同步電動機(jī)異步低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行控制方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有永磁體的同步電動機(jī)，特別是涉及磁體在電樞內(nèi)旋轉(zhuǎn)的單相永磁體 電動機(jī)，尤其涉及同步電動機(jī)異步低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行的控制方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)小、微型單相永磁體轉(zhuǎn)子同步電動機(jī)，尤其是只有一對轉(zhuǎn)子磁極、做同步 運(yùn)行的電動機(jī)，構(gòu)造簡單、外形小巧、堅固耐用，而且造價低廉，有著廣泛的用途。但是，該類 電動機(jī)沒有啟動轉(zhuǎn)矩，也沒有確定的起始轉(zhuǎn)動方向；而且在50/60Hz市電網(wǎng)上正常運(yùn)行的 同步轉(zhuǎn)速固定地是3, 000/3, 600r.p.m.，這對于許多民用場合，例如用做風(fēng)扇或洗衣機(jī)電 動機(jī)，顯然是轉(zhuǎn)速太高了；要想調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，就得使用電子變頻技術(shù)，即所謂vvvf?變壓-變頻 技術(shù)，生產(chǎn)成本自然就高了許多。于是現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)了很多小、微型單相永磁體同步電動機(jī) 在其輸出軸上固定地聯(lián)結(jié)減速齒輪盒一起銷售。也有很多場合，例如家用的電風(fēng)扇或洗衣 機(jī)等，就直接使用四極或六極的兩相感應(yīng)電動機(jī)，將其中一相定子繞組串聯(lián)連接分相電容 器，以獲取超前90°的電流，在單相電網(wǎng)上做異步運(yùn)行。
[0003] 在電動機(jī)上安裝齒輪盒一起銷售，只適用于很小功率的微電機(jī)，它增大了外形體 積，也提高了生產(chǎn)成本。使用兩相異步電動機(jī)借助電容器分相運(yùn)行，則不僅令電動機(jī)外形體 積增大，而且提高了生產(chǎn)成本，還因?yàn)槎嗔朔窒嚯娙萜鞫档瓦\(yùn)行的可靠性。
[0004] 本發(fā)明的做法是，利用小、微型單相永磁體同步電動機(jī)實(shí)現(xiàn)異步低轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定運(yùn) 行，本發(fā)明方法和裝置僅利用一體積很小的傳感器和控制電路板即可實(shí)施，要比感應(yīng)電動 機(jī)和安裝有減速齒輪盒的同步電動機(jī)體積更小，可靠性更高，成本更低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出一種低成本 的、只在單相永磁體同步電動機(jī)上增添一小塊控制電路板和在其上固定位置 設(shè)置一枚偵測轉(zhuǎn)子磁極極性的小小傳感器，就可以使其穩(wěn)定地在低轉(zhuǎn)速異步運(yùn)行的控 制方法和裝置。
[0006] 本發(fā)明解決所述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是，一種同步電動機(jī)異步低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn) 行的控制方法，適用于U形定子磁芯的小、微型兩極同步電動機(jī)，包括以下步驟：B.在定子 極靴一處設(shè)置偵測永磁體轉(zhuǎn)子極性的傳感器，獲得該處實(shí)時轉(zhuǎn)子磁場極性是N極還是S極 的邏輯電平信號，并設(shè)定=1為轉(zhuǎn)子N極轉(zhuǎn)至此處，反之，乂/5 =0為轉(zhuǎn)子S極轉(zhuǎn)至此 處；所述邏輯電平信號的邏輯反演，即的"非"信號，記作;分別將和稱 作第一和第二磁場極性信號；C.