永磁電機(jī)驅(qū)動電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及永磁電機(jī)的驅(qū)動電路，尤其適合于使用該電機(jī)驅(qū)動小功率負(fù)載(如小功率風(fēng)扇、水栗等)的應(yīng)用中。
【背景技術(shù)】
[0002]同步電機(jī)在起動過程中，定子的電磁體產(chǎn)生交變磁場，并拖動永磁轉(zhuǎn)子發(fā)生振蕩，如果轉(zhuǎn)子獲得足夠動能，轉(zhuǎn)子的振蕩幅度將不斷增加，最終使轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)迅速加速至與定子的交變磁場同步。傳統(tǒng)同步電機(jī)，為確保起動，電機(jī)的起動點(diǎn)設(shè)置通常較低，導(dǎo)致電機(jī)無法在工作點(diǎn)上運(yùn)行，因此效率較低。另一方面，由于交流電的特性以及永磁轉(zhuǎn)子停止位置不固定，無法保證轉(zhuǎn)子每次起動都沿同一個方向定向旋轉(zhuǎn)，因此，在風(fēng)扇、水栗等應(yīng)用中，受轉(zhuǎn)子驅(qū)動的葉輪通常采用直型徑向葉片，導(dǎo)致風(fēng)扇、水栗等本身的運(yùn)行效率也較低。
[0003]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中一種同步電機(jī)驅(qū)動電路，可使轉(zhuǎn)子每次起動均沿同一個期望方向旋轉(zhuǎn)。該電路中，電機(jī)定子繞圈1與雙向可控硅T串聯(lián)在交流電源VM的兩端M、N之間，轉(zhuǎn)換電路DC將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電并供給位置傳感器H。位置傳感器檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極位置，其輸出信號\連接到開關(guān)控制電路PC用以對雙向可控硅T進(jìn)行控制。圖2示出該驅(qū)動電路的波形圖。從圖中可以看出，在該驅(qū)動電路中，無論雙向可控硅T導(dǎo)通還是關(guān)斷，交流電源始終給轉(zhuǎn)換電路DC供電使轉(zhuǎn)換電路DC持續(xù)輸出并給位置傳感器Η供電(參見圖2中的VH信號)。在小功率應(yīng)用場合，若交流電源是二百多伏的商業(yè)用電，轉(zhuǎn)換電路DC中兩個電阻R2、R3所消耗的電能比電機(jī)本身消耗的電能還要多。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種永磁電機(jī)驅(qū)動電路，所述電機(jī)包括定子和可相對定子旋轉(zhuǎn)的永磁轉(zhuǎn)子，所述定子包括定子磁芯及纏繞于定子磁芯上的定子繞組，所述定子繞組與一外部交流電源串聯(lián)于第一、第二節(jié)點(diǎn)之間。所述驅(qū)動電路包括:可控雙向交流開關(guān)；與所述雙向交流開關(guān)并聯(lián)于所述第一、第二節(jié)點(diǎn)之間的交流-直流轉(zhuǎn)換電路；所述交流-直流轉(zhuǎn)換電路在所述可控雙向交流開關(guān)導(dǎo)通時由于所述第一、第二節(jié)點(diǎn)被短路而無電流流過；位置傳感器，用于檢測所述永磁轉(zhuǎn)子的磁極位置；以及開關(guān)控制電路，被配置為依據(jù)所述位置傳感器檢測的轉(zhuǎn)子磁極位置信息和所述外部交流電源的極性信息，控制所述可控雙向交流開關(guān)以預(yù)定方式在導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)之間切換，使所述定子繞組在電機(jī)起動階段僅沿著所述起動方向拖動所述轉(zhuǎn)子。
[0005]本實(shí)用新型實(shí)施例中，利用三端雙向晶閘管在導(dǎo)通后即使無驅(qū)動電流也可保持導(dǎo)通的特點(diǎn)，避免交流-直流轉(zhuǎn)換電路中的電阻在三端雙向晶閘管導(dǎo)通后仍然耗電，因此能夠較大幅度地提高電能利用效率。
