CN106208842B - 自起电控装置、单相永磁电机及自起电控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自起电控装置、单相永磁电机及自起电控方法。自起电控装置包括供电开关、整流模块和电源相位逻辑判断模块，供电开关分别与电源和单相永磁电机的主相绕组相连且通过运行电容与单相永磁电机的副相绕组相连，以分别控制电源是否向主相绕组和副相绕组供电；整流模块连接在供电开关和副相绕组之间，以使单相永磁电机的转子的d轴与副相绕组的轴线重合；电源相位逻辑判断模块与电源相连且与供电开关通讯，当转子的d轴与副相绕组的轴线重合且电源相位逻辑判断模块判断电源相位匹配时，供电开关控制电源同时向主相绕组和副相绕组供电且断开向副相绕组的单独供电。根据本发明的自起电控装置具有可靠性高、起动成功率高的优点。

Description

自起电控装置、单相永磁电机及自起电控方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种用于单相永磁电机的自起电控装置、具有所述用于单相永磁电机的自起电控装置的单相永磁电机及单相永磁电机的自起电控方法。

背景技术

相关技术中的单相永磁电机，特别是单相自起动永磁同步电机，存在起动死点，即转子的d轴与主相绕组的轴线重合的位置，导致电机易起动失败。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种用于单相永磁电机的自起电控装置，所述用于单相永磁电机的自起电控装置具有可靠性高、起动成功率高的优点。

本发明还提出一种具有所述用于单相永磁电机的自起电控装置的单相永磁电机。

本发明还提出一种单相永磁电机的自起电控方法。

根据本发明第一方面实施例的用于单相永磁电机的自起电控装置，包括：供电开关，所述供电开关适于分别与电源和所述单相永磁电机的主相绕组相连且通过运行电容与所述单相永磁电机的副相绕组相连，用于分别控制所述电源是否向所述主相绕组和所述副相绕组供电；整流模块，所述整流模块适于连接在所述供电开关和所述副相绕组之间，用于对单独供向所述副相绕组的电流进行整流并通过产生的电磁力的直流定位功能以使所述单相永磁电机的转子的d轴与所述副相绕组的轴线重合；电源相位逻辑判断模块，所述电源相位逻辑判断模块适于与所述电源相连且与所述供电开关通讯，当所述转子的d轴与所述副相绕组的轴线重合且所述电源相位逻辑判断模块判断所述电源相位匹配时，所述供电开关控制所述电源同时向所述主相绕组和所述副相绕组供电且断开向所述副相绕组的单独供电。

根据本发明实施例的用于单相永磁电机的自起电控装置，可以可靠避开单相永磁电机的起动死点位置，起动成功率高。

另外，根据本发明实施例的用于单相永磁电机的自起电控装置还具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述供电开关包括：运行供电开关，所述运行供电开关分别与所述电源和所述主相绕组相连且通过所述运行电容与所述副相绕组相连；定位开关，所述定位开关与所述电源相连且通过所述整流模块与所述副相绕组相连。

根据本发明的一些实施例，所述用于单相永磁电机的自起电控装置还包括：定位判断模块，所述定位判断模块与所述供电开关通讯，用于判断所述转子的d轴与所述副相绕组的轴线是否重合。

可选地，所述定位判断模块为集成在所述供电开关内的计时器。

根据本发明的一些实施例，所述整流模块为二极管半波整流电路。

根据本发明第二方面实施例的单相永磁电机，包括：定子，所述定子具有主相绕组和副相绕组；转子，所述转子可旋转地设在所述定子内，所述转子具有转子绕组和永磁体；根据本发明第一方面实施例所述的用于单相永磁电机的自起电控装置。