將驅(qū)動所述電動機(jī)異步運(yùn)行的單相交流電壓源記做V，其 電壓信號經(jīng)整形獲得與之同頻率同相位的邏輯電平信號％，同時設(shè)定七=1代表該電壓源 V的瞬時值v> 0，反之，電壓源V的電平信號S=0則代表瞬時值v< 0 ;所述邏輯電平 信號％的邏輯反演，即％的"非"信號，記作G;分別將％和<稱作第一和第二電源電壓時 鐘信號；D.所述電源電壓V經(jīng)R-C阻容支路或R-L電感支路獲得移相電流4，該移相電流 信號4經(jīng)整形獲得與之同頻率同相位的邏輯電平信號同時并設(shè)定％4 =1代表電流 4的瞬時值4 > 〇，反之，I,6 =〇則代表瞬時值U< 〇 ;所述邏輯電平信號Aw的邏輯反 演，即的"非"信號，記作;分別將％稱作第一和第二移相電流時鐘信號； E.將邏輯電平信號三者歸納為第一組；又將邏輯電平信號uH/3、u;_3S、ay三 者歸納為第二組；分別對前述兩組信號中的三個邏輯電平信號做二進(jìn)制數(shù)字邏輯運(yùn)算，以 獲得是否讓定子繞組繼續(xù)勵磁而立即接通電壓源V的邏輯電平控制信號;或者將信號 和W三者歸納為第一組；信號&、&和G三者歸納為第二組；分別對該兩 組信號中的三個信號做二進(jìn)制數(shù)字邏輯運(yùn)算，以獲得是否讓定子繞組繼續(xù)勵磁而立即接通 電壓源V的邏輯電平控制信號數(shù)字邏輯運(yùn)算對應(yīng)的規(guī)則定為：定子勵磁繞組電流接 通的邏輯電平控制信號=1時，定子勵磁繞組立即被施加電壓源V，此時務(wù)必要使得定子 勵磁繞組產(chǎn)生的磁場方向與轉(zhuǎn)子的實(shí)時磁場極性匹配，以產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子按照原先方向繼續(xù) 轉(zhuǎn)動的作用力；否則，信號At=〇,定子勵磁繞組被切斷電壓源V，轉(zhuǎn)子依靠慣性按原方向繼 續(xù)轉(zhuǎn)動。
[0007] 所述的同步電動機(jī)異步低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行的控制方法，在所述步驟B.之前還有步 驟A.從驅(qū)動所述電動機(jī)異步運(yùn)行的單相交流電壓源V經(jīng)降壓、整形，取得用于控制電路的 低電壓穩(wěn)壓源Vcc。
[0008] 所述的同步電動機(jī)異步低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行的控制方法：在順時針轉(zhuǎn)動CW情況下，所 述偵測轉(zhuǎn)子永磁體極性的傳感器設(shè)置在定子磁場幾何中心線極靴尖端靠左一側(cè)或極靴根 部靠右一側(cè)；在逆時針轉(zhuǎn)動CCW情況下，所述偵測轉(zhuǎn)子永磁體極性的傳感器設(shè)置在定子磁 場幾何中心線極靴尖端靠右一側(cè)或極靴根部靠左一側(cè)。
[0009] 所述的同步電動機(jī)異步低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行的控制方法：在轉(zhuǎn)子的半個轉(zhuǎn)動周期內(nèi)的 定子勵磁繞組電流接通的邏輯電平控制信號是D觸發(fā)器C/2』的輸出信號;D觸發(fā) 器C/2J的信號輸入為信號接到D觸發(fā)器t/22數(shù)據(jù)輸入端L/2J-D 信號接到D 觸發(fā)器信號置位端￡/2J- 52T; ^信號作為時鐘信號接到D觸發(fā)器t/22時鐘輸入端 ;D觸發(fā)器t/2^4的復(fù)位信號端接地；在轉(zhuǎn)子另半個轉(zhuǎn)動周期內(nèi)的定 子勵磁繞組電流接通的邏輯電平控制信號是D觸發(fā)器的輸出信號;D觸發(fā)器 [/25的信號輸入為： ^信號接到D觸發(fā)器J/2S的數(shù)據(jù)輸入端t/25-信號接到D觸發(fā)器C/25 的信號置位端;'信號作為時鐘信號接到D觸發(fā)器的時鐘輸入端 t/25 -Cir;D觸發(fā)器U2S的復(fù)位信號端t/25 - 接地；定子勵磁繞組電流接通的邏輯 電平控制信號=U2-4-g+C/25-g。
