一种单相电动机驱动的小型通风机制造技术

一种单相电动机驱动的小型通风机，包括预定转向的叶轮，电动机定子和永磁转子间气隙的宽度于每极下沿预定转向收窄；定子为2极时叶轮直径100mm以内或者为4极时150mm以内；单相桥式整流电路，定子绕组经其交流端接往单相电源，一全控型电力电子器件直接或串联一电流检测电路跨接其直流端；控制器的内置程序使该电力电子器件在电动机启动和主磁通轴线的相反方向与永磁磁通轴线相交为规定锐角角度时接通电源半波，在电动机运转和在主磁通轴线与永磁磁通轴线方向完全或接近相反时以脉冲控制方式接通电源半波，并在该二轴线方向完全或接近相同时，切断电源半波。该设计使该通风机能以单相电源定向启动和调速运转，无需风门调节送风量，达到高能效。

A small ventilator driven by a single-phase motor

A small fan motor drive, including a predetermined steering impeller, stator rotor motor air gap between the He Yongci width on each pole along a predetermined steering narrowed; stator is less than 2 when the 100mm was 4 or less than the diameter of the impeller is 150mm; the single-phase bridge rectifier circuit, stator winding is connected to the single-phase power supply the AC side, a full controlled power electronic devices in series or a direct current detection circuit connected across the DC side; the controller built-in applications of power electronic devices in the opposite direction of motor starting and the axis of the main magnetic flux and permanent magnetic flux lines intersecting axis provided for an acute angle when connected to power half wave, in the motor operation and in the main magnetic axis and the permanent magnet flux axis completely or nearly opposite to pulse control power on half wave, and in the direction of the two axis complete or nearly the same, Cut off the power half wave. The design enables the ventilation function to start and operate with a single phase power supply, without regulating the air supply by the throttle to achieve high energy efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种单相电动机驱动的小型通风机
本专利技术涉及一种单相电动机驱动的小型通风机，尤其涉及其机械、电磁结构和控制方法的配合；在国际专利分类表中，分类属于F04D25/08。
技术介绍
小型通风机使用广泛，运行时间长，颇需制造低成本和运行节能。针对传统小型通风机以异步电动机驱动效率偏低的情况，现有技术提出改由永磁同步电动机驱动。但同步电动机难以如异步电动机那样可以比较经济的手段调速，其以同步转速驱动的通风机固定的输出特性只能在设备中借助风门等调节以满足使用要求，该调节必导致流体能量损失而降低了设备能效。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提出一种由单相电动机驱动的小型通风机，可以较高的能效用于设备，但成本较低。