根据本发明实施例的单相永磁电机，利用如上所述的用于单相永磁电机的自起电控装置，可以避开起动死点位置，起动成功率高。

根据本发明的一些实施例，所述转子绕组为鼠笼式绕组或线圈式绕组。

根据本发明的一些实施例，所述转子包括转子铁芯和转子轴，所述永磁体埋设在所述转子铁芯内。

根据本发明第三方面实施例的单相永磁电机的自起电控方法，包括：单独向所述单相永磁电机的副相绕组通电；对通向所述副相绕组的电流进行整流，以使所述单相永磁电机的转子的d轴与所述副相绕组的轴线重合；判断电源相位是否匹配；当所述转子的d轴与所述副相绕组的轴线重合且电源相位匹配时，同时向所述单相永磁电机的主相绕组和副相绕组通电且断开向所述副相绕组的单独供电。

根据本发明实施例的单相永磁电机的自起电控方法，通过先单独向单相永磁电机的副相绕组通电，使转子的d轴与副相绕组的轴线重合且使电源相位匹配，再同时向单相永磁电机的主相绕组和副相绕组通电且断开对副相绕组的单独供电，从而可靠性高，能够提高单相永磁电机的起动成功率。

根据本发明的一些实施例，根据所述副相绕组的直流通电时间判断所述转子的d轴与所述副相绕组的轴线是否重合。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的用于单相永磁电机的自起电控装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的单相永磁电机的结构示意图。

附图标记：

单相永磁电机1，

定子100，主相绕组110，副相绕组120，

转子200，转子铁芯210，鼠笼槽211，永磁体220，

自起电控装置300，供电开关310，运行供电开关311，定位开关312，整流模块320，电源相位逻辑判断模块330，运行电容340，

电源400。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本申请基于发明人对以下事实和问题的发现和研究作出的：

相关技术中的单相永磁电机，特别是单相自起动永磁同步电机，由于副相绕组连接有运行电容，在起动时，主相电流要远远大于副相电流，导致主相绕组产生的磁场将转子抱死在转子的d轴与主相绕组的轴线重合的位置，而副相绕组产生的磁场较弱，不能驱动转子偏转，即，相关技术中的单相永磁电机存在起动死点位置。

目前的解决方案是将定子设计成不均匀气隙，即在主相绕组的轴线处的气隙较大，在副相绕组的轴线处的气隙较小，利用齿槽转矩保证转子在停转时其d轴停止在定子气隙较小的位置，即副相绕组的轴线处，从而消除起动死点。然而，这种起动方式的可靠性不高，电机的转子在起动时会存在一些扰动，导致起动位置变化，当起动位置变化到死点位置时，电机起动失败。

为此，本发明提出一种用于单相永磁电机的自起电控装置，该用于单相永磁电机的自起电控装置尤其适用于单相永磁同步电机，具有可靠性高、起动成功率高的优点。

下面参考图1和图2描述根据本发明第一方面实施例的用于单相永磁电机的自起电控装置300。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的用于单相永磁电机的自起电控装置300，包括供电开关310、整流模块320和电源相位逻辑判断模块330。

具体而言，供电开关310适于分别与电源400和单相永磁电机的主相绕组相连，且供电开关310通过运行电容340与单相永磁电机的副相绕组相连，以分别控制电源400是否向主相绕组和副相绕组供电。整流模块320适于连接在供电开关310和副相绕组之间，整流模块320对单独供向副相绕组的电流进行整流，这样，通过产生的电磁力的直流定位功能，即通过整流将供向副相绕组的交流电变成直流电，副相绕组通直流电后，在副相绕组产生的磁场和单相永磁电机的转子的磁场的作用下，使转子的d轴与副相绕组的轴线y重合，如此实现对转子的d轴与副相绕组的轴线y的重合位置进行直流定位，从而避开转子的d轴与主相绕组的轴线x的重合位置。有利地，整流模块320可以为二极管半波整流电路，从而结构简单且电控可靠性高。

这里，主相绕组的轴线x指的是在转子的横截面内主相绕组的同一根绕线的两端中心处的连线，副相绕组的轴线y指的是在转子的横截面内副相绕组的同一根绕线的两端中心处的连线。图2中示出的位置为转子的d轴与副相绕组的轴线y的重合位置。

