号，驱动逆变单元的IGBT，最终输出满足期望的速度和转矩。作为本技术的一种改进，变频器功率部分采用分层布局，底层为散热层，第二层为功率器件层，第三层为辅助器件层。所述不控整流单元采用整流二极管串联方式组成三相不控整流桥，以满足高压进线电源的耐压需求。作为本技术的一种改进，功率部分通过框架形成一个整体，方便安装和维护，功率器件IGBT和整流二极管放置于铜基板上方，铜基板放置于水冷管路上方，铜基板上放置温度传感器。控制单元由信号处理单元、控制CPU单元、脉冲触发单元、通信组网控制单元、人机对话单元组成。所述传感器单元由电流采集传感器、电压采集传感器、温度采集传感器组成；逆变单元和直流滤波电容单元上下分层放置，逆变单元采用IGBT作为功率器件，电容采用薄膜电容，逆变单元主回路采用NPC三电平结构，逆变单元IGBT和电容采用无感叠层母线进行连接。作为本技术的一种改进，水冷管路包括电机主体管路41、变频器水冷板管路42以及电机前后端盖管路43，三种管路整体上采用串联形式，局部采用并联连接形式，电机主体管路采用螺旋式水道结构对定子绕组进行散热，变频器水冷板管路采用串并联混合连接，采用折返式槽型水道对功率器件进行散热，电机前后端盖管路水道采用管型水道，对前后轴承进行散热。相对于现有技术，本技术具有如下优点，1）该技术方案整体设计巧妙、结构紧凑；2），该技术方案同时整合变频器，形成一体式驱动系统，即系统由防爆永磁直驱一体机单体、负载单体组成，由于采用变频器和永磁直驱电机一体式结构，整合了各分散系统，缩减了系统体积，降低了系统的电磁骚扰，简化了系统的散热，由于采用永磁直驱式驱动方式，省去了减速机单元，直接驱动负载，简化了系统驱动组成部分，且永磁直驱电机提升了系统功率因数，减少了励磁损耗，整机效率得到提升。同时由于系统组成部分较少，维护量降低，可靠性得到增加；3）该技术方案中的永磁直驱电机提高了电机带载性能，同时减弱了定子励磁电流的退磁效应，尤其在电机重载运行时效果更明显，此外，深槽的存在配合电机端部的散热风扇可以进一步降低转子内部温度，降低了高温退磁的可能性，所提出的永磁体位置分布以及和风洞的结构配合可以提高电机全速域的效率；4）该技术方案成本较低，便于大规模的推广应用。附图说明图1是本技术的整体结构示意图；图2是本技术的永磁直驱电机结构示意图；图3是本技术的变频器结构示意图；图4-1、4-2、4-3是本技术的水冷管路结构示意图；图中：1、永磁直驱电机，2、变频器，3、防爆外壳，4、水冷管路组成，21、定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁直驱式防爆变频调速电机组合式驱动系统，其特征在于，所述驱动系统包括永磁直驱电机、变频器、防爆外壳以及水冷管路组成，所述变频器、电机上下排布，水冷管路分散于防爆外壳内，水路整体串联连接，变频器部分包括功率部分和控制部分；所述变频器包括功率部分和控制部分，其中功率部分包括进线单元、不控整流单元、直流滤波电容单元、逆变单元以及功率无感母线单元；所述控制部分包括电机矢量控制单元和传感器单元，其中三相进线交流电，经过不控直流电路后成为直流电，经过滤波电容、逆变电路后成为变压变频的交流电驱动电机，电机矢量控制单元通过采集电压电流信号，经过分析运算，形成满足给定要求的控制脉冲信号，驱动逆变单元的IGBT，最终输出满足期望的速度和转矩。

【技术特征摘要】
1.一种永磁直驱式防爆变频调速电机组合式驱动系统，其特征在于，所述驱动系统包括永磁直驱电机、变频器、防爆外壳以及水冷管路组成，所述变频器、电机上下排布，水冷管路分散于防爆外壳内，水路整体串联连接，变频器部分包括功率部分和控制部分；所述变频器包括功率部分和控制部分，其中功率部分包括进线单元、不控整流单元、直流滤波电容单元、逆变单元以及功率无感母线单元；所述控制部分包括电机矢量控制单元和传感器单元，其中三相进线交流电，经过不控直流电路后成为直流电，经过滤波电容、逆变电路后成为变压变频的交流电驱动电机，电机矢量控制单元通过采集电压电流信号，经过分析运算，形成满足给定要求的控制脉冲信号，驱动逆变单元的IGBT，最终输出满足期望的速度和转矩。2.根据权利要求1所述的永磁直驱式防爆变频调速电机组合式驱动系统，其特征在于，所述永磁直驱电机由内向外依次包括转轴、转子铁芯、铁氧体永磁体、定子绕组、定子铁芯以及外壳底座,所述转子铁芯以冲片叠压的形式穿过转轴，转子铁芯中均匀分布着永磁体安装槽，所述铁氧体永磁体粘在永磁体安装槽中形成偶数个磁极，定子绕组为绝缘漆包线制成并均匀嵌入定子线槽中，所述定子铁芯固定于电机外壳上，所述定子铁芯和转子铁芯之间设置有气隙，所述定子铁芯上均匀分布多个定子线槽2，每个定子槽中均设有定子绕组，定子绕组为漆包线绕制而成。3.根据权利要求2所述的永磁直驱式防爆变频调速电机组合式驱动系统，其特征在于，其中永磁体安装槽中的偶数个磁极，每极永磁体成下不封口的等腰梯形排列，且每极之间有等腰梯形的风洞即空气磁障。4.根据权利要求3所述的永磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭国俊，杨波，李浩，刘毅，平修远，张玉成，郭爱，
申请(专利权)人：徐州中矿大传动与自动化有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32