专利名称：交流电机控制电路及交流同步水泵的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及控制电路，更具体地说，涉及一种交流电机控制电路及交 流同步水泵。
背景技术：
现有的交流同步水泵的驱动部分由线圈绕组、u形铁芯、带叶轮的永磁转 子组成。当缠绕于u形铁芯上的线圈绕组通入交流电时，u形铁芯的两端产生极性相反的磁场，与永磁转子的磁场相互作用，从而推动永磁转子旋转。由于交流电电流的方向按照一定的频率不断的变换，使u形铁芯两端的磁场方向也跟着不断的变化，从而推动永磁转子不断的旋转。永磁转子带动叶轮转动， 推动叶轮室内的水产生离心力，从而将水抽出，达到抽水的目的。由于交流电的特性及永磁转子的位置，使得交流同步水泵的永磁转子的启 动方向可能不同，从而无法使交流同步水泵每次启动时都向同 一个方向定向旋 转。使水泵的效率损失较大，效率不高。同样地，现有的单相交流同步电机也 存在类似问题。实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有交流同步水泵及交流电机由 于永磁转子的启动位置不同和启动时交流电的电流方向不同而导致启动方向 可能不同的问题，提供一种交流电机控制电路及交流同步水泵。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种交流电机的控 制电路，用于控制采用永磁转子的交流电机的运转，包括主控芯片、用于获取 电机负载线圈信号的采样电路、交流电子功率开关电路以及位于永磁转子磁场 内的磁场感应元件，所述电机负载线圈信号采样电路的输入端连接到电机负载线圈端、输出端连接到主控芯片的第一信号输入引脚，所述磁场感应元件的输 出端连接到主控芯片的第二信号输入引脚，所述主控芯片根据所述磁场感应元 件及电机负载线圈信号采样电路的信号输入产生控制信号并通过信号输出引 脚输出到交流电子功率开关电路的控制极，所述交流电子功率开关电路串联到 交流电机定子的线圈绕组并根据控制极的控制信号驱动交流电机线圈绕组。在本实用新型所述的交流电机的控制电路中，所述磁场感应元件包括霍尔 元件，所述交流电子功率开关电路包括双向可控硅，所述双向可控硅通过其阳 极和阴极串联接入交流电机定子的线圈绕组、其控制极经由光耦合器连接到主 控芯片的信号输出引脚。在本实用新型所述的交流电机的控制电路中，还包括交流转换电路，该交 流转换电路的输入端连接到交流电源、输出端连接到控制芯片及霍尔元件。在本实用新型所述的交流电机的控制电路中，还包括连接到主控芯片的第 三信号输入引脚的温度控制电路，所述温度控制电路包括设于交流电机定子的 线圈上的温度保险丝，所述主控芯片在第三信号输入引脚为高电平时信号输出 引脚输出低电平。在本实用新型所述的交流电机的控制电路中，所述主控芯片在第一信号和 第二信号输入引脚的电压方向相同时信号输出引脚输出高电平，并在第一信号 和第二信号输入引脚的电压方向相反时信号输出引脚输出低电平；或者所述主 控芯片在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相反时信号输出引脚输出 高电平，并在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相同时信号输出引脚输 出低电平。本实用新型还提供一种交流同步水泵，包括壳体、交流电机、叶轮室、位 于叶轮室内的叶轮，所述交流电机包括定子及永磁转子，还包括交流电机控制 电路，所述交流电机控制电路包括主控芯片、用于获取电机负载线圈信号的采 样电路、交流电子功率开关电路以及位于永磁转子磁场内的磁场感应元件，所 述电机负载线圈信号采样电路的输入端连接到电机负载线圈端、输出端连接到 主控芯片的第一信号输入引脚，所述磁场感应元件的输出端连接到主控芯片的 第二信号输入引脚，所述主控芯片根据所述磁场感应元件及电机负载线圈信号5采样电路的输入产生控制信号并通过信号输出引脚输出到交流电子功率开关 的控制极，所述交流电子功率开关电路串联到交流电机定子的线圈绕组并根据 控制极的控制信号驱动交流电机线圈绕组。在本实用新型所述的交流同步水泵中，所述磁场感应元件包括霍尔元件， 所述交流电子功率开关电路包括双向可控硅，所述双向可控硅通过其阳极和阴 极串联接入交流电机定子的线圈绕组，其控制极经由光耦合器连接到主控芯片 的信号输出引脚。