专利名称：一种永磁电动机及其运行方法
技术领域：
本发明属于电机领域，尤其涉及一种永磁电动机及其运行方法。
背景技术：
永磁电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移(或直线位移)的执行元件，供电电源是脉冲电源而不是直流电源或正弦交流电源，永磁电动机包括一个永磁转子、线圈绕组和导磁定子，脉冲电源给线圈绕组通电，产生一个电磁场，分为北极和南极，定子产生的磁场使转子转动到与定子磁场对直，通过改变线圈的通电顺序可使定子磁场在空间旋转时，转子跟随磁场同步旋转。永磁同步电动机具有体积小、效率高、可靠性好以及对环境适应性强等优点，已经广泛应用于工业、国防、家电等领域的驱动系统。
永磁电动机需要获得转子磁极位置和转速的信息，这些信息通常由传感器获得。传统的永磁同步电动机采用的是带传感器定位的结构来确定绕组通电的位置，启动力矩大，运转平稳。但由于需要在电动机的内部装上传感器件，使系统的故障率很高，可靠性相对较弱。为此人们研制了另外一种用电机线圈反馈电动势的控制技术，有效解决了电机内部安装传感器造成系统的不可靠的问题。但由于这种技术中电源供给频率和绕组的频率不是同相位，在电机启动时转子没有转动到特定的相位绕组下，因此启动时失步的概率高，经常达到70％以上。在失步状态下，电机的转矩非常小而且有不规则的正反方向转动，震动大，对电机自身影响很大而且使电机的应用受到限制。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种永磁电动机，旨在解决现有技术的永磁同步电动机启动时失步概率高的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种永磁电动机的运行方法，包括下述步骤加载定位脉冲，使电机转子的一个磁极定位于相邻的两相定子绕组之间；加载运行脉冲使电机运转，运行脉冲中的首个脉冲加载于相邻的两相定子绕组的任意一个上，运行脉冲按照三相的形式分步输出。
本发明实施例的另一目的在于提供一种永磁电动机，包括由转子、定子构成的电机以及控制电机的控制器，控制器包括启动前控制单元，用于在启动前向电机输出定位脉冲，使转子一个磁极定位于定子的相邻的两相定子绕组之间；运行控制单元，用于在转子定位后向电机输出运行脉冲使电机运转，其中运行脉冲的首个脉冲加载于相邻的两相定子绕组的任意一个上，运行脉冲按照三相的形式分步输出。
本发明实施例提供的永磁电动机及其运行方法，在启动前将转子定位在两相绕组之间，启动时运行脉冲的首个脉冲加载在这两相绕组的任意一个上，使转子直接从定位位置旋转，防止启动时的失步现象发生。
图1是本发明实施例提供的永磁电动机运行方法的流程图；图2是本发明实施例提供的永磁电动机的示意图；图3是本发明实施例提供的电机的示意图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的永磁电动机及其运行方法，通过加载定位脉冲使电机转子的一个磁极定位于相邻的两相定子绕组之间，并将驱动电机运行的运行脉冲的首个脉冲加载在相邻的两相定子绕组的任意一个上，使转子提前定位，防止失步现象发生。
以下将结合图1描述本发明实施例提供的永磁电动机的运行方法，本发明实施例的永磁电动机为三相同步电机。
在步骤101中，向永磁电动机的定子的某相定子绕组发送一个定位脉冲，宽度为0.01S-1S，使转子定位在这个绕组下，定位后的转子的一个磁极位于相邻的另外两相定子绕组之间；在步骤103中，输出一组运行脉冲，驱动电机运转，其中这组脉冲的首个脉冲加载在步骤101中相邻的另外两相定子绕组中的任意一相绕组上，这组运行脉冲宽度为0.9S-0.05S，脉冲的数量在3到500之间，按照三相的形式分步输出；在步骤105中，在电机的运转到达一定速度或电机运行完步骤103中输出的脉冲时获得电机的反向电动势；在步骤107中，对反向电动势进行过零运算，运算后的信号时间和相位排列与转子相位同步；在步骤109中，根据步骤107中的运算结果驱动电机自动运转。
以下将结合本发明实施例的永磁电动机详细描述本发明实施例提供的永磁电动机的运行方法.
