同步电动机异步低转速稳定运行控制方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有永磁体的同步电动机，特别是涉及磁体在电枢内旋转的单相永磁体 电动机，尤其涉及同步电动机异步低转速稳定运行的控制方法和装置。
【背景技术】
[0002] 现有技术小、微型单相永磁体转子同步电动机，尤其是只有一对转子磁极、做同步 运行的电动机，构造简单、外形小巧、坚固耐用，而且造价低廉，有着广泛的用途。但是，该类 电动机没有启动转矩，也没有确定的起始转动方向；而且在50/60Hz市电网上正常运行的 同步转速固定地是3, 000/3, 600r.p.m.，这对于许多民用场合，例如用做风扇或洗衣机电 动机，显然是转速太高了；要想调节转速，就得使用电子变频技术，即所谓vvvf?变压-变频 技术，生产成本自然就高了许多。于是现有技术出现了很多小、微型单相永磁体同步电动机 在其输出轴上固定地联结减速齿轮盒一起销售。也有很多场合，例如家用的电风扇或洗衣 机等，就直接使用四极或六极的两相感应电动机，将其中一相定子绕组串联连接分相电容 器，以获取超前90°的电流，在单相电网上做异步运行。
[0003] 在电动机上安装齿轮盒一起销售，只适用于很小功率的微电机，它增大了外形体 积，也提高了生产成本。使用两相异步电动机借助电容器分相运行，则不仅令电动机外形体 积增大，而且提高了生产成本，还因为多了分相电容器而降低运行的可靠性。
[0004] 本发明的做法是，利用小、微型单相永磁体同步电动机实现异步低转速的稳定运 行，本发明方法和装置仅利用一体积很小的传感器和控制电路板即可实施，要比感应电动 机和安装有减速齿轮盒的同步电动机体积更小，可靠性更高，成本更低。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种低成本 的、只在单相永磁体同步电动机上增添一小块控制电路板和在其上固定位置 设置一枚侦测转子磁极极性的小小传感器，就可以使其稳定地在低转速异步运行的控 制方法和装置。
[0006] 本发明解决所述技术问题提出的技术方案是，一种同步电动机异步低转速稳定运 行的控制方法，适用于U形定子磁芯的小、微型两极同步电动机，包括以下步骤：B.在定子 极靴一处设置侦测永磁体转子极性的传感器，获得该处实时转子磁场极性是N极还是S极 的逻辑电平信号，并设定=1为转子N极转至此处，反之，乂/5 =0为转子S极转至此 处；所述逻辑电平信号的逻辑反演，即的"非"信号，记作;分别将和称 作第一和第二磁场极性信号；C.将驱动所述电动机异步运行的单相交流电压源记做V，其 电压信号经整形获得与之同频率同相位的逻辑电平信号％，同时设定七=1代表该电压源 V的瞬时值v> 0，反之，电压源V的电平信号S=0则代表瞬时值v< 0 ;所述逻辑电平 信号％的逻辑反演，即％的"非"信号，记作G;分别将％和<称作第一和第二电源电压时 钟信号；D.所述电源电压V经R-C阻容支路或R-L电感支路获得移相电流4，该移相电流 信号4经整形获得与之同频率同相位的逻辑电平信号同时并设定％4 =1代表电流 4的瞬时值4 > 〇，反之，I,6 =〇则代表瞬时值U< 〇 ;所述逻辑电平信号Aw的逻辑反 演，即的"非"信号，记作;分别将％称作第一和第二移相电流时钟信号； E.将逻辑电平信号三者归纳为第一组；又将逻辑电平信号uH/3、u;_3S、ay三 者归纳为第二组；分别对前述两组信号中的三个逻辑电平信号做二进制数字逻辑运算，以 获得是否让定子绕组继续励磁而立即接通电压源V的逻辑电平控制信号;或者将信号 和W三者归纳为第一组；信号&、&和G三者归纳为第二组；分别对该两 组信号中的三个信号做二进制数字逻辑运算，以获得是否让定子绕组继续励磁而立即接通 电压源V的逻辑电平控制信号数字逻辑运算对应的规则定为：定子励磁绕组电流接 通的逻辑电平控制信号=1时，定子励磁绕组立即被施加电压源V，此时务必要使得定子 励磁绕组产生的磁场方向与转子的实时磁场极性匹配，以产生驱动转子按照原先方向继续 转动的作用力；否则，信号At=〇,定子励磁绕组被切断电压源V，转子依靠惯性按原方向继 续转动。
