CN109698661A - 电机及其驱动电路 - Google Patents

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孙持平
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杨修文
杨圣骞
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Abstract

本发明提供一种电机驱动电路，包括开关元件及缠绕于电机的定子磁芯上的定子绕组，所述开关元件、定子绕组与一交流电源的连接被配置为：通过切换所述开关元件使得所述电机起动阶段所构成的回路中定子绕组的阻抗小于所述电机起动之后的运行阶段所构成的回路中定子绕组的阻抗，即所述电机起动时流过所述定子绕组的电流大于所述电机起动之后流过定子绕组的电流。上述电机及其电机驱动电路能提高电机起动时的起动转矩以驱动具有较大转动惯量的负载，且当负载成功转动后，能降低电机电流以节省功耗。

Description

电机及其驱动电路
技术领域
本发明涉及一种电机及其驱动电路。
背景技术
当负载(如排气扇、通风机等)的转动惯量较大时，电机在起动时需要具有较大的起动转矩才能克服大负载的较大转动惯量，从而驱动负载。当电机起动时的起动转矩不够大时，电机只能用于驱动具有较小转动惯量的负载。较大的初始电流能够为电机提供更大的起动转矩。但是，当负载开始转动，角动量建立后，便没有必要保持输入这个大电流，所以当负载成功转动后，有必要降低电机的电流以节省功耗。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种具有较大起动转矩且节省功耗的电机驱动电路。
还有必要提供一种应用上述电机驱动电路的电机。
本发明提供一种电机驱动电路，包括开关元件及缠绕于电机的定子磁芯上的定子绕组，所述定子绕组包括起动线圈及工作线圈，所述开关元件、起动线圈、工作线圈与一交流电源的连接被配置为：
通过切换所述开关元件使得在所述电机起动阶段，所述定子绕组的两个线圈中只有起动线圈和所述交流电源构成回路，在所述电机运行阶段，所述定子绕组的两个线圈中只有工作线圈和所述交流电源构成回路；在这种配置下，所述起动线圈的阻抗小于所述工作线圈的阻抗；或
通过切换所述开关元件使得在所述电机起动阶段，所述定子绕组的两个线圈中只有起动线圈和所述交流电源构成回路，在所述电机运行阶段，串联的起动线圈、工作线圈和所述交流电源构成回路；或
通过切换所述开关元件使得在所述电机起动阶段，所述定子绕组的两个线圈中并联的起动线圈与工作线圈和所述交流电源构成回路，在所述电机运行阶段，只有工作线圈和所述交流电源构成回路。
本发明还提供一种电机驱动电路，包括开关元件及缠绕于电机的定子磁芯上的定子绕组，所述开关元件、定子绕组与一交流电源的连接被配置为：通过切换所述开关元件改变所述电机驱动电路中的阻抗，使所述电机起动时流过所述定子绕组的电流大于所述电机起动之后流过定子绕组的电流。
本发明还提供一种电机，包括定子、永磁转子及上述用于驱动所述永磁转子相对于所述定子转动的电机驱动电路。
相较于现有技术，本发明电机及其电机驱动电路中的开关元件或温控开关通过切换使得所述电机起动时流过所述定子绕组的电流大于所述电机起动之后流过所述定子绕组的电流，从而使所述永磁转子在起动时具有较大的起动转矩，进而使所述电机能驱动具有较大转动惯量的负载。当负载开始转动，角动量建立后，能够降低电机输出转矩或电流以节省功耗。
附图说明
图1示意性地示出本发明中的电机。
图2为本发明电机驱动电路的结构框图。
图3为本发明电机驱动电路第一实施方式的电路图。
图4为本发明电机驱动电路第二实施方式的电路图。
图5为本发明电机驱动电路第三实施方式的电路图。
图6为本发明电机驱动电路第四实施方式的电路图。
图7为本发明电机驱动电路第五实施方式的电路图。
图8为本发明电机驱动电路第六实施方式的电路图。
图9为本发明电机驱动电路第七实施方式的电路图。
图10为本发明电机驱动电路第八实施方式的电路图。
图11为本发明电机驱动电路第九实施方式的电路图。
图12为本发明电机驱动电路第十实施方式的电路图。
图13为本发明电机驱动电路第十一实施方式的电路图。
图14为本发明电机驱动电路第十二实施方式的电路图。
图15为本发明电机驱动电路第十三实施方式的电路图。
图16为本发明电机驱动电路第十四实施方式的电路图。
图17为本发明电机驱动电路第十五实施方式的电路图。
图18为本发明电机驱动电路第十六实施方式的电路图。
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。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在本发明中，当一个组件被认为是与另一个组件“相连”时，它可以是与另一个组件直接相连，也可以是通过居中组件与另一个组件间接相连。
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。
