U形鐵芯單相永磁同步電動機(jī)驅(qū)動的離心泵的制作方法
【專利摘要】U形鐵芯單相永磁同步電動機(jī)驅(qū)動的離心泵，電動機(jī)U形鐵芯的定子和永磁轉(zhuǎn)子間氣隙的寬度于各極下沿設(shè)定圓周方向收窄；定子繞組以規(guī)定繞向經(jīng)開關(guān)接往交流電源；控制電路包括檢測電動機(jī)電流和按檢測到的信號驅(qū)動所述開關(guān)以控制交流電源輸入繞組的電流的內(nèi)置程序；該內(nèi)置程序具有對所檢測到的電動機(jī)電流按照規(guī)定模式評價，若符合規(guī)定，所述開關(guān)斷開交流電源經(jīng)該開關(guān)向電動機(jī)定子的繞組輸出的供電電壓。該設(shè)計可改善欠水運(yùn)轉(zhuǎn)時的振動、噪聲，但成本較低和更可靠。
【專利說明】
U形鐵芯單相永磁同步電動機(jī)驅(qū)動的離心泵
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及U形鐵芯單相永磁同步電動機(jī)驅(qū)動的離心栗，尤其涉及其機(jī)械、電磁結(jié)構(gòu)和控制方法的配合;在國際專利分類表中，分類屬于HMD25/06或RMD27/00。
【背景技術(shù)】
[0002]U形鐵芯單相永磁同步電動機(jī)驅(qū)動的離心栗用于洗滌機(jī)械時，易發(fā)生欠水運(yùn)轉(zhuǎn)(又稱無水運(yùn)轉(zhuǎn)或水氣混合運(yùn)轉(zhuǎn)或空氣--水條件運(yùn)轉(zhuǎn))以至震動和噪聲較大，尤其是其驅(qū)動的水流運(yùn)動停止，在先中國專利申請CN20 11 10308346.4、CN20 I 2 10278 1 1 2.4和CN201510683143.1對此各有相應(yīng)設(shè)計對策，但控制結(jié)構(gòu)仍顯得復(fù)雜且欠可靠。

【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U形鐵芯單相永磁同步電動機(jī)驅(qū)動的離心栗，可以避免欠水運(yùn)轉(zhuǎn)時的問題，但控制結(jié)構(gòu)比較簡單可靠。
[0004]本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是:U形鐵芯單相永磁同步電動機(jī)驅(qū)動的離心栗，包括按照預(yù)定方向旋轉(zhuǎn)的離心式葉輪和同軸傳動所述葉輪的U形鐵芯單相永磁同步電動機(jī)，該電動機(jī)包括:
[0005]--永磁轉(zhuǎn)子，為徑向兩極充磁的圓柱形；
[0006]—一定子，包括“U”字形的定子鐵芯和該鐵芯所穿越的定子繞組;該繞組按規(guī)定繞向接往交流電源；
[0007]一一所述“U”字形二臂上部成形為靠往所述永磁轉(zhuǎn)子圓柱面左側(cè)的左極靴和靠往所述永磁轉(zhuǎn)子圓柱面右側(cè)的右極靴，所述極靴與轉(zhuǎn)子間氣隙的寬度于每一極下沿設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向收窄，因而在自由狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子磁極的軸線以定子的軸線為參照，沿設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)一銳角角度；
[0008]一一具有一開關(guān)，交流電源經(jīng)該開關(guān)向電動機(jī)定子的繞組供電；
[0009]一一具有一控制電路，包括檢測電路和按該電路檢測到的信號驅(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內(nèi)置程序；
[0010]其特征在于:
[0011]所述檢測包括電動機(jī)電流的檢測；
[0012]一一所述內(nèi)置程序包括對所檢測到的電動機(jī)電流按照規(guī)定模式評價，若符合規(guī)定，所述開關(guān)斷開交流電源經(jīng)該開關(guān)向電動機(jī)定子的繞組輸出的供電電壓。
[0013]本技術(shù)方案基于本
【申請人】偶然發(fā)現(xiàn)一旦出現(xiàn)欠水運(yùn)轉(zhuǎn)時，電動機(jī)電流即有規(guī)律地顯著變化。檢測此時的電流并按照規(guī)定模式評價，若符合規(guī)定，可斷定栗處于欠水運(yùn)轉(zhuǎn)，所述開關(guān)斷開交流電源經(jīng)該開關(guān)向電動機(jī)定子的繞組輸出的供電電壓，即使栗退出欠水運(yùn)轉(zhuǎn)，待一段時間后水充滿栗腔，再重新啟動，從而消除欠水運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的問題。