在本实用新型所述的交流同步水泵中，所述定子包括至少一对铁芯且每一 对铁芯包括两个对称设置的铁芯臂，其中每一铁芯臂上包括由线缆绕制成的线 圈绕组，所述永磁转子包括与所述铁芯臂数量相同的磁块且相邻磁块的极性相 反，所述线缆的一端连接到交流电源、另一端连接到双向可控硅的输入端。在本实用新型所述的交流同步水泵中，还包括连接到主控芯片的第三信号 输入引脚的温度控制电路，所述温度控制电路包括设于交流电机定子的线圈上 的温度保险丝，所述主控芯片在第三信号输入引脚为高电平时信号输出引脚输 出低电平。在本实用新型所述的交流同步水泵中，所述主控芯片在第一信号和第二信 号输入引脚的电压方向相同时信号输出引脚输出高电平，并在第一信号和第二 信号输入引脚的电压方向相反时信号输出引脚输出低电平；或者所述主控芯片 在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相反时信号输出引脚输出高电平， 并在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相同时信号输出引脚输出低电本实用新型的交流电机控制电路及交流同步水泵，通过主控芯片分析电机 负载线圈信号电路采集的上升沿，下降沿过零信号及磁场感应元件获取的永磁 转子的位置信号，经过主控芯片逻辑分析处理，输出控制信号到交流电子功率 开关电路，驱动电机线圈绕组，使得永磁转子的启动方向恒定，从而减少了交 流同步电机的能量损耗，提高了能源的利用效率。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中图1是本实用新型的交流电机控制电路实施例的电路示意图；图2是本实用新型的交流同步水泵中交流电机的第一实施例的示意图；图3是本实用新型的交流同步水泵中交流电机的第二实施例的示意图。
具体实施方式
本实用新型的交流电机控制电路及交流同步水泵，通过霍尔元件感应静止 时永磁转子的位置(转换成高低电平信号)并通过电机负载线圈信号采样电路 来检测电机负载线圈上方波信号的上升沿，下降沿过零信号，由主控芯片根据 上述位置信号和方波信号的上升沿，下降沿过零信号进行逻辑分析处理，产生 控制信号，使永磁转子在N极或者是在S极时分别输出对应的控制信号去驱 动双向可控硅，控制线圈绕组中的电流方向，从而实现交流水泵和电动机的定 向旋转。本实用新型还通过霍尔元件感应永磁转子的运转状态(转换成高低电平信 号)，由主控芯片根据上述信号进行分析处理，判断转子的运转是否正常，并 在转动异常时输出保护信号，使交流电机停止运转。如图l所示，是本实用新型交流电机的控制电路的示意图，该控制电路用 于控制采用永磁转子的交流电机的运转。该控制电路包括主控芯片U2、用于 获取电机负载线圈上方波信号的上升沿，下降沿过零信号的电机负载线圈信号 采样电路(本实施例中由电阻R3及二极管D2、 D3组成)、交流电子功率开 关(本实施例中由双向可控硅Ql组成)，以及位于永磁转子磁场内的磁场感 应元件(本实施例中由霍尔元件U4组成)，其中电机负载线圈信号采样电路 的输入端连接到电机负载线圈端、输出端连接到主控芯片U2的第一信号输入 引脚3，霍尔元件U4的信号输出端连接到主控芯片U2的第二信号输入引脚5， 主控芯片U2根据霍尔元件U4及电机负载线圈信号采样电路的输入信号进行 逻辑分析处理，产生控制信号并通过信号输出引脚输出到光耦合器，进一步驱 动双向可控硅Q1，双向可控硅Q1的阳极、阴极串联到交流电机定子的线圈 绕组(即与线圈绕组串联后连接到交流电源)并根据控制极的控制信号驱动交7流电机负载线圈绕组，从而驱动交流电机转子转动。为了避免双向可控硅Ql上的高电压损坏主控芯片U2，在主控芯片U2信 号输出端通过一个光耦合器U3连接到双向可控硅Ql。主控芯片U2和霍尔元件U4由直流电源供电，例如可采用5V的电池。 本实施例中，通过一个电压转换电路将交流电源转换为稳定的直流电源为霍尔 元件U4及主控芯片U2供电。具体地，该电压转换电路包括电容Cl、电阻 R2整流桥D1及稳压芯片U1实现。交流输入电压经过电容C1、和电阻R2组 成的阻容降压，再经过整流桥D1整流，电容C4滤波，电阻R1、 二极管ZD1 及稳压芯片Ul稳压，从而得到稳定的低压电源，从而给主控芯片U2、霍尔 元件U4以及其他的电子元件供电。