专利名称：水泵电机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制水泵电机运转的装置，特别是一种潜水泵电机的控制装置。
背景技术：
水泵在抽水时，水池中的水位会慢慢降低，当水位低于水泵的工作水位时，容易 引起水泵空转，这时，水泵的叶轮、电机转子和轴承等得不到水的散热，如果电机继 续高速运转，则容易造成水泵摩擦发热而损坏电机。为了防止水泵电机空转，保护电 机的使用， 一般在水泵上都会安装有控制水泵电机停转的控制装置。
传统的水泵电机控制装置多为机械开关(即浮子开关)，如图7所示，通过水的浮
力来控制开关的启闭，当水位满到一定的位置Ai时，浮子开关r在水的浮力作用下向
上浮起，里面的钢球2'自动下降离开微动开关3'，此时微动开关3'自动打开，水泵4'开 始工作；当水位下降到一定的位置A2时，浮子开关l'在自身的重力作用下自动下垂， 里面的钢球2'自动下降压紧微动开关3'，此时微动开关3'自动关闭，水泵4'停止工作。 又如专利号为ZL200420110435.3的中国实用新型《一种浮球式水泵水位控制器》同样 公开了一种浮球式水泵水位控制器，包括开关、浮球，其中开关设在密闭的浮球内， 与开关连接的电线从浮球中引出，浮球内腔中制有滚槽，开关的按键设在滚槽的一 端，滚槽中放置有滚球，滚槽中制有限位筋条，采用两头宽、中间窄的葫芦形状。使 用时将电线固定、浮球浮于水面，当水位上升或下降，浮球倾斜达到一定角度时，滚 球滚动，触动开关实现控制。
但是，上述传统结构的机械式开关(浮子开关)是通过检测水位来控制水泵电机 停转，当水位一下降到浮子开关的倾斜水位时，浮子开关即受到重力作用下垂并进而 关闭水泵电机开关，于是，很可能在还没有抽到最低水位的时候水泵就可能停止工作 了；其次，机械式开关只能判断水位的高低来控制水泵的停转，在水位正常的情况 下，无法对水泵电机的异常工作状态作出反映，不具有防止水泵堵转和干运行的保护 功能，影响水泵的使用寿命；另外，采用机械开关的控制电路中，强弱电是是连在一 起的，没有抗干扰设计，无法提高电器设备的使用安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种通过感应电机的 转速而控制水泵运转的水泵电机控制装置。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为该水泵电机控制装置，包括有设 置在水泵泵壳内的电机，所述的电机具有电机轴，其特征在于，还包括有 磁铁，设置在所述的电机轴上；
霍尔元件，用于测试所述电机的转速，所述的霍尔元件紧靠所述磁铁设置，该霍 尔元件包括有电源正极输入端、接地端和检测电机转速的信号输出端；以及
电子开关，安装在所述泵壳内，所述的电子开关内设置有用于控制电机启动和停 转的控制电路，所述控制电路包括有接收所述电机转速信号的控制输入端和用于控制 电机启动和停转的控制输出端，其中，所述霍尔元件的信号输出端和该控制电路的控 制输入端相电连，所述电机的电源输入端和该控制电路的控制输出端相电连。
所述控制电路由外接的交流电源供电，该控制电路可以包括有如下的功能模块
电源转换电路，将交流电源经整流滤波转输出为第一直流电源和第二直流电源；
比较电路，由所述电源转换电路输出的第一直流电源供电，该比较电路包括有一 比较输入端和比较输出端，所述的比较输入端接收来自所述霍尔元件的电机转速检测 信号，并从所述的比较输出端输出一电机工作状态设定信号；以及
执行电路，由所述电源转换电路输出端的第二直流电源供电，接收所述比较电路 的比较输出信号，并将该比较输出信号转换为一控制信号而控制电机的启动和停转。