[0014]由于電流檢測相比如【背景技術(shù)】所述在先中國專利申請的檢測方法簡單、可靠，可更有效地改善欠水運(yùn)轉(zhuǎn)時的問題。
[0015]該技術(shù)方案可進(jìn)一步設(shè)計為:所述電動機(jī)電流的檢測為該電流正半波的檢測和負(fù)半波的檢測，所述評價模式為:若相鄰正、負(fù)半波電流值之差大于規(guī)定值，判斷為符合規(guī)定，如平均值或有效值。該檢測可有較快的響應(yīng)，但為了不誤判，最好設(shè)計所述相鄰正、負(fù)半波電流值之差大于規(guī)定值為在規(guī)定時間內(nèi)發(fā)生多次相鄰正、負(fù)半波電流值之差大于規(guī)定值，才判斷為符合規(guī)定。
[0016]所述對所檢測到的電動機(jī)電流按照規(guī)定模式評價還可設(shè)計為:檢測電動機(jī)多個周期的電流，若該電流的計算值如平均值或有效值大于規(guī)定值，判斷為符合規(guī)定。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)施例離心栗基本機(jī)械結(jié)構(gòu)主視圖；
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)施例離心栗電動機(jī)控制電路示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明實(shí)施例離心栗電動機(jī)控制信號波形圖；
[0020]圖4是本發(fā)明實(shí)施例離心栗電動機(jī)電磁基本結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明實(shí)施例離心栗基本機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:
[0022]—一U形鐵芯單相永磁同步電動機(jī)(圖1示出該電動機(jī)定子的疊片鐵芯3和繞組12以及永磁轉(zhuǎn)子I的剖面)及其經(jīng)一啟動機(jī)構(gòu)同軸傳動的離心式葉輪105。離心式葉輪105具有4個葉片。葉片數(shù)也可以為3、5或6，但最好不要多于8片，且若采用奇數(shù)片，更有利于降低振動噪聲。葉輪為注塑成型，直徑60mm。葉輪不宜過大以至轉(zhuǎn)動慣量過大，以配合電動機(jī)仍不太大的啟動力矩;但也不宜過小，以具有足夠的適應(yīng)本發(fā)明的轉(zhuǎn)動慣量。
[0023]環(huán)繞葉輪起禍殼作用的栗蓋106;
[0024]——支承或/和封閉所述永磁同步電動機(jī)、葉輪105和栗蓋106的栗體107、軸承108和密封圈109等附件；
[0025]一一轉(zhuǎn)子筒171，插于所述永磁同步電動機(jī)的定、轉(zhuǎn)子間起隔水作用。
[0026]上述U形鐵芯單相永磁同步電動機(jī)的電磁基本結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括:
[0027]一一徑向兩極充磁的圓柱形永磁轉(zhuǎn)子I;
[0028]一一定子2，包括圖示“U”字形的疊片鐵芯3和定子繞組12;定子繞組12纏繞于左、右二個塑料線圈架121后被表層塑料122塑封為一整體;鐵芯3的左臂31和右臂32分別穿越塑料線圈架121左、右二個內(nèi)孔后露出的上部形成極面靠往轉(zhuǎn)子I圓柱面左側(cè)和右側(cè)的左極靴311和右極靴316;極面形狀為內(nèi)凹而成階梯連接的二段與轉(zhuǎn)子I同軸的圓弧面:沿順時針方向，先是半徑較大的圓弧面，然后是半徑較小的圓弧面;左極靴311的上、下極尖所在平面和右極靴316的上、下極尖所在平面均與圖示“U”字形的對稱軸30平行，定子磁場軸線20則與對稱軸30垂直。因此，永磁轉(zhuǎn)子I的磁極軸線10即相對于定子磁場軸線20向氣隙短即磁阻小的方向即順時針方向自然偏轉(zhuǎn)一角度￠0，構(gòu)成啟動角。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)。
[0029]上述定子結(jié)構(gòu)以圖示“U”字形垂直的二臂31、32為極身和底部的水平段33為磁軛，但也有以圖示“U”字形底部的水平段為極身和垂直的二臂為磁軛的結(jié)構(gòu)，后者的定子繞組纏繞于極身僅I個線圈架上。
