本發(fā)明涉及離心泵領(lǐng)域，具體是指一種單相永磁同步電機驅(qū)動的離心泵的啟動方法；在國際專利分類表中，分類屬于f04d15/00或f04d25/06或f04d27/00。

背景技術(shù)：

目前，常見的單相永磁同步電機驅(qū)動的離心泵的啟動方法有內(nèi)置位置傳感器法。內(nèi)置位置傳感器法檢測的精確度高，如cn102751922b，但對泵的結(jié)構(gòu)有一定的要求，需要設(shè)計有專門的空間放置位置傳感器，特別的結(jié)構(gòu)設(shè)計和專屬的元器件增加了成本，對泵制造的要求也更為嚴格。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供一種結(jié)構(gòu)簡單和成本低的小型單相永磁同步離心泵及用于該離心泵的一種控制簡單，精確度高的啟動方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種單相永磁同步電機驅(qū)動的離心泵，包括按照預(yù)定方向旋轉(zhuǎn)的葉輪、直接驅(qū)動所述葉輪的單相永磁同步電機和控制模塊，所述同步電機包括極數(shù)與定子相同的永磁轉(zhuǎn)子和設(shè)有繞組的定子，電動機定子的極數(shù)為2極，葉輪直徑不大于60mm；或者電動機定子的極數(shù)為4極，葉輪直徑不大于100mm；定、轉(zhuǎn)子間氣隙的寬度于每一極下沿設(shè)定圓周方向收窄，因而在自由狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子各極的軸線以最靠近的定子一極的軸線為參照，沿設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)一銳角角度。控制模塊包括處理單元、檢流單元、用于對受控于所述處理單元的所述同步電機進行饋電的開關(guān)，所述處理單元接收交流電源電壓信號和繞組電流信號，提供直流電源電壓信號。

本發(fā)明還提供一種所述離心泵的啟動方法，所述方法包括以下步驟：

(1)第一預(yù)定位嘗試，使用在交流電源電壓的第一極性的半周期期間產(chǎn)生的至少一個第一預(yù)定位脈沖來對所述繞組饋送電流，在一個所述第一預(yù)定位脈沖的規(guī)定時間段內(nèi)對電流進行至少兩次采樣，檢測出第一電流變化率；

(2)第二預(yù)定位嘗試，使用在交流電源電壓的與所述第一極性相反的第二極性的半周期期間產(chǎn)生的至少一個第二預(yù)定位脈沖來對所述繞組饋送電流，在一個所述第二預(yù)定位脈沖的規(guī)定時間段內(nèi)對電流進行至少兩次采樣，檢測出第二電流變化率；

(3)通過第一電流變化率和第二電流變化率的比較，檢測轉(zhuǎn)子的初始位置：若第一電流變化率小于第二電流變化率，在交流電源電壓的第一極性下接通開關(guān)，啟動電機；若第一電流變化率大于第二電流變化率，在交流電源電壓的第二極性下接通開關(guān)，啟動電機。

其中，所述第一預(yù)定位脈沖和第二預(yù)定位脈沖在強度上以不使得轉(zhuǎn)子位置發(fā)生改變的方式配置。第一電流變化率和第二電流變化率根據(jù)以下公式計算：

第一/第二電流變化率＝連續(xù)兩次采樣的電流的差值÷采樣間隔時間。

進一步地，所述第一預(yù)定位脈沖和第二預(yù)定位脈沖為強度相同的脈沖。

進一步地，所述第一預(yù)定位脈沖和第二預(yù)定位脈沖的強度通過初始移相角調(diào)制，所述初始移相角通過檢測交流電源電壓，按預(yù)先設(shè)定根據(jù)不同的交流電源電壓得到。

進一步地，所述方法還包括等待步驟，所述等待步驟將每個第一預(yù)定位脈沖和第二預(yù)定位脈沖互相分隔開，所述等待步驟有足夠長度以確保所述第一預(yù)定位脈沖和第二預(yù)定位脈沖僅在轉(zhuǎn)子穩(wěn)定靜止時被施加到繞組。

