一種自起動單相永磁電動機制造技術

一種自起動單相永磁電動機，同極數的永磁轉子與定子間氣隙于每一極下沿規定轉向收窄，其在自由狀態下各極的軸線以最靠近的定子一極的軸線為參照，沿該轉向偏轉一銳角角度；控制電路包括單相橋式整流電路，定子繞組經其交流端接往單相電源，一全控型電力電子器件直接或串聯一電流檢測電路跨接其直流端；控制電路的內置程序使該器件在電動機起動和主磁通軸線的相反方向與永磁磁通軸線相交為規定銳角角度時接通電源半波，在電動機運轉和在主磁通軸線與永磁磁通軸線方向完全或接近相反時以脈沖控制方式接通電源半波，并在該二軸線方向完全或接近相同時切斷。該同步電動機電磁結構以失步但受控的轉速運轉，以此達到調速運行，但結構簡單且效率高。

A self starting single phase permanent magnet motor

A self starting single-phase permanent magnet motor, the number of homopolar permanent magnet rotor and stator gap in each pole along the regulation to narrow in the free state under the axis of each pole closest to the stator pole axis as the reference, the steering deflection along an acute angle angle; the control circuit includes a single-phase bridge rectifier the stator winding circuit connected to single-phase power supply through the AC side, a full controlled power electronic devices in series or a direct current detection circuit connected across the DC side control circuit; the built-in program makes the device in the opposite direction of motor starting and main flux axis intersects with the permanent magnet flux axis provided for an acute angle when connected to power half wave, the motor and the main magnetic flux in the axis and the permanent magnet flux axis completely or nearly opposite to pulse control power on half wave, and in the direction of the two axis or completely Cut close to the same. The electromagnetic structure of the synchronous motor is operated at the speed of out of step but controlled, so as to achieve the speed regulation operation, but the structure is simple and the efficiency is high.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種自起動單相永磁電動機，在國際專利分類表中屬于H02P6/08。
技術介紹
現有技術同步電動機只能按電源頻率同步運轉，自起動單相永磁同步電動機也不例外，調速需變頻電源，因不能以比較經濟的方式調速，應用范圍受限制。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提出一種自起動單相永磁電動機，其使用同步電動機的電磁結構，但可調速，且成本較低。本專利技術解決所述技術問題的技術方案是，一種自起動單相永磁電動機，包括：——定子繞組按規定繞向經控制電路接往單相電源，與定子極數相同的永磁轉子與定子間氣隙的寬度于每一極下沿規定旋轉方向收窄，因而在自由狀態下，轉子各極的軸線以最靠近的定子一極的軸線為參照，沿所述旋轉方向偏轉一銳角角度；其特征在于：所述控制電路包括：a)單相橋式整流電路，所述繞組經該整流電路的交流端接往所述單相電源，一全控型電力電子器件直接或串聯一電流檢測電路跨接于該整流電路的二直流端；b)檢測電路，檢測所述轉子的極性狀態和所述單相電源供給所述繞組的電壓極性，以確定轉子各極穿越氣隙的永磁磁通軸線方向和所述單相電源在定子各極產生穿越氣隙的主磁通軸線方向；c)含內置程序的控制器，其輸出接往所述電力電子器件的控制端，所述內置程序含按檢測電路檢測到的信號驅動所述電力電子器件，逐個半波控制所述單相電源輸入所述繞組的控制步驟；所述步驟包括：——在電動機起動時，所述電力電子器件在所述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開通此時的電源半波，并持續至該半波到零時切斷；——在電動機運轉時，所述電力電子器件在所述主磁通軸線與永磁磁通軸線方向完全相反或接近相反時，以脈沖控制方式開通此時的電源半波，并在永磁轉子因此轉動至該二軸線方向完全相同或接近相同時，完全切斷此時的電源半波。該電動機使用單相永磁同步電動機電磁結構，并基于非均勻氣隙達到自起動運轉。專業常識是：同步電動機運轉不允許失步，因為一旦失步即電流劇增并停機。實驗表明，該電動機起動進入運轉后借助脈沖控制改變繞組電壓使其降低失步轉矩至失步時，按主磁通與永磁通軸線方向相反時通電和相同時斷電的磁通定向控制，可維持低于同步轉速的運轉。即脈沖供電控制和磁通定向控制的配合使該電動機以失步但受控的轉速運轉，以此達到調速，但結構比較簡單且效率較高。