一種單相自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的換氣扇的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單相自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的換氣扇，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(guó)際專利分類表中，分類屬于F04D 25/08。
【背景技術(shù)】
[0002]換氣扇使用量大面廣，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，亟需制造低成本和運(yùn)行節(jié)能。本申請(qǐng)人已獲授權(quán)的在先申請(qǐng)CN201110303632.1提出的小功率換氣扇由永磁同步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)而節(jié)能且體積較小，并在預(yù)定的旋轉(zhuǎn)方向上有較佳的啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)性能，成本較低，但該電動(dòng)機(jī)需要設(shè)置單獨(dú)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出一種換氣扇，可由微型永磁同步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)而節(jié)能且體積較小，并在預(yù)定的旋轉(zhuǎn)方向上有較佳的啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)性能，但可以無(wú)需設(shè)置單獨(dú)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)元件，因而降低成本。
[0004]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，一種單相自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的換氣扇，包括:
[0005]—一按照預(yù)定方向旋轉(zhuǎn)的葉輪，其為軸流式和注塑成型；
[0006]—一直接驅(qū)動(dòng)所述葉輪的電動(dòng)機(jī)，定子的繞組按規(guī)定繞向接往交流電源；電動(dòng)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(dòng)機(jī)定子的繞組供電；
[0008]——具有一控制電路，控制所述開關(guān)的通斷；
[0009]其特征在于:
[0010]一一電動(dòng)機(jī)定子的極數(shù)為2極，葉輪直徑不大于70mm ;或者電動(dòng)機(jī)定子的極數(shù)為4極，葉輪直徑不大于100_ ;或者電動(dòng)機(jī)定子的極數(shù)為6極，葉輪直徑不大于130_ ;或者電動(dòng)機(jī)定子的極數(shù)為8極，葉輪直徑不大于150mm ;
[0011]—一控制電路；包括檢測(cè)電路和內(nèi)置程序，該內(nèi)置程序含按檢測(cè)到的信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述開關(guān)以控制所述交流電源輸入所述繞組的電流的起動(dòng)控制步驟；
[0012]所述步驟包括使極性相反的二種電壓脈沖分別施加于所述繞組，并且:
[0013]—一每個(gè)脈沖施加前，轉(zhuǎn)子仍位于所述銳角位置；
[0014]—一每個(gè)脈沖的能量小至使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)離所述銳角位置在規(guī)定的角度以內(nèi)；
[0015]——每個(gè)脈沖的波形相同；
[0016]檢測(cè)這些脈沖各自在所述繞組產(chǎn)生的電流并比較它們的大小，當(dāng)交流電源的極性與產(chǎn)生較小電流的電壓脈沖的極性相同時(shí)接通所述開關(guān)，使所述交流電源向所述繞組持續(xù)輸入交變電流。
[0017]電子控制定向旋轉(zhuǎn)的單相自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，宜設(shè)計(jì)在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(shí)接通此時(shí)的交流電源半波，轉(zhuǎn)子磁極即被與其最靠近的定子磁極沿設(shè)定旋轉(zhuǎn)方向推斥，因而使電動(dòng)機(jī)按設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向起動(dòng)，這正是換氣扇葉輪所需要的。若此時(shí)改為接通相反極性的交流電源半波，主磁通軸線的方向即調(diào)反，直接與永磁磁通軸線相交為所述銳角角度，轉(zhuǎn)子磁極即改為被與其最靠近的定子磁極沿設(shè)定旋轉(zhuǎn)方向的相反方向吸引，因而使電動(dòng)機(jī)按設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向的相反方向起動(dòng)，這是換氣扇葉輪所不允許的。對(duì)上述情況，本技術(shù)方案基于轉(zhuǎn)子具有適當(dāng)?shù)膽T性和鐵磁飽和原理，巧妙地發(fā)現(xiàn)和利用測(cè)定以規(guī)定極性和相同波形的脈沖施加于定子而轉(zhuǎn)子由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量未轉(zhuǎn)起來(lái)時(shí)的電流，轉(zhuǎn)子永磁磁通與規(guī)定極性和相同波形的脈沖施加于定子產(chǎn)生的主磁通方向相同時(shí)對(duì)鐵磁路增磁使定子電感下降以至電流增加和反之則電流減少該現(xiàn)象，對(duì)這些電流大小比較判斷，可確定電動(dòng)機(jī)按規(guī)定轉(zhuǎn)向啟動(dòng)所需交流電源的極性與永磁轉(zhuǎn)子極性方位的配合狀態(tài)，并在該配合狀態(tài)下接通交流電源，達(dá)到電動(dòng)機(jī)定向起動(dòng)，因而可以無(wú)需設(shè)置單獨(dú)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)元件，降低成本。
[0018]本技術(shù)方案降低了現(xiàn)有技術(shù)該類換氣扇電機(jī)起動(dòng)控制程序的復(fù)雜性和對(duì)元器件的快速響應(yīng)性能及電路布置的電磁兼容要求，因而成本降低且產(chǎn)品性能更穩(wěn)定。