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，一种单相电动机驱动的小型通风机，包括：——按预定旋转方向旋转的叶轮；——直接驱动所述叶轮的电动机，其定子绕组按规定绕向经控制电路接往单相电源，与定子极数相同的永磁转子与定子间气隙的宽度于每一极下沿规定旋转方向收窄，因而在自由状态下，转子各极的轴线以最靠近的定子一极的轴线为参照，沿所述旋转方向偏转一锐角角度；其特征在于：所述定子的极数为2极，叶轮直径不大于100mm；或者定子的极数为4极，叶轮直径不大于150mm；所述控制电路包括：a)单相桥式整流电路，所述绕组经该整流电路的交流端接往所述单相电源，一全控型电力电子器件直接或串联一电流检测电路跨接该整流电路的直流端；b)检测电路，检测所述转子的极性状态和所述单相电源供给所述绕组的电压极性，以确定转子各极穿越气隙的永磁磁通轴线方向和所述单相电源在定子各极产生穿越气隙的主磁通轴线方向；c)含内置程序的控制器，其输出接往所述全控型电力电子器件的控制端，所述内置程序含按检测电路检测到的信号驱动所述全控型电力电子器件，逐个半波控制所述单相电源输入所述绕组的控制步骤；所述步骤包括：——在电动机起动时，所述电力电子器件在所述主磁通轴线的相反方向与永磁磁通轴线相交为所述锐角角度时开通此时的电源半波，并持续至该半波到零时切断；——在电动机运转时，所述电力电子器件在所述主磁通轴线与永磁磁通轴线方向完全相反或接近相反时，以脉冲控制方式开通此时的电源半波，并在永磁转子因此转动至该二轴线方向完全相同或接近相同时，完全切断此时的电源半波。实验表明，该巧妙控制经济实用，使该结构的通风机能以单相电源定向起动的同时实现调速运转，因而无需在设备中借助风门等节制风量，减少能量损失。所述控制电路的典型设计包括：——由4个二极管组成的整流桥(4)，其一交流端经绕组(102)串联接往单相电源一极(L)，另一交流端接往单相电源另一极(N)，晶体三极管(44)的集电极连接整流桥(4)直流正端，发射极串联第1电阻(45)连接整流桥(4)的直流负端；——单片机(6)，其共地端(VSS)连接整流桥(4)的直流负端，输出电路(63)接往晶体三极管(44)的控制极(41)；——所述单相电源的一极(L)经第2电阻(7)串联第1稳压二极管(8)连接共地端(VSS)，第2电阻(7)与第1稳压二极管(8)的串联点(B)接往单片机(6)的第1输入电路(61)，提供交流电源同步信号。该设计借整流桥一臂半波整流向单片机提供电源同步信号，节省了整流电路。进一步设计单片机(6)的电源端(VDD)经二极管(9)接往所述串联点(B)，单片机(6)的电源端(VDD)与共地端(VSS)间跨接电容器(10)。单片机取得直流电源与交流电源同步信号共用稳压电路，更为节省。该技术方案的进一步设计之一是：在电动机运转时，所述电力电子器件在所述永磁磁通轴线旋转至与主磁通轴线方向完全相反之前，开通此时的电源半波，所提前的时间短于绕组电流滞后电压的时间。该设计有利于增加每次开通的时间，因而提高电动机的效率。该技术方案的进一步设计之二是：所述脉冲控制与电动机转速构成闭环反馈控制，所需转速信号取自所述检测电路对所述转子的极性状态的检测。该设计使失步但受控的转速能更好地稳定于不同的负载和调速比，尤其是较重负载以及较大的调速比的情况。该技术方案的进一步设计之三是：所述检测电路检测所述转子的极性状态是使用靠近所述转子磁极表面安装的磁性位置传感器，以可靠检测所述转子的转动状态。该技术方案的进一步设计之四是：所述永磁转子朝向气隙的圆柱面为良导体金属层，以减轻脉冲控制导致的噪声。本专利技术的技术方案和效果将在具体实施方式中结合附图作进一步的说明。附图说明图1是本专利技术各实施例通风机基本机械结构主視示意图。图2是本专利技术第1实施例通风机电动机电磁基本结构示意图。图3是本专利技术各实施例通风机电动机控制电路示意图。图4是本专利技术第1实施例通风机电动机霍尔元件输出特性示意图。图5是本专利技术各实施例通风机电动机第1方式控制信号波形示意图。图6是本专利技术各实施例通风机电动机第2方式控制信号波形示意图。图7是本专利技术第2实施例通风机电动机电磁基本结构示意图。图8是本专利技术第2实施例通风机电动机霍尔元件输出特性示意图。具体实施方式本专利技术各实施例通风机基本机械结构如图1所示，包括：——按逆时针方向旋转的轴流式叶轮1；——固定于机壳的电动机2；——叶轮1连接于电动机2的输出轴，其具有4个叶片；按性能要求，叶片数也可以为3、5或6，但最好不要多于8片。叶轮为注塑成型，直径120mm。叶轮不宜更大，转动惯量宜尽量小，以配合电动机2仍不太大的起动力矩；——电动机2为内转子电动机，包括定子100和永磁转子200。