所述控制電路的典型設計包括：——由4個二極管組成的整流橋(4)，其一交流端經繞組(102)串聯接往單相電源一極(L)，另一交流端接往單相電源另一極(N)，晶體三極管(44)的集電極連接整流橋(4)直流正端，發射極串聯第1電阻(45)連接整流橋(4)的直流負端；——單片機(6)，其共地端(VSS)連接整流橋(4)的直流負端，輸出電路(63)接往晶體三極管(44)的控制極(41)；——所述單相電源的一極(L)經第2電阻(7)串聯第1穩壓二極管(8)連接共地端(VSS)，第2電阻(7)與第1穩壓二極管(8)的串聯點(B)接往單片機(6)的第1輸入電路(61)，提供交流電源同步信號。該設計借整流橋一臂半波整流向單片機提供交流電源同步信號，節省了整流電路。進一步設計單片機(6)的電源端(VDD)經二極管(9)接往所述串聯點(B)，單片機(6)的電源端(VDD)與共地端(VSS)間跨接電容器(10)。單片機取得直流電源與交流電源同步信號共用穩壓電路，更為節省。該技術方案的進一步設計之一是：在電動機運轉時，所述電力電子器件在所述永磁磁通軸線旋轉至與主磁通軸線方向完全相反之前，開通此時的電源半波，所提前的時間短于繞組電流滯后電壓的時間。該設計有利于增加每次開通的時間，因而提高電動機的效率。該技術方案的進一步設計之二是：所述脈沖控制與電動機轉速構成閉環反饋控制，所需轉速信號取自所述檢測電路對所述轉子的極性狀態的檢測。該設計使失步但受控的轉速能更好地穩定于不同的負載和調速比，尤其是較重負載以及較大調速比的情況。該技術方案的進一步設計之三是：所述檢測電路檢測所述轉子的極性狀態是使用靠近所述轉子磁極表面安裝的磁性位置傳感器，以可靠檢測所述轉子的轉動狀態。該技術方案的進一步設計之四是：所述永磁轉子朝向氣隙的圓柱面為良導體金屬層，以減輕脈沖控制導致的噪聲。本專利技術的技術方案和效果將在具體實施方式中結合附圖作進一步的說明。附圖說明圖1是本專利技術第1實施例電動機電磁基本結構示意圖。圖2是本專利技術各實施例電動機控制電路示意圖。圖3是本專利技術第1實施例電動機霍爾元件輸出特性示意圖。圖4是本專利技術各實施例電動機第1方式控制信號波形示意圖。圖5是本專利技術各實施例電動機第2方式控制信號波形示意圖。圖6是本專利技術第2實施例電動機電磁基本結構示意圖。圖7是本專利技術第2實施例電動機霍爾元件輸出特性示意圖。具體實施方式本專利技術第1實施例離心泵的電動機電磁基本結構如圖1所示，包括：——轉子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極永磁轉子；——定子100由具有4個凸極的圓形鐵芯101和繞組102組成；繞組102是在4個凸極各繞一具有絕緣框架的線圈元件，然后按繞向串聯連接為4極，并因而在通電時產生4極的穿越定轉子之間氣隙的主磁通；——定子鐵芯101各凸極與轉子200間氣隙的寬度沿逆時針方向漸變收窄；因此在自由狀態即不通電和旋轉結構良好的情況下，轉子200受定子鐵芯吸引，各極的幾何軸線即穿越定轉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子之間氣隙的主磁通軸線500、600為參照，沿逆時針方向偏轉一較小的銳角Ω。本實施例設計該機械角為5°(電角度10°)。該角度可隨漸變收窄的比例而改變，并影響起動轉矩和效率。該設計可避免在自由狀態下轉子停留于其軸線與定子凸極的軸線重合而使通電時起動轉矩為零的所謂“死點”位置，所形成的磁阻轉矩還有利于防止運轉中的轉子于交流電流過零時不產生轉矩而停轉；——線性的霍爾元件300，安裝于定子鐵芯100右側凸極的軸線500上靠近轉子200圓周的位置。本專利技術各實施例電動機控制電路如圖2，制成固定于電動機非軸伸端的印刷電路板。該印刷電路板除連接霍爾元件300外，還安裝有：——由4個二極管組成的整流橋4，其一交流端經繞組102串聯接往單相電源端子5一極L，另一交流端接往單相電源端子5另一極N；晶體三極管44的集電極連接整流橋4的直流正端，發射極串聯電阻45連接整流橋4的直流負端；——單片機6，其共地端VSS連接整流橋4的直流負端，輸出電路63接往晶體三極管44的控制極；——來自單相電源端子5的二極L、N的電壓經整流橋4如圖右下臂的二極管半波整流和經電阻7串聯穩壓二極管8組成的電路整形，該電路的輸出B接往單片機6的輸入電路61。輸出B在單相電源端子5的電壓極性為正半波時為1而負半波時為0；——所述串聯點B經二極管9連接單片機6的電源端VDD，該連接點與共地端VSS間跨接容量較大的電容器10，向單片機6提供5V穩定電壓的直流電源；——晶體三極管44的發射極與電阻45的連接點接往單片機6的輸入電路64，其上的對地電位與電動機的電流成正比。該輸入可用于閉環控制和進行電動機過電流或/和空載保護；——調速設定端子K，接往單片機6的輸入電路65。霍爾元件300的輸出接往單片機6的輸入電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種自起動單相永磁電動機，包括：定子繞組按規定繞向經控制電路接往單相電源，與定子極數相同的永磁轉子與定子間氣隙的寬度于每一極下沿規定旋轉方向收窄，因而在自由狀態下，轉子各極的軸線以最靠近的定子一極的軸線為參照，沿所述旋轉方向偏轉一銳角角度；其特征在于：所述控制電路包括：a)單相橋式整流電路，所述繞組經該整流電路的交流端接往所述單相電源，一全控型電力電子器件直接或串聯一電流檢測電路跨接于該整流電路的二直流端；b)檢測電路，檢測所述轉子的極性狀態和所述單相電源供給所述繞組的電壓極性，以確定轉子各極穿越氣隙的永磁磁通軸線方向和所述單相電源在定子各極產生穿越氣隙的主磁通軸線方向；c)含內置程序的控制器，其輸出接往所述電力電子器件的控制端，所述內置程序含按檢測電路檢測到的信號驅動所述電力電子器件，逐個半波控制所述單相電源輸入所述繞組的控制步驟；所述步驟包括：——在電動機起動時，所述電力電子器件在所述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開通此時的電源半波，并持續至該半波到零時切斷；——在電動機運轉時，所述電力電子器件在所述主磁通軸線與永磁磁通軸線方向完全相反或接近相反時，以脈沖控制方式開通此時的電源半波，并在永磁轉子因此轉動至該二軸線方向完全相同或接近相同時，完全切斷此時的電源半波。...

