专利名称：同步电机装置及其控制方法
技术领域：
本发明属于同步电机的控制技术领域，具体涉及同步电机装置及其控制方法，尤指低转速自启动方向可控的单相爪极式永磁同步电机。
背景技术：
单相爪极永磁同步电机的转向是很随机的，根据转子停止的位置以及启动时定子电流的输入方向决定，并且当转子受阻力大时，同步电机会任意改变转向，转动方向不受控。现有单相爪极类同步电机的定向控制，通常采用机械式方式，这种定向控制装置寿命短，噪音大，经常会出现机械故障，导致定向失败，甚至损坏电机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同步电机装置及其控制方法，可实现同步电机定向转动，实时改变同步电机转向，做到精确控制同步电机转动方向。本发明是通过以下技术方案来实现的同步电机装置，包括有同步电机及其控制系统；所述同步电机包括有定子、转子以及上下端盖；其中，所述同步电机的上下端盖或定子上固定有用于感应转子磁石位置的检测元件；所述检测元件输出信号，控制系统控制定子电流的方向，从而控制同步电机转子转向。所述检测元件为磁敏霍尔(Hall)元件。所述检测元件为光敏元件。所述控制系统包括有电源模块，为MCU主控单元供电；MCU主控单元，根据设定的信息，确定同步电机转向，MCU主控单元输出同步电机动作执行指令，指示驱动电路工作； 驱动电路，在MCU主控单元的控制下，执行动作，控制同步电机工作和转向；转向检测电路，对同步电机的转向进行检测，并将检测信息反馈MCU主控单元；电流检测和控制电路，对电流方向进行检测，判断电流的方向是否为转子定向转动所需的方向，并将检测信息反馈MCU主控单元；MCU主控单元根据检测电流的方向和转子转向，确定驱动同步电机工作所需的电流方向；操作控制电路，通过显示和操作界面，选择必要的命令，开启控制MCU主控单元已存的指令信息；MCU主控单元根据转向检测电路和电流检测和控制电路的信息，以及预先设定好的同步电机转向指令，决定是否需要改变输入同步电机的电流方向，从而控制同步电机的转向。上述同步电机装置的控制方法，其中，MCU主控单元，根据设定的信息，确定同步电机转向，MCU主控单元输出同步电机动作执行指令，指示驱动电路工作；驱动电路，在MCU主控单元的控制下，执行动作，控制同步电机工作和转向；转向检测电路，对同步电机的转向进行检测，并将检测信息反馈MCU主控单元；电流检测和控制电路，对电流方向进行检测， 判断电流的方向是否为转子定向转动所需的方向，并将检测信息反馈MCU主控单元；MCU主控单元根据检测电流的方向和转子转向，确定驱动同步电机工作所需的电流方向；操作控制电路，通过显示和操作界面，选择必要的命令，开启控制MCU主控单元已存的指令信息； MCU主控单元根据转向检测电路和电流检测和控制电路的信息，以及预先设定好的同步电机转向指令，决定是否需要改变输入同步电机的电流方向，从而控制同步电机的转向。综上，本发明的有益效果是本发明的同步电机装置及其控制方法，控制系统包括有电源模块，MCU主控单元， 驱动电路，同步电机，转向检测电路，操作控制电路，电流检测和控制电路共同组成。MCU主控单元根据转向检测电路和电流检测和控制电路的信息，以及预先设定好的同步电机转向指令，决定是否需要改变输入同步电机的电流方向，从而控制同步电机的转向。MCU根据 Hall元件判断电机的方向、并控制，保证电机转动按同一方向。并在电机运转过程中，实时监控转子位置，做到实时监控，实时控制，并根据需要实时控制改变电机方向。根据检测元件判断电机的方向、并控制，保证电机转动按同一方向。并在电机运转过程中，实时监控转子位置，做到实时监控，实时控制，并根据需要实时控制改变电机方向。
图1是本发明的同步电机装置的控制系统原理框图。图2是本发明的同步电机装置的控制系统电路示意图。图3是本发明的同步电机装置的控制方法的控制流程示意图。
具体实施例方式本发明公开了一种同步电机装置，包括有同步电机及其控制系统；所述同步电机包括有定子、转子以及上下端盖；其中，所述同步电机的上下端盖或定子上固定有用于感应转子磁石位置的检测元件；所述检测元件输出信号，控制系统控制定子电流的方向，从而控制同步电机转子转向。所述检测元件为磁敏霍尔(Hall)元件。所述检测元件为光敏元件。