本专利技术第1实施例通风机的电动机电磁基本结构如图2所示，包括：——转子200，是其截面以二条相互垂直的对称轴400分隔为4个对称的90°的扇形并各径向充磁为N、S、N、S的4极永磁转子；——定子100由具有4个凸极的圆形铁芯101和绕组102组成；绕组102是在4个凸极各绕一具有绝缘框架的线圈元件，然后按绕向串联连接为4极，并因而在通电时产生4极的穿越定转子之间气隙的主磁通；——定子铁芯101各凸极与转子200间气隙的宽度沿逆时针方向渐变收窄；因此在自由状态即不通电和无外部流体以及旋转结构良好的情况下，转子200受定子铁芯吸引，各极的几何轴线即穿越定转子之间气隙的永磁磁通轴线700、800分别以相邻定子凸极的几何轴线即穿越定转子之间气隙的主磁通轴线500、600为参照，沿逆时针方向偏转一较小的锐角Ω。本实施例设计该机械角为5°(电角度10°)。该角度可随渐变收窄的比例而改变，并影响起动转矩和效率。该设计可避免在自由状态下转子停留于其轴线与定子凸极的轴线重合而使通电时起动转矩为零的所谓“死点”位置，所形成的磁阻转矩还有利于防止运转中的转子于交流电流过零时不产生转矩而停转；——线性的霍尔元件300，安装于定子铁芯100右侧凸极的轴线500上靠近转子200圆周的位置。本专利技术各实施例通风机电动机控制电路如图3，制成固定于电动机非轴伸端的印刷电路板，该印刷电路板除连接霍尔元件300外，还安装有：——由4个二极管组成的整流桥4，其一交流端经绕组102串联接往单相电源端子5一极L，另一交流端接往单相电源端子5另一极N；晶体三极管44的集电极连接整流桥4的直流正端，发射极串联电阻45连接整流桥4的直流负端；——单片机6，其共地端VSS连接整流桥(4)的直流负端，输出电路63接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相电动机驱动的小型通风机，包括：——按预定旋转方向旋转的叶轮；——直接驱动所述叶轮的电动机，其定子绕组按规定绕向经控制电路接往单相电源，其转子为与定子极数相同的永磁转子，所述定子与转子间气隙的宽度于每一极下沿所述旋转方向收窄，因而在自由状态下，转子各极的轴线以最靠近的定子一极的轴线为参照，沿所述旋转方向偏转一锐角角度；其特征在于：所述定子的极数为2极，叶轮直径不大于100mm；或者定子的极数为4极，叶轮直径不大于150mm；所述控制电路包括：a)单相桥式整流电路，所述绕组经该整流电路的交流端接往所述单相电源，一全控型电力电子器件直接或串联一电流检测电路跨接该整流电路的直流端；b)检测电路，检测所述转子的极性状态和所述单相电源供给所述绕组的电压极性，以确定转子各极穿越气隙的永磁磁通轴线方向和所述单相电源在定子各极产生穿越气隙的主磁通轴线方向；c)含内置程序的控制器，其输出接往所述电力电子器件的控制端，所述内置程序含按检测电路检测到的信号驱动所述电力电子器件，逐个半波控制所述单相电源输入所述绕组的控制步骤；所述步骤包括：——在电动机起动时，所述电力电子器件在所述主磁通轴线的相反方向与永磁磁通轴线相交为所述锐角角度时开通此时的电源半波，在该半波到零时切断；——在电动机运转时，所述电力电子器件在所述主磁通轴线与永磁磁通轴线方向完全相反或接近相反时，以脉冲控制方式开通此时的电源半波，并在永磁转子因此转动至该二轴线方向完全相同或接近相同时，切断此时的电源半波。...

【技术特征摘要】
1.一种单相电动机驱动的小型通风机，包括：——按预定旋转方向旋转的叶轮；——直接驱动所述叶轮的电动机，其定子绕组按规定绕向经控制电路接往单相电源，其转子为与定子极数相同的永磁转子，所述定子与转子间气隙的宽度于每一极下沿所述旋转方向收窄，因而在自由状态下，转子各极的轴线以最靠近的定子一极的轴线为参照，沿所述旋转方向偏转一锐角角度；其特征在于：所述定子的极数为2极，叶轮直径不大于100mm；或者定子的极数为4极，叶轮直径不大于150mm；所述控制电路包括：a)单相桥式整流电路，所述绕组经该整流电路的交流端接往所述单相电源，一全控型电力电子器件直接或串联一电流检测电路跨接该整流电路的直流端；b)检测电路，检测所述转子的极性状态和所述单相电源供给所述绕组的电压极性，以确定转子各极穿越气隙的永磁磁通轴线方向和所述单相电源在定子各极产生穿越气隙的主磁通轴线方向；c)含内置程序的控制器，其输出接往所述电力电子器件的控制端，所述内置程序含按检测电路检测到的信号驱动所述电力电子器件，逐个半波控制所述单相电源输入所述绕组的控制步骤；所述步骤包括：——在电动机起动时，所述电力电子器件在所述主磁通轴线的相反方向与永磁磁通轴线相交为所述锐角角度时开通此时的电源半波，在该半波到零时切断；——在电动机运转时，所述电力电子器件在所述主磁通轴线与永磁磁通轴线方向完全相反或接近相反时，以脉冲控制方式开通此时的电源半波，并在永磁转子因此转动至该二轴线方向完全相同或接近相同时，切断此时的电源半波。2.按照权利要求1所述通风机，其特征在于，所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶露微，
申请(专利权)人：叶露微，
类型：发明
国别省市：广东,44