同步電機驅動電路的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及永磁同步電機的驅動電路，尤其適合于如小功率風扇、水泵等的應用中。
【背景技術】
[0002]同步電機在起動過程中，定子的電磁體產生交變磁場，并拖動永磁轉子發(fā)生振蕩，如果轉子獲得足夠動能，轉子的振蕩幅度將不斷增加，最終使轉子的旋轉迅速加速至與定子的交變磁場同步。傳統(tǒng)同步電機，為確保起動，電機的起動點設置通常較低，導致電機無法在工作點上運行，因此效率較低。另一方面，由于交流電的特性以及永磁轉子停止位置不固定，無法保證轉子每次起動都沿同一個方向定向旋轉，因此，在風扇、水泵等應用中，受轉子驅動的葉輪通常采用直型徑向葉片，導致風扇、水泵等本身的運行效率也較低。
[0003]本發(fā)明旨在提供一種新型的同步電機驅動電路。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的實施例提供一種同步電機驅動電路，所述同步電機包括定子和可相對定子旋轉的永磁轉子。所述定子包括定子磁芯及纏繞于定子磁芯上的定子線圈。所述定子與永磁轉子之間形成不均勻氣隙，使所述永磁轉子在靜止時其極軸相對于定子的極軸偏移一個角度，以保證所述定子線圈每次通電時所述轉子具有固定的起動方向。所述驅動電路包括:與所述定子線圈串聯(lián)于一外部交流電源的兩端之間的可控雙向交流開關、用于檢測所述永磁轉子的磁極位置的第一、第二位置傳感器、以及連接于所述交流電源與可控雙向交流開關之間的電壓調節(jié)電路，所述電壓調節(jié)電路在所述交流電源的正半周期和負半周期分別供電給第一、第二位置傳感器，使得所述交流開關以預定方式在導通與關斷之間切換，從而使所述定子線圈在電機起動階段僅沿著一個固定方向拖動所述轉子。
[0005]較佳的，所述第一、第二位置傳感器相對于所述永磁轉子的磁極具有相同的磁場位置。
[0006]較佳的，還包括第一單向導通開關，所述第一單向導通開關的電流輸出端連接所述可控雙向交流開關的控制端。
[0007]較佳的，所述第一位置傳感器的輸出端連接所述第一單向導通開關的電流輸入端，所述第二位置傳感器的輸出端通過一電阻連接到所述第一單向導通開關的電流輸出端。
[0008]較佳的，所述電壓調控電路包括至少分別通過第一、第二電阻反向并聯(lián)于所述交流電源兩端的第一、第二穩(wěn)壓二極管，所述第一位置傳感器的正電源端子連接所述第一穩(wěn)壓二極管的陰極，所述第二位置傳感器的負電源端子連接所述第二穩(wěn)壓二極管的陽極，所述第一位置傳感器的負電源端子和所述第二位置傳感器的正電源端子分別連接參考電壓。
[0009]較佳的，所述第一穩(wěn)壓二極管的陽極、所述第二穩(wěn)壓二極管的陰極、所述第一位置傳感器的負電源端子、以及所述第二位置傳感器的正電源端子均連接所述交流電源的零線。
[0010]較佳的，所述電壓調節(jié)電路還包括串接于所述第一電阻與第一穩(wěn)壓二極管之間的第二單向導通開關、以及串接于所述第二電阻與第二穩(wěn)壓二極管之間的第三單向導通開關，所述第二單向導通開關的電流輸出端與所述第一穩(wěn)壓二極管的陰極連接，所述第三單向導通開關的電流輸入端與所述第二穩(wěn)壓二極管的陽極連接。
[0011]較佳的，還包括連接于所述第一單向導通開關與所述可控雙向交流開關的控制極之間的反相器。
[0012]較佳的，還包括與所述反相器并聯(lián)于所述第一單向導通開關與可控雙向交流開關的控制極之間的開關。
[0013]較佳的，所述可控雙向交流開關為三端雙向晶閘管。
[0014]較佳的，所述單向導通開關為二極管或三極管。
