一種定向旋轉(zhuǎn)單相自起動永磁同步電動機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種定向旋轉(zhuǎn)單相自起動永磁同步電動機(jī)，尤其涉及無單獨(dú)的轉(zhuǎn)子位置檢測元件的電子控制的該電動機(jī)，在國際專利分類表中，分類可屬于H02P6/18。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)無單獨(dú)轉(zhuǎn)子位置檢測元件的電子控制的單相自起動永磁同步電動機(jī)通過檢測繞組電流為零時的反電動勢進(jìn)行預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向的起動控制，可見在先申請CN102904510A等。實(shí)驗(yàn)表明，該電動機(jī)對控制元器件的快速響應(yīng)及其布置的抗干擾能力要求較高，因而成本較高且產(chǎn)品質(zhì)量欠穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提出一種定向旋轉(zhuǎn)單相自起動永磁同步電動機(jī)，其可避免【背景技術(shù)】所述問題，檢測控制比較簡單，因而更穩(wěn)定可靠而降低成本。
[0004]本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種定向旋轉(zhuǎn)單相自起動永磁同步電動機(jī)，包括:
[0005]—一同樣極數(shù)的定子和永磁轉(zhuǎn)子；所述定子與轉(zhuǎn)子間氣隙的寬度于每一極下沿設(shè)定的圓周方向收窄，因而在自由狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子各極軸線以最靠近的定子一極的軸線為參照，沿設(shè)定的圓周方向偏轉(zhuǎn)一銳角角度；
[0006]—一開關(guān)；所述定子的繞組具有規(guī)定繞向，經(jīng)該開關(guān)接往交流電源；
[0007]—一控制電路；包括檢測電路和內(nèi)置程序，該內(nèi)置程序含按檢測到的信號驅(qū)動所述開關(guān)以控制所述交流電源輸入所述繞組的電流的步驟；
[0008]其特征在于，所述步驟包括使極性相反的二種電壓脈沖分別施加于所述繞組，并且:
[0009]—一每個脈沖施加前，轉(zhuǎn)子仍位于所述銳角位置；
[0010]—一每個脈沖的能量小至使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)離所述銳角位置在規(guī)定的角度以內(nèi)；
[0011]一一每個脈沖的波形相同；
[0012]檢測這些脈沖各自在所述繞組產(chǎn)生的電流并比較它們的大小，當(dāng)交流電源的極性與產(chǎn)生較小電流的電壓脈沖的極性相同時接通所述開關(guān)，使所述交流電源向所述繞組持續(xù)輸入交變電流。
[0013]電子控制定向旋轉(zhuǎn)的單相自起動永磁同步電動機(jī)的起動，宜設(shè)計在主磁通軸線的相反方向與永磁磁通軸線相交為所述銳角角度時接通此時的交流電源半波，轉(zhuǎn)子磁極即被與其最靠近的定子磁極沿設(shè)定旋轉(zhuǎn)方向推斥，因而使電動機(jī)按設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向起動。若此時改為接通相反極性的交流電源半波，主磁通軸線的方向即調(diào)反，直接與永磁磁通軸線相交為所述銳角角度，轉(zhuǎn)子磁極即改為被與其最靠近的定子磁極沿設(shè)定旋轉(zhuǎn)方向的相反方向吸引，因而使電動機(jī)按設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向的相反方向起動，這是產(chǎn)品所不希望的。對上述情況，本技術(shù)方案基于轉(zhuǎn)子具有適當(dāng)?shù)膽T性和鐵磁飽和原理，巧妙地發(fā)現(xiàn)和利用測定以規(guī)定極性和相同波形的脈沖施加于定子而轉(zhuǎn)子由于轉(zhuǎn)動慣量未轉(zhuǎn)起來時的電流，轉(zhuǎn)子永磁磁通與規(guī)定極性和相同波形的脈沖施加于定子產(chǎn)生的主磁通方向相同時對鐵磁路增磁使定子電感下降以至電流增加和反之則電流減少該現(xiàn)象，對這些電流大小比較判斷，可確定電動機(jī)按規(guī)定轉(zhuǎn)向啟動所需交流電源的極性與永磁轉(zhuǎn)子極性方位的配合狀態(tài)，并在該配合狀態(tài)下接通交流電源，達(dá)到電動機(jī)定向起動，因而可以無需設(shè)置單獨(dú)的轉(zhuǎn)子位置檢測元件，降低成本。
[0014]本技術(shù)方案無需使用現(xiàn)有技術(shù)的反電動勢檢測法，降低了起動控制程序的復(fù)雜性和對元器件的快速響應(yīng)性能及電路布置的電磁兼容要求，因而成本降低且產(chǎn)品性能更穩(wěn)定。
[0015]本技術(shù)方案有以下進(jìn)一步設(shè)計:
