專利名稱：用于hvac系統(tǒng)的鼓風(fēng)電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在住宅加熱、通風(fēng)以及空氣調(diào)節(jié)(HVAC)系統(tǒng)中的鼓 風(fēng)電動機(jī)與控制器。具體而言，本發(fā)明的實施例涉及可被連接到用于固定 電容分相(PSC)電動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)電力端子的替換鼓風(fēng)電動機(jī)組件，以及可 用在初始設(shè)備制造廠家(OEM )應(yīng)用以及其他應(yīng)用中的這種鼓風(fēng)電動機(jī)組 件。
背景技術(shù)：
HVAC系統(tǒng)效率提高已經(jīng)提供了能量使用的可觀減少。例如，許多高 效爐、空氣調(diào)節(jié)器以及空氣處理器現(xiàn)在具有大于90%的效率(AFUE額定 值(AFUE ratings ))。然而，用于在這些系統(tǒng)中移動空氣的鼓風(fēng)電動機(jī) 尚未見到顯著效率改進(jìn)，并具有低得多的效率。由于爐以及空氣調(diào)節(jié)器已 經(jīng)變得更為高效，HVAC系統(tǒng)總能量消耗中歸因于鼓風(fēng)電動機(jī)的部分增大， 由此使得鼓風(fēng)電動機(jī)成為整個系統(tǒng)能量使用的較大的分?jǐn)傉?。?dāng)鼓風(fēng)電動機(jī)超過單純?yōu)榧訜岷椭评渌枰匝娱L的小時數(shù)運行時，鼓 風(fēng)電動機(jī)的低效率械放大。例如，通過將風(fēng)扇控制開關(guān)設(shè)置在"開通"位 置，某些用戶經(jīng)常選擇讓其HVAC系統(tǒng)的鼓風(fēng)電動機(jī)連續(xù)運行。這種循環(huán) 運行模式減小了溫度分層，使得來自風(fēng)管工程的初始通風(fēng)最小化，改善了 濕度控制，增大了與HVAC系統(tǒng)結(jié)合使用的相關(guān)空氣凈化器的有效性。通 過選擇"開通"位置，鼓風(fēng)電動機(jī)連續(xù)運行，且相關(guān)聯(lián)的熱特性(即發(fā)熱 或制冷)應(yīng)恒溫器的"需求"設(shè)置運行。當(dāng)處于"開通"位置時，鼓風(fēng)電 動機(jī)典型地以用于制冷的速度運行，即^f吏是在恒溫器^皮i殳置在加熱4莫式的 時候。這種速度通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實現(xiàn)上述空氣循環(huán)效果所必需的速度。這導(dǎo) 致過量的能量使用以及噪音。另外，在鼓風(fēng)機(jī)開關(guān)處于"開通，，位置的情況下，單元不再能選擇用于制冷或是加熱的系統(tǒng)速度，而是連續(xù)地以連續(xù) 風(fēng)扇速度運行。即使是在系統(tǒng)被設(shè)計為在多速度電動機(jī)中選擇適當(dāng)速度時，例如美國專利No.4，815，524所公開，可用于鼓風(fēng)機(jī)"開通，，應(yīng)用的速度高 于對于這種運行所必需的速度，并能帶來冷點腐蝕(cold spot corrosion)， 需要在，524專利中公開的關(guān)閉周期。因此，增大的運行時間導(dǎo)致更大的能 量使用。許多上面介紹的低效率來自用在HVAC系統(tǒng)中的鼓風(fēng)電動機(jī)的類型。 按照傳統(tǒng)，HVAC系統(tǒng)使用固定速度或多種速度的固定電容分相(PSC) 電動機(jī)。這些電動機(jī)一般具有兩個獨立的電力連接，以便提供加熱或是制 冷運行模式。加熱或制冷電力輸入一般連接到PSC電動機(jī)中的不同的繞組 抽頭，以便在相應(yīng)的運行模式中為鼓風(fēng)機(jī)提供在某種程度上不同的運行速 度。兩個以上的抽頭可被設(shè)計到PSC電動機(jī)中，允許OEM或安裝者通過 抽頭到相應(yīng)加熱與制冷電力連接的適當(dāng)連接來選擇運行速度。通過由恒溫 器驅(qū)動的繼電器以及溫度開關(guān)的致動，這些AC電力連接到電動機(jī)的激勵 受到控制。用在住宅HVAC系統(tǒng)中的固定速度PSC電動機(jī)M1的實例在圖1中 示出。在這種配置中，單相AC電源電壓( 一般為115VAC或230VAC ) 由連接L1與N供給，其中，Ll表示AC電源的高電壓側(cè)，N為中性側(cè)， 其在典型的115 VAC住宅配電系統(tǒng)中位于地電位。(在一般的230VAC系 統(tǒng)中，另一個高電壓供電線可代替中性線N)。到電動機(jī)的電力受到繼電 器R1和開關(guān)S1的控制，它們均被示為處于其不通電位置。鼓風(fēng)機(jī)繼電器 Rl受到恒溫器的控制。在圖l所示的位置上一一其為加熱運行模式的通常位置，每當(dāng)風(fēng)扇控 制開關(guān)Sl閉合時，AC電壓被供到電力輸入連接L1H電動機(jī)連接。每當(dāng) 熱交換器中的空氣溫度超過預(yù)定設(shè)置點時，風(fēng)扇控制開關(guān)Sl閉合。對于燃 氣爐系統(tǒng)， 一旦恒溫器達(dá)到觸發(fā)溫度，這在燃?xì)鈬娮?故來自恒溫器的信號 致動后的短暫時間發(fā)生。當(dāng)風(fēng)扇控制開關(guān)S1閉合時，AC電力被供到電動 機(jī)M1，于是，電動機(jī)M1將啟動并運行。電動機(jī)M1的速度是電動機(jī)設(shè)計、空氣動力學(xué)系統(tǒng)阻抗的函數(shù)。電動機(jī)M1在風(fēng)扇控制開關(guān)Sl關(guān)斷時停止，其在每當(dāng)熱交換器空氣溫度下降到 低于設(shè)置點時發(fā)生。類似地，當(dāng)恒溫器由于制冷需求而要求鼓風(fēng)機(jī)運行時，鼓風(fēng)機(jī)繼電器 Rl閉合并對L1C電動機(jī)連接通電，因此以其制冷模式速度運行電動機(jī)。 鼓風(fēng)機(jī)運行在來自恒溫器的信號對鼓風(fēng)機(jī)繼電器Rl停止通電時停止?，F(xiàn)在參照圖1A，示出了用于住宅HVAC系統(tǒng)中的另一固定速度PSC 電動機(jī)。電動機(jī)具有四個繞組抽頭，以便供給兩種加熱風(fēng)扇速度和兩種制 冷速度。風(fēng)扇速度受到具有制冷/加熱繼電器、低/高制冷繼電器以及^/高 加熱繼電器的爐控制板的控制。其他的HVAC系統(tǒng)可包含兩個加熱級以及 一個制冷級，或者加熱與制冷速度的其他任意組合。PSC電動機(jī)在以高速運行時具有合理的高效率，但其效率在以低速運 行時可能下降到20%范圍。由于空氣調(diào)節(jié)器蒸發(fā)器盤管需要與爐熱交換器 相比更高的氣流，鼓風(fēng)電動機(jī)在爐運行期間以較低的速度運行，其中效率 較低，鼓風(fēng)電動機(jī)在連續(xù)風(fēng)扇"開通"運行期間以甚至更低的速度運行， 其中最為低效。由于上面介紹的PSC電動機(jī)的低效率，許多較新的HVAC系統(tǒng)使用 可變速度電動機(jī)，例如無刷永》茲體(BPM)電動機(jī)和對應(yīng)的電子可變速度 電動機(jī)控制器。BPM的速度可受到電子地控制，并被具體設(shè)置為與各個應(yīng) 用的氣流需求相匹配，因此允許更為高效的運行。另夕卜，BPM電動機(jī)^f吏用 近似與電動機(jī)速度的立方成比例的電力，而PSC電動機(jī)使用近似與電動機(jī) 速度成比例的電力。因此，隨著電動機(jī)速度下降，在寬廣的電動機(jī)速度范 圍上，BPM電動機(jī)使用與PSC電動樹目比較少的電力。這在如上所述為 循環(huán)而連續(xù)運行鼓風(fēng)機(jī)時特別重要。盡管可變速度電動機(jī)常常優(yōu)于PSC電動機(jī)，在類似于圖1A所示的系 統(tǒng)中用可變速度電動機(jī)替換已有PSC電動機(jī)需要系統(tǒng)的機(jī)械、布線或控制 配置上成本高、耗 改變。已經(jīng)開發(fā)出被配置為替換已有HVAC 系統(tǒng)中的PSC電動機(jī)的可變速度電動機(jī)系統(tǒng)，但它們具有相對較為復(fù)雜的控制和檢測系統(tǒng)。例如，某些系統(tǒng)要求溫度傳感器在HVAC系統(tǒng)的出口風(fēng) 管中的安裝，以使—基于溫度控制電動機(jī)的速度。在其他的替換系統(tǒng)中，替 換電動機(jī)的安裝需要到電動機(jī)的連續(xù)電力連接以及直接從恒溫器到電動機(jī) 的低電壓控制信號的連接。在已有HVAC系統(tǒng)中，制造這些連接可能累贅 且困難。另外，這些已知的系統(tǒng)缺少在低的運行速度下運行鼓風(fēng)機(jī)的靈敏 度。
