单相永磁同步电机磁场定向控制方法及永磁同步电机系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及排水泵技术领域，更具体地，本发明涉及一种家用电器的排水泵用单相永磁同步电机的磁场定向控制方法、以及单相永磁同步电机系统。
【背景技术】
[0002]目前，单相交流永磁同步电机以其高能量效率和优秀的稳态特性被广泛应用于洗碗机、洗衣机等家用电器排水泵领域。然而，单相交流永磁同步电机在启动和运行性能方面有一定的局限性。
[0003]例如，在洗衣机排水泵应用中，为了解决排水泵启动时负荷大容易烧毁电机的问题，需要增设启动装置，该启动装置主要由设有启动筋的联轴器和设有启动凸台的启动腔组成，在电机启动瞬间，需要先空转一定角度，当启动筋转到与启动凸台接触后才能带动叶轮转动，从而实现空载启动的效果，有效地解决了因启动负载大而烧毁电机的问题。由于启动筋与启动凸台接触时会发出碰撞的噪声，为了减低这种噪声，可在启动筋两侧边或启动凸台两侧边分别设有减震垫。这种电机结构比较复杂，装配工艺繁琐，且启动腔与减震垫的增加也使成本大大增加，多次启动后存在减震垫的失效问题。
[0004]目前，中国发明专利申请公开说明书CN102751922A已经提出了通过检测电源电压的极性转换时刻并据此控制开关管的开启的永磁同步电机控制方法。在永磁同步电机的理想工作状态下，定子绕组的电枢反应磁场与转子励磁磁场正交，从而使得永磁同步电机的运行效率最高。然而，由于永磁同步电机的定子绕组存在功率因数角，因此在上述公开的控制方法下永磁同步电机不能运行在理想工作状态，由此会带来一些振动和噪音的问题，并且如果电机电磁匹配不恰当，将会造成电机事故，如电机无法正常启动等。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，提出了一种单相永磁同步电机的磁场定向控制方法及单相永磁同步电机系统，其通过预先测定定子绕组的反电动势峰值所对应的转子磁极的位置，并且根据反电动势峰值所对应的转子磁极的位置和定子电流峰值所对应的转子磁极的位置之间的位置关系，来实现磁场定向控制。
[0006]根据本发明一方面，提供了一种磁场定向控制方法，包括:确定定子绕组的反电动势的峰值所对应的转子磁极的位置；检测流过定子绕组的定子电流的峰值；检测定子电流的峰值所对应的转子磁极的位置；以及根据所述定子电流的峰值所对应的转子磁极的位置与定子绕组的反电动势的峰值所对应的转子磁极的位置，调节用于触发导通开关器件的触发角。
[0007]根据本发明实施例，所述磁场定向控制方法还包括:检测流过定子绕组的定子电流的过零点；以及在定子电流的过零点之后，按照所述触发角触发导通开关器件。
[0008]根据本发明实施例，通过电流检测部件来检测定子绕组的定子电流的峰值；以及通过位置传感器来检测定子电流的峰值所对应的转子磁极的位置。
[0009]根据本发明实施例，在检测定子电流的峰值之前，所述磁场定向控制方法还包括:确定转子磁极的当前极性位置；将转子磁极预偏置到目标初始位置；以及在输入电压的相位角达到初始触发角时触发导通所述开关器件。
[0010]根据本发明实施例，所述确定转子磁极的当前极性位置包括:触发导通所述开关器件，以便将输入电压施加到定子绕组两端；以及检测所述转子磁极的旋转方向。
[0011]根据本发明实施例，所述将转子磁极预偏置到目标初始位置包括:根据所述转子磁极的旋转方向，确定将施加的输入电压的极性；在所述输入电压的极性为所确定的将施加的输入电压的极性时，在所述输入电压的第一相位角处触发所述开关器件导通；检测所述转子磁极的当前位置；在所述转子磁极的当前位置与所述目标初始位置之差大于第一差值阈值时，确定将施加的输入电压的极性，并且在所述输入电压的极性为所确定的将施加的输入电压的极性时，在所述输入电压的第一相位角处触发所述开关器件导通；直至所述转子磁极的当前位置与所述目标初始位置之差不大于第一差值阈值。