進一步地，所述開關(guān)為三端雙向交流開關(guān)。

本發(fā)明對于永磁同步電機驅(qū)動的葉輪較小的離心泵的有益效果為：

1、在機械結(jié)構(gòu)上，無需設(shè)置單獨的轉(zhuǎn)子位置傳感器，結(jié)構(gòu)簡單，降低成本。

2、在啟動方法上，檢測電流變化率步驟簡單，容易操作，在泵通電的狀態(tài)下檢測，精確性高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例離心泵的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例離心泵轉(zhuǎn)子位置的示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例離心泵啟動的電流波形示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例離心泵的基本機械結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本發(fā)明實施例離心泵的啟動方法的流程圖。

圖6是本發(fā)明實施例離心泵鐵芯的基本機械結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

本發(fā)明實施例離心泵基本機械結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括：

——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1的剖面)及其經(jīng)一啟動機構(gòu)同軸傳動的離心式葉輪105。離心式葉輪105具有4個葉片。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60mm。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(yīng)本發(fā)明的轉(zhuǎn)動慣量。

——環(huán)繞葉輪起蝸殼作用的泵蓋106；

——支承或/和封閉所述永磁同步電動機、葉輪105和泵蓋106的泵體107、軸承108和密封圈109等附件；

——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。

上述u形鐵芯單相永磁同步電動機的電磁基本結(jié)構(gòu)如圖6所示，包括：徑向兩極充磁的圓柱形永磁轉(zhuǎn)子1；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1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1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1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，構(gòu)成啟動角。該設(shè)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)。

上述定子結(jié)構(gòu)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(gòu)，后者的定子繞組纏繞于極身僅1個線圈架上。

本發(fā)明實施例所述離心泵電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括按預(yù)定方向旋轉(zhuǎn)的葉輪、直接驅(qū)動所述葉輪的單相永磁同步電機m和控制模塊，所述同步電機m包括極數(shù)與定子相同的永磁轉(zhuǎn)子和設(shè)有繞組的定子，電動機定子的極數(shù)為2極，葉輪直徑不大于60mm，或者電動機定子的極數(shù)為4極，葉輪直徑不大于100mm；定、轉(zhuǎn)子間氣隙的寬度于每一極下沿設(shè)定圓周方向收窄，因而在自由狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子各極的軸線以最靠近的定子一極的軸線為參照，沿設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)一銳角角度。所述控制模塊包括處理單元、檢流單元、用于對受控于所述處理單元的所述同步電機進行饋電的開關(guān)traic，所述處理單元接收交流電源電壓信號和繞組電流信號，提供直流電源電壓信號。所述開關(guān)為三端雙向交流開關(guān)。

本發(fā)明所述方法的一具體實施例的流程圖如圖5，包括以下步驟：

s1、檢測交流電源電壓，按預(yù)先設(shè)定根據(jù)不同的交流電源電壓得到初始移相角。

s2、第一預(yù)定位嘗試，使用在交流電源電壓的第一極性的半周期期間產(chǎn)生的，脈沖強度由所述初始移相角調(diào)制的至少一個第一預(yù)定位脈沖來對所述繞組饋送電流。

s3、在一個所述第一預(yù)定位脈沖的規(guī)定時間段內(nèi)對電流進行至少兩次采樣，檢測出第一電流變化率。

s4、等待步驟，關(guān)斷開關(guān)持續(xù)規(guī)定長度的時間至轉(zhuǎn)子完全靜止。

s5、第二預(yù)定位嘗試，使用在交流電源電壓的與所述第一極性相反的第二極性的半周期期間產(chǎn)生的，與第一預(yù)定位脈沖強度相同的至少一個第二預(yù)定位脈沖來對所述繞組饋送電流。

s6、在一個所述第二預(yù)定位脈沖的規(guī)定時間段內(nèi)對電流進行至少兩次采樣，檢測出第二電流變化率。

s7、通過第一電流變化率和第二電流變化率的比較，檢測轉(zhuǎn)子的初始位置：若第一電流變化率小于第二電流變化率，轉(zhuǎn)入s8；若第一電流變化率大于第二電流變化率，轉(zhuǎn)入s9。

s8、在交流電源電壓的第一極性下接通開關(guān)，啟動電機。

s9、在交流電源電壓的第二極性下接通開關(guān)，啟動電機。

其中，所述第一預(yù)定位脈沖和第二預(yù)定位脈沖在強度上以不使得轉(zhuǎn)子位置發(fā)生改變的方式配置。第一電流變化率和第二電流變化率根據(jù)以下公式計算：