已有PSC和BPM電動機(jī)的另一限制在于，HVAC OEM常常需要具 有獨特運行參數(shù)的電動機(jī)(轉(zhuǎn)矩負(fù)載，風(fēng)扇速度，旋轉(zhuǎn)方向等)，以便使 得其HVAC部件的性能最優(yōu)化。盡管多速度PSC電動機(jī)和BPM電動^ 供了某些運行選擇，它們的許多運行參數(shù)在制造后是固定的，不能容易地
改變。電動機(jī)制造者、安裝者以;sj艮務(wù)契約者因此必須對多種鼓風(fēng)電動機(jī)
存量清單進(jìn)行備貨，以便供應(yīng)HVAC設(shè)備的多種不同的型號。
因此，可能希望在HVAC系統(tǒng)中提供PSC電動機(jī)的改進(jìn)的"即用型 (dr叩-in)"替換，以便實現(xiàn)可變速度鼓風(fēng)電動機(jī)的優(yōu)點，而不需要對 HVAC系統(tǒng)的顯著改變。通過使用簡單的控制電路，并消除對額外的布線 的需求，例如與傳統(tǒng)的可變速度電動機(jī)以及已有的替換可變速度電動機(jī)系 統(tǒng)結(jié)合使用的布線，也將有利于減小這種替換系統(tǒng)的復(fù)雜性。還將有利于 提供可,皮定制為適合更多HVAC系統(tǒng)的HVAC鼓風(fēng)電動機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了上面介紹的多個問題以及其他問題，并提供了 HVAC鼓 風(fēng)電動機(jī)及其其他電動機(jī)領(lǐng)域中的明顯優(yōu)點。
本發(fā)明的一個實施例是一種鼓風(fēng)電動機(jī)組件，其一般包含整流器、新 型檢測電路、可變速度電動機(jī)、電動機(jī)的相關(guān)聯(lián)的電動機(jī)控制器與電力轉(zhuǎn) 換器。到鼓風(fēng)機(jī)組件的電力經(jīng)由向圖1的PSC電動機(jī)M1提供的同樣的一 組電力輸入連接來提供，即L1C、 L1H和中性N，故鼓風(fēng)電動機(jī)組件可作 為對于圖1的PSC電動機(jī)中由矩形10A包圍的該部分的即用型替換。
檢測電路的一個實施例包含電流互感器CT、電阻器R1、電阻器R2、二極管D1、晶體管Q1、電阻器R3、電容器C1、電阻器R4。檢測電路的 兩個主要優(yōu)點在于其簡單性和靈敏性。由于電路僅僅包含小電流互感器、4 個電阻器、電容器、 一個晶體管、二極管，在例如小電力輸入連接器等小 區(qū)域上構(gòu)建和安裝起來相對較為簡單。另外， 一個晶體管的使用提供了相 對較為無源的設(shè)計，其用小的電流互感器有效地檢測L1C或L1H中的電 流。這是重要的，因為更為靈敏的檢測電路可如下面更為詳細(xì)地介紹的那 樣用于檢測連續(xù)風(fēng)扇速度輸入連接或承載較小電流的其他輸入。
本發(fā)明的另 一實施例為一種鼓風(fēng)電動機(jī)組件，其被配置為替換具有兩 個以上的高電壓側(cè)電力連接的PSC電動機(jī)，例如具有高速、中速、低速以 及連續(xù)風(fēng)扇速度的PSC電動機(jī)。此實施例的鼓風(fēng)電動機(jī)組件可包含五個或 五個以上的電力輸入，用于檢測五個輸入中的電流的三個傳感器電路，以 及用于作為由三個傳感器電路檢測到的電流的函數(shù)控制鼓風(fēng)電動機(jī)的運行 的組合邏輯。
本發(fā)明的另 一 實施例為 一種鼓風(fēng)電動機(jī)組件，其裝有一對中性線輸入， 例如CW中性輸入和CCW中性輸入。電力可被連接到兩個中性輸入中的 任何一個，以便選擇電動機(jī)的鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)或任何其他的參數(shù)。檢測電 路被配置為檢測在中性輸入之一 中的電流以及向電動機(jī)控制器提供對應(yīng)的 信號，以便控制電動機(jī)的運行參數(shù)，例如電動M轉(zhuǎn)方向。
本發(fā)明另一實施例目標(biāo)在于降低引入鼓風(fēng)電動機(jī)組件封裝的高電流導(dǎo) 線的量。已知的HVAC鼓風(fēng)電動機(jī)被封裝在兩件構(gòu)成一套的容器中，電動 機(jī)自身位于一個部分，電動機(jī)控制器和其它電子裝置位于另一個部分。本 領(lǐng)域技術(shù)人員將會明了 ，已知的可變速度電動機(jī)封裝容器包含大量的布線 以及電子裝置，其通常在需要維護(hù)時難以識別。另外，電動機(jī)封裝中的大 量布線可導(dǎo)致布線與電動機(jī)自身之間的磁干擾。本發(fā)明提供了一種新型的 電力輸入連接器，其在電動機(jī)容器外部附近支持上面介紹的檢測電路與輸 入電力連接，以便減小伸入容器的高電流導(dǎo)線的數(shù)量。
本發(fā)明另一實施例在于一種自動檢測HVAC鼓風(fēng)電動機(jī)的正確旋轉(zhuǎn) 方向的方法。HVAC系統(tǒng)中的熱交換器、蒸發(fā)器盤管、管道以及其他部件
9的設(shè)計和定向常常必需CW或是CCW鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇。HVAC安裝者因此必 須為了替換目的來貯存CW和CCW PSC電動機(jī)?？赡孓D(zhuǎn)電動機(jī)可替換 CW或CCWPSC電動機(jī)，但是，安裝者仍然必須小心選擇正確的旋轉(zhuǎn)方 向，否則，HVAC系統(tǒng)將不能正確運行。通過檢測電動機(jī)方向并在其出錯 時自動對之進(jìn)行校正，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)檢測方法解決了這些問題。
本發(fā)明另一實施例提供了調(diào)節(jié)HVAC鼓風(fēng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)置的方法。 HVAC OEM常常希望鼓風(fēng)電動機(jī)特別被設(shè)計為與其HVAC設(shè)備一起工 作。采用PSC電動機(jī)，通過改變其電動機(jī)上的電動機(jī)繞組抽頭，以便實現(xiàn) 所希望的轉(zhuǎn)矩額定值，電動機(jī)制造商可滿足這些請求.不幸的是，改變電 動機(jī)繞組抽頭以滿足各個OEM的確切規(guī)格是耗時且成本高的，并需要制 造和j^存許多輕微改變的電動機(jī)。通過提供調(diào)節(jié)鼓風(fēng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩值而不
改變電動機(jī)繞組抽頭或以其他方式改變電動機(jī)物理設(shè)計的簡單方法，本發(fā) 明使得較為容易地為特定的PEM需求定制HVAC電動機(jī)。特別地，電動 機(jī)的轉(zhuǎn)矩值可在制造過程中被改變，而不使用計算機(jī)或能夠單獨改變存儲 在電動機(jī)存儲器中的所有轉(zhuǎn)矩存儲器值的其他裝置。相反的是，基于電動 機(jī)中希望的一個最大轉(zhuǎn)矩，如這里所介紹的那樣，轉(zhuǎn)矩值在電動機(jī)中被自 動修改。
通過構(gòu)建這里介紹的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，實現(xiàn)多種優(yōu)點。例如，本發(fā)明 的鼓風(fēng)電動機(jī)組件可被用作對已有HVAC系統(tǒng)中的低效固定速度電動機(jī) 的成本相對較低的替換。替換鼓風(fēng)電動機(jī)組件使用較少的能量，允許經(jīng)濟(jì) 的連續(xù)風(fēng)扇運行，并比傳統(tǒng)的固定速度電動機(jī)更為安靜。另外，鼓風(fēng)電動 機(jī)組件可迅速且容易地安裝，而不需要改變HVAC系統(tǒng)的機(jī)械配置、布線 或控制。鼓風(fēng)電動機(jī)組件和相關(guān)方法的實施例也允許標(biāo)準(zhǔn)大小的電動機(jī)為 許多不同的應(yīng)用定制，由此減小必須制造和貯存的不同配置的電動機(jī)的數(shù)
中的檢測電#為簡單、更為靈敏，更為緊湊。本發(fā)明的鼓風(fēng)電動機(jī)組件 也可用在OEM和其它非替換應(yīng)用中。另外，本發(fā)明的許多實施形態(tài)可在 沒有電動機(jī)的情況下單獨用于OEM和/或替換使用。本發(fā)明的這些以及其他的重要實施形態(tài)在下面的詳細(xì)說明中更為全面 地介紹。


參照附圖，下面將詳細(xì)介紹本發(fā)明的示例性實施例，在附圖中
圖1為對于HVAC系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)中的鼓風(fēng)電動機(jī)以及相關(guān)聯(lián)的控制
電路的原理電路圖1A為對于另一HVAC系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)中的鼓風(fēng)電動機(jī)以及相關(guān)聯(lián)
