同步电机驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及永磁同步电机的驱动电路，尤其适合于如小功率风扇、水泵等的应用中。
【背景技术】
[0002]同步电机在起动过程中，定子的电磁体产生交变磁场，并拖动永磁转子发生振荡，如果转子获得足够动能，转子的振荡幅度将不断增加，最终使转子的旋转迅速加速至与定子的交变磁场同步。传统同步电机，为确保起动，电机的起动点设置通常较低，导致电机无法在工作点上运行，因此效率较低。另一方面，由于交流电的特性以及永磁转子停止位置不固定，无法保证转子每次起动都沿同一个方向定向旋转，因此，在风扇、水泵等应用中，受转子驱动的叶轮通常采用直型径向叶片，导致风扇、水泵等本身的运行效率也较低。
[0003]本发明旨在提供一种新型的同步电机驱动电路。
【发明内容】
[0004]本发明的实施例提供一种同步电机驱动电路，所述同步电机包括定子和可相对定子旋转的永磁转子。所述定子包括定子磁芯及缠绕于定子磁芯上的定子线圈。所述定子与永磁转子之间形成不均匀气隙，使所述永磁转子在静止时其极轴相对于定子的极轴偏移一个角度，以保证所述定子线圈每次通电时所述转子具有固定的起动方向。所述驱动电路包括:与所述定子线圈串联于一外部交流电源的两端之间的可控双向交流开关、用于检测所述永磁转子的磁极位置的第一、第二位置传感器、以及连接于所述交流电源与可控双向交流开关之间的电压调节电路，所述电压调节电路在所述交流电源的正半周期和负半周期分别供电给第一、第二位置传感器，使得所述交流开关以预定方式在导通与关断之间切换，从而使所述定子线圈在电机起动阶段仅沿着一个固定方向拖动所述转子。
[0005]较佳的，所述第一、第二位置传感器相对于所述永磁转子的磁极具有相同的磁场位置。
[0006]较佳的，还包括第一单向导通开关，所述第一单向导通开关的电流输出端连接所述可控双向交流开关的控制端。
[0007]较佳的，所述第一位置传感器的输出端连接所述第一单向导通开关的电流输入端，所述第二位置传感器的输出端通过一电阻连接到所述第一单向导通开关的电流输出端。
[0008]较佳的，所述电压调控电路包括至少分别通过第一、第二电阻反向并联于所述交流电源两端的第一、第二稳压二极管，所述第一位置传感器的正电源端子连接所述第一稳压二极管的阴极，所述第二位置传感器的负电源端子连接所述第二稳压二极管的阳极，所述第一位置传感器的负电源端子和所述第二位置传感器的正电源端子分别连接参考电压。
[0009]较佳的，所述第一稳压二极管的阳极、所述第二稳压二极管的阴极、所述第一位置传感器的负电源端子、以及所述第二位置传感器的正电源端子均连接所述交流电源的零线。
[0010]较佳的，所述电压调节电路还包括串接于所述第一电阻与第一稳压二极管之间的第二单向导通开关、以及串接于所述第二电阻与第二稳压二极管之间的第三单向导通开关，所述第二单向导通开关的电流输出端与所述第一稳压二极管的阴极连接，所述第三单向导通开关的电流输入端与所述第二稳压二极管的阳极连接。
[0011]较佳的，还包括连接于所述第一单向导通开关与所述可控双向交流开关的控制极之间的反相器。
[0012]较佳的，还包括与所述反相器并联于所述第一单向导通开关与可控双向交流开关的控制极之间的开关。
[0013]较佳的，所述可控双向交流开关为三端双向晶闸管。
[0014]较佳的，所述单向导通开关为二极管或三极管。
[0015]较佳的，所述可控双向交流开关与电压调节电路并联，使得所述可控双向交流开关导通时所述电压调节电路中无电流流过。
【附图说明】
[0016]附图中:
[0017]图1和图2示意性地示出本发明中的同步电机；
[0018]图3示出本发明一种同步电机驱动电路的结构框图；
[0019]图4示出依据本发明一实施例的同步电机驱动电路；
[0020]图5示出依据本发明另一实施例的同步电机驱动电路；
[0021 ]图6出图5中驱动电路的波形图；
[0022]图7示出依据本发明另一实施例的同步电机驱动电路；
[0023]图8示出本发明另一种同步电机驱动电路的结构框图；
[0024]图9示出依据本发明另一实施例的同步电机驱动电路。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图，通过对本发明的【具体实施方式】详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为便于清晰描述，而并不限定比例关系。
[0026]图1示出本发明中的同步电机的示意性。所述同步电机10包括定子12、可旋转地设于定子12的磁极之间的永磁转子14,定子12具有串联连接的定子线圈16。定子12的磁极和转子14的磁极之间具有不均匀气隙18，使得转子14在静止时其极轴R相对于定子12的极轴S偏移一个角度a。该配置可保证定子线圈16每次通电时转子14具有固定的起动方向(本例中为沿顺时针方向)。图3中定子和转子均具有两个磁极。可以理解的，在更多实施例中，定子和转子也可以具有更多磁极，例如如图2所示，定子12和转子14均具有四个磁极，定子12上或定子内靠近转子的位置设有用于检测转子磁极位置的第一位置传感器20和第二位置传感器22。本例中，第一、第二位置传感器20和22沿对角线放置，相对于所述永磁转子的磁极具有相同的磁场位置，若两个位置传感器都通电，两者输出的检测信号是相同的。两个位置传感器20和22较佳的可以为霍尔效应传感器，并且相对定子的极轴s偏移一个角度,较佳的,该偏移角也是α。
