一种小功率换气扇的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微型永磁同步电动机直接驱动的小功率换气扇，尤其涉及其机械结构、电磁结构和控制方法的配合；在国际专利分类表中，分类属于F04D 25/08。
【背景技术】
[0002]换气扇使用量大面广，运行时间长，亟需制造低成本和运行节能。针对换气扇目前使用异步电动机驱动以至效率偏低的情况，本申请人已获授权的在先申请CN201110303632.1提出的小功率换气扇由永磁同步电动机直接驱动而节能且体积较小，并在预定的旋转方向上有较佳的启动和运转性能，成本较低，但该电动机需要设置单独的转子位置检测元件。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是，提出一种换气扇，可由永磁同步电动机直接驱动而节能且体积较小，并在预定的旋转方向上有较佳的启动和运转性能，且成本较低，但可以无需设置单独的转子位置检测元件而仍有较佳的性能，因而降低成本。
[0004]本发明解决所述技术问题的技术方案是，一种小功率换气扇，包括:
[0005]—一按照预定方向旋转的叶轮，其为轴流式和注塑成型；
[0006]—一直接驱动所述叶轮的电动机，电动机定子的极数为4极或6极或8极，定子的绕组按规定绕向接往交流电源；电动机转子为永磁转子，其极数与定子的极数相同；所述定子与转子间气隙的宽度于每一极下沿设定的旋转方向收窄，因而在自由状态下，转子各极的轴线以最靠近的定子一极的轴线为参照，沿设定的旋转方向偏转一锐角角度；
[0007]—一具有一开关，交流电源经该开关向电动机定子的绕组供电；
[0008]——具有一控制电路，控制所述开关的通断；
[0009]其特征在于:
[0010]一一电动机定子的极数为4极，叶轮直径不大于10mm ;或者电动机定子的极数为6极，叶轮直径不大于130_ ;或者电动机定子的极数为8极，叶轮直径不大于150_ ；[0011 ] 一一控制电路；包括检测电路和按该电路检测到的信号驱动所述开关以控制所述交流电源输入所述绕组的电流的内置程序；所述检测包括检测所述交流电源电压的特征；
[0012]一一所述检测还包括检测所述电流和该电流为零时所述绕组的端电压；
[0013]一一所述内置程序还包括下述步骤:
[0014]a)使转子处于规定位置；转子在该位置时，转子永磁磁极轴线沿所述圆周方向超前定子绕组通入某方向电流时的磁场轴线所述锐角角度；
[0015]b)驱动所述开关，使第I电流脉冲输入所述绕组；该电流脉冲自所述交流电源电压一过零点的第I规定时延开始，且其方向与步骤a)中所述电流方向相反；
[0016]c) 一旦第I电流脉冲恢复为零，随即检查所述端电压和交流电源电压，包括所述端电压特征值及其第I个过零点与交流电源电压第3过零点的时间差；当所述端电压特征值的绝对值大于规定值且所述时间差的绝对值小于规定时段时，驱动所述开关，使第2电流脉冲输入所述绕组；该电流脉冲与所述第I电流脉冲的方向相反，且相对于所述交流电源电压第3过零点具有第2规定时延；然后进入同步运行；以及
[0017]d)当该特征值的绝对值小于规定值或该特征值的绝对值大于规定值且所述时间差的绝对值大于规定时段时，从步骤a)开始重复上述过程，且若该特征值的绝对值大于规定值且其第I个过零点超前所述交流电源电压第3过零点，则增加所述第I规定时延的持续时间；若该特征值的绝对值小于规定值或该特征值的绝对值大于规定值且其第I个过零点落后所述交流电源电压第3过零点，则缩短所述第I规定时延的持续时间。
[0018]该技术方案巧妙地利用:
[0019]换气扇电动机启动过程可存在绕组电流为零的时段；
[0020]一一在该绕组的电流为零时，绕组的端电压对应永磁转子的位置和转速。
[0021]因而，可以所测绕组电流为零时绕组的端电压控制换气扇电动机，尤其是其启动过程。实验表明，以检测该电压的特征值及其第I个过零点与交流电源电压第3过零点的时间差作为条件进行控制，可宽范围地适应换气扇从空载至较重负载的启动情况，尤其是换气扇出风口迎着反向风向户外排气甚至启动前因反向风使叶轮逆转的重负载启动情况，更合理地将换气扇启动、加速而牵入同步运行，从而可无需设置单独的转子位置检测元件而仍有较佳的性能，因此结构简化而降低成本。
[0022]该方案的进一步设计是:
[0023]所步骤d)中，当缩短所述第I规定时延的持续时间为零，仍然所述时间差的绝对值大于规定时段和所述端电压的第I个过零点落后所述交流电源电压第3过零点或者其特征值的绝对值小于规定值，则在每次所述从步骤a)开始重复上述过程中的步骤a)之后和步骤b)之前，先输入η个电流脉冲，该η个电流脉冲依次自所述交流电源电压一过零点之前的第2、4、6……(2η-2)个过零点开始，且其方向与步骤a)中所述电流方向相反；关于n，对于首次出现所述时间为零仍然所述时间差的绝对值大于规定时段和所述端电压的第I个过零点落后所述交流电源电压第3过零点或者其特征值的绝对值小于规定值的情况，η=I ;若再次出现该情况，η = 2 ;如此类推使η按自然数增加。
[0024]其有益效果是:进一步增大了换气扇启动控制所适应的负载范围，可显著提高电动机启动转矩，尤其是换气扇抗反转启动的能力。
[0025]更进一步的设计之一是:
[0026]所述端电压特征值为所述交流电源输入所述绕组的电流恢复为零后所述绕组的端电压的第I个值或第I个极值。前者有最快的响应，后者检测比较稳定。
[0027]更进一步的设计之二是:
[0028]所述同步运行是按照所述交流电源的频率驱动所述开关，将所述交流电源电压以规定波形施加于所述绕组；或者当所述端电压的绝对值在增加且极性与所述交流电源电压的极性相同时，随即驱动所述开关，将所述交流电源电压施加于所述绕组。前者控制比较简单；后者可以比较准确地使定、转子磁通间的作用力均与旋转方向相同，因而效率更高。
[0029]更进一步的设计之三是:
[0030]所述永磁转子为正弦波充磁，有利于更准确地检测所述端电压的极值点和过零点。
[0031]更进一步的设计之四是:
[0032]所述步骤a)中使转子处于规定位置包括如下过程:
[0033]al)驱动所述开关，自所述交流电源电压过零点的规定时延开始，使与步骤a)中所述电流方向相同的至少2个电流脉冲输入所述绕组；这些电流脉冲恢复为零期间，检查所述端电压；
[0034]a2)若:
[0035]—一若所述电流脉冲中的最末I个恢复为零后，所述端电压持续时间在规定上、下限范围内，所述过程结束；
[0036]—一若所述电流脉冲中的最末I个恢复为零后，所述端电压持续时间大于规定上限，所述规定时延增加，从步骤al)开始重复上述过程；
[0037]—一若所述电流脉冲中的最末I个恢复为零后，所述端电压持续时间小于规定下限，所述规定时延减少，从步骤al)开始重复上述过程。
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