電動機的有效電壓控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電動機的有效電壓控制器。提供一種控制電動機的方法。在電動機運行期間確定所述電動機的期望轉(zhuǎn)速。確定使電動機在所述期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的電壓。在電動機運行期間，所述電壓被施加到所述電動機并被有效地控制。
【專利說明】電動機的有效電壓控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般涉及電動機系統(tǒng)，具體涉及控制電動機系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及一 種在電動機系統(tǒng)中控制電動機運行的方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 電動機是一種將電能轉(zhuǎn)換為機械能的設(shè)備。電動機用在各種應(yīng)用中。這些應(yīng)用包 括電扇、泵、工具、硬盤驅(qū)動器、鉆孔機以及在這些或其他類型的平臺上可以發(fā)現(xiàn)的其他類 型的設(shè)備。
[0003] 無刷電機是一種常用類型的電動機。利用無刷電機，控制器被配置以改變電動機 的繞組中的電流。特別地，電流以使電機轉(zhuǎn)動的方式同相地改變施加到繞組的電流的幅度 的頻率切換。電流的切換使用以晶體管形式的開關(guān)來執(zhí)行。
[0004] 可以控制電動機中的參數(shù)，比如扭矩和轉(zhuǎn)速。這些參數(shù)可以通過改變占空比控制。 占空比是對象花費在有效狀態(tài)的時間作為所考慮的總時間的一小部分百分比。對于電動機 而言，占空比可以被定義為矩形波形式的脈沖和周期之間的比率。
[0005] 例如，0%的占空比沒有扭矩。100%的占空比是能夠由電動機產(chǎn)生的最大扭矩。當(dāng) 占空比是100%時，馬達的效率最高。
[0006] 然而，當(dāng)占空比是100%時，電動機的可控性降低。具體地，維持電機每分鐘旋轉(zhuǎn)數(shù) (RPM)的具體數(shù)目的轉(zhuǎn)速控制會受限。例如，如果電動機期望運行在6000RPM的轉(zhuǎn)速，那么 在此例中，可以使用100%的占空比以使電動機運行在6000RPM的轉(zhuǎn)速上。
[0007] 然而，當(dāng)占空比已經(jīng)為100%時，增加轉(zhuǎn)速超過6000RPM是不可能的。進一步，如果 施加到電機的負載將轉(zhuǎn)速減小到6000RPM以下，則由于占空比已經(jīng)為100%，不能通過增加 占空比使轉(zhuǎn)速返回到6000RPM。結(jié)果，當(dāng)占空比是100%時，電動機的可控性不如所期望的 那么大了。
[0008] 因此，期望一種方法和裝置考慮前述問題中的至少一些或其他可能的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 在一個說明性實施例中，一種裝置包括控制器，所述控制器被配置為在電動機運 行期間確定電動機的期望轉(zhuǎn)速。所述控制器還被配置為確定使電動機在期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的 電壓。所述控制器還被配置為在電動機運行期間施加電壓到電動機。在另一個說明性實施 例中，電動機系統(tǒng)包括電動機和控制器。所述控制器被配置為在電動機運行期間確定電動 機的期望轉(zhuǎn)速。所述控制器被配置為通過使用一組控制規(guī)律，確定使電動機在具有100%占 空比的期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的電壓。所述控制器還被配置為通過電壓調(diào)節(jié)器電路，在具有期望 占空比的電動機運行期間施加電壓到電動機。
[0010] 在另一個說明性實施例中，提供一種控制電動機的方法。在電動機運行期間確定 電動機的期望轉(zhuǎn)速。確定使電動機在期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的電壓。在電動機運行期間將電壓施 加到電動機。
[0011] 進一步，本發(fā)明包括根據(jù)下面實施例的實施例：
[0012] 實施例1 : 一種裝置，所述裝置包括：
[0013] 控制器，所述控制器被配置為在電動機運行期間確定所述電動機的期望轉(zhuǎn)速；確 定使所述電動機在所述期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的電壓；以及在所述電動機運行期間施加所述電壓 到所述電動機。