图2所示为本发明实施例提供的永磁电动机的示意图。如图2所示，本发明实施例提供的永磁电动机10为三相同步电机，三相桥式开关电路15分别与永磁电机19的三相绕组连接，控制器11控制三相桥式开关电路15的每相各个绕组的开关操作，三相功率放大器13用于放大控制器11输出的脉冲，放大后的脉冲通过三相桥式开关电路15到达定子的各相绕组，改变绕组的通电的顺序与时间。过零电势反馈电路17用于将获得永磁电机19的反馈电动势提供给控制器11，本发明实施例的永磁电动机10的工作原理下文将详细描述。
图3所示为本发明实施例提供的永磁电机19的示意图。如图3所示，永磁电机19的定子191上A相分别缠绕有绕组A1和A2，B相分别缠绕有绕组B1、B2、C相分别缠绕有绕组C1、C2，转子193为永磁体，包括两个南极S1、S2和两个北极N1、N2。
以下将结合图2和图3详细说明本发明实施例永磁电动机的工作原理。
永磁电动机10启动之前，永磁电机19完全静止，转子193的磁极可能停在圆周方向任何一个位置。在控制器11接通电源后，控制器11的启动前控制单元110向三相功率放大器13输出一个宽度为0.01S-1S的脉冲，经三相功率放大器13进行放大处理后输出至三相桥式开关电路15，同时控制器11的启动前控制单元110向三相桥式开关电路15发送导通命令，使三相桥式开关电路15导通A相绕组A1，这样三相功率放大器13放大的这个脉冲就能够只供给永磁电机19的A相绕组A1，作为定位脉冲。如图3所示，永磁电机19的A相绕组A1通电后，产生磁场，受电磁的吸力控制，永磁电机19的转子193的磁极N1朝向A相绕组A1旋转，并最终定位在A相绕组A1下，完成转子193的定位。如图所示，此时磁极S1定位B相绕组B1和C相绕组C1之间，需要指出的是，C相绕组C1也是启动时的脉冲中首个脉冲所加载的绕组。
在转子193被定位后，控制器11的运行控制单元113向三相功率放大器13输出一组按照三相形式分步输出的脉冲，脉冲宽度为0.9S-0.05S，脉冲的数量在3到500之间，这组脉冲经三相功率放大器13放大后，输出至三相桥式开关电路15，同时运行控制单元113向三相桥式开关电路15发出导通命令，导通所有绕组，并且控制三相桥式开关电路15最先导通C相绕组C1，使得这组三相脉冲的首个脉冲加载在C相绕组C1上，其余脉冲可依次加载在绕组C1之后导通的其它绕组上，以此驱动电机运转。
由于已经将转子193的磁极S1定位在图3所示B相绕组B1和C相绕组C1之间的位置，因此绕组C1首先通电后，转子193可以直接从图3所示的位置顺时针旋转，不会出现启动时失步的现象。当然，转子193也可以从图3所示的位置逆时针旋转，只要运行控制单元113改变加载首个脉冲的绕组，使第一个脉冲加载在B相绕组B1上即可。同理，首个脉冲加载在B相绕组B2或C相绕组C2上都可以实现避免失步。由于已经提前固定转子和绕组相位之间的位置，所以永磁电机19可以按照脉冲的时间同步平稳运转。
当永磁电机19运转达到一定速度或运行完运行控制单元113输出的3到500个脉冲后，过零运算单元115获取永磁电机19的三相感应电动势，并输出给控制器11的过零运算单元115，过零运算单元115进行过零运算，运算后的信号时间和相位排列与转子相位同步，然后过零运算单元115将运算结果反馈给运行控制单元113，运行控制单元113依照运算结果通过控制三相功率放大器13和三相桥式开关电路15驱动永磁电机19，使永磁电机19获得同步的三相电力，实现自动正常运转。
过零电势反馈电路17可采用现有技术的灵敏度较高的过零电势反馈电路，在永磁电机19降速到接近停止转动前，依然可以接收到反馈电动势，使永磁电机19自动运转。永磁电机19静止后，如果有需要可重新启动再次运转。
