CN108075695B

CN108075695B - 电机及电机驱动电路

Info

Publication number: CN108075695B
Application number: CN201611026877.3A
Authority: CN
Inventors: 孙持平; 杨修文; 杨圣骞; 黄淑娟; 蒋云龙
Original assignee: Dechang Motor (Shenzhen) Co Ltd
Current assignee: Dechang Motor (Shenzhen) Co Ltd
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2021-07-27
Anticipated expiration: 2036-11-15
Also published as: CN108075695A

Abstract

本发明提供一种电机及其驱动电路，所述电机驱动电路包括与电机的绕组连接于交流电源的两端的可控双向交流开关和第一及第二位置传感器；第一及第二位置传感器分别用于检测所述转子的磁极位置，所述第一及第二位置传感器检测到转子相同磁极时，输出相位相反的磁极位置信号；在电机静止位置，所述第一位置传感器与所述第二位置传感器分别相对于所述转子彼此相对磁极中心的连线呈一提前角设置，使电机具有较大的起动转矩。

Description

电机及电机驱动电路

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及电机及电机驱动电路。

背景技术

同步电机在起动过程中，定子的电磁体产生交变磁场，并拖动永磁转子发生振荡，如果转子获得足够动能，转子的振荡幅度将不断增加，最终使转子的旋转迅速加速至与定子的交变磁场同步。但是电机从静止位置起动时，在电机起动阶段，交流电源跟随霍尔传感器的输出变换流过定子绕组的电流，由于绕组的物理特性，绕组中电流不会突变，上升较慢，因此输入功率P_input(P_input＝V_Bemf x I_motor，V_Bemf为反电动势，I_motor为定子绕组电流)同样上升较慢，如果输入功率P_input不足够大到可以克服电机的轴与轴套间的启动摩擦及电机负载如泵或风扇的惯性，即使电机通电，电机仍将维持静止状态不会正常启动。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种提供较大起动转矩的控制电机正反转的电机驱动电路及具有该电机驱动电路的电机。

本发明的实施例提供一种电机驱动电路，用于驱动电机的转子相对于定子转动，所述电机驱动电路包括：

可控双向交流开关，与电机的绕组连接于交流电源的两端；

第一及第二位置传感器，分别用于检测所述转子的磁极位置，所述第一及第二位置传感器检测到转子相同磁极时，输出相位相反的磁极位置信号；

在电机静止位置，所述第一位置传感器与所述第二位置传感器分别相对于所述转子彼此相对磁极中心的连线呈一提前角设置。

作为一种优选方案，所述电机驱动电路还包括：转向控制电路，连接所述第一及第二位置传感器，被配置为根据电机的转向设定选择性地将第一位置传感器输出的磁极位置信号或将第二位置传感器输出的磁极位置信号输出至一开关控制电路；

所述开关控制电路被配置为依据接收的磁极位置信号和所述交流电源的极性信息，控制所述可控双向交流开关的导通状态以控制电机以特定方向转动或以与所述特定方向相反的方向转动；所述第一位置传感器包括第一霍尔传感器，所述第二位置传感器器包括第二霍尔传感器。

作为一种优选方案，电机以特定方向转动时，所述转向控制电路将第一位置传感器输出的磁极位置信号输出至所述开关控制电路；电机以与所述特定方向相反的方向转动时，所述转向控制电路将第二位置传感器输出的磁极位置信号输出至所述开关控制电路；在电机变换转向时，电机先停转。

作为一种优选方案，所述第一霍尔传感器内的霍尔薄片面向所述转子的方向相对于所述第二霍尔传感器内的霍尔薄片面向所述转子的方向呈180度翻转。

作为一种优选方案，在电机静止位置，当且仅当所述电机的转向是逆时针时，所述第一霍尔传感器以相对于所述转子彼此相对磁极中心的连线逆时针偏置设置以形成所述提前角；当且仅当所述电机的转向是顺时针时，所述第二霍尔传感器以相对于所述转子彼此相对磁极中心的连线顺时针偏置设置以形成所述提前角。

作为一种优选方案，所述提前角的电角度小于90度/N，N为所述转子磁极的对数。

作为一种优选方案，所述提前角的范围为大于0度，小于90度。

作为一种优选方案，所述提前角为15度、20度、25度、30度、35度或40度。

作为一种优选方案，所述电机驱动电路还包括一控制开关，所述控制开关连接于所述交流电源及电机绕组之间，电机运行时预切换电机转向，在切换电机转向前先关断所述控制开关一预定时间直至所述转子停止于其预定的静止位置。