的控制電路的原理電路圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例構(gòu)建并被示為布線到HVAC系統(tǒng)的相關(guān)控
制電路的鼓風(fēng)電動機(jī)組件的原理電路圖3為圖2所示的鼓風(fēng)電動機(jī)組件的示例性整流器的原理電路圖； 圖4為圖2所示的鼓風(fēng)電動機(jī)組件的另 一示例性整流器的原理電路圖； 圖5為一原理電路圖，其示出了圖2的鼓風(fēng)電動機(jī)組件的檢測電路的
一實施例的細(xì)節(jié)；
圖6為根據(jù)本發(fā)明另一實施例構(gòu)建并具有三個檢測電路的鼓風(fēng)電動機(jī)
組件的原理電路圖7為真值表，其示出了鼓風(fēng)電動機(jī)組件的電動機(jī)控制器的邏輯函數(shù)； 圖8為才艮據(jù)本發(fā)明另一實施例構(gòu)建并具有用于檢測中性線電力的檢測
電路的鼓風(fēng)電動機(jī)組件的部分的原理電路圖9為根據(jù)本發(fā)明另一實施例構(gòu)建的電力輸入連接器的透視圖10為根據(jù)本發(fā)明另一實施例構(gòu)建的電力輸入連接器的部件的分解
圖11為被示為在電動機(jī)封裝中組裝和安裝的圖io的電力輸入連接器 的透視圖12為一流程圖，其示出了確定鼓風(fēng)電動機(jī)的正確旋轉(zhuǎn)方向的方法； 圖13為一流程圖，其示出了確定鼓風(fēng)電動機(jī)的正確旋轉(zhuǎn)方向的另一方
法；圖14為根據(jù)本發(fā)明一實施例構(gòu)建并被示為與鼓風(fēng)電動機(jī)耦合的轉(zhuǎn)矩
調(diào)節(jié)機(jī)制的原理圖15為一原理電路圖，其示出了轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)機(jī)制的細(xì)節(jié)。
附圖不是將本發(fā)明限定為這里所公開和介紹的具體實施例。附圖不必
被縮放，相反，重點放在清楚地示出本發(fā)明的原理上。
具體實施例方式
本發(fā)明的下面的詳細(xì)介紹參照附圖，附圖示出了可以實踐本發(fā)明的具 體實施例。實施例用于充分詳細(xì)地介紹本發(fā)明的實施形態(tài)，以便使得本領(lǐng) 域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可使用其 他實施例，可進(jìn)行修改。下面的詳細(xì)介紹因此不是出于限制。本發(fā)明的范 圍僅僅由所附權(quán)利要求以及權(quán)利要求等價內(nèi)容的全部范圍限定。
現(xiàn)在參照圖2，示出了才艮據(jù)本發(fā)明一實施例構(gòu)建的鼓風(fēng)電動機(jī)組件10。 所示出的鼓風(fēng)電動機(jī)組件10—般包含整流器12、新型檢測電路14、可變 速度電動機(jī)176、電動機(jī)的相關(guān)聯(lián)的電動機(jī)控制器以及電力轉(zhuǎn)換器18。到
的一組電力輸入連接提供，即L1C、 L1H以及中性N，故組件10可作為 圖l和1A的PSC電動機(jī)中由矩形IOA與10B包圍的部分的即用型替換。 然而，鼓風(fēng)電動機(jī)組件10以及其他的本發(fā)明實施例也可用在OEM和其它 非替換應(yīng)用中。另外，本發(fā)明的許多實施形態(tài)可在沒有電動機(jī)的情況下單 獨用于OEM和/或替換4吏用。
回到圖2，整流器12是傳統(tǒng)型的，將電力輸入連接L1C、 L1H以及中 性N上的AC電力轉(zhuǎn)換為DC電力，并將DC電力傳送到電動機(jī)控制器18。 圖3和4示出了兩種版本的整流器， 一般用12a和12b表示，整流器12a 在檢測電路14被配置為用于電壓檢測時使用，整流器12b在檢測電路被配 置為電流檢測時使用。如圖3和4所示，兩個版本的整流器12a與12b包 含至少一個整流器橋，其包含二極管D1、 D2、 D3、 D4。為了進(jìn)行電流檢 測，整流器12a必須被Z修改為將電源解除耦合，因為如果它們不被解除耦合，L1C和L1H連接將具有連接點，使得不可能確定電壓的源。圖3示出 了解除耦合AC電源輸入的一種方法。包含二極管D5、 D6的另外的管腳 被添加到整流器12a，以便解除耦合電源L1C、 L1H，因此允許檢測電路 14確定輸入電力的源。
采用圖4所示的電流檢測，L1C和L1H輸入在整流器橋的輸入20連 接在一起。電流檢測點22在輸入20前面。將會i人識到，盡管檢測點22 在這里被示為在L1C輸入中，采用適當(dāng)?shù)男薷?，其可作為替代地在L1H 輸入中。電流檢測技術(shù)不要求如電壓檢測技術(shù)那樣附加的橋二極管管腳， 但需要檢測點22和共用DCN之間的隔離。
檢測電路14監(jiān)視L1C或L1H輸入，每當(dāng)AC電力在輸入之一中被檢 測到時產(chǎn)生對應(yīng)的邏輯等級信號CR1。電壓檢測或電流檢測可如上所提到 的那樣使用。由于檢測方案僅僅用于檢測被檢測輸入上電壓或電流存在還 是不存在，不需要顯著的準(zhǔn)確性，故可降低任一種檢測電路的復(fù)雜性。
例的輸出電力，并且，由于電流檢測技術(shù)對饋送到電動機(jī)的電力敏感，電 流檢測水平和滯后必須被選擇為確保在電動機(jī)的運行速度和轉(zhuǎn)矩范圍上實 現(xiàn)AC源的正確檢測。還將明了，電流檢測可通過多種公知的檢測技術(shù)來 實現(xiàn)，包括但不限于例如分流器傳感器或電流互感器。
圖5更為詳細(xì)地示出了檢測電路14的電流檢測實施例。檢測電路14 包含電流互感器CT、電阻器R1、電阻器R2、 二極管D1、晶體管Q1、電 阻器R3、電容器C1、電阻器R4。在示例性實施例中，電流互感器CT為 環(huán)形鐵心互感器，其具有大約30或更多的匝數(shù)，Rl近似為510歐姆，R2 近似為1K歐姆，Dl為1N4148高速開關(guān)二極管，Ql為2N3904 NPN型放 大晶體管，R3近似為10歐姆，Cl為0.1 jiF， R4近似為100K歐姆。但 是，這些部件的特定大小、特性和類型僅僅被提供為介紹本發(fā)明的特定示 例性實施例，并能在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下改變。
電流互感器CT與AC電力輸入連接的L1C輸入電感性耦合，并檢測 何時電流在制冷電力輸入連接L1C中流動。電流互感器CT可作為替代地與加熱電力輸入連接L1H耦合。CT將檢測到的電流耦合到晶體管Ql的 基極。Rl作為負(fù)載電阻器，用于限制電流互感器CT上的最小負(fù)載，R2 限制傳送到Ql的峰值電流。Dl保護(hù)Ql的基M射極結(jié)。
Ql對由CT檢測的脈沖進(jìn)行放大，并將放大后的脈沖通過其集電極傳 送到Cl。 R3將到Cl的電流限制到近似為300毫安。R4作為上拉電阻器， 并將C1充電到所示出的5伏電源。來自晶體管Q1的脈沖使得Cl重復(fù)i文 電，4吏得到電動機(jī)控制器18的輸入改變，因此指示通過L1C的電流。電 動機(jī)控制器18可包含微處理器和/或其他的電子裝置，用于檢測來自檢測 電路14的信號。當(dāng)電流互感器CT飽和或經(jīng)過L1C的電流結(jié)束時，R4對 Cl充電，重新到5伏電源值。目標(biāo)是Cl的電壓低于電動機(jī)控制器18中 的處理器的邏輯閾值達(dá)3到5毫秒，以便準(zhǔn)確檢測。
當(dāng)檢測電路14如上所述地檢測L1C中的電流時，電動機(jī)控制器18運 行電動才幾16，以l更以為對應(yīng)的HVAC系統(tǒng)的制冷模式選擇的速度驅(qū)動鼓 風(fēng)機(jī)風(fēng)扇。如果檢測電路沒有檢測到L1C中的電流以及當(dāng)圖1的開關(guān)Sl 和繼電器Rl均閉合，電動機(jī)控制器18運行電動機(jī)16，以便以為對應(yīng)的 HVAC系統(tǒng)的加熱模式選擇的速度驅(qū)動鼓風(fēng)機(jī)。用于制冷、加熱和其他運 行模式的風(fēng)扇速度可在制造過程中被編程到電動機(jī)控制器18，或者，可通 過其他裝置選擇.檢測電路14產(chǎn)生并被饋送到電動機(jī)控制器18的信號可 被用于選擇電動機(jī)的速度，但也可用于控制任何其他的參數(shù)，例如但不限 于風(fēng)扇方向或轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的檢測電路14的兩個主要優(yōu)點在于其簡單性和靈敏性。由于檢 測電路14僅僅包含小電流互感器、四個電阻器、電容器、 一個晶體管以及 二極管，其在小體積中構(gòu)建和安M來相對較為簡單，例如在小電力輸入 連接器上，其一個實例在下面更為詳細(xì)地介紹。另外， 一個晶體管的使用 提供了相對較為無源的設(shè)計，其用小電流互感器有效地檢測電力輸入L1C 或L1H中的電流。用于替換HVAC鼓風(fēng)電動機(jī)的已知的現(xiàn)有技術(shù)中的檢 測電路使用施密特觸發(fā)器邏輯緩沖器來限定電壓水平，以便在發(fā)熱和制冷 運行模式之間切換。這些現(xiàn)有技術(shù)中的檢測電路的所需要的電壓水平高于對于一個晶體管所需要的，因此必需較大電流互感器來實現(xiàn)同樣的檢測靈 敏度。這是重要的，因為更為靈敏的檢測電路，例如這里公開的檢測電路