所述比较电路可以由各种电路来实现，作为优选，该比较电路以SN2051B—14单片 机为核心，该单片机的PO.O/I引脚作为比较输入端和所述霍尔元件的信号输出端相连， 该霍尔元件的电源正极输入端和所述第一直流电源的正极相连，所述单片机的P5.4引 脚作为比较输出端和所述执行电路的输入端相连，该单片机的电源正极输入端和所述 第一直流电源的正极相连，该单片机的电源负极接地，并且，所述单片机的P2.0引脚 经第一电感接地，单片机的P2.1引脚经第二电感接地，单片机的？2.2引脚经第三电感接 地，单片机的P2.3引脚经第四电感接地，所述的第一电感、第二电感、第三电感和第 四电感组成一个8421码，该单片机的P1.3引脚和P1.2引脚之间还串接有一晶振器。
所述的执行电路也可以由各种现有的电路实现，作为优选，可以包括有光耦、 PNP型三极管、二极管和继电器，其中，所述比较电路的比较输出端经第五电阻和所 述光耦的发光二极管阳极相连，该光耦的发光二极管阴极接地，所述光耦的三极管发 射极接地，该光耦的三极管集电极和所述PNP型三极管的基极相连，所述三极管的集 电极和所述光耦的三极管发射极共接于地，所述三极管的发射极一路和所述继电器线 圈的一端相连，另一路和所述二极管的阳极相连，该二极管的阴极一路和所述继电器 线圈的另一端相连，另一路和所述第二直流电源正极相连，所述继电器的常开触点接 外部交流电源的输入端，该继电器的常闭触点接所述电机的热保护器。
作为优选，所述的电源转换电路可以包括有双绕组输出的变压器、第一整流桥、 第二整流桥和具有输入端、输出端及接地端的三端稳压器，所述变压器的输入绕组两端连接所述的交流电源，
其中，所述变压器的第一输出绕组的两端分别和第一整流桥的两个输入端相连， 该第一整流桥的第一输出端一路接地，另一路和第一电解电容的的负极相连，第一整 流桥的第二输出端一路和所述稳压管的输入端相连，另一路和第一电解电容的正极相 连，所述稳压管的输出端经第三电容接地，该稳压管的输出端即为所述的第一直流电 源正极；
所述变压器的第二输出绕组的两端分别和第二整流桥的两个输入端相连，该第二 整流桥的第一输出端接地，该第二整流桥的第二输出端即为所述的第二直流电源正极 而一路和第二电解电容的正极相连，另一路和所述执行电路的电源正极输入端相连。
为了能够实现水泵在水位高出设定高度时能够自动启动并抽水，所述的水泵在泵 壳之外还设置有一水位感应器，所述的控制电路还包括有一触发端，其中，所述的水 位感应器包括有绝缘壳体和分别设置在壳体相对两侧的第一触点与第二触点，所述的 第一触点、第二触点在浸水后导通，并且，所述的第一触点接地，所述的第二触点经 过一感应电路和所述控制电路的触发端相电连。
所述的感应电路可以有现有技术中的各种电路实现，作为优选，以比较器为核 心，其中，所述的第二触点一路经第一电阻接所述霍尔元件的电源正极输入端，另一 路经第四电阻和所述比较器的负极输入端相连，该比较器的负极输入端和地之间还串 接有第四电容，所述比较器的正极输入端一路经第二电阻和所述霍尔元件的电源正极 输入端相连，另一路经第三电阻接地，该比较器的输出端直接和所述控制电路的触发 端相连。
为了能够将霍尔元件靠近磁铁固定，可以通过以下方式实现霍尔元件的安装，所 述的电机轴在位于电机后盖的端部开设有一偏心孔，所述的磁铁固定在该偏心孔内， 所述的后盖上还固定有一压板，所述霍尔元件紧靠所述磁铁设置并固定在该压板上。
与现有技术相比，本发明的优点在于用电子开关代替了传统的机械式开关(浮 子开关)，通过检测电机的转速来控制电机的启动和停转，电机能够在水泵抽到最低 水位后再停机，避免了机械式开关在没有抽到最低水位时因为浮子自重作用而关闭水 泵开关的缺陷；其次，传统的机械式开关没有电机堵转和干运行保护的功能，需要依 靠人的经验来判断电机运转是否正常，而采用电子开关后，因为可以检测电机的转 速，通过转速可以判断电机运转是否正常；本发明的电子开关将强弱电通过光感原件 (如光耦)进行了隔离，能够避免外露的水位感应器的触点跟强电相通，大大提高了 安全性，同时也有利于保护水泵，延长水泵的使用寿命。