控制器11可以为单片机，实现控制器中各个单元功能的程序可以通过电脑写入单片机中。加载定位脉冲的绕组不仅限于实施例中所述的A1绕组上，使用者可根据需要将定位脉冲加载在其它绕组上，而运行脉冲的首个脉冲根据加载定位脉冲的绕组变化，而且定位脉冲和运行脉冲的首个脉冲不仅可以加载在某相的某个绕组上，也可以加载这一相的所有绕组上，在只要能实现本发明所述的功能即可。
本发明实施例提供的永磁电动机及其运行方法通过采用定位脉冲的方式，将转子的磁极提前固定在两相绕组之间，把启动时首个脉冲加载在这两相绕组中的任意一相绕组上，使转子在启动时直接从定位位置旋转，有效的解决了启动时的失步问题。此外，由于控制器是通过单片机的控制形式实现的，因此硬件结构简单可靠。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种永磁电动机的运行方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤加载定位脉冲，使电机转子的一个磁极定位于相邻的两相定子绕组之间；加载运行脉冲使电机运转，所述运行脉冲按照三相的形式分步输出，所述运行脉冲中的首个脉冲加载于所述相邻的两相定子绕组的任意一个上。
2.如权利要求1所述的永磁电动机的运行方法，其特征在于，在加载运行脉冲使电机运转之后进一步包括在电机运行到达一定速度或电机运行完所述运行脉冲时获得电机的反向电动势；对所述反向电动势进行过零运算；根据运算结果驱动电机自动运转。
3.如权利要求1所述的永磁电动机的运行方法，其特征在于，所述永磁电动机为三相同步电动机，所述定位脉冲加载于区别所述两相定子绕组的另一相定子绕组上，所述定位脉冲为0.01S-1S。
4.如权利要求1所述的永磁电动机的运行方法，其特征在于，所述运行脉冲为0.9S-0.05S，脉冲的数量在3到500之间。
5.一种永磁电动机，包括由转子、定子构成的电机以及控制电机的控制器，其特征在于所述控制器包括一启动前控制单元，用于在启动前向电机输出定位脉冲，使所述转子一个磁极定位于所述定子的相邻的两相定子绕组之间；一运行控制单元，用于在所述转子定位后向所述电机输出运行脉冲使电机运转，其中所述运行脉冲的首个脉冲加载于所述相邻的两相定子绕组的任意一个上，所述运行脉冲按照三相的形式分步输出。
6.如权利要求5所述的永磁电动机，其特征在于，所述控制器进一步包括一过零运算单元，所述永磁电动机还进一步包括过零运算电路，用于在电机运行到达一定速度或电机运行完所述运行脉冲时获得电机的反向电动势，并反馈给所述过零运算单元进行运算，所述过零运算单元将运算结果发送给所述运行控制单元，由所述运行控制单元根据运算结果驱动电机。
7.如权利要求5所述的永磁电动机，其特征在于，所述永磁电动机为三相同步电动机，所述永磁电动机进一步包括一三相桥式开关电路，由所述控制器控制，并分别连接所述定子的各相绕组；所述启动前控制单元通过控制所述三相桥式开关电路将所述定位脉冲加载到区别所述两相定子绕组的另一相定子绕组上；所述运行控制单元控制所述三相桥式开关电路将所述首个脉冲加载于所述相邻的两相定子绕组的任意一个上。
8.如权利要求7所述的永磁电动机，其特征在于，所述永磁电动机进一步包括一三相功率放大器，分别与所述控制器和所述三相桥式开关电路相连，用于放大所述控制器输出的脉冲。
9.如权利要求6所述的永磁电动机，其特征在于，所述运行脉冲为0.9S-0.05S，脉冲的数量在3到500之间；所述定位脉冲为0.01S-1S。
全文摘要
本发明适用于电机领域，提供了一种永磁电动机及其运行方法，所述运行方法包括下述步骤加载定位脉冲，使电机转子的一个磁极定位于相邻的两相定子绕组之间；加载运行脉冲使电机运转，运行脉冲中的首个脉冲加载于相邻的两相定子绕组的任意一个上，所述运行脉冲按照三相的形式分步输出。这种永磁电动机的运行使转子直接从定位位置旋转，防止启动时发生失步。
文档编号H02K21/12GK101043193SQ20071007416
公开日2007年9月26日 申请日期2007年4月28日 优先权日2007年4月28日
发明者白晶辉 申请人:白晶辉, 廖昌令