[0014] 實施例2 :如實施例1所述的裝置，其中所述控制器還被配置為在所述電動機運行 期間確定所述電動機的期望轉(zhuǎn)速；確定使所述電動機在期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的電壓；以及在電 動機運行期間反復(fù)施加所述電壓到所述電動機上以響應(yīng)所述電動機上負載的變化。
[0015] 實施例3 :如實施例1所述的裝置，其中，被配置為在電動機運行期間確定所述電 動機的期望轉(zhuǎn)速，所述控制器被配置為從用戶輸入端和設(shè)備中的一個接收電動機的期望轉(zhuǎn) 速。
[0016] 實施例4 :如實施例1所述的裝置，其中，被配置為確定使電動機在期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn) 動的所述電壓，所述控制器被配置為確定所述期望轉(zhuǎn)速的占空比以及基于所述期望轉(zhuǎn)速的 確定的所述占空比確定使所述電動機在所述期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的所述電壓。
[0017] 實施例5 :如實施例1所述的裝置，其中所述控制器被配置為通過使用一組控制規(guī) 律而確定使所述電動機在期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的所述電壓。
[0018] 實施例6 :如實施例5所述的裝置，其中所述一組控制規(guī)律包括電流標識符、占空 比選擇器、電壓標識符和穩(wěn)壓器控制器。
[0019] 實施例7 :如實施例6所述的裝置，其中所述一組控制規(guī)律中的控制規(guī)律包括比 例-積分-微分控制器。
[0020] 實施例8 :如實施例1所述的裝置，其中所述控制器被配置為在四個象限中控制電 動機的運行。
[0021] 實施例9 :如實施例1所述的裝置，其中，確定使所述電動機在期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的 電壓并將占空比基本上維持在100%。
[0022] 實施例10 : -種電動機系統(tǒng)，包括電動機；和
[0023] 控制器，所述控制器被配置為在電動機運行期間確定電動機的期望轉(zhuǎn)速；通過使 用一組控制規(guī)律，確定使所述電動機在具有100%占空比的期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的電壓；并且 通過電壓調(diào)節(jié)器電路，在具有期望的占空比的所述電動機運行期間施加所述電壓到所述電 動機。
[0024] 實施例11 :如實施例10所述的電動機，其中，所述一組控制規(guī)律包括電流標識符、 占空比選擇器、電壓標識符和穩(wěn)壓器控制器。
[0025] 實施例12 : -種控制電動機的方法，所述方法包括：
[0026] 在電動機運行期間確定電動機的期望轉(zhuǎn)速；
[0027] 確定使所述電動機在期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的電壓；以及
[0028] 在所述電動機運行期間施加所述電壓到所述電動機。
[0029] 實施例13 :如實施例12所述的方法，還包括：
[0030] 重復(fù)所述確定步驟和所述施加步驟以將電動機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速維持在期望轉(zhuǎn)速上，從 而響應(yīng)于電動機上負載的變化。
[0031] 實施例14 :如實施例12所述的方法，其中在所述電動機運行期間確定電動機的期 望轉(zhuǎn)速包括：
[0032] 從用戶輸入端和設(shè)備中的一個接收所述電動機的期望轉(zhuǎn)速。
[0033] 實施例15 :如實施例12所述的方法，其中確定使所述電動機在期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的 電壓包括：
[0034] 確定期望轉(zhuǎn)速的占空比；以及
[0035] 基于所述期望轉(zhuǎn)速的確定的占空比確定使所述電動機在期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的電壓。
[0036] 實施例16 :如實施例12所述的方法，其中確定使所述電動機在所述期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn) 動的電壓包括：
[0037] 通過使用一組控制規(guī)律確定使所述電動機在所述期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的所述電壓。
[0038] 實施例17 :如實施例16所述的方法，其中所述一組控制規(guī)律包括電流標識符、占 空比選擇器、電壓標識符和穩(wěn)壓器控制器。