本发明的实施例还提供一种电机，包括定子、转子及如上任一项所述的电机驱动电路。

作为一种优选方案，所述电机为单相永磁交流电机、单相永磁同步电机或者单相永磁BLDC电机。

本发明实施例中，将位置传感器相对于转子的周向以提前角的方式设置，使电机在起动阶段位置传感器感测到当前的转子磁极的时间被加长，使电流在更早阶段被灌至定子绕组内和/或电流在更长时间段内被灌至定子绕组中使电机的输入功率加大，以使电机产生较大的起动转矩克服转轴的摩擦及负载的惯性顺利起动，因此能够较大幅度地提高电机效率。

附图说明

附图中：

图1示出本发明第一实施例的电机的电路原理图。

图2示出图1中第一霍尔传感器及第二霍尔传感器相对转子位置的一实施方式的示意图。

图3示出图1中第一霍尔传感器及第二霍尔传感器相对转子位置的另一实施方式的示意图。

图4示出霍尔传感器的工作原理图。

图5示出转向控制电路的一实施方式的电路图。

图6示出本发明第二实施例的电机的电路原理图。

图7示出本发明第三实施例的电机的电路原理图。

图8示出本发明第四实施例的电机的电路原理图。

图9示出本发明第五实施例的电机的电路原理图。

图10A及图10B示出现有技术电机输入功率及本发明实施方式的电机输入功率的对比图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的连接仅仅是为便于清晰描述，而并不限定连接方式。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参考图1及图2，示出本发明第一实施例的电机10的电路原理图，所述电机10可双向旋转。所述电机10包括定子和可相对定子旋转的转子11。定子具有定子铁心及绕设于定子铁心上的定子绕组16。定子铁心可由纯铁、铸铁、铸钢、电工钢、硅钢、铁氧体等软磁材料制成。转子11为永磁转子，定子绕组16与一交流电源24连接时转子11在稳态阶段以60f/p圈/分钟的转速恒速运行，其中f是所述交流电源的频率，p是转子的极对数。本实施例中，定子铁心具有两相对的极部(图未示)。每一极部具有极弧面，转子的外表面与极弧面相对，两者之间形成基本均匀气隙。本申请所称基本均匀的气隙，是指定子与转子之间大部分形成均匀气隙，只有较少部分为非均匀气隙。较佳的，定子极部的极弧面上设内凹的起动槽，极弧面上除起动槽以外的部分则与转子11同心。上述配置可形成不均匀磁场，允许电机10在一电机驱动电路19的作用下每次通电时转子11可以具有起动转矩。本实施例中，定子和转子11均具有两个磁极。可以理解的，在更多实施例中，定子和转子的磁极数也可以不相等，且具有更多磁极，例如四个、六个等。

电机10的定子绕组16和电机驱动电路19串联于交流电源24两端。所述电机驱动电路19可以控制电机的正反转。所述交流电源24可以是市电交流电220伏、230伏等或者逆变器输出的交流电。

所述电机驱动电路19包括第一检测电路、第二检测电路、整流器、可控双向交流开关26、开关控制电路30及转向控制电路50。可控双向交流开关26连接于第一节点A及第二节点B之间，电机定子绕组16与交流电源24串联在第一节点A及第二节点B之间。所述整流器的第一输入端I1通过一电阻R0连接第一节点A，所述整流器的第二输入端I2连接第二节点B，所述整流器用于将交流电源转换为直流电并供给所述第一检测电路及第二检测电路。

其他实施方式中，所述定子绕组16与所述可控双向交流开关26串联于所述第一节点A及第二节点B之间，所述外部交流电源24连接于第一节点A及第二节点B之间。

所述第一检测电路、第二检测电路分别检测电机转子11的磁极位置，并于其输出端输出对应的磁极位置信号，例如5V或0V。所述第一检测电路及第二检测电路较佳的为霍尔传感器，如线性霍尔传感器或开关型霍尔传感器，此实施方式中分别记为第一霍尔传感器22及第二霍尔传感器23。当然其他实施方式中，所述第一及第二检测电路还可以为光电编码器。所述第一霍尔传感器22及第二霍尔传感器23均包括电源端VCC、接地端GND及输出端H1。本实施方式中，所述第一霍尔传感器22及第二霍尔传感器23感测转子11的同一极性的磁极时，输出相位相反的磁极位置信号。