请参阅图1，图1示意性地示出本发明中的电机10。所述电机10包括定子及可旋转地设于所述定子的磁极之间的永磁转子300。所述定子包括定子磁芯200及缠绕于所述定子磁芯200上的定子绕组260。所述电机10为永磁交流电机，例如有特定起动方向的单相同步电机、随机起动方向的单相同步电机或者单相BLDC电机。所述电机10可用于驱动风机、水泵等负载。
本实施例中，定子的磁极和所述永磁转子300的磁极之间具有不均匀气隙18，使得所述永磁转子300在静止时其极轴R相对于定子的极轴S偏移一个角度α。该配置可保证所述定子绕组260每次通电时所述永磁转子300具有固定的起动位置。其中所述永磁转子300的极轴R指经过转子的沿直径方向的两个对称磁极(本实施例中即两块磁铁)中心的虚拟连线，定子的极轴S指经过定子的沿直径方向的两个对称极部中心的虚拟连线。图1中定子和所述永磁转子300均具有两个磁极，定子的磁极和所述永磁转子300的磁极之间的不均匀气隙18沿着转子起动方向逐渐减小。在另一实施例中，可以设置定子极部的极弧面与转子同心，从而形成间距相等的主气隙，极弧面上设内凹的起动槽，从而在起动槽与转子的外表面之间形成间距不等的不均匀气隙。可以理解的，在更多实施例中，定子和所述永磁转子300也可以具有更多磁极，例如四个、六个等。
定子上或定子内靠近所述永磁转子300的位置设有用于检测转子磁场的位置传感器114，位置传感器114相对定子的极轴S偏移一个角度，本例中较佳的偏移角也是α。
请参阅图2，图2为本发明一实施例有特定起动方向的同步电机的电机驱动电路100的结构框图。所述电机10还包括驱动所述永磁转子300相对于所述定子磁芯200转动的电机驱动电路100。所述电机驱动电路100包括控制单元110、开关元件120、可控双向交流开关160及交流电源190。所述交流电源190连接于所述可控双向交流开关160与所述定子绕组260之间。
所述开关元件120通过切换使得所述电机10起动时所构成的回路中所述定子绕组260的阻抗小于所述电机10起动之后所构成的回路中所述定子绕组260的阻抗，即所述电机10起动时流过所述定子绕组260的电流大于所述电机10起动之后流过所述定子绕组260的电流，从而使所述永磁转子300在起动时具有较大的起动转矩。可以理解，当所述开关元件120能自动切换时，所述开关元件120不需与所述控制单元110相连；当所述开关元件120需在所述控制单元110的控制下实现切换时，所述开关元件120与所述控制单元110相连。
可以理解，所述交流电源190可以为市电电源，例如为120V(伏)、230V等市电电源；所述交流电源190还可以为由逆变器等元件提供的其它交流电源。例如，当所述电机10为永磁同步电机或永磁BLDC电机时,所述交流电源190可以为逆变器输出的交流电源或市电电源。所述可控双向交流开关160较佳的为三端双向晶闸管(TRIAC)，可以理解，所述可控双向交流开关160并不限于三端双向晶闸管，例如也可由反向并联的两个硅控整流器(SCR)、MOSFET或三极管实现。
请参阅图3，图3为本发明电机驱动电路100第一实施方式的电路图。所述开关元件120包括开关121，所述开关121包括第一端1211、第二端1212及第三端1213。所述定子绕组260包括起动线圈262及工作线圈266。所述控制单元110包括交流-直流转换电路112、位置传感器114、第一开关控制电路116及第二开关控制电路118。所述开关121的第一端1211通过所述起动线圈262与所述交流电源190的第一端192相连。所述开关121的第二端1212通过所述可控双向交流开关160与所述交流电源190的第二端196相连。所述开关121的第三端1213通过所述工作线圈266及所述可控双向交流开关160与所述交流电源190的第二端196相连。所述第一开关控制电路116控制所述开关121的第一端1211与第二端1212及第三端1213之间的切换。所述交流-直流转换电路112连接于交流电源190，用于将交流电转换为低压直流电并提供给所述位置传感器114、第一开关控制电路116及第二开关控制电路118。所述位置传感器114用于检测电机10的永磁转子300的磁场，并输出相应的代表永磁转子300的磁极位置的信号。所述第二开关控制电路118与交流-直流转换电路112、位置传感器114和可控双向交流开关160连接，被配置为依据位置传感器114检测的转子磁场和从交流-直流转换电路112获取的交流电源190的极性信息，控制可控双向交流开关160以预定方式在导通与截止状态之间切换，使永磁转子300沿一预定方向旋转。
在所述电机10起动阶段，所述第一开关控制电路116控制所述开关121使所述第一端1211与所述第二端1212相连，所述交流电源190通过所述起动线圈262、所述第一端1211、所述第二端1212及所述可控双向交流开关160形成回路，此时流过所述起动线圈262的电流为起动电流。预定的等待时间后，所述电机10起动，在电机的运行阶段，所述第一开关控制电路116控制所述开关121使所述第一端1211与所述第三端1213相连，所述交流电源190通过所述起动线圈262、所述第一端1211、所述第三端1213、所述工作线圈266及所述可控双向交流开关160形成回路，此时流过所述起动线圈262及所述工作线圈266的电流为工作电流。