14——其可檢測電力輸入中低到大約2安的瞬時峰值電流——可用于檢測 連續(xù)風(fēng)扇速度輸入連接或承載較小電流的其他輸入，如下面更為詳細(xì)地介 紹的那樣。在另一示例性實施例中，檢測電路14可檢測電力輸入中低到大 約l安的瞬時峰值電流。
到此為止的討論是對于鼓風(fēng)電動機(jī)組件，其被配置為替換具有兩個高 電壓側(cè)電力連接L1C與L1H的PSC電動機(jī)M1。然而，某些PSC電動機(jī) 具有附加的繞組抽頭，以便提供附加的運行速度，例如高速、中速、低速 以及連續(xù)風(fēng)扇速度。被配置為用于替換這些類型的PSC電動機(jī)的鼓風(fēng)電動 機(jī)組件必須具有附加的電力輸入連接以及用于檢測電力輸入中的電流的檢 測電路。圖6示出了被配置為替換這樣的PSC電動機(jī)的鼓風(fēng)電動機(jī)組件 100。圖6的鼓風(fēng)電動機(jī)組件100也可用于替換兩速度PSC電動機(jī)，以額
替換PSC電動機(jī)的兩種速度。
如所示出的，示例性鼓風(fēng)電動機(jī)組件100包含六個電力連接IN1到IN6 以及三個檢測電路，檢測電路一般地用140a、 140b、 140c表示，用于檢測 輸入IN1到IN6中的電流，并用于向電動機(jī)控制器18提供相關(guān)聯(lián)的信號， 以便選擇對應(yīng)的風(fēng)扇速度或其他的電動機(jī)參數(shù)。
電力輸入IN1到IN6可對應(yīng)于用于電動機(jī)的任何組運行^lt。在一個 示例性實施例中，IN1可對應(yīng)于最高鼓風(fēng)機(jī)速度(例如100% ) ， IN2可對 應(yīng)于中間/高鼓風(fēng)^it度(例如90% ) ， IN3可對應(yīng)于中間鼓風(fēng)機(jī)速度(例 如80%) ， IN4可對應(yīng)于中間/低鼓風(fēng)機(jī)速度(例如70%) ， IN5可對應(yīng)于 低鼓風(fēng)機(jī)速度(例如60%) ， IN6可對應(yīng)于最小連續(xù)風(fēng)扇鼓風(fēng)機(jī)速度(例 如50%)。
三個檢測電路140a-c可基;M目同，并各自被配置為用于檢測電力輸入 IN1-IN6的一個或一個以上中電流的存在。具體而言，檢測電路140a檢測 電力輸入IN1與IN2中的電流，檢測電路140b檢測IN3與IN4中的電流，
15檢測電路140c檢測IN5中的電流。如下面所闡釋，IN6不被任何檢測電路 檢測。
各個檢測電路140a-c以與圖5的檢測電路14同樣的方式運行，并包 含電流互感器CT、電阻器R1、電阻器R2、 二極管D1、晶體管Q1、電阻 器R3、電容器C1、電阻器R4。在一示例性實施例中，各個CT為環(huán)形纟失 心互感器，其具有大約30或30以上匝，各個Rl近似為510歐姆，各個 R2近似為1K歐姆，各個Dl為1N4148高速開關(guān)二極管，各個Ql為2N3卯4 NPN型放大晶體管，各個R3近似為10歐姆，各個Cl近似為0.1 p F，各 個R4近似為IOOK歐姆。再一次地，提供這些部件的特定的大小、特性和 類型，以便介紹本發(fā)明的特定示例性實施例，并能在不脫離權(quán)利要求的范 圍的情況下修改。
根據(jù)本發(fā)明一重要實施形態(tài)，電動機(jī)控制器18接收來自各個檢測電路 140a-c的信號，并基于信號組合選擇電動機(jī)速度或其他電動機(jī)參數(shù)。圖7 示出了示例性真值表，其可由電動機(jī)控制器18用于基于IN1-IN6中的電流 的檢測來選擇電動機(jī)運行速度或其他電動機(jī)參數(shù)。真值表的第一行顯示， 檢測電路140a檢測到電流，但檢測電路140b和140c沒有("X"表示電 流的檢測)。這顯示，僅僅電力輸入IN1^皮通電，因為如果IN2-IN5中的 任意一個(IN6將在下面討論)也被通電，檢測電路140b或140c也將檢 測到電流。電動機(jī)控制器18因此選擇與輸入IN1相關(guān)聯(lián)的電動機(jī)速度或 其他的電動機(jī)參數(shù)(例如轉(zhuǎn)矩、電力、氣流)。例如，如果輸入IN1對應(yīng) 于被替換PSC電動機(jī)Ml的最高速度抽頭，電動機(jī)控制器18可以以最大 速度(或最高被選擇速度)運行可變速度電動機(jī)16。
真值表的第二行顯示，檢測電路140a和140b均檢測到電流，但險測 電路140c沒有。這顯示，電力輸入IN2被通電，因為其是既由檢測電路 140a又由140b檢測到的唯一電力輸入。電力控制器18因此選擇與IN2相 關(guān)聯(lián)的電動機(jī)速度或其他參數(shù)。真值表的第三行顯示，僅僅檢測電路140b 檢測到電流，因此表示，電力輸入IN3被通電，因為僅僅IN3被檢測電路 140b單獨監(jiān)視。電動機(jī)控制器18因此選擇與IN3相關(guān)聯(lián)的電動機(jī)速度或其他電動機(jī)參數(shù)。真值表的第四行顯示檢測電路140b和140c檢測到電流， 因此顯示電力輸入IN4被通電，但僅僅其被這兩個檢測電路均檢測。電動 機(jī)控制器18因此選擇與IN4相關(guān)聯(lián)的電動機(jī)速度或其他電動機(jī)參數(shù)。真 值表的第五行顯示，僅僅檢測電路140c檢測到電流，由此顯示電力輸入IN5 被通電，因為IN5是由此檢測電路檢測的唯一電力輸入。電動機(jī)控制器18 因此選擇與IN5相關(guān)聯(lián)的電動機(jī)速度或其他電動機(jī)參數(shù)。
真值表的第六行顯示，由圖6的鼓風(fēng)電動機(jī)組件100使能的附加運行 模式。第六行顯示，檢測電路140a、 140b、 140c均沒有檢測電流，表示電 力輸入IN1-IN5均不通電。第六電力輸入IN6不由檢測電路140a、 140b、 140c檢測，并可與電動機(jī)16的連續(xù)風(fēng)扇速度相關(guān)聯(lián)。采用此第六輸入IN6， 電動機(jī)控制器18可以一直以其最低速度運行鼓風(fēng)電動機(jī)16，直到HVAC 系統(tǒng)需要加熱或制冷以及相關(guān)聯(lián)的較高的鼓風(fēng)機(jī)速度。
上面介紹的鼓風(fēng)電動機(jī)組件100允許用僅僅三個檢測電路140a-c在五 個或六個電動機(jī)速度之間選擇(或五個或六個其他電動機(jī)參數(shù)的選擇)。 另夕卜，各個檢測電路與上面討論的現(xiàn)有技術(shù)的檢測組件相比構(gòu)^來簡單、 相對無源并且更為靈敏。
在本發(fā)明另一示例性實施例中，鼓風(fēng)電動機(jī)組件10或100可裝有一對 中性線輸入，例如CW中性輸入和CCW中性輸入。電力可被連接到兩個 中性輸入中的任意一個，以便選擇鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向或任何其他的電動 機(jī)^L
圖8示出了檢測電路1400，其被配置為檢測中性輸入中的一個中的電 流并向電動機(jī)控制器18提供對應(yīng)的信號。中心線檢測電路1400被示為檢 測CW中性線，但可作為代替地檢測CCW中性線。檢測電路1400以與 上面介紹的圖5的檢測電路14相同的方式運行，并包含電流互感器CT、 電阻器R1、電阻器R2、 二極管D1、晶體管Q1、電阻器R3、電容器C1、 電阻器R4。在一示例性實施例中，CT為環(huán)形^^心互感器，其具有大約30 或更多匝，Rl近似為510歐姆，R2近似為1K歐姆，Dl為1N4148高速 開關(guān)二極管，Ql為2N3904 NPN型放大晶體管，R3近似為10歐姆，Cl
17近似為0.1jaF， R4近似為100K歐姆。又一次地，提供這些部件的特定尺 寸、特性、類型以描述本發(fā)明的特定示例性實施例，并能在不脫離權(quán)利要 求的范圍的情況下^^改。
如上面所提到的，安裝者可將中性電力電纜連接到CW中性輸入或 CCW中性輸入，以便在不同的電動機(jī)參數(shù)之間選擇。在一個實施例中， CW和CCW輸入用于選擇可逆鼓風(fēng)電動機(jī)16的風(fēng)扇方向。具體而言，如 果檢測電路1400檢測到CW輸入中的電流，電動機(jī)控制器18以CW風(fēng)扇 旋轉(zhuǎn)來運行電動機(jī)，如安裝者所指定的。相反，如果檢測電路1400檢測到 CW輸入中沒有電流，電動機(jī)控制器18以CCW風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)運行電動機(jī)，如 安裝者所指定的。
