電子控制的單相自起動永磁同步電動機(jī)驅(qū)動的小型離心泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子控制的單相自起動永磁同步電動機(jī)驅(qū)動的小型離心栗,尤其涉及其機(jī)械結(jié)構(gòu)、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F04D25/06或F04D27/00。
【背景技術(shù)】
[0002]在先申請CN201210278112.4披露的電子控制的單相自起動永磁同步電動機(jī)驅(qū)動的小型離心栗比之前的產(chǎn)品既節(jié)能節(jié)材,又可克服在輕載運轉(zhuǎn)時振動、噪聲較大且溫升較高的問題,但需要設(shè)置單獨的轉(zhuǎn)子位置檢測元件。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提出一種電子控制的單相自起動永磁同步電動機(jī)驅(qū)動的小型離心栗,可以避免輕載運轉(zhuǎn)時振動、噪聲較大和溫升較高的問題,但無需設(shè)置單獨的轉(zhuǎn)子位置檢測元件而仍有較佳的性能,因而降低成本和更可靠。
[0004]本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是,電子控制的單相自起動永磁同步電動機(jī)驅(qū)動的小型離心栗,包括:
[0005]——按照預(yù)定方向旋轉(zhuǎn)的離心式葉輪;
[0006]—一直接驅(qū)動所述葉輪的電動機(jī),定子的繞組按規(guī)定繞向接往交流電源;電動機(jī)轉(zhuǎn)子為永磁轉(zhuǎn)子,其極數(shù)與定子的極數(shù)相同;所述定子與轉(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)子各極的軸線以最靠近的定子一極的軸線為參照,沿設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)一銳角角度;
[0007]—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;
[0008]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;
[0009]其特征在于:
[0010]一一電動機(jī)定子的極數(shù)為2極,葉輪直徑不大于70mm;或者電動機(jī)定子的極數(shù)為4極,葉輪直徑不大于100mm ;
[0011]—一所述內(nèi)置程序具有使所述電流為零的時段和所述檢測包括檢測該時段所述繞組的端電壓,并且當(dāng)所述端電壓按段單調(diào)而沒有過零值出現(xiàn)時,所述控制電路降低向所述繞組輸出的電壓。
[0012]本技術(shù)方案基于一旦出現(xiàn)超速,所述電流為零時繞組的端電壓按段單調(diào)地改變且沒有過零值出現(xiàn)該現(xiàn)象,利用該現(xiàn)象取代現(xiàn)有技術(shù)所設(shè)置單獨的轉(zhuǎn)子位置檢測元件監(jiān)察電動機(jī)的運行狀態(tài):所述電流為零時繞組的端電壓按段單調(diào)地改變且除始點和終點外沒有過零值出現(xiàn),即斷定電動機(jī)處于空載運行,隨即降低向定子繞組輸出的電壓并保持在規(guī)定值以便自此開始降低旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩,從而糾正超速,使電動機(jī)恢復(fù)同步轉(zhuǎn)速運行,離心栗的輕載振動、噪聲因而大幅度降低,定子的溫升也因供電電壓降低而明顯改善。該離心栗啟動時,由于定子的供電電壓仍為原有額定交流電源波形的電壓,使原有性能得以保持。
[0013]本技術(shù)方案可進(jìn)一步設(shè)計為:每次對所述端電壓是否按段單調(diào)而沒有過零值出現(xiàn)的檢查,至少連續(xù)檢查3段,且至少其中2段按段單調(diào)而無過零值出現(xiàn),所述控制電路才降低向定子輸出的電壓。該設(shè)計更有利于排除電動機(jī)速度瞬時波動對檢測結(jié)果的影響,提高控制穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實施例離心栗電動機(jī)電磁基本結(jié)構(gòu)示意圖;
[0015]圖2是本發(fā)明實施例離心栗電動機(jī)控制電路示意圖;
[0016]圖3是本發(fā)明實施例離心栗電動機(jī)控制信號波形圖;
[0017]圖4是本發(fā)明實施例離心栗基本機(jī)械結(jié)構(gòu)主視圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明實施例離心栗基本機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖4所示,包括:
[0019]固定于機(jī)殼的電動機(jī)2;
[0020]——直接連接于該電動機(jī)輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)的離心式葉輪1,其具有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,且盡可能為奇數(shù)片,以降低振動噪聲。葉輪為注塑成型,直徑100mm。葉輪不宜更大,轉(zhuǎn)動慣量宜盡量小,以配合電動機(jī)2仍不太大的啟動力矩;
[0021]--電動機(jī)2為內(nèi)轉(zhuǎn)子電動機(jī),包括定子100和永磁轉(zhuǎn)子200。
[0022]本發(fā)明實施例離心栗的電動機(jī)電磁基本結(jié)構(gòu)如圖1所示,包括:
[0023]——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;
[0024]——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;
[0025]—一定子鐵芯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”位置,所形成的磁阻轉(zhuǎn)矩還有利于防止運轉(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);
[0026]本發(fā)明實施例離心栗電動機(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:
[0027]—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 ;
[0028]--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 ;
[0029]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1而負(fù)半波時為0,且輸出B由1變?yōu)?或由0變?yōu)?的時刻即交流電源電壓過零點。輸出B接往單片機(jī)6的輸入電路61 ;
[0030]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;
[0031]——雙向晶閘管4的主電極與繞組12的連接點與公共地之間跨接電阻10、19串聯(lián)的分壓電路,電阻10、19的串聯(lián)連接點經(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。
[0032]上述轉(zhuǎn)換電路621、681可設(shè)計為變壓器隔離鉗位電路:
[0033]—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。
[0034]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、6