上述过程中，所述可控双向交流开关160的导通与关断由所述第二开关控制电路118控制，本实施例中，在电机10起动及运行阶段，在所述位置传感器114感测到永磁转子300的磁场为第一极性、外部交流电源为正半周时，所述第二开关控制电路118输出控制信号触发所述可控双向交流开关160导通；在所述位置传感器114感测到所述永磁转子300的磁场为第二极性、外部交流电源为负半周时，所述第二开关控制电路118输出控制信号触发所述可控双向交流开关160导通。当未检测到所述永磁转子300的磁场为第一极性且外部交流电源为正半周，或所述永磁转子的磁场为第二极性且外部交流电源为负半周时，所述第二开关控制电路118不输出触发所述可控双向交流开关160导通的控制信号。所述第一极性可为N极或者S极，相应的，所述第二极性为S极或者N极。
由于所述电机10起动时流过所述定子绕组260的电流大于所述电机10起动之后流过所述定子绕组260的电流。所述电机10起动时流过所述定子绕组260的大电流使所述永磁转子300在起动时具有较大的起动转矩，从而能驱动具有较大转动惯量的负载。当负载开始转动，角动量建立后，所述第一开关控制电路116控制所述开关121进行切换，将所述起动线圈262、工作线圈266均接入电路，降低电机的电流以节省功耗。
请参阅图4，图4为本发明电机驱动电路100第二实施方式的电路图。所述开关元件120包括开关122。所述开关122包括第一端1221、第二端1222及第三端1223。所述定子绕组260包括起动线圈262及工作线圈266，所述起动线圈262的阻抗小于所述工作线圈266的阻抗。所述控制单元110与图3所示实施方式相同，分别与所述开关122及所述可控双向交流开关160相连。所述开关122的第一端1221与所述交流电源190的第一端192相连。所述开关122的第二端1222通过所述起动线圈262及所述可控双向交流开关160与所述交流电源190的第二端196相连。所述开关122的第三端1223通过所述工作线圈266及所述可控双向交流开关160与所述交流电源190的第二端196相连。
当所述电机10起动时，所述控制单元110的第一开关控制电路116控制所述开关122使所述第一端1221与所述第二端1222相连，所述交流电源190通过所述第一端1221、所述第二端1222、所述起动线圈262及所述可控双向交流开关160形成回路，此时流过所述起动线圈262的电流为起动电流。当所述电机10起动后，所述控制单元110的第一开关控制电路116控制所述开关122使所述第一端1221与所述第三端1223相连，所述交流电源190通过所述第一端1221、所述第三端1223、所述工作线圈266及所述可控双向交流开关160形成回路，此时流过所述工作线圈266的电流为工作电流。
由于所述起动线圈262的阻抗小于所述工作线圈266的阻抗，因此所述起动电流大于所述工作电流，即，所述电机10起动时流过所述定子绕组260的电流大于所述电机10起动之后流过所述定子绕组260的电流。所述电机10起动时流过所述定子绕组260的大电流使所述永磁转子300在起动时具有较大的起动转矩，从而能驱动具有较大转动惯量的负载。当负载开始转动，角动量建立后，所述第一开关控制电路116控制所述开关122进行切换，断开所述起动线圈262，将所述工作线圈266接入电路，降低电机电流以节省功耗。
请参阅图5，图5为本发明电机驱动电路100第三实施方式的电路图。所述开关元件120包括两开关123及124。所述开关123包括第一端1231及第二端1232。所述开关124包括第一端1241及第二端1242。所述定子绕组260包括起动线圈262及工作线圈266。所述控制单元110与图3所示实施方式相同，分别与所述开关123及124以及所述可控双向交流开关160相连，但本实施方式中因为所述开关元件120包括两开关123及124，所述第一开关控制电路116同时控制所述开关123及124的状态。所述开关123的第一端1231通过所述起动线圈262与所述交流电源190的第一端192相连。所述开关123的第二端1232通过所述可控双向交流开关160与所述交流电源190的第二端196相连。所述开关124的第一端1241通过所述起动线圈262与所述交流电源190的第一端192相连。所述开关124的第二端1242通过所述工作线圈266及所述可控双向交流开关160与所述交流电源190的第二端196相连。
当所述电机10起动时，所述控制单元110的第一开关控制电路116使所述开关123闭合，所述开关124断开，所述交流电源190通过所述起动线圈262、所述开关123及所述可控双向交流开关160形成回路，此时流过所述起动线圈262的电流为起动电流。当所述电机10起动后，所述控制单元110的第一开关控制电路116使所述开关124闭合，所述开关123断开，所述交流电源190通过所述起动线圈262、所述开关124、所述工作线圈266及所述可控双向交流开关160形成回路，此时流过所述起动线圈262及所述工作线圈266的电流为工作电流。
由于所述电机10起动时流过所述定子绕组260的电流大于所述电机10起动之后流过所述定子绕组260的电流。所述电机10起动时流过所述定子绕组260的大电流使所述永磁转子300在起动时具有较大的起动转矩，从而能驱动具有较大转动惯量的负载。当负载开始转动，角动量建立后，所述第一开关控制电路116控制所述开关123、124进行切换，将所述起动线圈262、工作线圈266均接入电路，降低电机电流以节省功耗。