在其他實施例中，安裝者能將中性電力電纜連接到CW或CCW中性 輸入，以便在其他電動機(jī)參數(shù)之間進(jìn)行選擇，例如電動機(jī)的速度表、轉(zhuǎn)矩 表、模式選擇、鼓風(fēng)機(jī)系數(shù)、旋轉(zhuǎn)方向。在一個實例中，CW輸入可與第
一速度表相關(guān)聯(lián)，ccw輸入可與第二速度表相關(guān)聯(lián)。在這種情況下，cw 和ccw輸入可作為替代地標(biāo)為"速度表r和"速度表2"，這里有兩個
示例性笫一與第二速度表，其可被存儲在電動機(jī)控制器的存儲器中
速度表l 速度表2
INl-100% INl-95%
IN2-90% IN2-85%
IN3-80% IN3-75%
IN4-70% IN4-65%
IN5-60% IN5-55% 當(dāng)圖8的檢測電路1400檢測CW中性輸入(或速度表1輸入)中的 電流時，其向電動機(jī)控制器18發(fā)信號，以便使用笫一速度表。電動機(jī)控制 器于是對于上面介紹的電力輸入IN1-IN5使用對應(yīng)的速度值。例如，如果 圖8的檢測電路1400檢測到CW或速度表1輸入中的電流以及圖6的檢 測電路140a-c以及圖7的真值表確定電流在IN3中流動，電動機(jī)控制器以 來自速度表1的80%的速度(或轉(zhuǎn)矩)運行風(fēng)扇。類似地，如果圖8的檢測電路沒有檢測到CW (或速度表1)輸入中的電流以及圖6的檢測電路140a-c和圖7的真值表確定電流在IN4中流動，電動機(jī)控制器以來自速度表2的65%的速度運行風(fēng)扇。上面所列出和介紹的速度表當(dāng)然可以用其他的速度表代替。這些不同的速度表提供了系統(tǒng)的定制，例如在加熱和制冷運行模式之間、匹配設(shè)備(例如風(fēng)扇、空氣調(diào)節(jié)器)的不同類型和大小之間、不同的環(huán)境條件(例如不同的氣候區(qū)域)之間。
例如，兩個CW和CCW中性輸入和對應(yīng)的中性檢測電路1400也可用于在快速和慢速電動機(jī)速度斜坡(ramp)之間選擇?？焖傩逼律仙捎?-5秒，類似于PSC電動機(jī)啟動的方式。慢速斜坡上升可用30秒來緩慢且平靜地斜坡上升到所選擇的速度，以便產(chǎn)生較小的噪音和振動，并且在家用環(huán)境中較難察覺。CW中性輸入可被分配為快速斜坡上升，CCW中性輸入可被分配為慢速斜坡上升。當(dāng)中性檢測電路1400檢測到CW中性輸入中的電流時，其對電動機(jī)控制器18發(fā)信號，以便使用較快的斜坡上升。在大多數(shù)HVAC運行模式中，循環(huán)氣流不必立即開啟，因為存在恒溫器要求加熱和熱交換器足夠溫暖到對從熱交換器中吹出的空氣進(jìn)行加熱之間的時間滯后。制冷模式中也存在蒸發(fā)器盤管冷到足夠?qū)?jīng)過盤管的空氣進(jìn)行冷卻的延遲。因此，快速和慢速斜坡上升可包含初始延遲，例如在大約30秒和大約60秒'之間。
本發(fā)明的另 一實施形態(tài)目的在于減小被引入鼓風(fēng)電動機(jī)組件10或100的封裝26(圖11)的高電流導(dǎo)線的量。已知的HVAC鼓風(fēng)電動機(jī)M被封裝在兩件一套的容器中，電動機(jī)自身位于一個部分，電動機(jī)控制器與其他的電子裝置位于另一個部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明了，已知的可變速度電動機(jī)封裝包含大量布線和電子裝置，其在需要維護(hù)時常常難以識別。另外，電動機(jī)封裝26中的大量布線可導(dǎo)致布線和電動機(jī)自身之間的磁干擾。為了解決這些問題，本發(fā)明包含新型電力輸入連接器24 (圖9-11)，其在電動機(jī)容器外部附近支持上面介紹的檢測電路以及輸入電力連接。
圖IO示出了一般地用24表示的電力輸入連接器的實施例，其部分分解地示出，圖11示出了組裝的電力連接器，其安裝在電動機(jī)封裝或容器26的電動機(jī)控制器部分的開口中。示例性的電力輸入連接器24包含一對電路板28與30、頂部與底部蓋板32與34、前面板(frontface) 36。
電力輸入連接器24通過堆疊電路板28與30并接著將電路板夾在蓋板32與34之間并用面板36屏蔽各個電路板的一邊來組裝。組裝后的電力輸入連接器24于是被插在電動機(jī)容器26的所示出的開口 27中。注意，所示出的電力輸入連接器具有一個示例性的構(gòu)造，并可在不脫離本發(fā)明的實施例的范圍的情況下容易地修改，例如進(jìn)行修改以便大量制造時。例如，圖9示出了一般用24a表示的電力輸入連接器的另一實施例，其可更為適于大量制造。電力輸入連接器的許多其他變型也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
回到圖10,第一電路板28支持五個高電壓側(cè)AC線輸入38、 40、 42、44、 46 (例如IN1-IN5)以及圖6的檢測電路140a、 140b、 140c的部件，其包含三個電流互感器CT。跳接器可被連接到輸入38-46,并穿過電流互感器CT的中部，使得電流互感器可如上所述#測輸入中的電流。電流互感器CT在電路板28上鄰近AC線輸入38-46的放置以及短的、相對較小的跳接器的使用減小了 i^封裝26的高電流布線的量。
第二電路板30支持一對中性輸入48與50(例如CW中性和CCW中性)、接地輸入52、圖8的中性線檢測電路1400的部件，其包含其電流互感器CT。跳接器可被連接到中性輸入48、 50中的一個，并從電流互感器CT中穿過。如同用于AC線輸入的檢測電路140a、 140b、 140c，中性檢測電流互感器CT在電路板30上鄰近中性線輸入48、 50的定位減小了it^封裝26的高電流布線的量。
第二電路板30也可支持新型的浪涌保護(hù)電路，其一般地用54表示，包含浪涌限制電阻器56和繼電器58?，F(xiàn)有沖支術(shù)的HVAC電動機(jī)典型地包含NTC熱敏電阻或其他類型的浪涌限制裝置。然而，重復(fù)向電動機(jī)控制器施加電力最終損壞NTC浪涌限制器、橋式整流器以及母線蓋軍(buscap)。充電電阻器56限制到DC母線的初始電流， 一旦母線被充電，繼電器58旁路電阻器56。這降低了浪涌電流，并延長了橋式整流器、母線蓋罩、外部繼電器、用于向電動機(jī)施加電力的開關(guān)的壽命。本發(fā)明的另 一實施例為一種方法，其用于自動檢測HVAC鼓風(fēng)電動機(jī)的正確旋轉(zhuǎn)方向。管道、熱交換器、蒸發(fā)器盤管以及HVAC系統(tǒng)的其他部件的設(shè)計和定向常常必需CW或CCW鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇。HVAC安裝者因此必須為替換目的而貯存CW和CCW PSC電動機(jī)。本發(fā)明的鼓風(fēng)電動機(jī)組件10、 100可包含可逆轉(zhuǎn)的電動機(jī)16，用于替換CW或是CCW PSC電動機(jī)。但是，安裝者必須小心選擇正確的旋轉(zhuǎn)方向，或者，HVAC系統(tǒng)將不能正確運行。通過檢測自動校正不正確旋轉(zhuǎn)方向的電動機(jī)的響應(yīng)，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)檢測方法解決了這些問題。
旋轉(zhuǎn)檢測方法考慮到這樣的事實當(dāng)以錯誤的方向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇時，與在期望的方向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇相比較，大多數(shù)附著到雙向風(fēng)扇的HVAC電動機(jī)顯示出明顯不同的特性。將轉(zhuǎn)矩考慮為示例性的特征，當(dāng)在錯誤的方向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇時，與在期望的方向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇相比，大多數(shù)HVAC電動機(jī)具有可注意到的較低轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明的這種示例性方法檢測鼓風(fēng)電動機(jī)16上的轉(zhuǎn)矩負(fù)載是否表現(xiàn)為對于鼓風(fēng)機(jī)的速度是適當(dāng)?shù)?。例如，如果看到高鼓風(fēng)機(jī)速度和低轉(zhuǎn)矩，該方法推斷鼓風(fēng)機(jī)正在以錯誤方向旋轉(zhuǎn)。電動機(jī)控制器18因此停止電動機(jī)16并電子地反轉(zhuǎn)其方向。電動機(jī)控制器18于是以另一個方向啟動電動機(jī)16，并確定轉(zhuǎn)矩對于給定的速度是適當(dāng)?shù)?。?dāng)較高的轉(zhuǎn)矩得到確認(rèn)時，電動機(jī)控制器18重新對其存儲器編程，以使_標(biāo)記對于下一次啟動的正確旋轉(zhuǎn)。類似地，其他的參數(shù)一一例如電動機(jī)速度一一可用于通過比較對于給定轉(zhuǎn)矩在任一方向的旋轉(zhuǎn)速度來確定正確的旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)確認(rèn)在同一轉(zhuǎn)矩下表現(xiàn)出較低速度的方向時，電動機(jī)控制器18重新對其存儲器編程，以1更將此方向標(biāo)"^己為對于下一次啟動的正確旋轉(zhuǎn)。