电源相位逻辑判断模块330适于与电源400相连，且电源相位逻辑判断模块330与供电开关310通讯，例如，电源相位逻辑判断模块330连接在电源400与供电开关310之间，这样，当转子的d轴与副相绕组的轴线y重合且电源相位逻辑判断模块330判断电源相位匹配时，供电开关310控制电源400同时向主相绕组和副相绕组供电，且断开向副相绕组的单独供电。

由此，根据本发明实施例的用于单相永磁电机的自起电控装置300，先单独对副相绕组通电，通过对单独供向副相绕组的电流进行整流，对转子的d轴与副相绕组的轴线y的重合位置进行直流定位，然后再通过电源相位逻辑判断模块330判断电源相位是否匹配，当直流定位完成且电源相位匹配时，对主相绕组和副相绕组同时供电且同步断开对副相绕组的单独供电，如此，实现单相永磁电机的起动和同步运行，同步转速为(60*f)/p，其中，f为电源的频率，p为单相永磁电机的极对数。

综上所述，根据本发明实施例的用于单相永磁电机的自起电控装置300，可以可靠避开单相永磁电机的起动死点位置，起动成功率高。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，供电开关310包括运行供电开关311和定位开关312。运行供电开关311分别与电源400和主相绕组相连，且运行供电开关311通过运行电容340与副相绕组相连。定位开关312与电源400相连，且定位开关312通过整流模块320与副相绕组相连。由此，仅闭合定位开关312便可实现向副相绕组的单独供电和直流定位功能，闭合运行供电开关311且断开定位开关312便可实现同时向主相绕组和副相绕组供电且断开向副相绕组的单独供电，实现单相永磁电机的起动和同步运行。

根据本发明的一些实施例，用于单相永磁电机的自起电控装置300还可以包括定位判断模块(图中未示出)，定位判断模块与供电开关310通讯，以判断转子的d轴与副相绕组的轴线y是否重合。可选地，定位判断模块可以为计时器，如此，可以根据副相绕组的直流通电时间判断转子的d轴与副相绕组的轴线y是否重合，例如，副相绕组的直流通电时间达到计时器的预设时间时，可以判断此时转子的d轴与副相绕组的轴线y重合。优选地，计时器集成在供电开关310内，从而结构紧凑，简化生产工艺。

如图1和图2所示，根据本发明第二方面实施例的单相永磁电机1，包括定子100、转子200和根据本发明第一方面实施例所述的用于单相永磁电机的自起电控装置300。

具体而言，定子100具有主相绕组110和副相绕组120。转子200可旋转地设在定子100内，转子200具有转子绕组和永磁体220。其中，永磁体220可以为多个，多个永磁体220沿转子的周向间隔分布且每个永磁体220的中心轴线沿转子200的径向定向。

根据本发明实施例的单相永磁电机1，利用如上所述的用于单相永磁电机的自起电控装置300，可以避开起动死点位置，起动成功率高。

根据本发明的一些实施例，转子绕组可以为鼠笼式绕组，例如，转子200上设有沿转子的周向彼此间隔开的多个鼠笼槽211。当然，转子绕组还可以为线圈式绕组，从而既可以实现单相永磁电机1的起动和同步运行，又可以省去鼠笼铸铝等生产工序。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，转子200可以包括转子铁芯210和转子轴，转子轴穿设在转子铁芯210上，永磁体220埋设在转子铁芯210内，从而结构可靠性高。