请参阅图6，图6为本发明电机驱动电路100第四实施方式的电路图。所述开关元件120包括两开关125及126。所述开关125包括第一端1251及第二端1252。所述开关126包括第一端1261及第二端1262。所述定子绕组260包括起动线圈262及工作线圈266，所述起动线圈262的阻抗小于所述工作线圈266的阻抗。所述控制单元110与图5所示实施方式相同，分别与所述开关125及126以及所述可控双向交流开关160相连。所述开关125的第一端1251通过所述起动线圈262与所述交流电源190的第一端192相连。所述开关125的第二端1252通过所述可控双向交流开关160与所述交流电源190的第二端196相连。所述开关126的第一端1261通过所述工作线圈266与所述交流电源190的第一端192相连。所述开关126的第二端1262通过所述可控双向交流开关160与所述交流电源190的第二端196相连。
当所述电机10起动时，所述控制单元110的第一开关控制电路116使所述开关125闭合，所述开关126断开，所述交流电源190通过所述起动线圈262、所述开关125及所述可控双向交流开关160形成回路，此时流过所述起动线圈262的电流为起动电流。当所述电机10起动后，所述控制单元110的第一开关控制电路116使所述开关126闭合，所述开关125断开，所述交流电源190通过所述工作线圈266、所述开关126及所述可控双向交流开关160形成回路，此时流过所述工作线圈266的电流为工作电流。
由于所述起动线圈262的阻抗小于所述工作线圈266的阻抗，因此所述起动电流大于所述工作电流，即，所述电机10起动时流过所述定子绕组260的电流大于所述电机10起动之后流过所述定子绕组260的电流。所述电机10起动时流过所述定子绕组260的大电流使所述永磁转子300在起动时具有较大的起动转矩，从而能驱动具有较大转动惯量的负载。当负载开始转动，角动量建立后，所述第一开关控制电路116控制开关125及126进行切换，断开所述起动线圈262，将所述工作线圈266接入电路，降低电机电流以节省功耗。
请参阅图7，图7为本发明电机驱动电路100第五实施方式的电路图。所述开关元件120包括开关127。所述开关127包括第一端1271及第二端1272。所述定子绕组260包括起动线圈262及工作线圈266。所述控制单元110与图3所示实施方式相同，分别与所述开关127及所述可控双向交流开关160相连。所述开关127的第一端1271通过所述起动线圈262与所述交流电源190的第一端192相连。所述开关127的第二端1272通过所述可控双向交流开关160与所述交流电源190的第二端196相连，并通过所述工作线圈266与所述第一端1271相连。
当所述电机10起动时，所述控制单元110的第一开关控制电路116使所述开关127闭合，所述交流电源190通过所述起动线圈262、所述开关127及所述可控双向交流开关160形成回路，此时流过所述起动线圈262的电流为起动电流。当所述电机10起动后，所述控制单元110的第一开关控制电路116使所述开关127断开，所述交流电源190通过所述起动线圈262、所述工作线圈266及所述可控双向交流开关160形成回路，此时流过所述起动线圈262及所述工作线圈266的电流为工作电流。
由于所述电机10起动时流过所述定子绕组260的电流大于所述电机10起动之后流过所述定子绕组260的电流。所述电机10起动时流过所述定子绕组260的大电流使所述永磁转子300在起动时具有较大的起动转矩，从而能驱动具有较大转动惯量的负载。当负载开始转动，角动量建立后，所述第一开关控制电路116控制所述开关127进行切换，将所述起动线圈262、工作线圈266均接入电路，降低电机电流以节省功耗。
请参阅图8，图8为本发明电机驱动电路100第六实施方式的电路图。所述开关元件120包括开关128。所述开关128包括第一端1281及第二端1282。所述定子绕组260包括起动线圈262及工作线圈266。所述控制单元110与图3所示实施方式相同，分别与所述开关128及所述可控双向交流开关160相连。所述开关128的第一端1281与所述交流电源190的第一端192相连。所述开关128的第二端1282通过所述起动线圈262及所述可控双向交流开关160与所述交流电源190的第二端196相连，并通过所述工作线圈266与所述交流电源190的第一端192相连。
当所述电机10起动时，所述控制单元110的第一开关控制电路116使所述开关128闭合，所述交流电源190通过所述开关128、所述起动线圈262及所述可控双向交流开关160形成回路，此时流过所述起动线圈262的电流为起动电流。当所述电机10起动后，所述控制单元110的第一开关控制电路116使所述开关125断开，所述交流电源190通过所述工作线圈266、所述起动线圈262及所述可控双向交流开关160形成回路，此时流过所述起动线圈262及所述工作线圈266的电流为工作电流。