圖12示出了另一示例性方法1200，其用于確定HVAC系統(tǒng)的可逆轉(zhuǎn)電動機(jī)的正確旋轉(zhuǎn)方向。圖12中以及這里介紹的單元的特定次序可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下改變。例如，某些單元可^皮逆轉(zhuǎn)、合并或甚至完全移除。在單元1202中，電動才幾控制器——例如電動機(jī)控制器18——啟動電動機(jī)，例如電動機(jī)16，以i更以第一方向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇。由于許多HVAC系統(tǒng)^皮配置為用于CCW風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，電動機(jī)控制器可在一開始在CCW方
21向啟動電動機(jī)，但系統(tǒng)可能需要CW方向。在單元1204中，電動機(jī)控制器或其他機(jī)制在風(fēng)扇在第一方向旋轉(zhuǎn)的同時監(jiān)視電動機(jī)上的轉(zhuǎn)矩負(fù)栽。除轉(zhuǎn)矩負(fù)載以外的其他的運行參數(shù)或特性(例如電力、氣流或速度)也可被監(jiān)視。在單元1206中，電動機(jī)控制器確定^J^視的轉(zhuǎn)矩負(fù)載或其他參數(shù)或特性是否在可接受的范圍內(nèi)。例如，如果電動機(jī)以30inch-lbs的最大額定轉(zhuǎn)矩以0.5hp旋轉(zhuǎn)，電動機(jī)控制器或其他機(jī)制可確定被監(jiān)視的轉(zhuǎn)矩是否大于20%，或大約6inch-lb。如果是這樣，該方法在單元1208停止，電動機(jī)控制器此后總是以第一方向旋轉(zhuǎn)電動機(jī)。然而，如果單元1206確定為轉(zhuǎn)矩負(fù)載不是在可接受的范圍內(nèi)，單元1210將電動機(jī)控制器指向以第二方向旋轉(zhuǎn)電動才幾和風(fēng)扇，在此實例中為CW方向。在單元1212中，電動機(jī)控制器或其他的機(jī)制在風(fēng)扇以第二方向旋轉(zhuǎn)的同時監(jiān)視電動機(jī)上的轉(zhuǎn)矩負(fù)栽。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明了，在不脫離本發(fā)明的實施例的范圍的情況下，在第二方向監(jiān)視的參數(shù)(即第二參數(shù))可以為與在笫一方向監(jiān)視的相同的參數(shù)(即第一參數(shù))。在單元1214中，電動機(jī)控制器確定第二祐Jfe視轉(zhuǎn)矩負(fù)載是否在可接受的范圍內(nèi)。如果是這樣，單元1216改變電動機(jī)控制器的存儲器設(shè)置，以侵束示第二方向為正確的旋轉(zhuǎn)方向。此后，電動機(jī)控制器總是以第二方向旋轉(zhuǎn)電動機(jī)。如果任一單元1206或1214中電動機(jī)轉(zhuǎn)矩負(fù)載不在可接受范圍內(nèi)，單元1218可提供錯誤消息或者可回到單元1202，以l更重新開始該方法。
圖13示出了用于確定HVAC系統(tǒng)中的可逆轉(zhuǎn)電動機(jī)的正確旋轉(zhuǎn)方向的另一示例性方法。方法1300類似于方法1200,除了方法1300將被監(jiān)視電動機(jī)轉(zhuǎn)矩負(fù)載(或其他運行參數(shù)或特性)和風(fēng)扇速度均考慮在內(nèi)以外。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，圖13中以及這里介紹的單元的特定順序可,皮改變。例如，某些單元可纟皮逆轉(zhuǎn)、合并或者甚至是,皮完全移除。方法1300以單元1302開始，其中，電動機(jī)控制器以第一方向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇。在單元1304中，電動機(jī)控制器或其他的機(jī)制在風(fēng)扇以第一方向旋轉(zhuǎn)的同時監(jiān)視電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩負(fù)栽。在單元1306中，電動機(jī)控制器監(jiān)視風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)速度，如同所介紹的實施例中那樣，用傳感器或者通過將電動機(jī)控制到希望的速度。單元1308確定被監(jiān)視的轉(zhuǎn)矩負(fù)栽是否適合所監(jiān)視的旋轉(zhuǎn)速度。使用上面提到的同樣的0.5hp電動機(jī)作為實例，單元1302可確定在電動機(jī)在大約500和大約800RPM之間旋轉(zhuǎn)的同時被監(jiān)視轉(zhuǎn)矩是否大致為6inch-lb，其為對于此轉(zhuǎn)矩水平的可接受的范圍。也可進(jìn)行其他的比較，只要該比較確定所監(jiān)視的轉(zhuǎn)矩負(fù)載是否適合于所監(jiān)視的鼓風(fēng)機(jī)速度。如果負(fù)載是適當(dāng)?shù)模椒?300在單元1308處停止，監(jiān)視控制器此后總是以第一方向旋轉(zhuǎn)電動機(jī)。如果負(fù)載不適當(dāng)，單元1312運行電動機(jī)，以便以第二方向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇。單元1314在風(fēng)扇以第二方向旋轉(zhuǎn)的同時重新監(jiān)視電動機(jī)上的轉(zhuǎn)矩負(fù)載，單元1316在風(fēng)扇以第二方向旋轉(zhuǎn)的同時監(jiān)視風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)速度。單元1318確定第二被監(jiān)視轉(zhuǎn)矩負(fù)載是否適合于第二方向的被監(jiān)視旋轉(zhuǎn)速度。如果是這樣，單元1320改變電動機(jī)控制器的存儲器設(shè)置，以便指示第二方向是正確的旋轉(zhuǎn)方向。如果4壬一單元1306或1314中電動才幾轉(zhuǎn)矩負(fù)載不在可接受的范圍內(nèi)，單元1318可提供錯誤消息或者可轉(zhuǎn)回到單元1302，以便重新開始該方法。
本發(fā)明的另一實施例提供了調(diào)節(jié)HVAC鼓風(fēng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)置的方法。HVAC OEM常常希望鼓風(fēng)電動機(jī)特別設(shè)計為與其HVAC設(shè)備工作。例如，鼓風(fēng)電動機(jī)制造商的典型0.5hp鼓風(fēng)電動機(jī)可具有30inch-lb的最大額定轉(zhuǎn)矩能力，但一個OEM可希望電動機(jī)具有27inch-lb (或90% )的最大額定轉(zhuǎn)矩能力，另一 OEM可希望24inch-lb (或80% )的最大額定轉(zhuǎn)矩能力。采用PSC電動機(jī)，通過改變其電動機(jī)上的電動機(jī)繞組抽頭以實現(xiàn)所希望的轉(zhuǎn)矩額定值，電動機(jī)制造商可滿足這樣的請求。不幸的是，改變電動機(jī)抽頭來滿足每個OEM的確切規(guī)格是耗時且成本高的，需要制造和5&存i午多輕樣t改變的電動才幾。
通過提供在不改變電動機(jī)抽頭或以其他方式改變電動機(jī)物理設(shè)計的情況下調(diào)節(jié)鼓風(fēng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩值，本發(fā)明使得較為容易地為特定OEM需求定制HVAC電動機(jī)。該方法可與可變速度電動機(jī)——例如上面結(jié)合本發(fā)明其他實施例所介紹的那些---起使用，但可與任何傳統(tǒng)電動機(jī)一起使用。
調(diào)節(jié)HVAC鼓風(fēng)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩設(shè)置的一個障礙是大多數(shù)這樣的電動機(jī)在其被制造后不具有可訪問的計算機(jī)輸入或其他的控制輸入。相反，如上