主控芯片U2可以采用单片机IC，通过编写程序实现以下功能在第一信 号和第二信号输入引脚的电压方向相同(即电压值同为正或同为负)时信号输 出引脚输出高电平，并在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相反时信号 输出引脚输出低电平；或者在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相反时 信号输出引脚输出高电平，并在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相同 时信号输出引脚输出低电平。此外，主控芯片U2还可根据收到的霍尔元件U4 的感应信号，判断转子是否正常运转，并在转动异常时输出保护信号，使交流 电机停止转动。为了保护交流电机，上述控制电路还可包括连接到主控芯片U2的第三信 号输入引脚6的温度控制电路，主控芯片U2在第三信号输入引脚6为高电平 时信号输出引脚输出低电平。上述温度控制电路包括串联的电阻R6及温度保 险丝FUSE2，其中该温度保险丝FUSE2设于交流电机定子的线圈上且一端接地、 另一端连接到主控芯片U2在第三信号输入引脚6。上述交流同步电机控制电路可用于控制各种单相交流同步电机。 本实用新型还提供了一种使用上述控制电路的交流同步水泵。与现有的交 流同步水泵类似，包括壳体、安装于壳体内的交流电机(包括定子和永磁转子)、 具有进水口和出水口的叶轮室、设置于叶轮室内并与交流电机的永磁转子同轴 连接的叶轮。该交流同步水泵还包括控制电路，以控制交流电机的运转。其中控制电路的结构与图1实施例中的结构类似。
如图2所示，是上述交流同步水泵的定子和永磁转子的第一实施例的结构
示意图。在本实施例中，永磁转子23为圆柱形，包括极性相反的两个磁块。 相应地，定子24包括一对铁芯，该对铁芯包括两个相互对称的铁芯臂。漆包 线绕制在每一铁芯臂上形成线圈绕组25，且两铁芯臂上的线圈绕组25的绕制 方向相同。在本实施例中，每一铁芯上套设有线架22，线圈绕组25绕制于线 架22上。两个铁芯臂的端部分别朝向永磁转子23，且距离永磁转子23的转 轴的距离相等。霍尔元件21同样安装于永磁转子23生成的磁场中。如图所示， 定子24的外部可以为圆形，矩形，也可以为多边形。
如图3所示，是上述交流同步水泵的定子和永磁转子的第二实施例的结构 示意图。本实施例中的定子34包括U形铁芯以及绕制在该U形铁芯的两个铁 芯臂上的线圈绕组35。其中线圈绕组35在两铁芯臂上的绕制方向相反。上述 线圈绕组35绕制于线架32上，且线架32分别套设于U形铁芯的两个铁芯臂 上。
圆柱形的永磁转子33包括有两个极性相反的磁块，该两个磁块分别为半 圆柱形。永磁转子33安装于U形铁芯的开口处，且其转轴垂直于U形铁芯的 两平行铁芯臂所在平面。霍尔元件31固定与U形铁芯的开口处，感应永磁转 子33产生的磁场以产生感应信号。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范 围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范 围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因 此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
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权利要求1、一种交流电机的控制电路，用于控制采用永磁转子的交流电机的运转，其特征在于，包括主控芯片、用于获取电机负载线圈信号的采样电路、交流电子功率开关电路以及位于永磁转子磁场内的磁场感应元件，所述电机负载线圈信号采样电路的输入端连接到电机负载线圈端、输出端连接到主控芯片的第一信号输入引脚，所述磁场感应元件的输出端连接到主控芯片的第二信号输入引脚，所述主控芯片根据所述磁场感应元件及电机负载线圈信号采样电路的信号输入产生控制信号并通过信号输出引脚输出到交流电子功率开关电路的控制极，所述交流电子功率开关电路串联到交流电机定子的线圈绕组并根据控制极的控制信号驱动交流电机线圈绕组。
2、 根据权利要求1所述的交流电机的控制电路，其特征在于，所述磁场 感应元件包括霍尔元件，所述交流电子功率开关电路包括双向可控硅，所述双 向可控硅通过其阳极和阴极串联接入交流电机定子的线圈绕组、其控制极经由 光耦合器连接到主控芯片的信号输出引脚。