所述第一霍尔传感器22及第二霍尔传感器23的结构相同，均为集成电路，包括壳体，所述壳体包括前壁及后壁，壳体内具有半导体薄片即霍尔薄片(hall plate)220及信号放大器222(请参考图4)。具体应用于所述电机10时，所述第一霍尔传感器22的前壁面向所述转子11，所述第二霍尔传感器23的后壁面向所述转子11。在电机静止位置，所述第一霍尔传感器22以相对于所述转子11极轴R逆时针偏置设置以形成一提前角；所述第二霍尔传感器23以相对于所述转子11极轴R顺时针偏置设置以形成一提前角，本实施方式中，两个提前角相等，均记为α。经过转子11的沿直径方向的两个相对磁极(本实施例中即两块磁铁)中心的虚拟连线记为转子的极轴R。在图2所示的实施例中，所述第一霍尔传感器22及第二霍尔传感器23均邻近转子11的同一磁极，如北极(North，N极)设置。其他实施方式中，如图3所示，第一霍尔传感器22和第二霍尔传感器23邻近转子11的不同磁极设置，如第一霍尔传感器22邻近转子的N极设置，所述第二霍尔传感器23邻近所述转子11的南极(South，S极)设置。本领域技术人员可以理解，所述转子11可包括若干对磁极，所述提前角的电角度小于90度/N，N为所述转子磁极的对数。本实施方式中，所述提前角α的范围为大于0度且小于90度，优选地，所述提前角α大于等于0度，小于等于45度。更优选的，所述提前角可以为15度、20度、25度、30度、35度或40度。设置所述第一及第二霍尔传感器22、23时，在转子预定的静止位置，所述第一及第二霍尔传感器22、23远离所述转子磁场的过零点区域，即转子磁场最弱的区域，以使转子能够顺利起动。

所述转向控制电路50连接所述第一霍尔传感器22及第二霍尔传感器23，被配置为根据电机的转向设定选择性地将第一霍尔传感器22输出的磁极位置信号或将第二霍尔传感器23输出的磁极位置信号输出至所述开关控制电路30。所述开关控制电路30依据接收的磁极位置信号和所述交流电源的极性信息，控制所述可控双向交流开关26以预定方式在导通与截止状态之间切换，以控制电机的正转或反转。

所述整流器包括四个二极管D2-D5。所述二极管D2的阴极与所述二极管D3的阳极相连，所述二极管D3的阴极与所述二极管D4的阴极相连，所述二极管D4的阳极与所述二极管D5的阴极相连，所述二极管D5的阳极与所述二极管D2的阳极相连。所述二极管D2的阴极作为所述整流器的第一输入端I1经一电阻R0与所述第一节点A相连。所述电阻R0可作为降压器。所述二极管D4的阳极作为所述整流器的第二输入端I2与所述第二节点B相连。所述二极管D3的阴极作为所述整流器的第一输出端O1与所述第一霍尔传感器22、第二霍尔传感器23的电源端VCC相连，所述第一输出端O1输出较高的直流工作电压。所述二极管D5的阳极作为所述整流器的第二输出端O2与第一霍尔传感器22及第二霍尔传感器23的接地端GND相连，所述第二输出端O2输出低于所述第一输出端电压的较低电压。所述整流器的第一输出端O1及第二输出端O2之间连接一稳压二极管Z1，所述稳压二极管Z1的阳极连接所述第二输出端O2，所述稳压二极管Z1的阴极连接所述第一输出端O1。

本实施方式中，所述第一霍尔传感器22及第二霍尔传感器23的输出端H1连接所述转向控制电路50。所述第一霍尔传感器22被正常供电的情况下，即电源端VCC接收较高电压，接地端GND接收较低电压，如果检测的转子磁场为N极，其输出端H1输出逻辑高电平的磁极位置信号，如果检测到S极，其输出端H1输出逻辑低电平的磁极位置信号。所述第二霍尔传感器23被正常供电的情况下，即电源端VCC接收较高电压，接地端GND接收较低电压，如果检测的转子磁场为N极，其输出端H1输出逻辑低电平的磁极位置信号，如果检测到S极，其输出端H1输出逻辑高电平的磁极位置信号。