面所討論的那樣，已知的HVAC鼓風(fēng)電動機(jī)僅僅具有2-5個暴露出來的高 電壓側(cè)電力輸入(例如IN1-IN5 )、 一個或一個以上的中性輸入(例如CW 中性和CCW中性)以及接地輸入。因此，本發(fā)明的調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩設(shè)置 的方法必須用這些暴露出來的輸入來實現(xiàn)。
圖14示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例構(gòu)建的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)機(jī)制60，其可由 HVAC OEM或其他任何人用來調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)置，例如圖2所示鼓 風(fēng)電動機(jī)組件10或圖6所示鼓風(fēng)電動機(jī)組件100的。如圖所示，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié) 機(jī)制60僅僅連接到鼓風(fēng)電動機(jī)組件的暴露出來的電力輸入。
轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)機(jī)制60可包含用戶接口，例如選擇器開關(guān)62，以便對于特 定的HVAC系統(tǒng)選擇轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)。例如，假設(shè)OEM具有XYZ和ABC型號 的HVACi殳備。XYZ型號可用具有26.1 inch-lb最大轉(zhuǎn)矩能力的鼓風(fēng)電動 機(jī)最優(yōu)化，ABC型號可用具有28.5 inch-lb最大轉(zhuǎn)矩能力的鼓風(fēng)機(jī)型號最 優(yōu)化。轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)機(jī)制60的選擇器開關(guān)62因此可包含XYZ設(shè)置和ABC設(shè) 置。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會容易地明了的那樣，用戶接口可提供兩個以上 的設(shè)置之間的選擇，或引入用戶定義的設(shè)置，如下面介紹的那樣。
為了調(diào)節(jié)電動機(jī)的多轉(zhuǎn)矩設(shè)置，轉(zhuǎn)矩設(shè)置機(jī)制60首先被附著到電動機(jī) 的電力輸入連接。如這里所用的，術(shù)語"多轉(zhuǎn)矩設(shè)置"意味著兩個或兩個 以上的轉(zhuǎn)矩設(shè)置，例如下面所介紹的五轉(zhuǎn)矩設(shè)置。例如，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)機(jī)制可 被附著到具有30 inch-lb最大轉(zhuǎn)矩能力的0.5 hp鼓風(fēng)電動機(jī)。電動機(jī)可具 有有著下面的轉(zhuǎn)矩，沒置的5個電力輸入
標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)
INl-100% 30 inch-lb
IN2-90% 27 inch畫lb
IN3-80% 24 inch畫lb
IN4-70% 21 inch畫lb
IN5-30% 9 inch-lb 當(dāng)此電動機(jī)被附著到轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)機(jī)制且選擇器被移動到上面介紹的XYZ設(shè)置時，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)機(jī)制如下面那樣調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)置
XYZ電動機(jī) INl-100% 26.1 inch-lb IN2-90% 23.5 inch國lb IN3-80% 20.9 inch-lb IN4-70% 18.3 inch誦lb IN5-30% 7.8 inch畫Ib 類似地，如果ABC設(shè)置被選擇，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)機(jī)制如下面那樣調(diào)節(jié)電動 機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)置
ABC電動機(jī)，
INl-100% 28.5 inch-lb
IN2-90% 25.7 inch-lb
IN3-80% 22.8 inch-lb
IN4-70% 20.0 inch畫lb
IN5-30% 8.6 inch國lb 圖15更為詳細(xì)地示出了轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)機(jī)制60的一實施例的電路。電路可 包含具有選擇器開關(guān)65的被調(diào)節(jié)DC電源64以及隔離電流波形發(fā)生器66。 通過由DC電源64輸出的DC電壓指示的調(diào)節(jié)因子，電路指示鼓風(fēng)電動機(jī) 組件10或100的電動機(jī)控制器18改變其轉(zhuǎn)矩設(shè)置。選擇器開關(guān)65可具有 幾個位置(例如上面介紹的XYZ和ABC位置)，或者可允許在例如60-100 伏范圍內(nèi)任何DC輸出值的選擇(對應(yīng)于電動機(jī)最大額定轉(zhuǎn)矩的60%到 100%) 。 DC電源64的輸出被連接到鼓風(fēng)電動機(jī)組件的二極管橋式整流 器12以及電力輸出連接器24的電力輸入38中的一個，并將電動機(jī)DC母 線充電到所選擇的電壓等級(例如60到100伏)。隔離電流波形發(fā)生器 66被連接到電力輸入的兩個電力輸入44、46，并包含隔離6-8伏變壓器T， 其對具有DC負(fù)載L的電容器C充電。這產(chǎn)生電力輸入44、 46上的輸入 電流，其與在其正式運行中的鼓風(fēng)電動機(jī)的相同。此輸入電流被引入輸入 44中的一個，并從另一個46中出來，同時，DC電力^皮施加到DC母線，以便根據(jù)DC電源的輸出改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)置。例如，如果DC電源64 上的選擇器開關(guān)65被設(shè)置到輸出60伏，電動機(jī)的所有轉(zhuǎn)矩設(shè)置被成比例 的縮小到其原始值的60%。
電動機(jī)控制器18被編程為實現(xiàn)這種以其他方式的非正常情況即使所 施加的電壓對于電動機(jī)控制器18運行電動機(jī)并吸取任何顯著電流來說過 低，電流被施加到其上。當(dāng)電動機(jī)控制器認(rèn)識到這一點時，其根據(jù)輸入電
壓改變其轉(zhuǎn)矩^:置，
反饋機(jī)制也可被提供為指示電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)置已經(jīng)被改變。例如，電 動機(jī)可在沒有負(fù)載的情況下運行到特定的RPM，以便指示新的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)因 子。600的RPM可對應(yīng)于60%的調(diào)節(jié)因子，1000的RPM可對應(yīng)于100% 的調(diào)節(jié)因子。