[0030]關(guān)于U形鐵芯單相永磁同步電動機(jī)更詳細(xì)的資料可見機(jī)械工業(yè)出版社2009年版《小功率永磁電機(jī)原理、設(shè)計及應(yīng)用》。
[0031]本發(fā)明實(shí)施例離心栗電動機(jī)控制電路如圖2所示，主要由固定于電動機(jī)非軸伸端或電動機(jī)外部的印刷電路板組成，該印刷電路板安裝有:
[0032]—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;
[0033]——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)雙向晶閘管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，與該電壓相應(yīng)(同步和有所滯后)的脈沖電流輸入繞組12;
[0034]——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;
[0035]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，用于檢查通過繞組12的電流在電阻13的電壓降。電阻13也可以由電感、電流互感器或其它電路代替，以降低功率損耗；
[0036]一一雙向晶閘管4的主電極與繞組12的連接點(diǎn)與公共地之間跨接電阻1、19串聯(lián)的分壓電路，電阻1、19的串聯(lián)連接點(diǎn)經(jīng)轉(zhuǎn)換電路681接往單片機(jī)的輸入電路68;以輸入反映繞組12電流為零時的端電壓。
[0037]上述轉(zhuǎn)換電路621、681可設(shè)計為變壓器隔離鉗位電路:
[0038]一一1:1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，從而使被測交流電壓轉(zhuǎn)換為單極性波動電壓輸入單片機(jī)的輸入電路，在單片機(jī)內(nèi)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換即可得到測交流電壓的瞬時值。
[0039]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、681。
[0040]單片機(jī)6內(nèi)置程序主要按照設(shè)定步驟檢查輸入電路61、62和68的電平，經(jīng)測量、比較、判別，由輸出電路63輸出觸發(fā)晶閘管4的脈沖。
[0041]本發(fā)明實(shí)施例電動機(jī)運(yùn)行時各信號波形如圖3所示:
[0042]一一51為交流電源端子5的電壓波形；
[0043]一一52為整形電路輸出B的波形；
[0044]——531為繞組12的電壓的波形；
[0045]一一54a為繞組12的電流的波形；
[0046]一一54b為繞組12的電流的波形；
[0047 ] ——551為單片機(jī)6輸出電路63向晶閘管4的觸發(fā)極41輸出的電壓脈沖波形。
[0048]內(nèi)置程序中的基本設(shè)定為:一旦輸入電路62的電平恢復(fù)為所述鉗位的直流電壓，認(rèn)定輸入繞組12的電流為零，輸入電路68的電平被用于確定繞組12的端電壓。
[0049]本實(shí)施例交流電源頻率為50Hz時的2JT周期為20ms，內(nèi)置程序所實(shí)施的步驟使電動機(jī)按如下方式工作:
[0050]一一電動機(jī)啟動完成并進(jìn)入穩(wěn)定的同步運(yùn)轉(zhuǎn)后，自交流電源電壓每一過零點(diǎn)起延時1/3JT，單片機(jī)6的輸出電路63向晶閘管4的觸發(fā)極41各輸出一電壓脈沖——如圖3的551中的……kl、k2、k3、……(限于圖幅，圖中僅示出最低數(shù)量的最末幾個信號，……指該幾個示出的信號之前未示出的信號，下同)，晶閘管4導(dǎo)通，使交流電源各半波電壓以2/3JI導(dǎo)通角施加于繞組12——如圖3的531中的……vl、v2、v3、……，產(chǎn)生電流如圖3的54a中的……il、i2、i3、……，可以看出，各半波電流的波形大體相同。
[0051 ]本發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn):一旦出現(xiàn)欠水運(yùn)轉(zhuǎn)，同樣的如圖3的531中的……vl、v2、v3、……，產(chǎn)生電流如圖3的54b中的……il’、i2’、i3’、……，其中部分半波電流如il’、12’、丨4’、丨7’、丨8’、丨10’的波形相比如圖3的54&中的丨1、丨2、丨4、丨7、丨8、丨10波形幅值增大和持續(xù)時間增加，因而可利用該變化，形成如