现对所述第一霍尔传感器22及第二霍尔传感器23检测到同一极性磁极输出相位相反的磁极位置信号的原理进行描述。请一并参考图4，所述霍尔薄片220包括前壁X和后壁Y，当霍尔薄片220封装入所述霍尔传感器的壳体内时，所述前壁X对应所述霍尔传感器壳体的前壁，所述后壁对应所述霍尔传感器壳体的后壁。所述霍尔薄片220还包括两个激励电流端M、N(分别对应图1中的电源端VCC及接地端GND)、两个霍尔电动势输出端C、D，所述信号放大器222的两个输入端分别连接两个霍尔电动势输出端C、D。现以第一及第二霍尔传感器22、23均感测到N极为例进行说明。因第一霍尔传感器22的前壁面向所述转子11，感测到转子11的磁极为N极时，所述第一霍尔传感器22的霍尔薄片220置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向由下向上垂直于霍尔薄片220，如图4所示，磁场方向由霍尔薄片220前壁X指向后壁Y。当有从激励电流端M流向激励电流端N的电流流过霍尔薄片220时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转，在霍尔电动势输出端C上电子有所积累，霍尔电动势输出端D缺少电子，因此霍尔电动势输出端C带负电，霍尔电动势输出端D带正电，在垂直于电流和磁场的方向上即霍尔电动势输出端C、D间将产生霍尔电动势，所述信号放大器222对该霍尔电动势进行放大并生成数字信号形式的磁极位置信号，此时，所述磁极位置信号为逻辑高电平“1”，从霍尔传感器的输出端H1输出。因第二霍尔传感器23的后壁面向所述转子11，感测到转子的磁极为N极时，所述第二霍尔传感器22的霍尔薄片220置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向由上向下垂直于霍尔薄片220，由于第二霍尔传感器23相对于第一霍尔传感器22进行了翻转，从第二霍尔传感器23的角度看磁场方向由霍尔薄片220的后壁Y指向前壁X，磁场穿过霍尔薄片220的方向与图4中的方向正好相反。当有从激励电流端M流向激励电流端N的电流流过霍尔薄片220时，在霍尔电动势输出端D上电子有所积累，霍尔电动势输出端C缺少电子，因此霍尔电动势输出端D带负电，霍尔电动势输出端C带正电，在垂直于电流和磁场的方向上即霍尔电动势输出端C、D间将产生霍尔电动势，所述信号放大器222对该霍尔电动势进行放大并生成数字信号形式的磁极位置信号，此时所述磁极位置信号为逻辑低电平“0”，从霍尔传感器的输出端H1输出。当第一霍尔传感器22及第二霍尔传感器23感测到转子的S极时，第一霍尔传感器22的输出端H1输出逻辑低电平，所述第二霍尔传感器23的输出端H1输出逻辑高电平，其原理与上述原理类似，不再赘述。

综上，第一霍尔传感器22以前壁面向所述转子、第二霍尔传感器23以后壁面向所述转子的形式安装于电机上，使所述第二霍尔传感器23内的霍尔薄片面向所述转子11的方向相对于所述第一霍尔传感器22内的霍尔薄片面向所述转子11的方向呈180度翻转，当第一及第二霍尔传感器22、23均感测转子11的同一极性的磁极时，输出相位相反的磁极位置信号。

请再参考图1，所述转向控制电路50包括一开关单元，所述开关单元包括第一至第三端51-53，所述第一端51连接所述开关控制电路30，所述第二端52接收所述第一霍尔传感器22输出的磁极位置信号，所述第三端53接收所述第二霍尔传感器23输出的磁极位置信号，所述转向控制电路50根据一转向设定信号CTRL将所述第一端51选择性地连接所述第二端52或第三端53。

所述开关控制电路30包括第一至第三端子，其中第一端子连接所述整流器的第一输出端O1，第二端子连接所述转向控制电路50的第一端51，第三端子连接所述可控双向交流开关26的控制极G。所述开关控制电路30包括电阻R2、NPN三极管Q1、以及串联于转向控制电路50的第一端51与所述可控双向交流开关26之间的二极管D1和电阻R1。所述二极管D1的阴极作为所述开关控制电路30的第二端子连接所述转向控制电路50的第一端51。所述电阻R2一端连接所述整流器28的第一输出端O1，另一端连接所述二极管D1的阴极。所述NPN三极管Q1的基极连接所述二极管D1的阴极，发射极连接所述二极管D1的阳极，集电极作为所述开关控制电路30的第一端子连接所述整流器28的第一输出端O1，所述电阻R1不与所述二极管D1相连的一端作为所述开关控制电路30的第三端子。

所述可控双向交流开关26较佳的为三端双向晶闸管(TRIAC)，其第一阳极T1连接第二节点B，第二阳极T2连接第一节点A，其控制极G连接所述开关控制电路30的第三端子。可以理解，所述可控双向交流开关26可包括由金属氧化物半导体场效应晶体管、可控硅整流器、三端双向晶闸管、绝缘栅双极型晶体管、双极结晶体管、半导体闸流管、光耦元件中的一种或多种组成的能让电流双向流过的电子开关。例如，两个金属氧化物半导体场效应晶体管可组成可控双向交流开关；两个可控硅整流器可组成可控双向交流开关；两个绝缘栅双极型晶体管可组成可控双向交流开关；两个双极结晶体管可组成可控双向交流开关。

