U形铁芯单相永磁同步电动机驱动的小型离心泵的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及U形铁芯单相永磁同步电动机驱动的小型离心栗，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HMD25/06或RMD27/00。
【背景技术】
[0002]小型离心栗使用量大面广，运行时间长，亟需制造低成本和运行节能。针对传统小型离心栗使用异步电动机驱动以至效率偏低的情况，现有技术提出改由U形铁芯单相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，提出一种小型离心栗，可由U形铁芯单相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，但可以无需设置单独的转子位置检测元件，因而降低成本。
[0004]本发明解决所述技术问题的技术方案是U形铁芯单相永磁同步电动机驱动的小型离心栗，包括按照预定方向旋转的离心式叶轮和同轴传动所述叶轮的U形铁芯单相永磁同步电动机，该电动机包括:
[0005]--永磁转子，为径向两极充磁的圆柱形；
[0006]——定子，包括“U”字形的定子铁芯和该铁芯所穿越的定子绕组；该绕组按规定绕向接往交流电源；
[0007]—一所述“U”字形二臂上部成形为靠往所述永磁转子圆柱面左侧的左极靴和靠往所述永磁转子圆柱面右侧的右极靴，所述极靴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，转子磁极的轴线以定子的轴线为参照，沿设定的旋转方向偏转一锐角角度；
[0008]—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；
[0009]——具有一控制电路，控制所述开关的通断；
[0010]其特征在于:
[0011 ] ——叶轮直径为20?70mm ;
[0012]—一控制电路；包括检测电路和内置程序，该内置程序含按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起动控制步骤；所述步骤包括使极性相反的二种电压脉冲分别施加于所述绕组，并且:
[0013]—一每个脉冲施加前，转子仍位于所述锐角位置；
[0014]—一每个脉冲的能量小至使转子转离所述锐角位置在规定的角度以内；
[0015]——每个脉冲的波形相同；
[0016]检测这些脉冲各自在所述绕组产生的电流并比较它们的大小，当交流电源的极性与产生较小电流的电压脉冲的极性相同时接通所述开关，使所述交流电源向所述绕组持续输入交变电流。
[0017]驱动离心栗叶轮的U形铁芯单相永磁同步电动机的起动可设计在主磁通轴线的相反方向与永磁磁通轴线相交为所述锐角角度时接通此时的交流电源半波，转子磁极即被与其最靠近的定子磁极沿设定旋转方向推斥，因而使电动机按设定的旋转方向起动，这正是离心栗叶轮所需要的。若此时改为接通相反极性的交流电源半波，主磁通轴线的方向即调反，直接与永磁磁通轴线相交为所述锐角角度，转子磁极即改为被与其最靠近的定子磁极沿设定旋转方向的相反方向吸引，因而使电动机按设定的旋转方向的相反方向起动，这是离心栗叶轮所不允许的。对上述情况，本技术方案基于含或不含叶轮的转子具有适当的惯性和铁磁饱和原理，巧妙地发现和利用测定以规定极性和相同波形的脉冲施加于定子而转子由于转动惯量未转起来时的电流，转子永磁磁通与规定极性和相同波形的脉冲施加于定子产生的主磁通方向相同时对铁磁路增磁使定子电感下降以至电流增加和反之则电流减少该现象，对这些电流大小比较判断，可确定离心栗按规定转向启动所需交流电源的极性与永磁转子极性方位的配合状态，并在该配合状态下接通交流电源，达到电动机定向起动，因而可以无需设置单独的转子位置检测元件，降低成本。
[0018]尤其是，本技术方案降低了现有技术驱动小型离心栗的U形铁芯单相永磁同步电动机起动控制程序的复杂性和对元器件的快速响应性能及电路布置的电磁兼容要求，因而成本降低且产品性能更稳定。