[0039] 實施例18 :如實施例17所述的方法，其中所述一組控制規(guī)律中的控制規(guī)律包括比 例-積分-微分控制器。
[0040] 實施例19 :如實施例12所述的方法，其中所述控制器被配置為在四個象限中控制 所述電動機的運行。
[0041] 實施例20 :如實施例12所述的方法，其中，確定使所述電動機在期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動 的所述電壓并將占空比基本上維持在100%。
[0042] 上述特征和功能能夠在本發(fā)明的各種實施例中獨立實現(xiàn)或在其他實施例中被組 合，其進一步細節(jié)能夠參考下面的說明和附圖。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043] 被認為是示例性實施例的新穎特征的特點在所附權(quán)利要求中闡述。然而，說明性 實施例、優(yōu)選使用模式、進一步目標及其特征將在閱讀附圖時通過參考下文中本發(fā)明的示 例性實施的詳細描述而更好地理解，其中 ：
[0044] 圖1是根據(jù)一個說明性實施例的方框圖形式的電動機環(huán)境的示意圖；
[0045] 圖2是根據(jù)一個說明性實施例的方框圖形式的用于電動機系統(tǒng)的控制器的一個 實施方式的示意圖；
[0046] 圖3是根據(jù)一個說明性實施例的電流標識符的示意圖；
[0047] 圖4是根據(jù)一個說明性實施例的占空比選擇器的示意圖；
[0048] 圖5是根據(jù)一個說明性實施例的電壓標識符的示意圖；
[0049] 圖6是根據(jù)一個說明性實施例的穩(wěn)壓器控制器的示意圖；
[0050] 圖7是根據(jù)一個說明性實施例的穩(wěn)壓器電路和三相Η橋的示意圖；
[0051] 圖8是根據(jù)一個說明性實施例的用于控制電動機的過程的流程圖；
[0052] 圖9是根據(jù)一個說明性實施例的四象限控制的示意圖；
[0053] 圖10是根據(jù)一個說明性實施例的電動機在四個象限中的運行示意圖；
[0054] 圖11是根據(jù)一個說明性實施例的方框圖形式的飛行器制造和維護方法的示意 圖；
[0055] 圖12是一個說明性實施例可以在其中實現(xiàn)的方框圖形式的一種飛行器的示意 圖。

【具體實施方式】
[0056] 說明性實施例意識并考慮到電動機的可控性被維持，即使在100%占空比上也可 以維持。說明性實施例意識并考慮到改變施加到電動機上的電壓可以用來控制參數(shù)，比如 轉(zhuǎn)速和扭矩。
[0057] 說明性實施例意識并考慮到占空比可以被維持在100%或一些其他水平上。通過 改變施加到電動機上的電壓，電動機可以維持在期望轉(zhuǎn)速上。說明性實施例意識并考慮到 控制器可以用來改變電壓和方式，從而在電動機運行期間維持期望轉(zhuǎn)速。
[0058] 在一個說明性實施例中，可以確定電動機運行期間電動機的期望轉(zhuǎn)速。確定使得 電動機在期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的電壓。在電動機運行期間將電壓施加到電動機上。
[0059] 現(xiàn)在參見附圖，具體參見圖1，顯示了根據(jù)一個說明性實施例的方框圖形式的電動 機環(huán)境的示意圖。電動機環(huán)境1〇〇是示例性實施例可以在其中實現(xiàn)的一個環(huán)境的例子。
[0060] 電動機環(huán)境100中的電動機系統(tǒng)102包括若干不同的元件。如所描述的，電動機 系統(tǒng)102包括電動機104、電源106和控制器108。
[0061] 電動機104被配置為產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或線性扭矩或力。在這些說明性例子中，電動機104 采取無刷電動機110的形式。
[0062] 電源106通過控制器108給電動機104供應(yīng)電流。電源106可以采用各種形式。 例如，電源106可選自電池、交流電流轉(zhuǎn)直流電流的電源單元、發(fā)電機或一些其他合適元件 中的至少一個。
[0063] 如此處所使用的，短語"……中的至少一個"，當(dāng)與項目列表連用時，是指可以使用 列表項目中的一個或更多個不同的組合并且可以僅需要列表中每個項目的一個。例如，并 不限于，"項目A、項目B或項目C中的至少一個"可以包括項目A、項目A和項目B、或項目 B。這個實例也可以包括項目A、項目B和項目C或項目B和項目C。當(dāng)然，可以存在這些項 目的任意組合。在其他例子中，例如但不限于，"……中的至少一個"可以是兩個項目A、一 個項目B和十個項目C ;四個項目B和七個項目C ;以及其他合適的組合。所述項目可以是 具體對象、事物或類目。換句話說，至少一個表示項目的任意組合和任意數(shù)量的項目，可以 用于形成列表，但并不需要列表中所有的項目。