图1为本发明实施例的水泵立体结构示意图。图2为图l所示水泵的局部剖视图。
图3为图2中所示电机轴的局部放大图。
图4为图2中所示的I部局部放大图。
图5为图2中所示A-A向的局部剖视图。
图6为本发明实施例的水泵电子开关控制电路图。
图7为本发明带有水位感应器的水泵电子开关控制电路图。
图8为现有技术中的水泵机械式浮子开关的结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。 如图1 图5所示，为本发明实施例的水泵结构示意图。
该水泵包括有泵壳l和设置在泵壳l内的电机，水泵电机具有电机轴2，电机轴2在 位于电机后盖3的端部偏心位置开设有一偏心孔，磁铁4固定在该偏心孔内，电机后盖3 上还螺钉6连接有一压板5，用于测试电机转速的霍尔元件H固定在压板5的底部并紧靠 磁铁4设置；
在水泵的泵壳1内还安装有启动电容7和控制电机停转的电子开关8，启动电容7的 设置属于常规结构，该启动电容7的下方通常设置有压块71，电子开关8位于电机后盖3 的上方，电子开关8内设置有用于控制电机启动和停转的控制电路，控制电路由外接的 230V交流电源供电；
为了能够实现水泵在水位高出预定高度后能够自动启动抽水，还可以在泵壳之外 设置有一水位感应器9，水位感应器9包括有绝缘壳体91和分别设置在壳体相对两侧的 第一触点921与第二触点922，当水浸过第一触点921、第二触点922后，第一触点921和 第二触点922即导通；
其中，电子开关8中的控制电路包括有接收电机转速信号的控制输入端、用于控制 电机启动和停转的控制输出端和触发端，霍尔元件H包括有电源正极输入端Hv、接地 端Hg和检测电机转速的信号输出端Ho，霍尔元件的信号输出端和该控制电路的控制输 入端相电连，电机的电源输入端和该控制电路的控制输出端相电连，第一触点921接 地，第二触点922经过一感应电路和控制电路的触发端相电连。
如图6所示，为本实施例实现控制电路功能的具体电路连接图，该控制电路包括有 如下几个功能模块
电源转换电路，将交流电源经整流滤波转输出为第一直流电源和第二直流电源； 比较电路，由电源转换电路输出的第一直流电源供电，该比较电路包括有一比较 输入端和比较输出端，比较输入端接收来自所述霍尔元件的电机转速检测信号，并从比较输出端输出一电机工作状态设定信号；以及
执行电路，由电源转换电路输出端的第二直流电源供电，接收述比较电路的比较 输出信号，并将该比较输出信号转换为一控制信号而控制电机的启动和停转。
其中，电源转换电路具体包括有双绕组输出的变压器T、第一整流桥D1、第二整 流桥D2和具有输入端Vin、输出端Vout及接地端GND的三端稳压器Ul，变压器T的输 入绕组L两端连接交流电源，于是，变压器T的第一输出绕组L'的两端分别和第一整流 桥D1的两个输入端相连，该第一整流桥D1的第一输出端一路接地，另一路和第一电解 电容C1的负极相连，第一整流桥D1的第二输出端一路和稳压管U1的输入端相连，另一 路和第一电解电容C1的正极相连，稳压管U1的输出端经第三电容C3接地，该稳压管 Ul的输出端Voiit即为第一直流电源正极，输出电压为5V的直流电源；
变压器T的第二输出绕组L"的两端分别和第二整流桥D2的两个输入端相连，该第 二整流桥D2的第一输出端接地，该第二整流桥D2的第二输出端即为第二直流电源正极 而输出电压为12V的直流电源，并且，第二整流桥D2的第二输出端和第二电解电容C2 的正极相连。