所述开关控制电路30被配置为在所述交流电源为正半周且其第二端子接收第一电平时、或者所述交流电源为负半周且其第二端子接收第二电平时，使所述可控双向交流开关26导通；当所述交流电源为负半周且其第二端子接收第一电平时，或者所述交流电源为正半周且其第二端子接收第二电平时，不导通所述可控双向交流开关26。较佳的，所述第一电平为逻辑高电平，所述第二电平为逻辑低电平。

现对电机驱动电路19控制极电机正反转的工作原理进行描述。

根据电磁理论可知，对于单相永磁电机，通过改变定子绕组16的通电方式即可改变电机转子的转向。如果霍尔传感器感测到的转子极性为N极，流过定子绕组16的交流电源为正半周，电机反转如逆时针(CCW)旋转；可以理解，如果霍尔传感器感测到的转子极性仍为N极，使流过定子绕组16的外部交流电源为负半周，电机转子将会正转如顺时针(CW)旋转。本发明的实施方式依据此原理设计，即根据第一、第二霍尔传感器22、23感测到的转子的极性调整流过定子绕组16的电流方向实现对电机正转和反转的控制。本实施方式中，所述第一霍尔传感器22和第二霍尔传感器23均感测到转子的同一磁极时，输出相位相反的磁极位置信号，开关控制电路30依据磁极位置信号控制流过定子绕组16的外部交流电源的极性，即可控制电机的转向。

表1示出根据转向设定信号CTRL控制电机的正反转的功能表。

表1

转向设定信号CTRL	选用的检测电路	电机转向
			0	第一霍尔传感器	逆时针
1	第二霍尔传感器	顺时针

现以电机正转为例进行说明，假设所述转向设定信号CTRL输出逻辑高电平“1”，所述转向控制电路50的第一端51与第三端53连接，所述开关控制电路30接收所述第二霍尔传感器23输出的磁极位置信号。电机起动时，如果第二霍尔传感器23感测到转子的磁极位置为N极，第二霍尔传感器23输出逻辑低电平“0”的磁极位置信号，所述开关控制电路30的二极管D1的阴极接收低电平，所述三极管Q1关断，如果所述电机起动时交流电源处于负半周，处于负半周的交流电源流过所述可控双向交流开关26的控制极G、电阻R1及二极管D1接地，所述可控双向交流开关26导通，所述转子11顺时针起动旋转。如果所述电机起动时交流电源处于正半周，处于正半周的交流电源无法通过NPN三极管Q1，没有电流流过所述可控双向交流开关26的控制极G，所述可控双向交流开关26不导通，转子11不转。

如果第二霍尔传感器23检测到转子的磁极为S极，输出逻辑高电平“1”的磁极位置信号至所述开关控制电路30，所述开关控制电路30的二极管D1的阴极接收高电平，所述三极管Q1导通，因此所述二极管D1的阳极为高电平，如果所述电机起动时交流电源处于负半周，处于负半周的交流电源无法流过所述可控双向交流开关26的控制极G和电阻R1，因此所述可控双向交流开关26不导通，转子11不转。如果所述电机起动时交流电源处于正半周，处于正半周的交流电源经过NPN三极管Q1、电阻R1流向所述可控双向交流开关26的控制极G，所述可控双向交流开关26导通，定子绕组中流过交流电源的正半周，所述转子11顺时针旋转。

如预控制电机反转即逆时针旋转，使所述转向设定信号CTRL输出逻辑低电平“0”，所述转向控制电路50的第一端51与第二端52连接，所述开关控制电路30接收所述第一霍尔传感器22输出的磁极位置信号。如果第一霍尔传感器22感测到转子的磁极位置为N极，所述第一霍尔传感器22的输出端H1输出逻辑高电平“1”的磁极位置信号，所述三极管Q1导通，因此所述二极管D1的阳极为高电平，如果所述电机起动时交流电源处于负半周，处于负半周的交流电源无法流过所述可控双向交流开关26的控制极G和电阻R1，因此所述可控双向交流开关26不导通，转子11不转。如果所述电机起动时交流电源为正半周，处于正半周的交流电源经过三极管Q1、电阻R1流至所述可控双向交流开关26的控制极G，所述可控双向交流开关26导通，电机转子11逆时针起动旋转。