[0027]图3示出本发明一种同步电机驱动电路的结构框图。所述驱动电路24由交流电源26供电。交流电源26较佳的可以是市电交流电源，具有例如50赫兹或60赫兹的固定频率，电流电压例如可以是110伏、220伏、230伏等。电机10的定子线圈16与可控双向交流开关28串联于两个节点A、Β之间。节点Α连接交流电源26的火线，节点B连接交流电源26的零线。较佳的，可控双向交流开关28为三端双向晶闸管(TRIAC)。交流电源26与可控双向交流开关之间设有电压调节电路30。电压调节电路30在交流电源的正半周期和负半周期分别供电给第一位置传感器20和第二位置传感器22，使得双向交流开关28以预定方式在导通与关断之间切换，从而使定子线圈16在电机起动阶段仅沿着一个固定方向拖动转子14，依据本发明，定子线圈通电后，转子只需旋转一圈即可加速至与定子磁场同步。较佳的，驱动电路24中设第一单向导通开关D1,第一、第二位置传感器20和22的信号输出端分别连接单向导通开关D1的电流输入端和电流输出端，可控双向交流开关28的控制端与单向导通开关D1的电流输出端连接，此配置可使得第一、第二位置传感器20和22的输出信号控制双向交流开关28。较佳的，第一单向导通开关D1为二极管，二极管的阳极为开关的电流输入端，阴极为开关的电流输出端。需要说明的是，本发明中提及两个电子元件连接时，既包括两个电子元件直接连接，也包括两个电子元件通过两者之间的其他电子元件或电路以不改变本发明所描述的工作原理的方式间接连接。
[0028]图4示出依据本发明一实施例的同步电机驱动电路32的电路图。其中，定子线圈16与三端双向晶闸管28串联于交流电源26的两端A和B之间。交流电源26与三端双向晶闸管28之间设有电压调节电路，包括分别通过第一电阻R1和第二电阻R2反向并联于两个节点A和B之间的第一稳压二极管Z1和第二稳压二极管Z2。节点A连接交流电源26的火线，节点B连接交流电源26的零线。较佳的，第一电阻R1 —端连接节点A，另一端连接第一稳压二极管Z1的阴极和第一位置传感器20的正电源端子。第二电阻R2 —端连接节点A，另一端连接第二位置传感器22的负电源端子和第二稳压二极管Z2的阳极，第一位置传感器20的负电源端子、第一稳压二极管Z1的阳极、第二位置传感器的正电源端子、以及第二稳压二极管Z2的阴极连接交连接节点B。第一位置传感器20的输出端H1经第三电阻连接第一位置传感器20的正电源端子，并经第四电阻R4连接到节点B。驱动电路32还设有第一单向导通开关D1，第一单向导通开关D1的电流输入端连接第一位置传感器20的输出端H1，电流输出端连接三端双向晶闸管28的控制极G，并经第五电阻R5连接第二位置传感器22的输出端H2。较佳的，第一单向导通开关D1为二极管，其阳极为电流输入端，阴极为电流输出端。
[0029]图5示出依据本发明另一实施例的同步电机驱动电路34的电路图。本实施例的驱动电路34与上一实施例的驱动电路32相似，区别之处在于，驱动电路34的电压调节电路中还具有第二单向导通开关D2和第三单向导通开关D3，第二单向导通开关D2设于第一电阻R1与第一稳压二极管Z1之间，与第一稳压二极管Z1反向串联，即第二单向导通开关D2的电流输入端连接第一电阻R1，电流输出端连接第一稳压二极管Z1的阴极。第三单向导通开关D3设于第二电阻R1与第二稳压二极管Z2之间，与第二稳压二极管Z2反向串联，即第三单向导通开关D3的电流输出端连接第二电阻R2，电流输入端连接第二稳压二极管Z1的阳极。较佳的，第二、第三单向导通开关D2和D3为二极管，二极管的阳极为电流输入端，阴极为电流输出端。
[0030]下面结合图6,对驱动电路34的工作原理进行描述。图6中Vac表不交流电源26的电压波形，lac表示流过定子线圈16的电流波形。由于定子线圈16的电感性，电流波形lac滞后于电压波形Vac。St表示三端双向晶闸管28的通断状态。Ha表示双向晶闸管28的导通由第一、第二位置传感器20和22中哪一个控制,其中的Ha为Halil表不双向晶闸管28在第一位置传感器20的输出信号控制下导通,Ha为Hal 12表不双向晶闸管28在第二位置传感器22的输出信号控制下导通，Hb表示位置传感器所检测的转子磁场的磁性。本例中，第一、第二位置传感器20和22被正常供电的情况下，检测的转子磁场为北极(North)时输出逻辑高电平，检测到南极(South)时输出逻辑低电平。
[0031]首先，位置传感器检测的转子磁场为North时，在交流电源的第一个正半周，随着电压逐渐增大，第二二极管D2导通，第一稳压二极管Z1将第一位置传