[0010] 所述的同步電動機(jī)異步低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行的控制方法：在轉(zhuǎn)子的半個轉(zhuǎn)動周期內(nèi)， 其定子勵磁繞組電流接通的邏輯電平控制信號t/3J-9 豆；在轉(zhuǎn)子的另半 個轉(zhuǎn)動周期內(nèi)，其定子勵磁繞組電流接通的邏輯電平控制信號1/35-6 -g ;U45-g是由D觸發(fā)器輸出的信號，D觸發(fā)器t/45的信號輸入連接關(guān)系為 信號接到D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端C/45^D; &信號作為時鐘信號接到D觸發(fā)器 的時鐘輸入端t/45-Cir;D觸發(fā)器t/45的復(fù)位信號端t/45-AST和信號置位端 W5-均接地；是由D觸發(fā)器輸出的信號，D觸發(fā)器t/4J的信號輸入連 接關(guān)系為Am信號接到D觸發(fā)器tMJ的數(shù)據(jù)輸入端Aw信號作為時鐘信號接 至IJD觸發(fā)器t/毛4的時鐘輸入端;D觸發(fā)器毛4的復(fù)位信號端t/4』-AST和信 號置位端均接地；定子勵磁繞組電流接通的邏輯電平控制信號^^ =U3J-9 + U3B-6。
[0011] 所述的同步電動機(jī)異步低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行的控制方法，所述步驟D中包括以下步 驟：所述交流勵磁電源經(jīng)R-C阻容支路或R-L電感支路獲取移相電流信號時，移相電流心 相對于勵磁電壓V的相位差小和增益G可通過R-C阻容或R-L電感參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；其電容 C或電阻R為可調(diào)電容或電阻，其電感L或電阻R為可調(diào)電感或電阻。
[0012] 本發(fā)明解決所述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案還可以是，一種單相永磁同步電動機(jī)低 轉(zhuǎn)速異步運(yùn)行的控制裝置，適用于U形定子磁芯的小、微型兩極同步電動機(jī)，包括：將單相 交流電源變換為低壓直流的直流穩(wěn)壓電源模塊、永磁體轉(zhuǎn)子磁場極性檢測模塊、交流電源 極性檢測模塊、移相電流檢測模塊、定子勵磁線圈的電源開關(guān)模塊、邏輯電路處理模塊；所 述直流穩(wěn)壓電源模塊的輸入為單相交流電源，輸出為用于永磁體轉(zhuǎn)子磁場極性檢測模塊、 交流電源極性檢測模塊、移相電流檢測模塊和邏輯電路處理模塊供電的低壓直流電源；所 述直流穩(wěn)壓電源模塊通過RC回路對所述單相交流電源進(jìn)行阻容降壓并獲得移相電流；所 述移相電流檢測模塊將移相電流整形，獲得與兩個互補(bǔ)的邏輯電平信號％^即第一 移相電流時鐘信號和第二移相電流時鐘信號;所述永磁體轉(zhuǎn)子磁場極性檢測模 塊，通過偵測轉(zhuǎn)子磁場極性方位的傳感器獲得實(shí)時的轉(zhuǎn)子磁場極性，就傳感器所在位置識 別的轉(zhuǎn)子實(shí)時極性是N極還是S極，輸出兩個互補(bǔ)的邏輯電平信號、&,即第一磁場 極性信號&/5和第二磁場極性信號& ;所述交流電源極性檢測模塊，對從單相交流電源 輸出的交流電源進(jìn)行整形獲得兩個互補(bǔ)的邏輯電平信號《v、f，即第一電源電壓時鐘信號 %和第二電源電壓時鐘信號士；所述邏輯電路處理模塊，依據(jù)上述信號2^ 5和!^/5、七和 '、Ad和^分組進(jìn)行邏輯運(yùn)算輸出定子勵磁繞組電流接通的邏輯電平控制信號; 所述控制信號輸入到定子勵磁線圈電源開關(guān)模塊進(jìn)行定子勵磁線圈電流的開關(guān)控制， 以此控制定子勵磁線圈的磁場產(chǎn)生的磁極變化；所述邏輯電路處理模塊進(jìn)行信號邏輯運(yùn)算 的對應(yīng)原則為：定子勵磁線圈中的電流要使定子勵磁線圈產(chǎn)生的磁場方向與轉(zhuǎn)子的實(shí)時 磁場極性匹配，產(chǎn)生能持續(xù)推動轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)的作用力。