比较电路以SN2051B—14单片机IC2为核心，执行电路包括有光耦U2、 PNP型三极 管Q、 二极管D和继电器J，其中，单片机IC2的P0.0/I引脚作为比较输入端和安装在电 机后盖上的霍尔元件H的信号输出端Ho相连，该霍尔元件H的电源正极输入端Hv和稳 压管U1输出端(即电压为5V的第一直流电源的正极)相连，霍尔元件H的接地端Hg接 地；稳压管Ul的输出端Uout (第一直流电源的正极)和单片机IC2的电源正极输入端 VDD相连，为该比较电路提供5V工作电压，单片机IC2的电源负极VSS接地，单片机 IC2的P2.0引脚经第一电感L1接地，单片机IC2的P2.1引脚经第二电感L2接地，单片机 IC2的P2.2引脚经第三电感L3接地，单片机IC2的P2.3引脚经第四电感L4接地，并且， 第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4组成一个8421码X，单片机IC2的 P1.3引脚和P1.2引脚之间还串接有一频率为12MHz的晶振器Y;
单片机IC2的P5.4引脚作为比较电路的比较输出端经第五电阻R5和光耦U2的发光 二极管阳极相连，光耦U2的发光二极管阴极接地，光耦U2的三极管发射极接地，该光 耦U2的三极管集电极和PNP型三极管Q的基极相连，三极管Q的集电极和光耦U2的三 极管发射极共接于地，三极管Q的发射极一路和继电器J线圈的一端相连，另一路和二 极管D的阳极相连，该二极管D的阴极一路和继电器J线圈的另一端相连，另一路和第 二电解电容C2的正极相连，继电器J的常开触点No接外部交流电源的输入端，该继电 器啲常闭触点Nc接电机的热保护器。
如图7所示，为安装有水位感应器后的水泵控制电路的电路连接图，该电路图和图 6的差别是增加了 一个感应电路。
9其中，所述的感应电路以型号为LM393的比较器IC1为核心，水位感应器上的第二 触点P2—路经第一电阻Rl接霍尔元件H的电源正极输入端Hv，另一路经第四电阻R4和 比较器ICl的负极输入端b相连，该比较器ICl的负极输入端b和地之间还串接有第四电 容C4，比较器ICl的正极输入端a—路经第二电阻R2和霍尔元件H的电源正极输入端Hv 相连，另一路经第三电阻R3接地，该比较器ICl的输出端c直接和作为控制电路触发端 的单片机P1.0引脚相连。
本实施例的工作原理为
当水泵初次通电，继电器吸合，水泵开始工作，此时霍尔元件感应安装在电机轴 端部偏心位置上的磁铁发出的转速信号，并将该转速信号通过单片机的P0.0/I弓I脚传入 单片机中，在单片机中己设定好电机干运转、堵转和正常运转的转速范围，即8421 码，单片机通过对霍尔元件接收到的信号来计算出此时的水泵转速；
当单片机判断此时的电机转速在干运转(没有负载空转)范围内时，则发出停机 信号，即单片机的P5.4引脚输出高电平，此时，光耦导通，进而使得三极管也导通， 继电器断开，水泵停止工作，通常水泵在干运转10s后即会自动停机，需要重新插拔电 源插头才能使得水泵重新工作；
当单片机判断此时的电机转速在堵转范围内时，则同样发出停机信号，即单片机
的P5.4引脚输出高电平，光耦导通，三极管导通，继电器断开，水泵停止工作，插拔
电源插头才能使得水泵重新工作；
当单片机判断此时的转速在正常运转范围内时，则发出工作信号，即此时单片机
的P5.4引脚输出低电平，光耦的发光二极管上无压降，光耦不导通，三极管截止，继
电器仍然吸合，水泵仍然正常工作。
若水泵上还安装有水位感应器，则当水泵放在水中时，若水位升高并将水位感应 器壳体上的第一触点和第二触点浸没的时候，此时，第一触点和第二触点导通形成会 路，比较器翻转并输出一个高电平给单片机的P1.0引脚，单片机获得触发信号而输出 一个高电平，于是，继电器吸合，电机获得开机信号，水泵开始工作，霍尔元件同时 开始检测电机的转速。