如果所述第一霍尔传感器22感测到转子的磁极位置为S极，所述第一霍尔传感器22的输出端H1输出逻辑低电平“0”的磁极位置信号，所述二极管D1的阴极接收逻辑低电平，所述三极管Q1关断，如果所述电机起动时交流电源处于负半周，处于负半周的电流经过可控双向交流开关26的控制极G、电阻R1及二极管D1接地，所述可控双向交流开关26导通，定子绕组16中流过交流电源的负半周，所述转子11逆时针起动旋转。如果所述电机起动时交流电源处于正半周，处于正半周的交流电源无法通过NPN三极管Q1，没有电流流过所述可控双向交流开关26的控制极G，所述可控双向交流开关26不导通，转子11不转。

上述的转子11不转的情形指的是电机起动时的情形，电机起动成功后，即便所述可控双向交流开关26不导通，转子11也会保持惯性转动。另外，在改变转子11的转动方向时，需要先停止电机的转子11的转动，使转子11停于预定静止位置使电机的转子11停止旋转很容易实现，例如在交流电源24和电机的定子绕组16之间增加一个开关(图未示)，将此开关关断一预定时间即可使所述转子11停止旋转。使电机的转子11停止旋转还可以有其他实施方式，例如，请参考图5，所述转向控制电路50的开关单元进一步包括一第四端54，所述第四端54空接，所述转向控制电路50的状态由两路转向控制信号CTRL1、CTRL2控制。

下面举一实施例说明变换电机运转方向的过程。用户可通过外部控制器输出CTRL1＝0、CTRL2＝0的转向控制信号至所述转向控制电路50，所述转向控制电路50将第一端51与第二端52连接，选择将所述第一霍尔传感器22连接至所述开关控制电路30，电机逆时针旋转。电机起动后，预控制电机变换运转方向，可通过外部控制器输出CTRL1＝1、CTRL2＝1的转向控制信号，所述转向控制电路50的第一端51连接所述第四端54，因第四端54空接，没有电流流过所述可控双向交流开关26的控制极G，电机会随惯性转一会后停止。一定时间后，所述外部控制器输出CTRL1＝1、CTRL2＝0的转向控制信号至所述转向控制电路50，所述转向控制电路50的第一端51连接第三端53，选择将所述第二霍尔传感器23连接至所述开关控制电路30，电机会顺时针旋转。

请参考表2，为具体的依据电机的转向设定、转子的磁极位置及电源的极性控制电机正反转的情形。

表2

本领域技术人员可以理解，所述开关控制电路30、整流器、检测电路可集成封装在集成电路中，如可由ASIC单芯片实现，以降低电路成本，并提高电路的可靠性。

请参考图6，为本发明电机的第二实施例的电路图，本实施例与图1所示实施例的不同在于，使用两个集成所述开关控制电路30、整流器、检测电路的电机驱动集成电路(IC)来实现电机正反转的控制。所述两个电机驱动集成电路分别记为第一电机驱动集成电路100及第二电机驱动集成电路200。所述第一电机驱动集成电路100及第二电机驱动集成电路200均包括壳体，所述壳体包括前壁及后壁，所述第一电机驱动集成电路100的前壁面向所述转子11，所述第二电机驱动集成电路200的后壁面向所述转子11。在电机静止位置，所述第一电机驱动集成电路100以相对于所述转子11极轴R逆时针偏置设置以形成一提前角；所述第二电机驱动集成电路200以相对于所述转子11极轴R顺时针偏置设置以形成一提前角，本实施方式中，两个提前角相等，均记为α。所述第一电机驱动集成电路100及第二电机驱动集成电路200内部，霍尔传感器的输出端H1与图1所示第一实施方式不同为直接连接至所述开关控制电路30的第二端子。第一电机驱动集成电路100及第二电机驱动集成电路200内的开关控制电路、整流器、检测电路的结构及工作原理与第一实施例相同，在此不再赘述。所述转向控制电路50未集成于在电机驱动集成电路内部，其被配置为根据电机的转向设定，选择性地将第一或第二电机驱动集成电路100、200输出的控制信号输出至所述可控双向交流开关26，以控制所述可控双向交流开关26的导通状态,使电机以特定方向转动或以与所述特定方向相反的方向转动。本实施方式中，所述特定方向为逆时针，所述与特定方向相反的方向为顺时针。