【技術特征摘要】
1.一種自起動單相永磁電動機，包括：定子繞組按規定繞向經控制電路接往單相電源，與定子極數相同的永磁轉子與定子間氣隙的寬度于每一極下沿規定旋轉方向收窄，因而在自由狀態下，轉子各極的軸線以最靠近的定子一極的軸線為參照，沿所述旋轉方向偏轉一銳角角度；其特征在于：所述控制電路包括：a)單相橋式整流電路，所述繞組經該整流電路的交流端接往所述單相電源，一全控型電力電子器件直接或串聯一電流檢測電路跨接于該整流電路的二直流端；b)檢測電路，檢測所述轉子的極性狀態和所述單相電源供給所述繞組的電壓極性，以確定轉子各極穿越氣隙的永磁磁通軸線方向和所述單相電源在定子各極產生穿越氣隙的主磁通軸線方向；c)含內置程序的控制器，其輸出接往所述電力電子器件的控制端，所述內置程序含按檢測電路檢測到的信號驅動所述電力電子器件，逐個半波控制所述單相電源輸入所述繞組的控制步驟；所述步驟包括：——在電動機起動時，所述電力電子器件在所述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開通此時的電源半波，并持續至該半波到零時切斷；——在電動機運轉時，所述電力電子器件在所述主磁通軸線與永磁磁通軸線方向完全相反或接近相反時，以脈沖控制方式開通此時的電源半波，并在永磁轉子因此轉動至該二軸線方向完全相同或接近相同時，完全切斷此時的電源半波。2.按照權利要求1所述電動機，其特征在于，所述控制電路包括：——由4個二極管組成的整流橋(4)，其一交流端經繞組(102)串聯接往單相...

【專利技術屬性】
技術研發人員：區長釗，
申請(專利權)人：葉露微，
類型：發明
國別省市：廣東;44