代替如上所述地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的是，電動機(jī)控制器18可存儲多個不同的轉(zhuǎn) 矩或速度表，并基于由轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)機(jī)制提供的輸入選擇轉(zhuǎn)矩/速度表中的一 個。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)機(jī)制被附著到鼓風(fēng)電動機(jī)組件并設(shè)置為輸出60伏時， 電動機(jī)控制器可從其存儲器中選擇轉(zhuǎn)矩/速度表#1，當(dāng)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)機(jī)制被設(shè)置 為輸出61伏時，電動機(jī)控制器可選擇表#2，等等。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照附圖所示的實施例進(jìn)行了介紹，注意，在不脫離 權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可使用等價內(nèi)容，可進(jìn)行替代。 例如，盡管本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合115VAC配電系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，其不限于 115VAC配電系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明了，采用實施細(xì)節(jié)的明顯修改， 本發(fā)明可適用于美國和其他地方使用的其他的配電系統(tǒng)和電壓，包括但不 限于230VAC配電系統(tǒng)。另外，盡管本發(fā)明的許多實施形態(tài)可特別適用于 HVAC鼓風(fēng)電動機(jī)，它們也可用于為其他應(yīng)用設(shè)計的電動機(jī)。另外，本發(fā) 明的所有上述實施例不依賴于電動機(jī)技術(shù)，可使用感應(yīng)、無刷永磁體、開 關(guān)磁阻、有刷DC、以及其他類型的電動機(jī)。本發(fā)明也兼容AC到DC以及 AC到AC轉(zhuǎn)換的多種轉(zhuǎn)換器拓樸，包含使用晶閘管全轉(zhuǎn)換器或半轉(zhuǎn)換器 的相位控制。相關(guān)技術(shù)也在美國專利No.5，818，194中公開，其全部內(nèi)容并 入此處作為參考。已經(jīng)介紹了本發(fā)明的示例性實施例，具有新穎性且希望由專利證書保 護(hù)的為所附權(quán)利要求的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種鼓風(fēng)電動機(jī)組件，其包含可變速度電動機(jī)和電動機(jī)控制器；電力輸入，其與電動機(jī)控制器電氣耦合并包含第一電力輸入和第二電力輸入，用于接收來自AC電源的AC電力；檢測電路，其用于檢測被施加到第一電力輸入或第二電力輸入的電力，并用于將對應(yīng)的信號傳送到電動機(jī)控制器，以便選擇用于電動機(jī)的對應(yīng)的運行參數(shù)；檢測電路包含電流互感器，其用于檢測第一電力輸入和第二電力輸入的至少一個中的電流，以及一個晶體管，其與電流互感器耦合，用于放大電流互感器的輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，其中，檢測電路還包含電容器， 其被耦合在晶體管和電動機(jī)控制器的輸入之間，用于向電動機(jī)控制器提供 信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，其中，響應(yīng)于來自電流互感器 以及晶體管的電流脈沖，電容器被充電和放電，以便向電動機(jī)控制器提供 信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，其還包含整流器，整流器被耦 合在電力輸入和電動機(jī)控制器之間，以便將AC電力轉(zhuǎn)換為DC電力，并 將DC電力傳送到電動機(jī)控制器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，檢測電路還包含第一電阻器， 其并聯(lián)耦合在電流互感器和晶體管之間，用于限制電流互感器上的最小負(fù) 載。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，檢測電路還包含第二電阻器， 其串聯(lián)耦合在電流互感器和晶體管之間，用于限制被電流互感器傳送到晶 體管的電流。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，檢測電路還包含二極管，其并聯(lián)耦合在電流互感器和晶體管之間，用于保護(hù)晶體管的基極發(fā)射極結(jié)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，檢測電路還包含笫三電阻器， 其被耦合在晶體管和電容器之間，用于限制從晶體管傳送到電容器的電流，
9. 根據(jù)權(quán)利要求2的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，檢測電路還包含第四電阻器， 其被耦合在電壓源和電容器之間，用于對電容器充電。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，其中，運行參數(shù)為電動機(jī)速 度和電動機(jī)轉(zhuǎn)矩中的至少一個。
11. 一種鼓風(fēng)電動機(jī)組件，其包含 可變速度電動機(jī)和電動機(jī)控制器；電力輸入，其與電動機(jī)控制器電氣耦合，并包含第一與第二輸入，用 于從AC電源接收AC電力；檢測電路，其用于檢測被施加到第一或第二電力輸入的電力，并將對 應(yīng)的信號傳送到電動機(jī)控制器，以便選擇用于電動機(jī)的對應(yīng)的運行參數(shù)， 檢測電路用于檢測第一或第二電力輸入中的瞬時峰值電流低到大約2安 培。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，檢測電路包含電流互感器， 其用于檢測第一或第二輸入中的電流； 一個晶體管，其與電流互感器耦合， 用于放大電流互感器的輸出；電容器，其耦合在晶體管和電動機(jī)控制器的 輸入之間，用于將信號提供給電動機(jī)控制器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，其中，響應(yīng)于來自電流互感 器和晶體管的電流脈沖，電容器被充電和放電，以便將信號提供給電動機(jī) 控制器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，其還包含整流器，整流器耦 合在電力輸入和電動機(jī)控制器之間，以便將AC電力轉(zhuǎn)換為DC電力，并 將DC電力傳送到電動機(jī)控制器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12的鼓風(fēng)電動機(jī)組件,檢測電路還包含第一電阻器， 其并聯(lián)耦合在電流互感器和晶體管之間，用于限制電流互感器上的最小負(fù) 載。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，檢測電路還包含第二電阻器， 其串聯(lián)耦合在電流互感器和晶體管之間，用于限制被電流互感器傳送到晶 體管的電流。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，檢測電路還包含二極管，其 并聯(lián)耦合在電流互感器和晶體管之間，用于保護(hù)晶體管的基極發(fā)射極結(jié)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12的鼓風(fēng)電動機(jī)組件,檢測電路還包含第三電阻器， 其耦合在晶體管和電容器之間，用于限制從晶體管傳送到電容器的電流。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，檢測電路還包含第四電阻器， 其被耦合在電壓源和電容器之間，用于對電容器充電。
20. 根據(jù)權(quán)利要求ll的鼓風(fēng)電動機(jī)組件，其中，運行參數(shù)為電動機(jī)速 度和電動機(jī)轉(zhuǎn)矩中的至少一個。
全文摘要
一種鼓風(fēng)電動機(jī)組件，其具有可變速度電動機(jī)，該電動機(jī)適合于使用PSC電動機(jī)的住宅HVAC(加熱、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié))系統(tǒng)中的直接、即用替換。鼓風(fēng)電動機(jī)組件至少包含中性輸入和兩個高電壓側(cè)AC線連接，一個用于連接到加熱電壓源，另一個連接到制冷電源。通過檢測輸入上的電壓或電流，檢測電路檢測哪個輸入被通電。檢測電路向電動機(jī)控制器傳送對應(yīng)的信號，以便控制可變速度電動機(jī)的速度。鼓風(fēng)電動機(jī)組件也可裝有附加的高壓側(cè)AC輸入、一個以上的中性線以及用于檢測高壓側(cè)輸入和/或中性線上的電流或電壓的幾個檢測電路，用于控制可變速度電動機(jī)的多種形態(tài)。
文檔編號H02P23/00GK101677227SQ20091017114
公開日2010年3月24日 申請日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
發(fā)明者A·E·伍德沃德 申請人:艾默生電氣公司