在图6所示实施方式中，所述转向控制电路50的第一端51连接所述可控双向交流开关26的控制极G，所述转向控制电路50的第二端52连接所述第一电机驱动集成电路100的开关控制电路30的第二端子，所转向控制电路50的第三端53连接所述第二电机驱动集成电路200的开关控制电路30的第二端子。所述第一及第二电机驱动集成电路100、200的整流器的第一输入端I1均通过电阻R0连接第一节点A，所述第一及第二电机驱动集成电路100、200的整流器的第二输入端I2连接第二节点B，所述可控双向交流开关26的第一阳极T1连接所述第二节点B，第二阳极T2连接所述第一节点A，所述交流电源24和所述定子绕组16串联于第一及第二节点A、B之间。所述转向控制电路50接收的转向控制信号CTRL为逻辑低电平时，第一端51与第二端52连接，所述电机逆时针旋转；所述转向控制电路50接收的转向控制信号CTRL为逻辑高电平时，所述转向控制电路50的第一端51与第三端53连接，所述电机顺时针旋转。

请参考图7，为本发明电机的第三实施例的电路图，本实施例与图6所示实施例的区别在于，所述定子绕组16与所述可控双向交流开关26串联于所述第一节点A及第二节点B之间，所述交流电源24连接于第一节点A及第二节点B之间。

请参考图8，为本发明电机驱动电路的第四实施例的电路图，本实施例与图6所示实施例的区别在于对转向控制电路50的位置进行了变换，本实施例中，所述转向控制电路50第一端51通过电阻R0连接第一节点A，所述第二端52连接所述第一电机驱动集成电路100的整流器的第一输入端I1，所述第三端53连接所述第二电机驱动集成电路200的整流器的第一输入端I1。所述转向控制电路50根据所述转向设定信号CTRL选择性地控制交流电源24向第一电机驱动集成电路100供电或者向第二电机驱动集成电路200供电，以将第一或第二电机驱动集成电路100、200输出的控制信号输出至所述可控双向交流开关26，以控制所述可控双向交流开关26的导通状态,进而控制电机正转或反转。

请参考图9，为本发明电机驱动电路的第五实施例的电路图，本实施例与图8所述实施例的区别在于，所述定子绕组16与所述可控双向交流开关26串联于所述第一节点A及第二节点B之间，所述外部交流电源24连接于第一节点A及第二节点B之间。

上述实施方式中，所述转向控制电路50的开关单元可为机械开关或电子开关，所述机械开关包括继电器、单刀双掷开关及单刀单掷开关，所述电子开关包括固态继电器、金属氧化物半导体场效应晶体管、可控硅整流器、三端双向晶闸管、绝缘栅双极型晶体管、双极结晶体管、半导体闸流管、光耦元件等。

本领域技术人员可以理解，在图6至图9所示的实施例中，所述转向控制电路50的开关单元还可采用如图5所示的形式，在控制电机变换方向时先通过转向控制电路50控制电机停转。当然控制电机停转还可以采用其他方式，例如在交流电源24和电机的定子绕组16之间增加一个控制开关(图未示)，将此控制开关关断一预定时间即可使电机转子停止旋转，并停于预定的静止位置。

本发明实施例提供的电机驱动电路，通过两个检测电路或两个电机驱动集成电路检测转子11的磁极位置，所述两个检测电路或两个电机驱动集成电路检测到转子相同磁极时，输出相位相反的磁极位置信号，转向控制电路50根据电机的转向设定选择相应的检测电路或电机驱动集成电路输出的磁极位置信号或控制信号控制可控双向交流开关的状态，进而控制流过电机定子绕组的电流方向，以控制电机的正转或反转。在需要为具有相反旋转方向的不同应用提供驱动电机时，只需切换所述转向控制电路50导通的端子即可。所述电机驱动电路结构简单，通用性强。

上述实施例中，在电机静止位置，所述第一霍尔传感器22/第一电机驱动集成电路100以相对于所述转子11极轴R逆时针偏置设置以形成提前角；所述第二霍尔传感器22/第二电机驱动集成电路200以相对于所述转子11极轴R顺时针偏置设置以形成提前角，所述提前角的设置是保证电机起动时具有较大的起动转矩。