[0015]較佳的，所述可控雙向交流開關與電壓調節(jié)電路并聯(lián)，使得所述可控雙向交流開關導通時所述電壓調節(jié)電路中無電流流過。
【附圖說明】
[0016]附圖中:
[0017]圖1和圖2示意性地示出本發(fā)明中的同步電機；
[0018]圖3示出本發(fā)明一種同步電機驅動電路的結構框圖；
[0019]圖4示出依據本發(fā)明一實施例的同步電機驅動電路；
[0020]圖5示出依據本發(fā)明另一實施例的同步電機驅動電路；
[0021 ]圖6出圖5中驅動電路的波形圖；
[0022]圖7示出依據本發(fā)明另一實施例的同步電機驅動電路；
[0023]圖8示出本發(fā)明另一種同步電機驅動電路的結構框圖；
[0024]圖9示出依據本發(fā)明另一實施例的同步電機驅動電路。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖，通過對本發(fā)明的【具體實施方式】詳細描述，將使本發(fā)明的技術方案及其他有益效果顯而易見。可以理解，附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。附圖中顯示的尺寸僅僅是為便于清晰描述，而并不限定比例關系。
[0026]圖1示出本發(fā)明中的同步電機的示意性。所述同步電機10包括定子12、可旋轉地設于定子12的磁極之間的永磁轉子14,定子12具有串聯(lián)連接的定子線圈16。定子12的磁極和轉子14的磁極之間具有不均勻氣隙18，使得轉子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a。該配置可保證定子線圈16每次通電時轉子14具有固定的起動方向(本例中為沿順時針方向)。圖3中定子和轉子均具有兩個磁極?？梢岳斫獾模诟鄬嵤├?，定子和轉子也可以具有更多磁極，例如如圖2所示，定子12和轉子14均具有四個磁極，定子12上或定子內靠近轉子的位置設有用于檢測轉子磁極位置的第一位置傳感器20和第二位置傳感器22。本例中，第一、第二位置傳感器20和22沿對角線放置，相對于所述永磁轉子的磁極具有相同的磁場位置，若兩個位置傳感器都通電，兩者輸出的檢測信號是相同的。兩個位置傳感器20和22較佳的可以為霍爾效應傳感器，并且相對定子的極軸s偏移一個角度,較佳的,該偏移角也是α。
[0027]圖3示出本發(fā)明一種同步電機驅動電路的結構框圖。所述驅動電路24由交流電源26供電。交流電源26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。電機10的定子線圈16與可控雙向交流開關28串聯(lián)于兩個節(jié)點A、Β之間。節(jié)點Α連接交流電源26的火線，節(jié)點B連接交流電源26的零線。較佳的，可控雙向交流開關28為三端雙向晶閘管(TRIAC)。交流電源26與可控雙向交流開關之間設有電壓調節(jié)電路30。電壓調節(jié)電路30在交流電源的正半周期和負半周期分別供電給第一位置傳感器20和第二位置傳感器22，使得雙向交流開關28以預定方式在導通與關斷之間切換，從而使定子線圈16在電機起動階段僅沿著一個固定方向拖動轉子14，依據本發(fā)明，定子線圈通電后，轉子只需旋轉一圈即可加速至與定子磁場同步。較佳的，驅動電路24中設第一單向導通開關D1,第一、第二位置傳感器20和22的信號輸出端分別連接單向導通開關D1的電流輸入端和電流輸出端，可控雙向交流開關28的控制端與單向導通開關D1的電流輸出端連接，此配置可使得第一、第二位置傳感器20和22的輸出信號控制雙向交流開關28。較佳的，第一單向導通開關D1為二極管，二極管的陽極為開關的電流輸入端，陰極為開關的電流輸出端。需要說明的是，本發(fā)明中提及兩個電子元件連接時，既包括兩個電子元件直接連接，也包括兩個電子元件通過兩者之間的其他電子元件或電路以不改變本發(fā)明所描述的工作原理的方式間接連接。