由于所述电机10起动时流过所述定子绕组260的电流大于所述电机10起动之后流过所述定子绕组260的电流。所述电机10起动时流过所述定子绕组260的大电流使所述永磁转子300在起动时具有较大的起动转矩，从而能驱动具有较大转动惯量的负载。当负载开始转动，角动量建立后，所述第一开关控制电路116控制所述开关128进行切换，将所述起动线圈262、工作线圈266均接入电路，降低电机电流以节省功耗。
请参阅图9，图9为本发明电机驱动电路100第七实施方式的电路图。所述开关元件120包括开关129。所述开关129包括第一端1291及第二端1292。所述定子绕组260包括起动线圈262及工作线圈266。所述控制单元110与图3所示实施方式相同，分别与所述开关129及所述可控双向交流开关160相连。所述开关129的第一端1291通过所述起动线圈262与所述交流电源190的第一端192相连。所述开关129的第二端1292通过所述可控双向交流开关160与所述交流电源190的第二端196相连，并通过所述工作线圈266与所述交流电源190的第一端192相连。
当所述电机10起动时，所述控制单元110的第一开关控制电路116使所述开关129闭合，所述交流电源190通过所述起动线圈262、所述开关129及所述可控双向交流开关160形成第一回路，并通过所述工作线圈266及所述可控双向交流开关160形成第二回路，此时流过所述起动线圈262和工作线圈266的电流之和为起动电流。当所述电机10起动后，所述控制单元110的第一开关控制电路116使所述开关129断开，所述交流电源190通过所述工作线圈266及所述可控双向交流开关160形成回路，此时流过所述工作线圈266的电流为工作电流。
所述电机10起动时流过所述定子绕组260的电流大于所述电机10起动之后流过所述定子绕组260的电流。所述电机10起动时流过所述定子绕组260的大电流使所述永磁转子300在起动时具有较大的起动转矩，从而能驱动具有较大转动惯量的负载。当负载开始转动，角动量建立后，所述第一开关控制电路116控制所述开关129进行切换，断开所述起动线圈262，将所述工作线圈266接入电路，降低电机电流以节省功耗。
可以理解，上述图4所示的实施方式中，因为电机起动时构成的回路中只包括定子绕组的起动线圈262，电机起动后构成的回路中只包括定子绕组的工作线圈266，所以所述起动线圈262的阻抗需小于所述工作线圈266的阻抗。其他实施方式对起动线圈262和工作线圈266的大小关系无要求。请参考图6，所述起动线圈262和工作线圈266通过两个独立的开关125和126并联连接，所以，在起动阶段，起动线圈262和工作线圈266也可以被同时激励，在电机成功起动后，控制起动线圈262的开关需要断开，而只有工作线圈266被激励以节省功耗。
可以理解，图3-9中开关元件120包括的开关121-129不限于机械开关，也可以为电子开关。所述机械开关包括温控开关、继电器、单刀双掷开关、单刀单掷开关等。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(Metal-Oxide-Semiconductor FieldEffect Transistor，简称MOSFET)、可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifier，简称SCR)、三端双向晶闸管、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)、双极结晶体管(Bipolar Junction Transistor，简称BJT)、半导体闸流管(Thyristor)、光耦元件(optical-coupled device)等。
可以理解，在一些实施方式中，所述电机驱动电路可以进一步包括二进制纹波计数器，在电机10上电瞬间或电机起动之后所述计数器开始计数，所述开关元件120的状态一直维持，直至达到一预定计数值，所述第一开关控制电路116控制所述开关元件120的状态进行切换，从而使电机10起动时流过所述定子绕组260的电流大于所述电机10起动成功之后流过所述定子绕组260的电流。
可以理解，在一些实施方式中，所述电机驱动电路也可以不包括计时器，所述位置传感器114与所述第一开关控制电路116连接，所述位置传感器114可以提供实时的永磁转子300的位置信号给所述第一开关控制电路116，如果永磁转子300已经转动，位置传感器114输出的信号会翻转，所述第一开关控制电路116即可以切换所述开关元件120的状态，从而使电机10起动时流过所述定子绕组260的电流大于所述电机10起动之后流过所述定子绕组260的电流。
可以理解，上述实施例中的开关121、122、123、124等还可以为温控开关，此种情况下，所述电机内无需设置所述第一开关控制电路116。现以图3所示实施例中的开关121为温控开关为例对温控开关进行切换的原理进行说明。图3中的开关121为单刀双掷温控开关。