[0019]本技术方案有以下进一步设计:
[0020]—一所述脉冲可以由直流电源配合开关电路产生，但比较简单可靠的方法是使交流电源半波电压由晶闸管按规定导通角施加于所述绕组形成；
[0021]—一所述导通角最好不大于所述交流电源1/8周期，以限制每个脉冲的能量小至使转子转离所述锐角位置在规定的角度以内。对具体电机，可通过实验确定更合适的数值；
[0022]—一所述脉冲依次的间隔最好不少于所述交流电源I个周期，以确保每个脉冲施加前，转子仍位于所述锐角位置。对具体离心栗，同样可通过实验确定更合适的数值。
【附图说明】
[0023]图1是本发明实施例离心栗基本机械结构主視图。
[0024]图2是本发明实施例离心栗电动机控制电路示意图。
[0025]图3是本发明实施例电动机第I种起动情况信号波形示意图；
[0026]图4是本发明实施例电动机第2种起动情况信号波形示意图；
[0027]图5是本发明实施例离心栗电动机电磁基本结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]本发明实施例离心栗基本机械结构如图1所示，包括:
[0029]一一U形铁芯单相永磁同步电动机(图1示出该电动机定子的叠片铁芯3和绕组12以及永磁转子I的剖面)及其经一启动机构同轴传动的离心式叶轮105。离心式叶轮105具有4个叶片；按水压要求，叶片数也可以为3、5或6，但最好不要多于8片，且若采用奇数片，更有利于降低振动噪声。叶轮为注塑成型，直径60_。叶轮不宜过大以至转动惯量过大，以配合电动机仍不太大的启动力矩；但也不宜过小，以具有足够的适应本发明启动方法的转动惯量。
[0030]环绕叶轮起祸壳作用的栗盖106 ；
[0031]——支承或/和封闭所述永磁同步电动机、叶轮105和栗盖106的栗体107、轴承108和密封圈109等附件；
[0032]—一转子筒171，插于所述永磁同步电动机的定、转子间起隔水作用。
[0033]上述U形铁芯单相永磁同步电动机的电磁基本结构如图5所示，包括:
[0034]--径向两极充磁的圆柱形永磁转子I ;
[0035]一一定子2，包括图示“U”字形的叠片铁芯3和定子绕组12 ;定子绕组12缠绕于左、右二个塑料线圈架121后被表层塑料122塑封为一整体；铁芯3的左臂31和右臂32分别穿越塑料线圈架121左、右二个内孔后露出的上部形成极面靠往转子I圆柱面左侧和右侧的左极靴311和右极靴316 ;极面形状为内凹而成阶梯连接的二段与转子I同轴的圆弧面:沿顺时针方向，先是半径较大的圆弧面，然后是半径较小的圆弧面；左极靴311的上、下极尖所在平面和右极靴316的上、下极尖所在平面均与图示“U”字形的对称轴30平行，定子磁场轴线20则与对称轴30垂直。因此，永磁转子I的磁极轴线10即相对于定子磁场轴线20向气隙短即磁阻小的方向即顺时针方向自然偏转一角度β0，构成启动角。该设计可避免在自由状态下转子停留于其轴线与定子凸极的轴线重合而使通电时启动转矩为零的所谓“死点”位置，所形成的磁阻转矩还有利于防止运转中的转子于交流电流过零时不产生转矩而停转；
[0036]上述定子结构以图示“U”字形垂直的二臂31、32为极身和底部的水平段33为磁轭，但也有以图示“U”字形底部的水平段为极身和垂直的二臂为磁轭的结构，后者的定子绕组缠绕于极身仅I个线圈架上。
[0037]关于U形铁芯单相永磁同步电动机更详细的资料可见机械工业出版社2009年版《小功率永磁电机原理、设计及应用》。
[0038]本发明实施例离心栗电动机控制电路如图2所示，包括:
[0039]—一双向晶闸管4，其主电极与绕组12串联后接往交流电源端子5 ;
[0040]--单片机6，其输出电路63接往双向晶闸管4的触发极41，若输出脉冲即触发晶闸管4导通，此时的交流电源半波电压即开始施加于输入绕组12直至该半波过零结束，与该电压同步和有所滞后的脉冲电流输入绕组12。
[0041]一一由电阻7和二极管8、9以及5V直流电源VDD组成的整形电路，其输入接往交流电源端子5，输出B在交流电源端子5的电压极性正半波时为I而负半