【附圖說明】
[0006]附圖中:
[0007]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中一種同步電機(jī)驅(qū)動電路；
[0008]圖2示出圖1中驅(qū)動電路的波形圖；
[0009]圖3示意性地示出本實(shí)用新型中的同步電機(jī)；
[0010]圖4示出本實(shí)用新型的同步電機(jī)驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0011]圖5示出依據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的同步電機(jī)驅(qū)動電路；
[0012]圖6示出圖5中驅(qū)動電路的波形圖；
[0013]圖7至圖10分別示出依據(jù)本實(shí)用新型其他實(shí)施例的同步電機(jī)驅(qū)動電路。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖，通過對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】詳細(xì)描述，將使本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其他有益效果顯而易見?？梢岳斫?，附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本實(shí)用新型加以限制。附圖中顯示的尺寸僅僅是為便于清晰描述，而并不限定比例關(guān)系。
[0015]圖3示意性地示出本實(shí)用新型中的同步電機(jī)。所述同步電機(jī)10包括定子12、可旋轉(zhuǎn)地設(shè)于定子12的磁極之間的永磁轉(zhuǎn)子14，定子12具有串聯(lián)連接的定子繞組16。轉(zhuǎn)子14包括至少一塊永磁鐵，定子繞組16與一交流電源串聯(lián)時轉(zhuǎn)子14在穩(wěn)態(tài)階段以60f/p圈/分鐘的轉(zhuǎn)速恒速運(yùn)行，其中f是所述交流電源的頻率，P是所述轉(zhuǎn)子的極對數(shù)。
[0016]定子12的磁極和轉(zhuǎn)子14的磁極之間具有不均勻氣隙18，使得轉(zhuǎn)子14在靜止時其極軸R相對于定子12的極軸S偏移一個角度α。該配置可保證定子繞組16每次通電時轉(zhuǎn)子14具有固定的起動方向(本例中為沿順時針方向)。圖3中定子和轉(zhuǎn)子均具有兩個磁極?？梢岳斫獾?，在更多實(shí)施例中，定子和轉(zhuǎn)子也可以具有更多磁極，例如四個、六個等。
[0017]定子12上或定子內(nèi)靠近轉(zhuǎn)子的位置設(shè)有用于檢測轉(zhuǎn)子磁極位置的位置傳感器20，位置傳感器20相對定子的極軸S偏移一個角度，本例中較佳的偏移角也是α。位置傳感器20較佳的可以為霍爾效應(yīng)傳感器。
[0018]圖4示出本實(shí)用新型的同步電機(jī)驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)框圖。在驅(qū)動電路22中，定子繞組16與交流電源24串聯(lián)于兩節(jié)點(diǎn)Α、Β之間。交流電源24較佳的可以是市電交流電源，具有例如50赫茲或60赫茲的固定頻率，電流電壓例如可以是110伏、220伏、230伏等?？煽仉p向交流開關(guān)26與串聯(lián)的定子繞組16和交流電源24并聯(lián)于兩節(jié)點(diǎn)Α、Β之間?？煽仉p向交流開關(guān)26較佳的為三端雙向晶閘管(TRIAC)，其兩個陽極分別連接兩節(jié)點(diǎn)Α和Β?？梢岳斫?，可控雙向交流開關(guān)26也可例如由反向并聯(lián)的兩個硅控整流器實(shí)現(xiàn)，并設(shè)置對應(yīng)的控制電路以按照預(yù)定方式控制這兩個硅控整流器。交流-直流轉(zhuǎn)換電路28與開關(guān)26并聯(lián)于兩節(jié)點(diǎn)A、B之間。