当所述电机10未上电时，所述起动线圈262中无电流通过不发热，所述开关121的第一端1211与第二端1212相连。当所述电机10上电后，所述交流电源190通过所述起动线圈262、所述第一端1211、所述第二端1212及所述可控双向交流开关160形成回路，此时所述起动线圈262中有较大电流流过，所述起动线圈262的电流为起动电流。当所述起动线圈262的温度上升到一定值后，所述开关121进行切换，将第一端1211与第三端1213相连(此时，所述电机10已经起动)，所述交流电源190通过所述起动线圈262、所述第一端1211、所述第三端1213、所述工作线圈266及所述可控双向交流开关160形成回路，此时所述起动线圈262及所述工作线圈266的电流为工作电流。
在本实施方式中，所述开关121可根据温度的变化的需求在市场上选择合适的温控开关，使所述第一端1211在与所述第二端1212相连及与所述第三端1213相连之间在到达目标温度时自动切换，所以无需设置所述第一开关控制电路116。上述实施例中，所述温控开关元件为单刀双掷温控开关。
可以理解，图2-9中的控制单元110可包括微控制单元(Micro Controller unit，简称MCU)、可编程阵列逻辑集成电路(Programmable Array Logic Integrated Circuit，简称PAL IC)、门阵列逻辑集成电路(Gate Array Logic Integrated Circuit，简称GALIC)、可编程逻辑设备集成电路(Programmable Logic Device Integrated Circuit，简称PLD IC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)芯片及专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)中的一种或多种来实现所述第一及第二开关控制电路116、118的功能。
通常，大负载需要大尺寸的电机来驱动，大尺寸电机需要更多的能源，也会浪费更多的能源，本发明电机10及其电机驱动电路100中的开关元件通过切换使得所述电机10起动时流过所述定子绕组260的电流大于所述电机10起动之后流过所述定子绕组260的电流，从而使所述永磁转子300在起动时具有较大的起动转矩，进而使所述电机10能驱动具有较大转动惯量的负载。当负载成功转动后，能降低电机电流以节省功耗。这样无需制造持续消耗较多功耗的大尺寸的电机，只需初始时短时消耗较多功耗起动电机，因为初始时间较短，起动线圈不会严重升温。一旦负载成功起动，再恢复到较小的电机电流保持电机的旋转。
本领域的技术人员可以理解，本发明的实施例还可以适用于无固定起动方向的同步电机。请参考图10-16，为本发明无固定起动方向的同步电机第八实施方式至第十四实施方式的电路图，所述第八实施方式至第十四实施方式的电路结构分别与图3-9中有固定起动方向的电机的电路结构类似，分别与图3-9中有固定起动方向的电机的电路不同的是，第八实施方式至第十四实施方式中，所述电机驱动电路中不包括所述可控双向交流开关160、位置传感器114及第二开关控制电路118。本发明第八实施方式至第十四实施方式的开关元件120的切换过程与图3-9中对应的过程类似，针对图3-9中所述开关120元件切换时间的控制方式及可变更的实施方式同样适用于所述第八实施方式至第十四实施方式，此处不再赘述。
请参考图17，为本发明第十五实施方式的电路图，所述开关元件120包括开关131和132。所述开关131包括第一端1311、第二端1312。所述开关132包括第一端1321、第二端1322。所述定子绕组260包括起动线圈262及工作线圈266。所述控制单元110与图13所示实施方式相同，分别与所述开关131及132相连。所述开关131的第一端1311通过所述工作线圈266、起动线圈262与所述交流电源190的第一端192相连。所述开关131的第二端1312与所述交流电源190的第二端196相连。所述开关132的第一端1321通过所述起动线圈262与所述交流电源190的第一端192相连。所述开关132的第二端1322与所述交流电源190的第二端196相连。
当所述电机10起动时，所述控制单元110的第一开关控制电路116使所述开关132闭合，所述开关131断开，所述交流电源190通过所述起动线圈262、所述开关132形成回路，此时流过所述起动线圈262的电流为起动电流。当所述电机10起动后的运行阶段，所述控制单元110的第一开关控制电路116使所述开关131闭合，所述开关132断开，所述交流电源190通过所述起动线圈262、工作线圈266、所述开关131形成回路，此时流过所述起动线圈262及工作线圈266的电流为工作电流。
所述电机10起动阶段流过所述定子绕组260的电流大于所述电机10起动之后的运行阶段流过所述定子绕组260的电流。所述电机10起动时流过所述定子绕组260的大电流使所述永磁转子300在起动时具有较大的起动转矩，从而能驱动具有较大转动惯量的负载。当负载开始转动，角动量建立后，便没有必要保持输入这个大电流，所以当负载成功转动后，所述第一开关控制电路116控制开关131及132进行切换，降低电机电流以节省功耗。
请参考图18，为本发明第十六实施方式的电路图，所述开关元件120包括开关135和136。所述开关135包括第一端1351、第二端1352。所述开关136包括第一端1361、第二端1362。所述定子绕组260包括起动线圈262及工作线圈266。所述控制单元110与图17所示实施方式相同，分别与所述开关135及136相连。所述开关135的第一端1351与所述交流电源190的第一端192相连，第二端1352通过所述起动线圈262与所述交流电源190的第二端196相连。所述开关136的第一端1361与所述交流电源190的第一端192相连。所述开关136的第二端1362通过工作线圈266与所述交流电源190的第二端196相连。