[0064] 在這些說明性實例中，控制器108是硬件設(shè)備?？刂破?08可以包括軟件。硬件 可以包括運行以執(zhí)行控制器108中的操作的電路。在這個說明性實例中，控制器108可以 采用脈寬調(diào)制控制器（IWMC)的形式，其調(diào)制用于驅(qū)動晶體管形式的開關(guān)的切換頻率，其中 開關(guān)控制發(fā)送到電動機104的電流113。
[0065] 在說明性例子中，硬件可以采用電路系統(tǒng)、集成電路、專用集成電路（ASIC)、可編 程邏輯器件或被配置為執(zhí)行若干操作的一些其他合適類型的硬件的形式。對于可編程邏輯 器件，該器件被配置為執(zhí)行若干操作。該器件可以在后續(xù)被重新配置或被永久性配置以執(zhí) 行若干操作?？删幊踢壿嬈骷睦影ǎ?，可編程邏輯陣列、可編程陣列邏輯、現(xiàn)場可 編程邏輯陣列、現(xiàn)場可編程門陣列和其他合適的硬件器件。此外，該過程可以在集成有無機 組件的有機組件中實現(xiàn)和/或完全包括除人之外的有機組件的有機組件中實現(xiàn)。例如，該 過程可以實施為有機半導(dǎo)體中的電路。
[0066] 在這個說明性例子中，控制規(guī)律114存在于控制器108中?？刂埔?guī)律114是過程、 函數(shù)或一些其他被配置以控制電動機104運行的機制。如所描述的，控制規(guī)律114可在硬 件、軟件或兩者的一些組合中實現(xiàn)。
[0067] 控制規(guī)律組114可以以期望的方式來控制電動機104的運行。如此處參考項目所 使用的，"組"表示一個或更多個項目。例如控制規(guī)律組114是控制規(guī)律114中的一個或更 多個控制規(guī)律。
[0068] 在這個說明性例子中，該組控制規(guī)律114可以用來將電動機104的占空比115維 持在約100%或100%以外的一些期望占空比上，這取決于實施方式。
[0069] 例如，在占空比115為100%時，轉(zhuǎn)速116可以通過一組控制規(guī)律114設(shè)定或維持。 甚至當(dāng)環(huán)境變化118會引起轉(zhuǎn)速116變化時，轉(zhuǎn)速116也可以被維持。
[0070] 例如，環(huán)境變化118可以是電動機104上負載的變化。例如，電動機104可以用于 給對象（比如，汽車）供電。在這個例子中，當(dāng)汽車正以常速行駛時，如果吹向汽車的風(fēng)力 增加，電動機104將增加功率以將轉(zhuǎn)速116維持在同一水平。這種負載的變化會增加或減 小轉(zhuǎn)速116。當(dāng)轉(zhuǎn)速116減小時，即使占空比115可以約為100%，控制規(guī)律組114也可以 將轉(zhuǎn)速116返回到期望水平。
[0071] 在這些說明性例子中，通過改變施加到電動機104上的電壓120可以將轉(zhuǎn)速116 維持在期望水平。在這種方式中，占空比115可以被維持在期望水平，例如，約100%。以這 種方式，控制規(guī)律組114可以對電動機104提供期望的可控性水平。在這些例子中，效率可 以是關(guān)于電源效率。換句話說，輸入到電動機104的電能與電動機104產(chǎn)生的機械能相比。
[0072] 在說明性例子中，效率可以描述如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種裝置，包括： 控制器（108)，所述控制器被配置以 在電動機（104)運行期間確定所述電動機（104)的期望轉(zhuǎn)速； 確定使所述電動機（104)在所述期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的電壓（120);以及 在所述電動機（104)運行期間施加所述電壓（120)到所述電動機（104)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述控制器（108)進一步被配置以在所述電動機 (104)運行期間確定所述電動機（104)的所述期望轉(zhuǎn)速；確定使所述電動機（104)在所述 期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的所述電壓（120);以及在所述電動機（104)運行期間反復(fù)施加所述電壓 (120)到所述電動機（104)以響應(yīng)所述電動機（104)上的負載變化。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，被配置以在所述電動機（104)運行期間確定所 述電動機（104)的所述期望轉(zhuǎn)速，所述控制器（108)被配置以從用戶輸入端和設(shè)備中的一 個接收所述電動機（104)的所述期望轉(zhuǎn)速。