根据本发明实施例的单相永磁电机1的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

根据本发明第三方面实施例的单相永磁电机的自起电控方法，包括：

S1：单独向单相永磁电机的副相绕组通电。

S2：对通向副相绕组的电流进行整流，以使单相永磁电机的转子的d轴与副相绕组的轴线y重合。

S3：判断电源相位是否匹配。

S4：当转子的d轴与副相绕组的轴线y重合且电源相位匹配时，同时向单相永磁电机的主相绕组和副相绕组通电，且断开向副相绕组的单独供电。

根据本发明实施例的单相永磁电机的自起电控方法，通过先单独向单相永磁电机的副相绕组通电，使转子的d轴与副相绕组的轴线y重合且使电源相位匹配，再同时向单相永磁电机的主相绕组和副相绕组通电且断开对副相绕组的单独供电，从而实现单相永磁电机的起动和同步运行，可靠性高，能够提高单相永磁电机的起动成功率。

根据本发明的一些实施例，根据副相绕组的直流通电时间判断转子的d轴与副相绕组的轴线y是否重合，从而电控更加可靠。例如，当达到预设直流通电时间时，判断转子的d轴与副相绕组的轴线y重合，此时进行电源的相位判断。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于单相永磁电机的自起电控装置，其特征在于，包括：

供电开关，所述供电开关适于分别与电源和所述单相永磁电机的主相绕组相连且通过运行电容与所述单相永磁电机的副相绕组相连，用于分别控制所述电源是否向所述主相绕组和所述副相绕组供电；

整流模块，所述整流模块适于连接在所述供电开关和所述副相绕组之间，用于对单独供向所述副相绕组的电流进行整流并通过产生的电磁力的直流定位功能以使所述单相永磁电机的转子的d轴与所述副相绕组的轴线重合；

电源相位逻辑判断模块，所述电源相位逻辑判断模块适于与所述电源相连且与所述供电开关通讯，当所述转子的d轴与所述副相绕组的轴线重合且所述电源相位逻辑判断模块判断所述电源相位匹配时，所述供电开关控制所述电源同时向所述主相绕组和所述副相绕组供电且断开向所述副相绕组的单独供电，

所述供电开关包括：

运行供电开关，所述运行供电开关分别与所述电源和所述主相绕组相连且通过所述运行电容与所述副相绕组相连；

定位开关，所述定位开关与所述电源相连且通过所述整流模块与所述副相绕组相连。

2.根据权利要求1所述的用于单相永磁电机的自起电控装置，其特征在于，还包括：

定位判断模块，所述定位判断模块与所述供电开关通讯，用于判断所述转子的d轴与所述副相绕组的轴线是否重合。

3.根据权利要求2所述的用于单相永磁电机的自起电控装置，其特征在于，所述定位判断模块为集成在所述供电开关内的计时器。

4.根据权利要求1所述的用于单相永磁电机的自起电控装置，其特征在于，所述整流模块为二极管半波整流电路。

5.一种单相永磁电机，其特征在于，包括：

定子，所述定子具有主相绕组和副相绕组；转子，所述转子可旋转地设在所述定子内，所述转子具有转子绕组和永磁体；

根据权利要求1-4中任一项所述的用于单相永磁电机的自起电控装置。

6.根据权利要求5所述的单相永磁电机，其特征在于，所述转子绕组为鼠笼式绕组或线圈式绕组。

7.根据权利要求5所述的单相永磁电机，其特征在于，所述转子包括转子铁芯和转子轴，所述永磁体埋设在所述转子铁芯内。

8.一种根据权利要求1-4中任一项所述的用于单相永磁电机的自起电控装置的单相永磁电机的自起电控方法，其特征在于，包括：

单独向所述单相永磁电机的副相绕组通电；

对通向所述副相绕组的电流进行整流，以使所述单相永磁电机的转子的d轴与所述副相绕组的轴线重合；

判断电源相位是否匹配；

当所述转子的d轴与所述副相绕组的轴线重合且电源相位匹配时，同时向所述单相永磁电机的主相绕组和副相绕组通电且断开向所述副相绕组的单独供电。

9.根据权利要求8所述的单相永磁电机的自起电控方法，其特征在于，根据所述副相绕组的直流通电时间判断所述转子的d轴与所述副相绕组的轴线是否重合。