[0019]本技術(shù)方案有以下進(jìn)一步設(shè)計(jì):
[0020]—一所述脈沖可以由直流電源配合開關(guān)電路產(chǎn)生，但比較簡(jiǎn)單可靠的方法是使交流電源半波電壓由晶閘管按規(guī)定導(dǎo)通角施加于所述繞組形成；
[0021]—一所述導(dǎo)通角最好不大于所述交流電源1/8周期，以限制每個(gè)脈沖的能量小至使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)離所述銳角位置在規(guī)定的角度以內(nèi)。對(duì)具體電機(jī)，可通過實(shí)驗(yàn)確定更合適的數(shù)值；
[0022]—一所述脈沖依次的間隔最好不少于所述交流電源I個(gè)周期，以確保每個(gè)脈沖施加前，轉(zhuǎn)子仍位于所述銳角位置。對(duì)具體電機(jī)，同樣可通過實(shí)驗(yàn)確定更合適的數(shù)值。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)施例換氣扇電動(dòng)機(jī)電磁基本結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明實(shí)施例換氣扇電動(dòng)機(jī)控制電路不意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明實(shí)施例電動(dòng)機(jī)第I種起動(dòng)情況信號(hào)波形示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明實(shí)施例電動(dòng)機(jī)第2種起動(dòng)情況信號(hào)波形示意圖；
[0027]圖5是本發(fā)明實(shí)施例換氣扇基本機(jī)械結(jié)構(gòu)主視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明實(shí)施例換氣扇是在本申請(qǐng)人已獲授權(quán)的在先申請(qǐng)CN201110303632.1所述實(shí)施例的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例換氣扇基本機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖5所示，其繼承CN201110303632.1中圖1所示結(jié)構(gòu)包括:
[0030]固定于機(jī)殼的電動(dòng)機(jī)2;
[0031]—一直接連接于該電動(dòng)機(jī)輸出軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的軸流式葉輪1，其具有4個(gè)葉片；按風(fēng)壓要求，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(dòng)噪聲。葉輪為注塑成型，直徑100mm。葉輪不宜更大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量宜盡量小，以配合電動(dòng)機(jī)2仍不太大的啟動(dòng)力矩；
[0032]--電動(dòng)機(jī)2為內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，包括定子100和永磁轉(zhuǎn)子200。
[0033]本發(fā)明實(shí)施例換氣扇的電動(dòng)機(jī)電磁基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，其繼承CN201110303632.1中圖2所示結(jié)構(gòu)包括:
[0034]——轉(zhuǎn)子200，是其截面以二條相互垂直的對(duì)稱軸400分隔為4個(gè)對(duì)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；
[0035]——定子100由具有4個(gè)凸極的圓形鐵芯101和繞組12組成；繞組12是在4個(gè)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(shí)產(chǎn)生4極的穿越定轉(zhuǎn)子之間氣隙的主磁通；
[0036]—一定子鐵芯101各凸極與轉(zhuǎn)子200間氣隙的寬度沿逆時(shí)針方向漸變收窄；因此在自由狀態(tài)即不通電和無(wú)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(shí)針方向偏轉(zhuǎn)一較小的銳角Ω。本實(shí)施例設(shè)計(jì)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(dòng)轉(zhuǎn)矩和效率。該設(shè)計(jì)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(shí)啟動(dòng)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(shí)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而停轉(zhuǎn)；
[0037]相比CN201110303632.1圖2所示結(jié)構(gòu)的主要變動(dòng)是:圖中所示霍爾元件300取消。
[0038]本發(fā)明實(shí)施例換氣扇電動(dòng)機(jī)控制電路如圖2所示，其繼承CN201110303632.1中圖3所示電路包括:
[0039]—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 ;
[0040]--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)晶閘管4導(dǎo)通，此時(shí)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，與該電壓同步和有所滯后的脈沖電流輸入繞組12。
[0041]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(shí)為I而負(fù)半波時(shí)為0，且輸出B由I變?yōu)镺或由O變?yōu)镮的時(shí)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，向其提供交流電源過零點(diǎn)信號(hào)。
[0042]相比CN201110303632.1圖中所示電路的主要變動(dòng)包括:
[0043]——原霍爾元件300及其輸出接往單片機(jī)輸入的電路取消；
[0044]一一繞組12原直接接公共地的一端改為經(jīng)電阻13接公共地，該電阻是檢測(cè)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