[0007] 所述的同步电动机异步低转速稳定运行的控制方法，在所述步骤B.之前还有步 骤A.从驱动所述电动机异步运行的单相交流电压源V经降压、整形，取得用于控制电路的 低电压稳压源Vcc。
[0008] 所述的同步电动机异步低转速稳定运行的控制方法：在顺时针转动CW情况下，所 述侦测转子永磁体极性的传感器设置在定子磁场几何中心线极靴尖端靠左一侧或极靴根 部靠右一侧；在逆时针转动CCW情况下，所述侦测转子永磁体极性的传感器设置在定子磁 场几何中心线极靴尖端靠右一侧或极靴根部靠左一侧。
[0009] 所述的同步电动机异步低转速稳定运行的控制方法：在转子的半个转动周期内的 定子励磁绕组电流接通的逻辑电平控制信号是D触发器C/2』的输出信号;D触发 器C/2J的信号输入为信号接到D触发器t/22数据输入端L/2J-D 信号接到D 触发器信号置位端￡/2J- 52T; ^信号作为时钟信号接到D触发器t/22时钟输入端 ;D触发器t/2^4的复位信号端接地；在转子另半个转动周期内的定 子励磁绕组电流接通的逻辑电平控制信号是D触发器的输出信号;D触发器 [/25的信号输入为： ^信号接到D触发器J/2S的数据输入端t/25-信号接到D触发器C/25 的信号置位端;'信号作为时钟信号接到D触发器的时钟输入端 t/25 -Cir;D触发器U2S的复位信号端t/25 - 接地；定子励磁绕组电流接通的逻辑 电平控制信号=U2-4-g+C/25-g。
[0010] 所述的同步电动机异步低转速稳定运行的控制方法：在转子的半个转动周期内， 其定子励磁绕组电流接通的逻辑电平控制信号t/3J-9 豆；在转子的另半 个转动周期内，其定子励磁绕组电流接通的逻辑电平控制信号1/35-6 -g ;U45-g是由D触发器输出的信号，D触发器t/45的信号输入连接关系为 信号接到D触发器的数据输入端C/45^D; &信号作为时钟信号接到D触发器 的时钟输入端t/45-Cir;D触发器t/45的复位信号端t/45-AST和信号置位端 W5-均接地；是由D触发器输出的信号，D触发器t/4J的信号输入连 接关系为Am信号接到D触发器tMJ的数据输入端Aw信号作为时钟信号接 至IJD触发器t/毛4的时钟输入端;D触发器毛4的复位信号端t/4』-AST和信 号置位端均接地；定子励磁绕组电流接通的逻辑电平控制信号^^ =U3J-9 + U3B-6。
[0011] 所述的同步电动机异步低转速稳定运行的控制方法，所述步骤D中包括以下步 骤：所述交流励磁电源经R-C阻容支路或R-L电感支路获取移相电流信号时，移相电流心 相对于励磁电压V的相位差小和增益G可通过R-C阻容或R-L电感参数进行调整；其电容 C或电阻R为可调电容或电阻，其电感L或电阻R为可调电感或电阻。
[0012] 本发明解决所述技术问题提出的技术方案还可以是，一种单相永磁同步电动机低 转速异步运行的控制装置，适用于U形定子磁芯的小、微型两极同步电动机，包括：将单相 交流电源变换为低压直流的直流稳压电源模块、永磁体转子磁场极性检测模块、交流电源 极性检测模块、移相电流检测模块、定子励磁线圈的电源开关模块、逻辑电路处理模块；所 述直流稳压电源模块的输入为单相交流电源，输出为用于永磁体转子磁场极性检测模块、 交流电源极性检测模块、移相电流检测模块和逻辑电路处理模块供电的低压直流电源；所 述直流稳压电源模块通过RC回路对所述单相交流电源进行阻容降压并获得移相电流；所 