3、 根据权利要求2所述的交流电机的控制电路，其特征在于，还包括交 流转换电路，该交流转换电路的输入端连接到交流电源、输出端连接到控制芯 片及霍尔元件。
4、 根据权利要求1所述的交流电机的控制电路，其特征在于，还包括连 接到主控芯片的第三信号输入引脚的温度控制电路，所述温度控制电路包括设 于交流电机定子的线圈上的温度保险丝，所述主控芯片在第三信号输入引脚为 高电平时信号输出引脚输出低电平。
5、 根据权利要求l所述的交流电机的控制电路，其特征在于，所述主控 芯片在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相同时信号输出引脚输出高 电平，并在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相反时信号输出引脚输出 低电平；或者所述主控芯片在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相反时 信号输出引脚输出高电平，并在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相同 时信号输出引脚输出低电平。
6、 一种交流同步水泵，包括壳体、交流电机、叶轮室、位于叶轮室内的 叶轮，所述交流电机包括定子及永磁转子，其特征在于，还包括交流电机控制 电路，所述交流电机控制电路包括主控芯片、用于获取电机负载线圈信号的采 样电路、交流电子功率开关电路以及位于永磁转子磁场内的磁场感应元件，所 述电机负载线圈信号采样电路的输入端连接到电机负载线圈端、输出端连接到 主控芯片的第一信号输入引脚，所述磁场感应元件的输出端连接到主控芯片的 第二信号输入引脚，所述主控芯片根据所述磁场感应元件及电机负载线圈信号 采样电路的输入产生控制信号并通过信号输出弓I脚输出到交流电子功率开关 的控制极，所述交流电子功率开关电路串联到交流电机定子的线圈绕组并根据 控制极的控制信号驱动交流电机线圈绕组。
7、 根据权利要求6所述的交流同步水泵，其特征在于，所述磁场感应元 件包括霍尔元件，所述交流电子功率开关电路包括双向可控硅，所述双向可控 硅通过其阳极和阴极串联接入交流电机定子的线圈绕组、其控制极经由光耦合 器连接到主控芯片的信号输出引脚。
8、 根据权利要求7所述的交流同步水泵，其特征在于，所述定子包括至 少一对铁芯且每一对铁芯包括两个对称设置的铁芯臂，其中每一铁芯臂上包括 由线缆绕制成的线圈绕组，所述永磁转子包括与所述铁芯臂数量相同的磁块且 相邻磁块的极性相反，所述线缆的一端连接到交流电源、另一端连接到双向可 控硅的输入端。
9、 根据权利要求6所述的交流同步水泵，其特征在于，还包括连接到主 控芯片的第三信号输入引脚的温度控制电路，所述温度控制电路包括设于交流 电机定子的线圈上的温度保险丝，所述主控芯片在第三信号输入引脚为高电平 时信号输出引脚输出低电平。
10、 根据权利要求6所述的交流同步水泵，其特征在于，所述主控芯片在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相同时信号输出引脚输出高电平，并 在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相反时信号输出引脚输出低电平； 或者所述主控芯片在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相反时信号输 出引脚输出高电平，并在第一信号和第二信号输入引脚的电压方向相同时信号
专利摘要本实用新型涉及一种交流电机的控制电路，包括主控芯片、负载信号采样电路、交流电子功率开关电路以及位于永磁转子磁场内的磁场感应元件，所述主控芯片根据所述磁场感应元件及负载信号采样电路的信号输入产生控制信号并输出到交流电子功率开关电路的控制极，所述交流电子功率开关电路串联到交流电机定子的线圈绕组并根据控制极的控制信号驱动线圈绕组。本实用新型通过主控芯片分析负载信号采样电路采集的信号及磁场感应元件获取的永磁转子的位置信号，输出控制信号到交流电子功率开关电路，驱动电机线圈绕组，使得永磁转子的启动方向恒定，从而减少了交流同步电机的能量损耗，提高了能源的利用效率。
文档编号H02P6/22GK201409107SQ20092013552
公开日2010年2月17日 申请日期2009年3月12日 优先权日2009年3月12日
发明者敬石桥 申请人:敬石桥