[0013] 在所述同步電動機(jī)異步低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行的控制裝置中，所述永磁體轉(zhuǎn)子磁場極性 檢測模塊中的偵測轉(zhuǎn)子磁場極性方位的傳感器為霍爾器件。
[0014] 在所述同步電動機(jī)異步低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行的控制裝置中，所述永磁體轉(zhuǎn)子磁場極 性檢測模塊中的霍爾器件，放置于單相永磁同步電動機(jī)的極靴尖端或根部靠左或右側(cè)。
[0015] 在所述同步電動機(jī)異步低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行的控制裝置中，所述邏輯電路處理模塊 (600)包括：雙D觸發(fā)器U2、二極管D8和D9、三極管Q4、電阻R13和R14 ;所述雙D觸發(fā) 器U2中包括觸發(fā)器和t/25 ;D觸發(fā)器的輸入連接關(guān)系為：信號接到D觸發(fā) 器數(shù)據(jù)輸入端t/2^4-D; 信號接到D觸發(fā)器t/2d信號置位端t/U- 5ET為信 號作為時鐘信號接到D觸發(fā)器L/2J時鐘輸入端t/2J-;D觸發(fā)器t/2J的復(fù)位信號端 接地；D觸發(fā)器t/25的輸入連接關(guān)系為：^信號接到D觸發(fā)器C/25的數(shù)據(jù)輸 人端乙?25-￡) ;%-4信號接到D觸發(fā)器t/25的信號置位端L/25-5ST 信號作為時鐘信 號接到D觸發(fā)器t/25的時鐘輸入端it/25-CXZ;D觸發(fā)器t/25的復(fù)位信號端t/25-iiST接地；D觸發(fā)器和C/25的輸出為：兩個觸發(fā)器Ldt/25的數(shù)據(jù)輸出端和 1/25-0均懸空；兩個觸發(fā)器t/24、t/25的數(shù)據(jù)輸出端和1/25-g分別連接到二 極管D8和D9的陽極；所述二極管D8和D9的陰極相連接且與電阻R13的一端連接；電阻R13的另一端連接到晶體管Q4基極；晶體管Q4的發(fā)射極接地；晶體管Q4的集電極與R14 的一端連接，R14的另一端輸出定子勵磁繞組電流接通的邏輯電平控制信號到定子勵磁線 圈電源開關(guān)模塊（700);即-g與再做數(shù)字"或"邏輯運(yùn)算，獲得單相永磁電機(jī) 整個轉(zhuǎn)速周期內(nèi)的定子勵磁繞組電流接通的邏輯電平控制信號=U24-g+L/2S-g。
[0016] 在所述同步電動機(jī)異步低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行的控制裝置中，所述邏輯電路處理模塊 (600)包括：雙D觸發(fā)器U4、雙三輸入與門U3、二極管D10和D11、三極管Q5、電阻R15和R16 ;所述雙D觸發(fā)器U4中包括觸發(fā)器C/毛4和t/4S;雙三輸入與門U3中有兩個三輸入與 門和？73S;D觸發(fā)器C/4S的輸入連接關(guān)系為：信號接到D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸 入端識5-￡) 信號作為時鐘信號接到D觸發(fā)器的時鐘輸入端t/45-d;〇觸 發(fā)器t/45的復(fù)位信號端t/45-JJST和信號置位端t/45-5Sr均接地；D觸發(fā)器L14的輸 入連接關(guān)系為：士/;信號接到D觸發(fā)器[/毛4的數(shù)據(jù)輸入端信號作為時鐘信 號接到D觸發(fā)器[/毛4的時鐘輸入端t；心4-C7ZX;D觸發(fā)器C/4』的復(fù)位信號端 和信號置位端tMdnr均接地；D觸發(fā)器U4J和r_/4S的輸出為：兩個觸發(fā)器t/42、