U形鐵芯單相永磁同步電動機驅(qū)動的小型離心泵的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及U形鐵芯單相永磁同步電動機驅(qū)動的小型離心栗，尤其涉及其機械結(jié)構、電磁結(jié)構和控制方法的配合；在國際專利分類表中，分類屬于HMD25/06或RMD27/00。
【背景技術】
[0002]小型離心栗使用量大面廣，運行時間長，亟需制造低成本和運行節(jié)能。針對傳統(tǒng)小型離心栗使用異步電動機驅(qū)動以至效率偏低的情況，現(xiàn)有技術提出改由U形鐵芯單相永磁同步電動機直接驅(qū)動而節(jié)能且體積較小，并在預定的旋轉(zhuǎn)方向上有較佳的啟動和運轉(zhuǎn)性能，成本較低，但該電動機需要設置單獨的轉(zhuǎn)子位置檢測元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題是，提出一種小型離心栗，可由U形鐵芯單相永磁同步電動機直接驅(qū)動而節(jié)能且體積較小，并在預定的旋轉(zhuǎn)方向上有較佳的啟動和運轉(zhuǎn)性能，但可以無需設置單獨的轉(zhuǎn)子位置檢測元件，因而降低成本。
[0004]本發(fā)明解決所述技術問題的技術方案是U形鐵芯單相永磁同步電動機驅(qū)動的小型離心栗，包括按照預定方向旋轉(zhuǎn)的離心式葉輪和同軸傳動所述葉輪的U形鐵芯單相永磁同步電動機，該電動機包括:
[0005]--永磁轉(zhuǎn)子，為徑向兩極充磁的圓柱形；
[0006]——定子，包括“U”字形的定子鐵芯和該鐵芯所穿越的定子繞組；該繞組按規(guī)定繞向接往交流電源；
[0007]—一所述“U”字形二臂上部成形為靠往所述永磁轉(zhuǎn)子圓柱面左側(cè)的左極靴和靠往所述永磁轉(zhuǎn)子圓柱面右側(cè)的右極靴，所述極靴與轉(zhuǎn)子間氣隙的寬度于每一極下沿設定的旋轉(zhuǎn)方向收窄，因而在自由狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子磁極的軸線以定子的軸線為參照，沿設定的旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)一銳角角度；
[0008]—一具有一開關，交流電源經(jīng)該開關向電動機定子的繞組供電；
[0009]——具有一控制電路，控制所述開關的通斷；
[0010]其特征在于:
[0011 ] ——葉輪直徑為20?70mm ;
[0012]—一控制電路；包括檢測電路和內(nèi)置程序，該內(nèi)置程序含按檢測到的信號驅(qū)動所述開關以控制所述交流電源輸入所述繞組的電流的起動控制步驟；所述步驟包括使極性相反的二種電壓脈沖分別施加于所述繞組，并且:
[0013]—一每個脈沖施加前，轉(zhuǎn)子仍位于所述銳角位置；
[0014]—一每個脈沖的能量小至使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)離所述銳角位置在規(guī)定的角度以內(nèi)；
[0015]——每個脈沖的波形相同；
[0016]檢測這些脈沖各自在所述繞組產(chǎn)生的電流并比較它們的大小，當交流電源的極性與產(chǎn)生較小電流的電壓脈沖的極性相同時接通所述開關，使所述交流電源向所述繞組持續(xù)輸入交變電流。
[0017]驅(qū)動離心栗葉輪的U形鐵芯單相永磁同步電動機的起動可設計在主磁通軸線的相反方向與永磁磁通軸線相交為所述銳角角度時接通此時的交流電源半波，轉(zhuǎn)子磁極即被與其最靠近的定子磁極沿設定旋轉(zhuǎn)方向推斥，因而使電動機按設定的旋轉(zhuǎn)方向起動，這正是離心栗葉輪所需要的。若此時改為接通相反極性的交流電源半波，主磁通軸線的方向即調(diào)反，直接與永磁磁通軸線相交為所述銳角角度，轉(zhuǎn)子磁極即改為被與其最靠近的定子磁極沿設定旋轉(zhuǎn)方向的相反方向吸引，因而使電動機按設定的旋轉(zhuǎn)方向的相反方向起動，這是離心栗葉輪所不允許的。對上述情況，本技術方案基于含或不含葉輪的轉(zhuǎn)子具有適當?shù)膽T性和鐵磁飽和原理，巧妙地發(fā)現(xiàn)和利用測定以規(guī)定極性和相同波形的脈沖施加于定子而轉(zhuǎn)子由于轉(zhuǎn)動慣量未轉(zhuǎn)起來時的電流，轉(zhuǎn)子永磁磁通與規(guī)定極性和相同波形的脈沖施加于定子產(chǎn)生的主磁通方向相同時對鐵磁路增磁使定子電感下降以至電流增加和反之則電流減少該現(xiàn)象，對這些電流大小比較判斷，可確定離心栗按規(guī)定轉(zhuǎn)向啟動所需交流電源的極性與永磁轉(zhuǎn)子極性方位的配合狀態(tài)，并在該配合狀態(tài)下接通交流電源，達到電動機定向起動，因而可以無需設置單獨的轉(zhuǎn)子位置檢測元件，降低成本。
[0018]尤其是，本技術方案降低了現(xiàn)有技術驅(qū)動小型離心栗的U形鐵芯單相永磁同步電動機起動控制程序的復雜性和對元器件的快速響應性能及電路布置的電磁兼容要求，因而成本降低且產(chǎn)品性能更穩(wěn)定。