交流-直流轉(zhuǎn)換電路28將兩節(jié)點(diǎn)A、B之間的交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電。位置傳感器20可由交流-直流轉(zhuǎn)換電路30輸出的低壓直流電供電，用于檢測同步電機(jī)10的永磁轉(zhuǎn)子14的磁極位置，并輸出相應(yīng)信號。開關(guān)控制電路30與交流-直流轉(zhuǎn)換電路28、位置傳感器20和可控雙向交流開關(guān)26連接，被配置為依據(jù)位置傳感器20檢測的轉(zhuǎn)子磁極位置信息和從交流-直流轉(zhuǎn)換電路28獲取的交流電源24的極性信息，控制可控雙向交流開關(guān)26以預(yù)定方式在導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)之間切換，使定子繞組16在電機(jī)起動階段僅沿著前述的固定起動方向拖動轉(zhuǎn)子14旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型中，當(dāng)可控雙向交流開關(guān)26導(dǎo)通時，兩個節(jié)點(diǎn)A、B被短路，交流-直流轉(zhuǎn)換電路28因無電流流過而不再耗電，因此能夠較大幅度地提尚電能利用效率。
[0019]圖5示出依據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的同步電機(jī)驅(qū)動電路40的電路圖。其中，電機(jī)的定子繞組16與交流電源24串聯(lián)于兩個節(jié)點(diǎn)A、B之間。三端雙向晶閘管26的第一陽極T1和第二陽極T2分別連接兩節(jié)點(diǎn)A、Bo交流-直流轉(zhuǎn)換電路28與三端雙向晶閘管26并聯(lián)于兩節(jié)點(diǎn)A、B之間。交流-直流轉(zhuǎn)換電路28將兩節(jié)點(diǎn)A、B之間的交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電(較佳的為3伏到18伏之間)。轉(zhuǎn)換電路28包括分別經(jīng)第一電阻R1和第二電阻R2反向并接于兩節(jié)點(diǎn)A、B之間的第一穩(wěn)壓二極管Z1和第二穩(wěn)壓二極管Z2。第一電阻R1與第一穩(wěn)壓二極管Z1的陰極的連接點(diǎn)形成交流-直流轉(zhuǎn)換電路28的較高電壓輸出端C，第二電阻R2與第二穩(wěn)壓二極管Z2的陽極的連接點(diǎn)形成交流-直流轉(zhuǎn)換電路28的較低電壓輸出端D。電壓輸出端C和D分別連接位置傳感器20的正、負(fù)電源端子。開關(guān)控制電路30通過三個端子分別連接交流-直流轉(zhuǎn)換電路28的較高電壓輸出端C、位置傳感器20的輸出端H1以及三端雙向晶閘管26的控制極G。開關(guān)控制電路30包括第三電阻R3、第五二極管D5、以及串聯(lián)于位置傳感器20的輸出端H1與可控雙向交流開關(guān)26的控制極G之間的第四電阻R4和第六二極管D6。第六二極管D6的陽極連接可控雙向交流開關(guān)的控制極G。第三電阻R3 —端連接交流-直流轉(zhuǎn)換電路28的較高電壓輸出端C，另一端連接第五二極管D5的陽極。第五二極管D5的陰極連接可控雙向交流開關(guān)26的控制極G。
[0020]結(jié)合圖6，對驅(qū)動電路40的工作原理進(jìn)行描述。圖6中Vac表示交流電源24的電壓波形，lac表示流過定子線圈16的電流波形。由于定子線圈16的電感性，電流波形lac滯后于電壓波形Vac。VI表示穩(wěn)壓二極管Z1兩端的電壓波形，V2表示穩(wěn)壓二極管Z2兩端的電壓波形，Vcd表示交流-直流轉(zhuǎn)換電路28的兩輸出端C、D之間的電壓波形，Ha表示位置傳感器20的輸出端H1的信號波形，Hb表示位置傳感器20所檢測的轉(zhuǎn)子磁場。本例中，位置傳感器20被正常供電的情況下，檢測的轉(zhuǎn)子磁場為北極(North)時其輸出端H1輸出邏輯高電平，檢測到南極(South)時其輸出端HI輸出邏輯低電平。
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