[0012]根据本发明另一方面，提供了单相永磁同步电机系统，包括:单相永磁同步电机、开关器件、电流检测部件、位置检测模块、以及控制装置。所述单相永磁同步电机、所述开关器件和所述电流检测部件串联连接，所述电流检测部件检测流过所述单相永磁同步电机的定子绕组的定子电流；所述位置检测模块获取转子磁极的位置信息；以及所述控制装置接收位置传感器输出的转子磁极的位置信息、以及电流检测部件提供的定子电流。所述控制装置确定定子绕组的反电动势的峰值所对应的转子磁极的位置，确定所述定子电流的峰值所对应的转子磁极的位置信息，并且根据所述定子电流的峰值所对应的转子磁极的位置与所述反电动势的峰值所对应的转子磁极的位置，调节用于触发导通开关器件的触发角。
[0013]利用根据本发明实施例的单相永磁同步电机的磁场定向控制方法及单相永磁同步电机系统，其通过转子预定位和转子预偏置可以实现单相永磁同步电机的定向启动，通过控制定子电流峰值所对应的转子磁极的位置与预先测定的定子绕组的反电动势峰值所对应的转子磁极的位置一致，可以实现磁场定向控制。
[0014]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0015]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0016]图1图示了根据本发明实施例的单相永磁同步电机的示意性结构图；
[0017]图2图示了根据本发明实施例的单相永磁同步电机系统的示意图；
[0018]图3图示了根据本发明实施例的霍尔传感器的输出波形的示意图；
[0019]图4图示了根据本发明实施例的单相永磁同步电机的各操作阶段的示意图；
[0020]图5图示了根据本发明实施例的单相永磁同步电机在转子预定位阶段的几种可能的转子磁极位置的示意性说明图；
[0021]图6图示了根据本发明实施例的转子磁极的启动角的示意性说明图；
[0022]图7图示了根据本发明实施例的在转子预偏置阶段施加的电压脉冲和电流脉冲的示意性说明图；
[0023]图8图示了根据本发明实施例的位置检测模块的安装位置的示意图；
[0024]图9图示了根据本发明实施例的以位置检测模块为坐标零点的定子绕组的反电动势的示意性波形图；
[0025]图10图示了根据本发明实施例的磁场定向控制阶段的磁场定向控制方法的示意性流程图；
[0026]图11图示了期望定子电流Γ与反电动势的对比图；
[0027]图12图示了根据本发明实施例的在磁场定向控制阶段的输入电压、定子电流、以及定子绕组的反电动势的相位关系的示意图。
【具体实施方式】
[0028]将参照附图详细描述根据本发明的各个实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。
[0029]图1图示了根据本发明实施例的单相永磁同步电机的示意性结构图。
[0030]如图1所示，根据本发明实施例的单相永磁同步电机包括定子组件和转子组件。所述定子组件包括定子绕组和定子铁芯，所述转子组件包括转子磁极，并且转子磁极可以为永磁磁极。所述转子磁极位于定子铁芯的缺口位置处。
[0031]此外，如图1所示，在定子铁芯的左极侧，定子铁芯和转子磁极之间的气隙自上而下逐渐减小；而在定子铁芯的右极侧，定子铁芯和转子磁极之间的气隙自下而上逐渐减小。例如，在定子铁芯的左极侧，所述定子铁芯的缺口形状可以自上而下分段地改变，从而使得定子铁芯和转子磁极之间的气隙自上而下呈阶梯状减小。再例如，在定子铁芯的左极侧，所述定子铁芯的缺口形状可以如图1所示地自上而下平滑地改变，从而使得定子铁芯和转子磁极之间的气隙自上而下线性地或非线性地逐渐减小。
[0032]在定子铁芯和转子磁极之间的气隙逐渐从大变小时，磁阻也逐渐从大变小。按照如图1所示的单相永磁同步电机的结构，所述单相永磁同步电机的正常运转方向为逆时针方向。
[0033]此外，在图1中示意性地绘制了定子绕组，然而应了解，定子绕组的匝数当然不限于图1所示的具体匝数，而应该根据具体的单相永磁同步电机设计要求设计不同的定子绕组匝数。
[0034]图2图示了根据本发明实施例的单相永磁同步电机系统的示意图。
[0035]如图2所示，单相永磁同步电机系统包括:单相永磁同步电机M、开关器件T、电流检测部件11、位置检测模块12、以及控制装置13。
[0036]开关器件T可以为双向导通的开关器件，例如，双向可控硅，其在被触发时导通，而在其两端的电压低于维持电压时或者在电流低于维持电流时关断。
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