如图1，所述控制系统包括有电源模块，为MCU主控单元供电；MCU主控单元，根据设定的信息，确定同步电机转向，MCU主控单元输出同步电机动作执行指令，指示驱动电路工作；驱动电路，在MCU主控单元的控制下，执行动作，控制同步电机工作和转向；转向检测电路，对同步电机的转向进行检测，并将检测信息反馈MCU主控单元；电流检测和控制电路，对电流方向进行检测，判断电流的方向是否为转子定向转动所需的方向，并将检测信息反馈MCU主控单元；MCU主控单元根据检测电流的方向和转子转向，确定驱动同步电机工作所需的电流方向；操作控制电路，通过显示和操作界面，选择必要的命令，开启控制MCU主控单元已存的指令信息；MCU主控单元根据转向检测电路和电流检测和控制电路的信息，以及预先设定好的同步电机转向指令，决定是否需要改变输入同步电机的电流方向，从而控制同步电机的转向。如图2，所述操作控制电路包括有显示器(IXD/LED)和按键；所述电源模块包括有电源回路以及AC/DC转化回路，其作用为a、通过AC/DC转化回路，将交流电转化为直流电(+5V或其他直流电源)，并给MCU及所有控制回路提供电源。b、直接供电给同步电机及其他负载的控制电路，同步电机及其他负载在控制电路的作用下，执行动作。所述驱动电路包括有同步电机及其他负载控制电路。所述转向检测电路包括有同步电机定向检测电路及检测元件，为检测电机起动方向，并将检测信号输入MCU主控单元，和MCU主控单元形成闭合反馈控制回路，作为控制判断同步电机转向的依据。上述同步电机装置的控制方法，其中，MCU主控单元，根据设定的信息，确定同步电机转向，MCU主控单元输出同步电机动作执行指令，指示驱动电路工作；驱动电路，在MCU主控单元的控制下，执行动作，控制同步电机工作和转向；转向检测电路，对同步电机的转向进行检测，并将检测信息反馈MCU主控单元；电流检测和控制电路，对电流方向进行检测， 判断电流的方向是否为转子定向转动所需的方向，并将检测信息反馈MCU主控单元；MCU主控单元根据检测电流的方向和转子转向，确定驱动同步电机工作所需的电流方向；操作控制电路，通过显示和操作界面，选择必要的命令，开启控制MCU主控单元已存的指令信息； MCU主控单元根据转向检测电路和电流检测和控制电路的信息，以及预先设定好的同步电机转向指令，决定是否需要改变输入同步电机的电流方向，从而控制同步电机的转向。如图3，所述同步电机装置的控制方法具体包括如下步骤步骤一上电；步骤二 MCU主控单元数据初始化；步骤三MCU主控单元判断电流方向；步骤四驱动电路，在MCU主控单元的控制下，执行动作，控制同步电机工作和转向；步骤五转向检测电路，对同步电机的转向进行检测；步骤六MCU主控单元判断同步电机的转向是否正确，如是，进入步骤七，如否，进入步骤八；步骤七驱动电路继续控制同步电机工作和转向，进入步骤九；步骤八切换同步电机电流的输出方向，进入步骤四；步骤九:MCU主控单元判断同步电机工作过程方向是否正确，如是，进入步骤十， 如否，进入步骤四；步骤十同步电机保持设定的方向工作。在电机定子上安装用于检测转子磁石位置的磁敏Hall元件，根据不同的磁极(N 极或S极)，Hall输出的信号不同，MCU根据Hall元件判断电机的方向、并控制，保证电机转动按同一方向。并在电机运转过程中，实时监控转子位置，做到实时监控，实时控制，并根
6据需要实时控制改变电机方向。在控制原理图中，检测元件就是Hall磁敏或者光敏，其作用是检测磁石极性，其工作方式为，输入5V或者其他数值的直流电压(根据Hall型号选择的不同，电压有所不同)，当有磁场存在，就会有信号输出，不同极性，输出信号不同，如N极是输出高电平，S极输出低电平，当转子旋转时，便会输出频率和转子转速相关的方波信号，方波信号是MCU判断转子方向的依据，在转子方向判断确定后，选择电机定子需要输入电流的方向即可。电机的定向是通过以下方法控制，1、根据Hall初始输出方波信号的高或低(就是转子磁石的位置)，2、电流检测信号输入电流的方向(输入定子线圈电流的方向，不同电流的输入，在定子爪极上产生不同旋转方向的磁场)，3、MCU根据上面1、2信息，根据设定电机旋转方向，进行定向控制。磁敏Hall元件安装在定子线圈架上，当转子启动瞬间，Hall便输出信号，根据 Hall输出信号，判断转子的方向。根据设定的电机转向，单片机程序判断需要给定子电流输入电流的方向，能准确控制电机转向。在电机运转过程中，Hall实时的输出信号，单片机程序实时判断定子电流方向，做到精确控制电机转向。对于检测元件，不光是磁敏Hall可以选择，光敏元件也同样能达到此目的，具体实施方法为；在转子外圆均勻图上黑、白或其他光感元件容易区分的两种或多种颜色，检测元件采用光敏元件，同样，在转子旋转时，也能输出供MCU判断的方波信号，用以控制电机转向。上述所列具体实现方式为非限制性的，对本领域的技术人员来说，在不偏离本发明范围内，进行的各种改进和变化，均属于本发明的保护范围。例如，将磁敏Hall元件改为光敏元件，在转子外圆涂感光材料用以检测转子位置等，都在本专利保护范围内。
权利要求
