[发明专利]单相电子换向电动机系统及其方法

说明书

电子换向电动机(ECM)是一种在其转子上具有永磁铁的电动机。该电动机的定子包括绕线式绕组，当它用电流激磁时与永磁式转子相互作用，根据电流相对于磁铁极性的方向产生正的或负的转矩。当转子在一个方向上运行时，磁铁极性相对定子绕组交替变化，故为了保持恒定的转矩方向，必须同步地改变定子电流的方向。定子的供电是由具有实质控制转矩方向、转矩值及轴速度的机构的晶体三极管逆变器控制的。

定子绕组被分配成称为相的组，每个相利用类似的但有相移的交变电流激磁。三相定子是最普通的。单相定子由于逆变器中元件的减少得以节约成本，但是单相电机从静止开始起动较为困难。

用于ECM逆变器的传统交流变直流的输入部分是二极管整流器。这种电路具有三个主要的缺点：缺少直流电压降到零的控制，输入谐波电流大及交流功率因数低。使用脉宽调制(PWM)的交流/直流变换器的多种方案可提供低的输入谐波电流及单位功率因数。但是它们需要由其二极管整流电压值来提升输入的交流电压。

在现有技术中用于控制电路的一种方案便是使用小型隔离变压器。当需要控制作用时，用一种交流电压、通常是供电电压逻辑电平的方波供给小型变压器的初级，变压器的次级输出再被整流及供给到电源开关的控制极上。电压电平的移动是由变压器初级与次级绕组间的电隔离来保持的。

高压集成电路用于桥式逆变器(例如International整流器IR2110)的控制极控制，但是它们需要两个控制极电压中较低者仅为高于地电位的一个阈值电压值。而在这种ECM驱动电路中，一个控制极电压要明显地低于地电位。

本发明的一个目的为提供一种低成本的电子换向电动机。本发明的另一目的是提供一种具有单相及单绕组的电子换向电动机，它从静止开始起动无需起动绕组。本发明的又一目的是提供一种具有可变速度控制和/或可变转矩控制的单相单绕组电子换向电动机。本发明的又一目的是提供一种利用可控直流母线电压驱动的电子换向电动机，以使谐波电流减到最小及提供高的交流功率因数。本发明的又一目的是提供一种避免需要使用隔离变压器的电子换向电动机。本发明又一目的是提供一种具有峰值电流控制的电子换向电动机。本发明的另一目的是提供一种仅需用两个电源开关的电子换向电动机。本发明又一目的是提供由一个分压器中的直流母线驱动的电子换向电动机。本发明另一目的是提供一种响应电动机转子的传感位置工作在所需速度或转矩下的单相单绕组电动机。本发明的又一目的是提供一种由直流母线电压逆变成交流电流方波供给绕组而驱动的单相单绕组电子换向电动机。本发明的另一目的是提供一种使用迟滞带电流调节的单相单绕组电子换向电动机。本发明的又一目的是提供一种具有起动脉冲系列及当电机速度大于预定值时具有工作脉冲系列的一种单相单绕组电子换向电动机。本发明的另一目的是提供一种由使用电流限制和/或电流调节的串联电容器驱动的单相单绕组电子换向电动机。本发明又一目的是提供一种由在电源中具有倍压器输入并仅具有两个电源开关及两个电容器以及在其之间连接绕组单元驱动的单相单绕组电动机。本发明另一目的是提供具有可拆卸齿端部的定子以便更有效绕制绕组的一种电子换向电动机。

本发明的另一目的是提供对具有单相、单绕组及仅使用两个电源开关的电动机的一种操作方法。本发明的又一目的是提供在所需速度或转矩下操作单相、单绕组电子换向电动机的一种方法。

本发明包括一个设有一个转子及一个直流母线的电动机。并设有将直流母线提供的电压分压的装置，及两个开关串联地跨接在直流母线上。一个绕组的一端连接于两开关之间而另一端连接于分压装置。还设有传感转子位置的装置。以及对位置传感装置作响应控制开关交替地在相反方向上向绕组提供直流电流，以使得绕组产生在所需速度或转矩下使转子旋转的磁场的装置。

本发明还包括一种电动机，它包括一个转子；一个具有带有第一及第二端的绕组的定子及提供直流电压的一个电压源；将直流电压分成第一直流电压及与第一直流电压极性相反的第二直流电压的装置；传感转子位置的装置；响应位置传感装置，选择地提供给绕组的第一及第二端第一直流电压使转子在预定方向上旋转，及选择地供给绕组的第一端及第二端第二直流电压使转子在所需速度或转矩下在预定方向上旋转的装置。