[0019]本技術方案有以下進一步設計:
[0020]—一所述脈沖可以由直流電源配合開關電路產(chǎn)生，但比較簡單可靠的方法是使交流電源半波電壓由晶閘管按規(guī)定導通角施加于所述繞組形成；
[0021]—一所述導通角最好不大于所述交流電源1/8周期，以限制每個脈沖的能量小至使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)離所述銳角位置在規(guī)定的角度以內(nèi)。對具體電機，可通過實驗確定更合適的數(shù)值；
[0022]—一所述脈沖依次的間隔最好不少于所述交流電源I個周期，以確保每個脈沖施加前，轉(zhuǎn)子仍位于所述銳角位置。對具體離心栗，同樣可通過實驗確定更合適的數(shù)值。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明實施例離心栗基本機械結(jié)構主視圖。
[0024]圖2是本發(fā)明實施例離心栗電動機控制電路示意圖。
[0025]圖3是本發(fā)明實施例電動機第I種起動情況信號波形示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明實施例電動機第2種起動情況信號波形示意圖；
[0027]圖5是本發(fā)明實施例離心栗電動機電磁基本結(jié)構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明實施例離心栗基本機械結(jié)構如圖1所示，包括:
[0029]一一U形鐵芯單相永磁同步電動機(圖1示出該電動機定子的疊片鐵芯3和繞組12以及永磁轉(zhuǎn)子I的剖面)及其經(jīng)一啟動機構同軸傳動的離心式葉輪105。離心式葉輪105具有4個葉片；按水壓要求，葉片數(shù)也可以為3、5或6，但最好不要多于8片，且若采用奇數(shù)片，更有利于降低振動噪聲。葉輪為注塑成型，直徑60_。葉輪不宜過大以至轉(zhuǎn)動慣量過大，以配合電動機仍不太大的啟動力矩；但也不宜過小，以具有足夠的適應本發(fā)明啟動方法的轉(zhuǎn)動慣量。
[0030]環(huán)繞葉輪起禍殼作用的栗蓋106 ；
[0031]——支承或/和封閉所述永磁同步電動機、葉輪105和栗蓋106的栗體107、軸承108和密封圈109等附件；
[0032]—一轉(zhuǎn)子筒171，插于所述永磁同步電動機的定、轉(zhuǎn)子間起隔水作用。
[0033]上述U形鐵芯單相永磁同步電動機的電磁基本結(jié)構如圖5所示，包括:
[0034]--徑向兩極充磁的圓柱形永磁轉(zhuǎn)子I ;
[0035]一一定子2，包括圖示“U”字形的疊片鐵芯3和定子繞組12 ;定子繞組12纏繞于左、右二個塑料線圈架121后被表層塑料122塑封為一整體；鐵芯3的左臂31和右臂32分別穿越塑料線圈架121左、右二個內(nèi)孔后露出的上部形成極面靠往轉(zhuǎn)子I圓柱面左側(cè)和右側(cè)的左極靴311和右極靴316 ;極面形狀為內(nèi)凹而成階梯連接的二段與轉(zhuǎn)子I同軸的圓弧面:沿順時針方向，先是半徑較大的圓弧面，然后是半徑較小的圓弧面；左極靴311的上、下極尖所在平面和右極靴316的上、下極尖所在平面均與圖示“U”字形的對稱軸30平行，定子磁場軸線20則與對稱軸30垂直。因此，永磁轉(zhuǎn)子I的磁極軸線10即相對于定子磁場軸線20向氣隙短即磁阻小的方向即順時針方向自然偏轉(zhuǎn)一角度β0，構成啟動角。該設計可避免在自由狀態(tài)下轉(zhuǎn)子停留于其軸線與定子凸極的軸線重合而使通電時啟動轉(zhuǎn)矩為零的所謂“死點”位置，所形成的磁阻轉(zhuǎn)矩還有利于防止運轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子于交流電流過零時不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而停轉(zhuǎn)；
[0036]上述定子結(jié)構以圖示“U”字形垂直的二臂31、32為極身和底部的水平段33為磁軛，但也有以圖示“U”字形底部的水平段為極身和垂直的二臂為磁軛的結(jié)構，后者的定子繞組纏繞于極身僅I個線圈架上。
[0037]關于U形鐵芯單相永磁同步電動機更詳細的資料可見機械工業(yè)出版社2009年版《小功率永磁電機原理、設計及應用》。
[0038]本發(fā)明實施例離心栗電動機控制電路如圖2所示，包括:
[0039]—一雙向晶閘管4，其主電極與繞組12串聯(lián)后接往交流電源端子5 ;
[0040]--單片機6，其輸出電路63接往雙向晶閘管4的觸發(fā)極41，若輸出脈沖即觸發(fā)晶閘管4導通，此時的交流電源半波電壓即開始施加于輸入繞組12直至該半波過零結(jié)束，與該電壓同步和有所滯后的脈沖電流輸入繞組12。
[0041]一一由電阻7和二極管8、9以及5V直流電源VDD組成的整形電路，其輸入接往交流電源端子5，輸出B在交流電源端子5的電壓極性正半波時為I而負半