[0028]圖4示出依據本發(fā)明一實施例的同步電機驅動電路32的電路圖。其中，定子線圈16與三端雙向晶閘管28串聯(lián)于交流電源26的兩端A和B之間。交流電源26與三端雙向晶閘管28之間設有電壓調節(jié)電路，包括分別通過第一電阻R1和第二電阻R2反向并聯(lián)于兩個節(jié)點A和B之間的第一穩(wěn)壓二極管Z1和第二穩(wěn)壓二極管Z2。節(jié)點A連接交流電源26的火線，節(jié)點B連接交流電源26的零線。較佳的，第一電阻R1 —端連接節(jié)點A，另一端連接第一穩(wěn)壓二極管Z1的陰極和第一位置傳感器20的正電源端子。第二電阻R2 —端連接節(jié)點A，另一端連接第二位置傳感器22的負電源端子和第二穩(wěn)壓二極管Z2的陽極，第一位置傳感器20的負電源端子、第一穩(wěn)壓二極管Z1的陽極、第二位置傳感器的正電源端子、以及第二穩(wěn)壓二極管Z2的陰極連接交連接節(jié)點B。第一位置傳感器20的輸出端H1經第三電阻連接第一位置傳感器20的正電源端子，并經第四電阻R4連接到節(jié)點B。驅動電路32還設有第一單向導通開關D1，第一單向導通開關D1的電流輸入端連接第一位置傳感器20的輸出端H1，電流輸出端連接三端雙向晶閘管28的控制極G，并經第五電阻R5連接第二位置傳感器22的輸出端H2。較佳的，第一單向導通開關D1為二極管，其陽極為電流輸入端，陰極為電流輸出端。
[0029]圖5示出依據本發(fā)明另一實施例的同步電機驅動電路34的電路圖。本實施例的驅動電路34與上一實施例的驅動電路32相似，區(qū)別之處在于，驅動電路34的電壓調節(jié)電路中還具有第二單向導通開關D2和第三單向導通開關D3，第二單向導通開關D2設于第一電阻R1與第一穩(wěn)壓二極管Z1之間，與第一穩(wěn)壓二極管Z1反向串聯(lián)，即第二單向導通開關D2的電流輸入端連接第一電阻R1，電流輸出端連接第一穩(wěn)壓二極管Z1的陰極。第三單向導通開關D3設于第二電阻R1與第二穩(wěn)壓二極管Z2之間，與第二穩(wěn)壓二極管Z2反向串聯(lián)，即第三單向導通開關D3的電流輸出端連接第二電阻R2，電流輸入端連接第二穩(wěn)壓二極管Z1的陽極。較佳的，第二、第三單向導通開關D2和D3為二極管，二極管的陽極為電流輸入端，陰極為電流輸出端。
[0030]下面結合圖6,對驅動電路34的工作原理進行描述。圖6中Vac表不交流電源26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。St表示三端雙向晶閘管28的通斷狀態(tài)。Ha表示雙向晶閘管28的導通由第一、第二位置傳感器20和22中哪一個控制,其中的Ha為Halil表不雙向晶閘管28在第一位置傳感器20的輸出信號控制下導通,Ha為Hal 12表不雙向晶閘管28在第二位置傳感器22的輸出信號控制下導通，Hb表示位置傳感器所檢測的轉子磁場的磁性。本例中，第一、第二位置傳感器20和22被正常供電的情況下，檢測的轉子磁場為北極(North)時輸出邏輯高電平，檢測到南極(South)時輸出邏輯低電平。
[0031]首先，位置傳感器檢測的轉子磁場為North時，在交流電源的第一個正半周，隨著電壓逐漸增大，第二二極管D2導通，第一穩(wěn)壓二極管Z1將第一位置傳