当所述电机10起动时，所述控制单元110的第一开关控制电路116使所述开关135闭合，所述开关136断开，所述交流电源190通过所述起动线圈262、所述开关135形成回路，此时流过所述起动线圈262的电流为起动电流。当所述电机10起动后的运行阶段，所述控制单元110的第一开关控制电路116使所述开关136闭合，所述开关135断开，所述交流电源190通过所述工作线圈266、所述开关134形成回路，此时流过所述工作线圈266的电流为工作电流。
所述电机10起动阶段流过所述定子绕组260的电流大于所述电机10起动之后的运行阶段流过所述定子绕组260的电流。所述电机10起动时流过所述定子绕组260的大电流使所述永磁转子300在起动时具有较大的起动转矩，从而能驱动具有较大转动惯量的负载。当负载开始转动，角动量建立后，便没有必要保持输入这个大电流，所以当负载成功转动后，所述第一开关控制电路116控制开关135及136进行切换，降低电机电流以节省功耗。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (23)

1.一种电机驱动电路，包括开关元件及缠绕于电机的定子磁芯上的定子绕组，其特征在于：所述定子绕组包括起动线圈及工作线圈，所述开关元件、起动线圈、工作线圈与一交流电源的连接被配置为：
通过切换所述开关元件使得在所述电机起动阶段，所述定子绕组的两个线圈中只有起动线圈和所述交流电源构成回路，在所述电机运行阶段，所述定子绕组的两个线圈中只有工作线圈和所述交流电源构成回路，且所述起动线圈的阻抗小于所述工作线圈的阻抗；或
通过切换所述开关元件使得在所述电机起动阶段，所述定子绕组的两个线圈中只有起动线圈和所述交流电源构成回路，在所述电机运行阶段，串联的起动线圈、工作线圈和所述交流电源构成回路；或
通过切换所述开关元件使得在所述电机起动阶段，所述定子绕组的两个线圈中并联的起动线圈与工作线圈和所述交流电源构成回路，在所述电机运行阶段，只有工作线圈和所述交流电源构成回路。
2.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于：所述电机驱动电路进一步包括一与所述定子绕组串联于交流电源两端的可控双向交流开关及控制所述可控双向交流开关导通与关断的控制单元。
3.如权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于：所述电机驱动电路进一步包括一位置传感器，所述位置传感器用于检测电机的永磁转子的磁场，所述控制单元依据位置传感器检测的永磁转子的磁场和所述交流电源的极性信息，控制所述可控双向交流开关以预定方式在导通与截止状态之间切换，使所述永磁转子沿一预定方向旋转。
4.如权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于：所述开关元件为单刀双掷温控开关，所述单刀双掷温控开关的第一端通过所述起动线圈与所述交流电源的第一端相连，所述单刀双掷温控开关的第二端通过所述可控双向交流开关与所述交流电源的第二端相连，所述单刀双掷温控开关的第三端通过所述工作线圈及所述可控双向交流开关与所述交流电源的第二端相连。
5.如权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于：所述开关元件为单刀双掷温控开关，所述单刀双掷温控开关的第一端与所述交流电源的第一端相连，所述单刀双掷温控开关的第二端通过所述起动线圈及所述可控双向交流开关与所述交流电源的第二端相连，所述单刀双掷温控开关的第三端通过所述工作线圈及所述可控双向交流开关与所述交流电源的第二端相连。
6.如权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于：所述开关元件包括第一开关及第二开关，所述第一开关的第一端通过所述起动线圈与所述交流电源的第一端相连，所述第一开关的第二端通过所述可控双向交流开关与所述交流电源的第二端相连，所述第二开关的第一端通过所述起动线圈与所述交流电源的第一端相连，所述第二开关的第二端通过所述工作线圈及所述可控双向交流开关与所述交流电源的第二端相连。
7.如权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于：所述开关元件包括第一开关及第二开关，所述第一开关的第一端通过所述起动线圈与所述交流电源的第一端相连，所述第一开关的第二端通过所述可控双向交流开关与所述交流电源的第二端相连，所述第二开关的第一端通过所述工作线圈与所述交流电源的第一端相连，所述第二开关的第二端通过所述可控双向交流开关与所述交流电源的第二端相连。
8.如权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于：所述开关元件包括一开关，所述开关的第一端通过所述起动线圈与所述交流电源的第一端相连，所述开关的第二端通过所述可控双向交流开关与所述交流电源的第二端相连，并通过所述工作线圈与所述开关的第一端相连。