当水位低于水泵的最低吸水位置时，单片机发出停机信号，水泵停止工作；当水 泵被堵转时，单片机发出停机信号，水泵停止工作。当水泵停转后，需要重新插拔电 源插头来启动电机。
本实施例的水泵通过霍尔元件检测电机的转速进而控制电机的停转，起到保护水 泵的目的，并结合了水位感应器来实现电机的自动启动，使用更加方便、可靠。采用 本实施例的水泵电机控制装置，通过对电机转速的检测能够保证在抽到最低水位时电机才停止工作，提高了抽水效率；此外，同时实现了对堵转和干运转两种情况下的电 机保护，延长了电机使用寿命；并且，本实施例中的具体电路图中还采用了光耦元件 实现了强弱电的隔离，确保了电器使用的安全性。
权利要求
1、一种水泵电机控制装置，包括有设置在水泵泵壳(1)内的电机，所述的电机具有电机轴(2)，其特征在于，还包括有磁铁(4)，设置在所述的电机轴上；霍尔元件(H)，用于测试所述电机的转速，所述的霍尔元(H)件紧靠所述磁铁(4)设置，该霍尔元件(H)包括有电源正极输入端(Hv)、接地端(Hg)和检测电机转速的信号输出端(Ho)；以及电子开关(8)，安装在所述泵壳(1)内，所述的电子开关(8)内设置有用于控制电机启动和停转的控制电路，所述控制电路包括有接收所述电机转速信号的控制输入端和用于控制电机启动和停转的控制输出端，其中，所述霍尔元件(H)的信号输出端(Ho)和该控制电路的控制输入端相电连，所述电机的电源输入端和该控制电路的控制输出端相电连。
2、 根据权利要求l所述的水泵电机控制装置，其特征在于所述控制电路由外接 的交流电源供电，该控制电路包括有电源转换电路(A)，将交流电源经整流滤波转输出为第一直流电源和第二直流电源；比较电路(B)，由所述电源转换电路输出的第一直流电源供电，该比较电路包括有 一比较输入端和比较输出端，所述的比较输入端接收来自所述霍尔元件的电机转速检 测信号，并从所述的比较输出端输出一电机工作状态设定信号；以及执行电路(E)，由所述电源转换电路输出端的第二直流电源供电，接收所述比较电 路的比较输出信号，并将该比较输出信号转换为一控制信号而控制电机的启动和停 转。
3、 根据权利要求2所述的水泵电机控制装置，其特征在于所述比较电路(B)以 SN2051B—14单片机(IC2)为核心，该单片机(IC2)的P0.0/I引脚作为比较输入端和所述霍 尔元件(H)的信号输出端(Ho)相连，该霍尔元件(H)的电源正极输入端(Hv)和所述第一直 流电源的正极相连，所述单片机(IC2)的P5.4引脚作为比较输出端和所述执行电路(E)的 输入端相连，该单片机(IC2)的电源正极输入端和所述第一直流电源的正极相连，该单 片机(IC2)的电源负极接地，并且，所述单片机(IC2)的P2.0引脚经第一电感(C1)接地， 单片机(IC2)的P2.1引脚经第二电感(C2)接地，单片机(IC2)的P2.2引脚经第三电感(C3)接 地，单片机(IC2)的P2.3引脚经第四电感(C4)接地，所述的第一电感(L1)、第二电感(L2) 、第三电感(L3)和第四电感(L4)组成一个8421码，该单片机(IC2)的P1.3引脚和P1.2引脚 之间还串接有一晶振器(Y)。
4、 根据权利要求2所述的水泵电机控制装置，其特征在于所述的执行电路(E)包括有光耦(U2)、 PNP型三极管(Q)、 二极管(D)和继电器(J)，其中，所述比较电路(B)的 比较输出端经第五电阻(R5)和所述光耦(U2)的发光二极管阳极相连，该光耦(U2)的发光 二极管阴极接地，所述光耦(U2)的三极管发射极接地，该光耦(U2)的三极管集电极和 所述PNP型三极管(Q)的基极相连，所述三极管(Q)的集电极和所述光耦(U2)的三极管发 射极共接于地，所述三极管(Q)的发射极一路和所述继电器(J)线圈的一端相连，另一路 和所述二极管(D)的阳极相连，该二极管(D)的阴极一路和所述继电器(J)线圈的另一端 相连，另一路和所述第二直流电源正极相连，所述继电器(J)的常开触点(No)接外部交 流电源的输入端，该继电器(J)的常闭触点(Nc)接所述电机的热保护器。