第一/第二電流變化率＝連續(xù)兩次采樣的電流的差值÷采樣間隔時間。

根據(jù)所述方法實現(xiàn)小型單相永磁同步電機驅(qū)動的離心泵啟動時，轉(zhuǎn)子位置有兩種狀態(tài)，在第一預(yù)定位脈沖和第二預(yù)定位脈沖強度相同、極性相反的情況下，轉(zhuǎn)子發(fā)生不會使轉(zhuǎn)子位置改變的抖動，一共出現(xiàn)如圖2所示4a、4b、4c、4d四種情況。通過脈沖電流的極性和第一、第二電流變化率的比較得到轉(zhuǎn)子位置的狀態(tài)，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置選擇合適極性的交流電源電壓實現(xiàn)啟動。

若在啟動前轉(zhuǎn)子位置是圖2中4c、4d的情況，如圖3的31，檢測交流電源電壓，按預(yù)先設(shè)定根據(jù)不同的交流電源電壓得到初始移相角；在第一預(yù)定位嘗試中，根據(jù)初始移相角調(diào)制的脈沖電流a1的極性為負，檢流單元在一個規(guī)定時間段內(nèi)對所述脈沖電流a1進行兩次采樣t1、t2，處理單元根據(jù)公式“第一電流變化率＝(第二次脈沖電流a1采樣值－第一次脈沖電流a1采樣值)÷采樣間隔時間”計算第一電流變化率，再控制開關(guān)traic關(guān)斷至轉(zhuǎn)子穩(wěn)定靜止；在第二預(yù)定位嘗試中，根據(jù)初始移相角調(diào)制的脈沖電流b1的極性為正，檢流單元在一個規(guī)定時間段內(nèi)對所述脈沖電流b1進行兩次采樣t3、t4，處理單元根據(jù)公式“第二電流變化率＝(第二次脈沖電流b1采樣值－第一次脈沖電流b1采樣值)÷采樣間隔時間”計算第二電流變化率，再控制開關(guān)traic關(guān)斷至轉(zhuǎn)子穩(wěn)定靜止；通過比較，第一電流變化率小于第二電流變化率，確定轉(zhuǎn)子位置是圖2中4c、4d的情況，可持續(xù)通入負極性的脈沖it啟動電機，使轉(zhuǎn)子如圖2中4d所示逆時針旋轉(zhuǎn)。

若在啟動前轉(zhuǎn)子位置是圖2中4a、4b的情況，如圖3的32，檢測交流電源電壓，按預(yù)先設(shè)定根據(jù)不同的交流電源電壓得到初始移相角；在第一預(yù)定位嘗試中，若根據(jù)初始移相角調(diào)制的脈沖電流a2的極性為正，檢流單元在一個規(guī)定時間段內(nèi)對所述脈沖電流a2進行兩次采樣t1’、t2’，處理單元根據(jù)公式“第一電流變化率＝(第二次脈沖電流a2采樣值－第一次脈沖電流a2采樣值)÷采樣間隔時間”計算第一電流變化率，再控制開關(guān)traic關(guān)斷至轉(zhuǎn)子穩(wěn)定靜止；在第二預(yù)定位嘗試中，根據(jù)初始移相角調(diào)制的脈沖電流b2的極性為負，檢流單元在一個規(guī)定時間段內(nèi)對所述脈沖電流b2進行兩次采樣t3’、t4’，處理單元根據(jù)公式“第二電流變化率＝(第二次脈沖電流b2采樣值－第一次脈沖電流b2采樣值)÷采樣間隔時間”計算第二電流變化率，再控制開關(guān)traic關(guān)斷至轉(zhuǎn)子穩(wěn)定靜止；通過比較，第一電流變化率小于第二電流變化率，確定轉(zhuǎn)子位置是圖2中4a、4b的情況，可持續(xù)通入正極性的脈沖it’啟動電機，使轉(zhuǎn)子如圖2中4a所示逆時針旋轉(zhuǎn)。