9.如权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于：所述开关元件包括一开关，所述开关的第一端与所述交流电源的第一端相连，所述开关的第二端通过所述起动线圈及所述可控双向交流开关与所述交流电源的第二端相连，并通过所述工作线圈与所述交流电源的第一端相连。
10.如权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于：所述开关元件包括一开关，所述开关的第一端通过所述起动线圈与所述交流电源的第一端相连，所述开关的第二端通过所述可控双向交流开关与所述交流电源的第二端相连，并通过所述工作线圈与所述交流电源的第一端相连。
11.如权利要求6-10中任一项所述的电机驱动电路，其特征在于：所述电机驱动电路进一步包括一二进制纹波计数器，在电机上电瞬间或电机起动之后所述计数器开始计数，所述开关元件的状态一直维持，直至达到一预定计数值，所述开关元件的状态进行切换。
12.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于：所述开关元件为单刀双掷温控开关，所述单刀双掷温控开关的第一端通过所述起动线圈与所述交流电源的第一端相连，所述单刀双掷温控开关的第二端与所述交流电源的第二端相连，所述单刀双掷温控开关的第三端通过所述工作线圈与所述交流电源的第二端相连。
13.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于：所述开关元件为单刀双掷温控开关，所述单刀双掷温控开关的第一端与所述交流电源的第一端相连，所述单刀双掷温控开关的第二端通过所述起动线圈与所述交流电源的第二端相连，所述单刀双掷温控开关的第三端通过所述工作线圈与所述交流电源的第二端相连。
14.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于：所述开关元件包括第一开关及第二开关，所述第一开关的第一端通过所述起动线圈与所述交流电源的第一端相连，所述第一开关的第二端与所述交流电源的第二端相连，所述第二开关的第一端通过所述起动线圈与所述交流电源的第一端相连，所述第二开关的第二端通过所述工作线圈与所述交流电源的第二端相连。
15.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于：所述开关元件包括第一开关及第二开关，所述第一开关的第一端通过所述起动线圈与所述交流电源的第一端相连，所述第一开关的第二端与所述交流电源的第二端相连，所述第二开关的第一端通过所述工作线圈与所述交流电源的第一端相连，所述第二开关的第二端与所述交流电源的第二端相连。
16.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于：所述开关元件包括一开关，所述开关的第一端通过所述起动线圈与所述交流电源的第一端相连，所述开关的第二端与所述交流电源的第二端相连，并通过所述工作线圈与所述开关的第一端相连。
17.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于：所述开关元件包括一开关，所述开关的第一端与所述交流电源的第一端相连，所述开关的第二端通过所述起动线圈与所述交流电源的第二端相连，并通过所述工作线圈与所述交流电源的第一端相连。
18.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于：所述开关元件包括一开关，所述开关的第一端通过所述起动线圈与所述交流电源的第一端相连，所述开关的第二端与所述交流电源的第二端相连，并通过所述工作线圈与所述交流电源的第一端相连。
19.如权利要求14-18中任一项所述的电机驱动电路，其特征在于：所述电机驱动电路进一步包括一二进制纹波计数器，在电机上电瞬间或电机起动之后所述计数器开始计数，所述开关元件的状态一直维持，直至达到一预定计数值，所述开关元件的状态进行切换。
20.如权利要求6-10或14-18中任一项所述的电机驱动电路，其特征在于：所述电机驱动电路进一步包括一检测永磁转子的磁场的位置传感器，在所述位置传感器输出的信号翻转时，所述开关元件的状态进行切换。
21.一种电机驱动电路，包括开关元件及缠绕于电机的定子磁芯上的定子绕组，其特征在于：所述开关元件、定子绕组与一交流电源的连接被配置为：通过切换所述开关元件改变所述电机驱动电路中的阻抗，使所述电机起动时流过所述定子绕组的电流大于所述电机起动之后流过定子绕组的电流。
22.如权利要求21所述的电机驱动电路，其特征在于：通过切换所述开关元件使得电机起动阶段所述电机驱动电路中定子绕组的阻抗小于电机运行阶段所述电机驱动电路中定子绕组的阻抗。
23.一种电机，包括定子、永磁转子及权利要求1或21所述的用于驱动所述永磁转子相对于所述定子转动的电机驱动电路。
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