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，被配置以確定使所述電動機（104)在所述期 望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的所述電壓（120)，所述控制器（108)被配置以確定所述期望轉(zhuǎn)速的占空比 (115)以及基于所述期望轉(zhuǎn)速的確定的所述占空比（115)而確定使所述電動機（104)在所 述期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的所述電壓（120)。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述控制器（108)被配置以通過使用一組控制 規(guī)律（114)確定使所述電動機（104)在所述期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的所述電壓（120)。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述一組控制規(guī)律（114)包括電流標識符（204)、占 空比選擇器（206)、電壓標識符（208)和穩(wěn)壓器控制器（219)。
7. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述一組控制規(guī)律（114)中的控制規(guī)律包括比 例-積分-微分控制器。
8. 如權(quán)利要求1或2中任一個所述的裝置，其中所述控制器（108)被配置以控制所述 電動機（104)在四個象限中的運行。
9. 一種包括權(quán)利要求1或2所述的裝置的電動機（104)，其中所述一組控制規(guī)律（114) 包括電流標識符（204)、占空比選擇器（206)、電壓標識符（208)和穩(wěn)壓器控制器（219)。
10. -種控制電動機（104)的方法，所述方法包括： 在所述電動機（104)運行期間確定（800)所述電動機（104)的期望轉(zhuǎn)速； 確定（802)使所述電動機（104)在所述期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的電壓（120);以及 在所述電動機（104)運行期間施加（804)所述電壓（120)到所述電動機（104)。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括： 重復(fù)所述確定步驟和所述施加步驟以響應(yīng)于所述電動機（104)上的負載變化而將所 述電動機（104)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速維持在所述期望轉(zhuǎn)速上。
12. 如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中在所述電動機（104)運行期間確定所述電動 機（104)的所述期望轉(zhuǎn)速包括： 從用戶輸入端和設(shè)備中的一個接收所述電動機（104)的所述期望轉(zhuǎn)速。
13. 如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中確定使所述電動機（104)在所述期望轉(zhuǎn)速上 轉(zhuǎn)動的所述電壓（120)包括： 確定所述期望轉(zhuǎn)速的占空比（115);以及 基于所述期望轉(zhuǎn)速的確定的所述占空比（115)而確定所述電壓（120)以使所述電動機 (104)在所述期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動。
14. 如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中確定使所述電動機（104)在所述期望轉(zhuǎn)速上 轉(zhuǎn)動的所述電壓（120)包括： 通過使用一組控制規(guī)律（114)確定使所述電動機（104)在所述期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的所述 電壓（120)。
15. 如權(quán)利要求10或11所述的方法，使所述電動機（104)在所述期望轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)動的所 述電壓（120)被確定，并將占空比（115)基本上維持在100%。
【文檔編號】H02P23/14GK104218867SQ201410239303
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月30日
【發(fā)明者】P·曾, C·P·本森, D·C·卡梅倫 申請人:波音公司