【發(fā)明內(nèi)容】
所述對欠水運(yùn)轉(zhuǎn)的電流檢測控制模式。
[0052]本實(shí)施例對欠水運(yùn)轉(zhuǎn)的電流檢測控制模式之一為:連續(xù)檢測12個電流半波，若有至少5個相鄰半波的極大值絕對值之差((前一后)/前)大于20%，判斷為符合規(guī)定，單片機(jī)6的輸出電路63停止輸出脈沖，使雙向晶閘管4截止，從而斷開交流電源端子5經(jīng)雙向晶閘管4向繞組12輸出的電壓。如圖3的54b中的il’?il2’的12個半波電流中，i2’與i3’、i3’與i4’、i4’與i5’、i6’與i7’、i8’與i9’、i9’與il0’、il0’與ill’的波形的極大值絕對值之差大于25%，判斷為符合規(guī)定，繞組12的電流停止。
[0053]本實(shí)施例對欠水運(yùn)轉(zhuǎn)的電流檢測控制模式之二為:連續(xù)檢測1s電流有效值，若其大于實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計得到的電動機(jī)穩(wěn)定同步運(yùn)轉(zhuǎn)電流有效值20 %，判斷為符合規(guī)定，單片機(jī)6的輸出電路63停止輸出脈沖，使雙向晶閘管4截止，從而斷開交流電源端子5經(jīng)雙向晶閘管4向繞組12輸出的電壓。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.U形鐵芯單相永磁同步電動機(jī)驅(qū)動的離心栗，包括按照預(yù)定方向旋轉(zhuǎn)的離心式葉輪和同軸傳動所述葉輪的U形鐵芯單相永磁同步電動機(jī)，該電動機(jī)包括: --永磁轉(zhuǎn)子，為徑向兩極充磁的圓柱形； 一一定子，包括“U”字形的定子鐵芯和該鐵芯所穿越的定子繞組;該繞組按規(guī)定繞向接往交流電源； 一一所述“U”字形二臂上部成形為靠往所述永磁轉(zhuǎn)子圓柱面左側(cè)的左極靴和靠往所述永磁轉(zhuǎn)子圓柱面右側(cè)的右極靴，所述極靴與轉(zhuǎn)子間氣隙的寬度于每一極下沿設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向收窄，因而在自由狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子磁極的軸線以定子的軸線為參照，沿設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)一銳角角度； 一一具有一開關(guān)，交流電源經(jīng)該開關(guān)向電動機(jī)定子的繞組供電； 一一具有一控制電路，包括檢測電路和按該電路檢測到的信號驅(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內(nèi)置程序； 其特征在于: 所述檢測包括電動機(jī)電流的檢測； 一一所述內(nèi)置程序包括對所檢測到的電動機(jī)電流按照規(guī)定模式評價，若符合規(guī)定，所述開關(guān)斷開交流電源經(jīng)該開關(guān)向電動機(jī)定子的繞組輸出的供電電壓。2.按照權(quán)利要求1所述離心栗，其特征在于，所述電動機(jī)電流的檢測為該電流正半波的檢測和負(fù)半波的檢測，所述評價模式為:若相鄰正、負(fù)半波電流值之差大于規(guī)定值，判斷為符合規(guī)定;所述半波電流值為半波電流計算值或某一時刻的瞬時值。3.按照權(quán)利要求2所述離心栗，其特征在于，所述相鄰正、負(fù)半波電流值之差大于規(guī)定值為在規(guī)定時間內(nèi)發(fā)生多次相鄰正、負(fù)半波電流值之差大于規(guī)定值。4.按照權(quán)利要求3所述離心栗，其特征在于，所述規(guī)定時間為不少于10個所述交流電源周期，所述多次為不少于5次。5.按照權(quán)利要求1所述離心栗，其特征在于，所述檢測的電動機(jī)電流為電動機(jī)多個周期的電流，所述評價模式為:若該電流的計算值大于規(guī)定值，判斷為符合規(guī)定。6.按照權(quán)利要求2?5任一項(xiàng)所述離心栗，其特征在于，所述計算值為平均值或有效值。
【文檔編號】H02P6/08GK105915124SQ201610404699
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】劉群, 李子宏, 區(qū)長釗
【申請人】江門市地爾漢宇電器股份有限公司