现以电机反转为例进行说明提供较大的起动转矩的原理。当电机起动时，所述转向控制电路50将第一霍尔传感器22或第一电机驱动集成电路100接入电机，电机得电，如果第一霍尔传感器22或第一电机驱动集成电路100检测的转子的磁极位置为N极，所述交流电源24如果处于正半周，所述开关控制电路30发送导通所述可控双向交流开关26的信号，因此电机的定子绕组16中的绕组电流逐渐增大，因为第一霍尔传感器22或第一电机驱动集成电路100以相对于所述转子11极轴R逆时针偏置设置以形成所述提前角，所述第一霍尔传感器22或第一电机驱动集成电路100在电机启动时感测到当前的转子N极的时间相比于现有技术中将位置传感器设于转子极轴R上的设计(见图10A)被延长，这从图10A及图10B的比较可以看出。图10A及图10B中，曲线S1指示反电动势，曲线S2指示绕组电流，曲线S3指示位置传感器输出的磁极位置信号，图中的阴影表示电机的输入功率P_input。输入功率P_input＝V_BemfxI_motor，V_Bemf为反电动势，I_motor为定子绕组电流，图10B中阴影部分的面积相比于图10A中的面积有较大程度的增加，输入功率P_input是电机产生机械功的手段，输入功率P_input加大后提供了较大的起动转矩可以克服电机的轴与轴套间的摩擦及电机负载如泵或风扇的惯性，使电机可以顺利起动并加速。

同理，电机正转时，所述第二霍尔传感器23或第二电机驱动集成电路200以相对于所述转子11极轴R顺时针偏置设置以形成所述提前角，在电机顺时针起动时也会给电机提供较大的起动转矩。

上述实施方式中的转子11为永磁转子，永磁转子的每个磁极可以用稀土所提炼出来的钕磁铁材料来作磁极也可以用橡胶包裹的钕磁铁(稀土提炼出来，也称为橡胶磁磁铁)来作更加耐用的转子磁极，电机中的反电动势可为梯形波，其他实施方式中，永磁转子还可以由其他材料如铁氧体、钕铁硼、铝镍钴等材料制成，反电动势的波形也可为正弦波等其他波形。

上述实施方式中所述整流电路采用全桥整流电路，其他实施方式中，还可采用如半桥整流电路、全波整流电路或半波整流电路。本实施方式中，整流后的电压经所述稳压二极管Z1进行稳压，其他实施方式中，还可采用三端稳压器等电子元件进行稳压。

本领域技术人员可以理解，本发明实施例所述的电机适合于驱动汽车车窗、办公或家用的卷帘等设备。本发明实施例所述的电机可为永磁交流电机，例如永磁同步电机、永磁BLDC电机。本发明实施例的电机优选为单相永磁交流电机，例如单相永磁同步电机、单相永磁BLDC电机。当所述电机为永磁同步电机时，所述外部交流电源为市电电源；当所述电机为永磁BLDC电机时，所述外部交流电源为逆变器输出的交流电源。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电机驱动电路，用于驱动电机的转子相对于定子转动，所述电机驱动电路包括：

可控双向交流开关，与电机的绕组连接于交流电源的两端；

在电机静止位置，所述第一位置传感器与所述第二位置传感器分别相对于所述转子彼此相对磁极中心的连线呈一提前角设置；

所述电机驱动电路还包括：转向控制电路，连接所述第一及第二位置传感器，被配置为根据电机的转向设定选择性地将第一位置传感器输出的磁极位置信号或将第二位置传感器输出的磁极位置信号输出至一开关控制电路；

2.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，电机以特定方向转动时，所述转向控制电路将第一位置传感器输出的磁极位置信号输出至所述开关控制电路；电机以与所述特定方向相反的方向转动时，所述转向控制电路将第二位置传感器输出的磁极位置信号输出至所述开关控制电路；在电机变换转向时，电机先停转。

3.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第一霍尔传感器内的霍尔薄片面向所述转子的方向相对于所述第二霍尔传感器内的霍尔薄片面向所述转子的方向呈180度翻转。

4.如权利要求3所述的电机驱动电路，其特征在于，在电机静止位置，当且仅当所述电机的转向是逆时针时，所述第一霍尔传感器以相对于所述转子彼此相对磁极中心的连线逆时针偏置设置以形成所述提前角；当且仅当所述电机的转向是顺时针时，所述第二霍尔传感器以相对于所述转子彼此相对磁极中心的连线顺时针偏置设置以形成所述提前角。

5.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述提前角的电角度小于90度/N，N为所述转子磁极的对数。

6.如权利要求5所述的电机驱动电路，其特征在于，所述提前角的范围为大于0度，小于90度。

7.如权利要求6所述的电机驱动电路，其特征在于，所述提前角为15度、20度、25度、30度、35度或40度。

8.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电机驱动电路还包括一控制开关，所述控制开关连接于所述交流电源及电机绕组之间，电机运行时预切换电机转向，在切换电机转向前先关断所述控制开关一预定时间直至所述转子停止于其预定的静止位置。

9.一种电机，包括定子、转子及如权利要求1-8中任一项所述的电机驱动电路。

10.如权利要求9所述的电机，其特征在于，所述电机为单相永磁交流电机、单相永磁同步电机或者单相永磁BLDC电机。