[0016]—一所述脈沖可以由直流電源配合開關(guān)電路產(chǎn)生，但比較簡單可靠的方法是使交流電源半波電壓由晶閘管按規(guī)定導(dǎo)通角施加于所述繞組形成；
[0017]—一所述導(dǎo)通角最好不大于所述交流電源1/8周期，以限制每個脈沖的能量小至使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)離所述銳角位置在規(guī)定的角度以內(nèi)。對具體電機(jī)，可通過實(shí)驗(yàn)確定更合適的數(shù)值；
[0018]—一所述脈沖依次的間隔最好不少于所述交流電源I個周期，以確保每個脈沖施加前，轉(zhuǎn)子仍位于所述銳角位置。對具體電機(jī)，同樣可通過實(shí)驗(yàn)確定更合適的數(shù)值。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例電動機(jī)電磁基本結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實(shí)施例電動機(jī)控制電路示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實(shí)施例電動機(jī)第I種起動情況信號波形示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明實(shí)施例電動機(jī)第2種起動情況信號波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明實(shí)施例電動機(jī)電磁基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，其包括:
[0024]——轉(zhuǎn)子200，是其截面以二條相互垂直的對稱軸400分隔為4個對稱的90°的扇形并各徑向充磁為N、S、N、S的4極永磁轉(zhuǎn)子；
[0025]——定子100由具有4個凸極的圓形鐵芯101和繞組12組成；繞組12是在4個凸極各繞一具有絕緣框架的線圈元件，然后按繞向串聯(lián)連接為4極，并因而在通電時產(chǎn)生4極的穿越定轉(zhuǎn)子之間氣隙的主磁通；
[0026]——定子鐵芯101各凸極與轉(zhuǎn)子200間氣隙的寬度沿逆時針方向漸變收窄；因此在自由狀態(tài)即不通電和無外部氣流以及旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)良好的情況下，轉(zhuǎn)子200受定子鐵芯吸弓丨，各極的幾何軸線即穿越定轉(zhuǎn)子之間氣隙的永磁磁通軸線700、800分別以相鄰定子凸極的幾何軸線即穿越定轉(zhuǎn)子之間氣隙的主磁通軸線500、600為參照，沿逆時針方向偏轉(zhuǎn)一較小的銳角Ω。本實(shí)施例設(shè)計該機(jī)械角為5° (電角度10° ) ο該角度可隨漸變收窄的比例而改變，并影響啟動轉(zhuǎn)矩和效率。該設(shè)計可避免在自由狀態(tài)下轉(zhuǎn)子停留于其軸線與定子凸極的軸線重合而使通電時啟動轉(zhuǎn)矩為零的所謂“死點(diǎn)”位置，所形成的磁阻轉(zhuǎn)矩還有利于防止運(yùn)轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子于交流電流過零時不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而停轉(zhuǎn)；
[0027]本發(fā)明實(shí)施例電動機(jī)控制電路如圖2所示，主要包括:
[0028]—一雙向晶閘管4，其主電極與繞組12串聯(lián)后接往交流電源端子5 ;
[0029]--單片機(jī)6，其輸出電路63接往雙向晶閘管4的觸發(fā)極41，若輸出脈沖即觸發(fā)晶閘管4導(dǎo)通，此時的交流電源半波電壓即開始施加于輸入繞組12直至該半波過零結(jié)束，與該電壓同步和有所滯后的脈沖電流輸入繞組12。
[0030]一一由電阻7和二極管8、9以及5V直流電源VDD組成的整形電路，其輸入接往交流電源端子5，輸出B在交流電源端子5的電壓極性正半波時為I而負(fù)半波時為0，且輸出B由I變?yōu)镺或由O變?yōu)镮的時刻即交流電源電壓過零點(diǎn)。輸出B接往單片機(jī)6的輸入電路61，向其提供交流電源過零點(diǎn)信號。
[0031]一一繞組12經(jīng)電阻13接公共地，該電阻是檢測通過繞組12的電流的取樣電阻；繞組12與電阻13的連接點(diǎn)經(jīng)轉(zhuǎn)換電路621接往單片機(jī)的輸入電路62，用于檢查在電阻13的電壓降并以此確定通過繞組12的電流。轉(zhuǎn)換電路621可設(shè)計為隔離鉗位電路一一取樣變壓器初級連接被測交流電壓，次級疊加一個高于被測交流電壓峰值的恒定直流電壓后輸入單片機(jī)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換即可確定交流電壓的瞬時值。當(dāng)然，也可選用含上述功能和單片機(jī)的芯片代替單片機(jī)6和轉(zhuǎn)換電路621。