一種定向旋轉(zhuǎn)單相自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)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(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)，尤其涉及無(wú)單獨(dú)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)元件的電子控制的該電動(dòng)機(jī)，在國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)表中，分類(lèi)可屬于H02P6/18。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)無(wú)單獨(dú)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)元件的電子控制的單相自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)通過(guò)檢測(cè)繞組電流為零時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向的起動(dòng)控制，可見(jiàn)在先申請(qǐng)CN102904510A等。實(shí)驗(yàn)表明，該電動(dòng)機(jī)對(duì)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(wèn)題是:提出一種定向旋轉(zhuǎn)單相自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)，其可避免【背景技術(shù)】所述問(wèn)題，檢測(cè)控制比較簡(jiǎn)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(wèn)題的技術(shù)方案是一種定向旋轉(zhuǎn)單相自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)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(xiàn)以最靠近的定子一極的軸線(xiàn)為參照，沿設(shè)定的圓周方向偏轉(zhuǎn)一銳角角度；
[0006]—一開(kāi)關(guān)；所述定子的繞組具有規(guī)定繞向，經(jīng)該開(kāi)關(guān)接往交流電源；
[0007]—一控制電路；包括檢測(cè)電路和內(nèi)置程序，該內(nèi)置程序含按檢測(cè)到的信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述開(kāi)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(gè)脈沖施加前，轉(zhuǎn)子仍位于所述銳角位置；
[0010]—一每個(gè)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?xún)?nèi)；
[0011]一一每個(gè)脈沖的波形相同；
[0012]檢測(cè)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(shí)接通所述開(kāi)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(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，宜設(shè)計(jì)在主磁通軸線(xiàn)的相反方向與永磁磁通軸線(xiàn)相交為所述銳角角度時(shí)接通此時(shí)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(dòng)機(jī)按設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向起動(dòng)。若此時(shí)改為接通相反極性的交流電源半波，主磁通軸線(xiàn)的方向即調(diào)反，直接與永磁磁通軸線(xiàn)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(dòng)機(jī)按設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向的相反方向起動(dòng)，這是產(chǎn)品所不希望的。對(duì)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(cè)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(dòng)慣量未轉(zhuǎn)起來(lái)時(shí)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(shí)對(duì)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(duì)這些電流大小比較判斷，可確定電動(dòng)機(jī)按規(guī)定轉(zhuǎn)向啟動(dòng)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(dòng)機(jī)定向起動(dòng)，因而可以無(wú)需設(shè)置單獨(dú)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)元件，降低成本。
[0014]本技術(shù)方案無(wú)需使用現(xiàn)有技術(shù)的反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)法，降低了起動(dòng)控制程序的復(fù)雜性和對(duì)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(jì):
[0016]—一所述脈沖可以由直流電源配合開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生，但比較簡(jiǎn)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(gè)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?xún)?nèi)。對(duì)具體電機(jī)，可通過(guò)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(gè)周期，以確保每個(gè)脈沖施加前，轉(zhuǎn)子仍位于所述銳角位置。對(duì)具體電機(jī)，同樣可通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定更合適的數(shù)值。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例電動(dòng)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(dòng)機(jī)控制電路示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實(shí)施例電動(dòng)機(jī)第I種起動(dòng)情況信號(hào)波形示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明實(shí)施例電動(dòng)機(jī)第2種起動(dòng)情況信號(hào)波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明實(shí)施例電動(dòng)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(duì)稱(chēng)軸400分隔為4個(gè)對(duì)稱(chēng)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(gè)凸極的圓形鐵芯101和繞組12組成；繞組12是在4個(gè)凸極各繞一具有絕緣框架的線(xiàn)圈元件，然后按繞向串聯(lián)連接為4極，并因而在通電時(shí)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(shí)針?lè)较驖u變收窄；因此在自由狀態(tài)即不通電和無(wú)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(xiàn)即穿越定轉(zhuǎn)子之間氣隙的永磁磁通軸線(xiàn)700、800分別以相鄰定子凸極的幾何軸線(xiàn)即穿越定轉(zhuǎn)子之間氣隙的主磁通軸線(xiàn)500、600為參照，沿逆時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)一較小的銳角Ω。本實(shí)施例設(shè)計(jì)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(dòng)轉(zhuǎn)矩和效率。該設(shè)計(jì)可避免在自由狀態(tài)下轉(zhuǎn)子停留于其軸線(xiàn)與定子凸極的軸線(xiàn)重合而使通電時(shí)啟動(dòng)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(guò)零時(shí)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而停轉(zhuǎn)；
[0027]本發(fā)明實(shí)施例電動(dòng)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(shí)的交流電源半波電壓即開(kāi)始施加于輸入繞組12直至該半波過(guò)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(shí)為I而負(fù)半波時(shí)為0，且輸出B由I變?yōu)镺或由O變?yōu)镮的時(shí)刻即交流電源電壓過(guò)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(guò)零點(diǎn)信號(hào)。
[0031]一一繞組12經(jīng)電阻13接公共地，該電阻是檢測(cè)通過(guò)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(guò)繞組12的電流。轉(zhuǎn)換電路621可設(shè)計(jì)為隔離鉗位電路一一取樣變壓器初級(jí)連接被測(cè)交流電壓，次級(jí)疊加一個(gè)高于被測(cè)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(shí)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。