1.同步电机装置，包括有同步电机及其控制系统；所述同步电机包括有定子、转子以及上下端盖；其特征在于所述同步电机的上下端盖或定子上固定有用于感应转子磁石位置的检测元件；所述检测元件输出信号，控制系统控制定子电流的方向，从而控制同步电机转子转向。
2.根据权利要求1所述的同步电机装置，其特征在于所述检测元件为磁敏霍尔元件。
3.根据权利要求1所述的同步电机装置，其特征在于所述检测元件为光敏元件。
4.根据权利要求2或3所述的同步电机装置，其特征在于所述控制系统包括有电源模块，为MCU主控单元供电；MCU主控单元，根据设定的信息，确定同步电机转向，MCU主控单元输出同步电机动作执行指令，指示驱动电路工作；驱动电路，在MCU主控单元的控制下，执行动作，控制同步电机工作和转向；转向检测电路，对同步电机的转向进行检测，并将检测信息反馈MCU主控单元；电流检测和控制电路，对电流方向进行检测，判断电流的方向是否为转子定向转动所需的方向，并将检测信息反馈MCU主控单元；MCU主控单元根据检测电流的方向和转子转向，确定驱动同步电机工作所需的电流方向；操作控制电路，通过显示和操作界面，选择必要的命令，开启控制MCU主控单元已存的指令信息；MCU主控单元根据转向检测电路和电流检测和控制电路的信息，以及预先设定好的同步电机转向指令，决定是否需要改变输入同步电机的电流方向，从而控制同步电机的转向。
5.根据权利要求4所述的同步电机装置，其特征在于所述操作控制电路包括有显示器和按键。
6.根据权利要求4所述的同步电机装置，其特征在于所述电源模块包括有电源回路以及AC/DC转化回路，其作用为a、通过AC/DC转化回路，将交流电转化为直流电(+5V或其他直流电源)，并给MCU及所有控制回路提供电源。b、直接供电给同步电机及其他负载的控制电路，同步电机及其他负载在控制电路的作用下，执行动作。
7.根据权利要求4所述的同步电机装置，其特征在于所述驱动电路包括有同步电机及其他负载控制电路。
8.根据权利要求4所述的同步电机装置，其特征在于所述转向检测电路包括有同步电机定向检测电路及检测元件，为检测电机起动方向，并将检测信号输入MCU主控单元，和 MCU主控单元形成闭合反馈控制回路，作为控制判断同步电机转向的依据。
9.如权利要求4所述同步电机装置的控制方法，其特征在于MCU主控单元，根据设定的信息，确定同步电机转向，MCU主控单元输出同步电机动作执行指令，指示驱动电路工作； 驱动电路，在MCU主控单元的控制下，执行动作，控制同步电机工作和转向；转向检测电路， 对同步电机的转向进行检测，并将检测信息反馈MCU主控单元；电流检测和控制电路，对电流方向进行检测，判断电流的方向是否为转子定向转动所需的方向，并将检测信息反馈MCU 主控单元；MCU主控单元根据检测电流的方向和转子转向，确定驱动同步电机工作所需的电流方向；操作控制电路，通过显示和操作界面，选择必要的命令，开启控制MCU主控单元已存的指令信息；MCU主控单元根据转向检测电路和电流检测和控制电路的信息，以及预先设定好的同步电机转向指令，决定是否需要改变输入同步电机的电流方向，从而控制同步电机的转向。
10.根据权利要求9所述的同步电机装置的控制方法，其特征在于具体包括如下步骤步骤一上电；步骤二 MCU主控单元数据初始化； 步骤三MCU主控单元判断电流方向；步骤四驱动电路，在MCU主控单元的控制下，执行动作，控制同步电机工作和转向； 步骤五转向检测电路，对同步电机的转向进行检测；步骤六:MCU主控单元判断同步电机的转向是否正确，如是，进入步骤七，如否，进入步骤八；步骤七驱动电路继续控制同步电机工作和转向，进入步骤九； 步骤八切换同步电机电流的输出方向，进入步骤四；步骤九:MCU主控单元判断同步电机工作过程方向是否正确，如是，进入步骤十，如否， 进入步骤四；步骤十同步电机保持设定的方向工作。
全文摘要
本发明的提供一种同步电机装置及其控制方法，可实现同步电机定向转动，实时改变同步电机转向，做到精确控制同步电机转动方向。本发明是通过以下技术方案来实现的同步电机装置，包括有同步电机及其控制系统；所述同步电机包括有定子、转子以及上下端盖；其中，所述同步电机的上下端盖或定子上固定有用于感应转子磁石位置的检测元件；所述检测元件输出信号，控制系统控制定子电流的方向，从而控制同步电机转子转向。所述检测元件为磁敏霍尔(Hall)元件。所述检测元件为光敏元件。
文档编号H02P6/16GK102420512SQ20101029528
公开日2012年4月18日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者李廷宏, 王冬雷 申请人:威斯达电器(中山)制造有限公司