述移相电流检测模块将移相电流整形，获得与两个互补的逻辑电平信号％^即第一 移相电流时钟信号和第二移相电流时钟信号;所述永磁体转子磁场极性检测模 块，通过侦测转子磁场极性方位的传感器获得实时的转子磁场极性，就传感器所在位置识 别的转子实时极性是N极还是S极，输出两个互补的逻辑电平信号、&,即第一磁场 极性信号&/5和第二磁场极性信号& ;所述交流电源极性检测模块，对从单相交流电源 输出的交流电源进行整形获得两个互补的逻辑电平信号《v、f，即第一电源电压时钟信号 %和第二电源电压时钟信号士；所述逻辑电路处理模块，依据上述信号2^ 5和!^/5、七和 '、Ad和^分组进行逻辑运算输出定子励磁绕组电流接通的逻辑电平控制信号; 所述控制信号输入到定子励磁线圈电源开关模块进行定子励磁线圈电流的开关控制， 以此控制定子励磁线圈的磁场产生的磁极变化；所述逻辑电路处理模块进行信号逻辑运算 的对应原则为：定子励磁线圈中的电流要使定子励磁线圈产生的磁场方向与转子的实时 磁场极性匹配，产生能持续推动转子运转的作用力。
[0013] 在所述同步电动机异步低转速稳定运行的控制装置中，所述永磁体转子磁场极性 检测模块中的侦测转子磁场极性方位的传感器为霍尔器件。
[0014] 在所述同步电动机异步低转速稳定运行的控制装置中，所述永磁体转子磁场极 性检测模块中的霍尔器件，放置于单相永磁同步电动机的极靴尖端或根部靠左或右侧。
[0015] 在所述同步电动机异步低转速稳定运行的控制装置中，所述逻辑电路处理模块 (600)包括：双D触发器U2、二极管D8和D9、三极管Q4、电阻R13和R14 ;所述双D触发 器U2中包括触发器和t/25 ;D触发器的输入连接关系为：信号接到D触发 器数据输入端t/2^4-D; 信号接到D触发器t/2d信号置位端t/U- 5ET為信 号作为时钟信号接到D触发器L/2J时钟输入端t/2J-;D触发器t/2J的复位信号端 接地；D触发器t/25的输入连接关系为：^信号接到D触发器C/25的数据输 人端乙?25-￡) ;%-4信号接到D触发器t/25的信号置位端L/25-5ST 信号作为时钟信 号接到D触发器t/25的时钟输入端it/25-CXZ;D触发器t/25的复位信号端t/25-iiST接地；D触发器和C/25的输出为：两个触发器Ldt/25的数据输出端和 1/25-0均悬空；两个触发器t/24、t/25的数据输出端和1/25-g分别连接到二 极管D8和D9的阳极；所述二极管D8和D9的阴极相连接且与电阻R13的一端连接；电阻R13的另一端连接到晶体管Q4基极；晶体管Q4的发射极接地；晶体管Q4的集电极与R14 的一端连接，R14的另一端输出定子励磁绕组电流接通的逻辑电平控制信号到定子励磁线 圈电源开关模块（700);即-g与再做数字"或"逻辑运算，获得单相永磁电机 整个转速周期内的定子励磁绕组电流接通的逻辑电平控制信号=U24-g+L/2S-g。
[0016] 在所述同步电动机异步低转速稳定运行的控制装置中，所述逻辑电路处理模块 (600)包括：双D触发器U4、双三输入与门U3、二极管D10和D11、三极管Q5、电阻R15和R16 ;所述双D触发器U4中包括触发器C/毛4和t/4S;双三输入与门U3中有两个三输入与 门和？73S;D触发器C/4S的输入连接关系为：信号接到D触发器的数据输 入端识5-￡) 信号作为时钟信号接到D触发器的时钟输入端t/45-d;〇触 发器t/45的复位信号端t/45-JJST和信号置位端t/45-5Sr均接地；D触发器L14的输 入连接关系为：士/;信号接到D触发器[/毛4的数据输入端信号作为时钟信 号接到D触发器[/毛4的时钟输入端t；心4-C7ZX;D触发器C/4』的复位信号端 和信号置位端tMdnr均接地；D触发器U4J和r_/4S的输出为：两个触发器t/42、