5、 根据权利要求2所述的水泵电机控制装置，其特征在于所述的电源转换电路 (A)包括有双绕组输出的变压器(T)、第一整流桥(D1)、第二整流桥(D2)和具有输入端( Vin)、输出端(Vout)及接地端(GND)的三端稳压器(Ul)，所述变压器(T)的输入绕组两端 连接所述的交流电源，其中，所述变压器(T)的第一输出绕组(L')的两端分别和第一整流桥(D1)的两个输入 端相连，该第一整流桥(D1)的第一输出端一路接地，另一路和第一电解电容(C1)的的 负极相连，第一整流桥(D1)的第二输出端一路和所述稳压管(U1)的输入端相连，另一 路和第一电解电容(C1)的正极相连，所述稳压管(U1)的输出端经第三电容(C3)接地，该 稳压管(U1)的输出端即为所述的第一直流电源正极；所述变压器(T)的第二输出绕组(L")的两端分别和第二整流桥(D2)的两个输入端相 连，该第二整流桥(D2)的第一输出端接地，该第二整流桥(D2)的第二输出端即为所述 的第二直流电源正极而一路和第二电解电容(C2)的正极相连，另一路和所述执行电路 (E)的电源正极输入端相连。
6、 根据权利要求1 5中任一权利要求所述的水泵电机控制装置，其特征在于所 述的水泵在泵壳(1)之外还设置有一水位感应器(9)，所述的控制电路(B)还包括有一触发 端，其中，所述的水位感应器(9)包括有绝缘壳体(91)和分别设置在壳体(91)相对两侧的 第一触点与第二触点，所述的第一触点、第二触点浸水后导通，并且，所述的第一触 点接地，所述的第二触点经过一感应电路(F)和所述控制电路(B)的触发端相电连。
7、 根据权利要求6所述的水泵电机控制装置，其特征在于所述的感应电路(F)以 比较器(IC1)为核心，其中，所述的第二触点一路经第一电阻(R1)接所述霍尔元件(H)的 电源正极输入端(Hv)，另一路经第四电阻(R4)和所述比较器(ICl)的负极输入端(b)相 连，该比较器(ICl)的负极输入端(b)和地之间还串接有第四电容(C4),所述比较器(IC1) 的正极输入端(a)—路经第二电阻(R2)和所述霍尔元件(H)的电源正极输入端(Hv)相连， 另一路经第三电阻(R3)接地，该比较器(ICl)的输出端(c)直接和所述控制电路(B)的触发 端相连。
8、 根据权利要求l要求所述的水泵电机控制装置，其特征在于所述的电机轴在位于电机后盖(3)的端部开设有一偏心孔，所述的磁铁(4)固定在该偏心孔内，所述的后 盖(3)上还固定有一压板(5)，所述霍尔元件(H)紧靠所述磁铁(4)设置并固定在该压板(5) 上。
全文摘要
一种水泵电机控制装置，包括有设置在水泵泵壳内的电机，电机具有电机轴，其特征在于还包括磁铁；霍尔元件以及安装在泵壳内的电子开关，电子开关内设置有用于控制电机启动和停转的控制电路，控制电路包括有接收电机转速信号的控制输入端和用于控制电机启动和停转的控制输出端，其中，霍尔元件的信号输出端和该控制电路的控制输入端相电连，电机的电源输入端和该控制电路的控制输出端相电连。与现有技术相比，本发明通过检测电机的转速来控制电机的启动和停转，电机能够在水泵抽到最低水位后再停机，而且实现了电机堵转和干运行的保护功能，延长水泵电机的使用寿命。
文档编号H02P1/26GK101527538SQ20091009756
公开日2009年9月9日 申请日期2009年4月10日 优先权日2009年4月10日
发明者张阿华 申请人:宁波君禾泵业有限公司;张阿华