分相交流同步電機(jī)控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
相關(guān)申請
[0001]本申請享有申請?zhí)枮?1/726，550，發(fā)明名稱為“分相交流同步電機(jī)控制器”，申請日為2012年11月14日的美國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容在本文中被引用作為參考。
聯(lián)邦政府資助的研發(fā)
[0002]不適用。
光盤附件
[0003]不適用。
【背景技術(shù)】
[0004]鑒于環(huán)保法規(guī)日益擴(kuò)散，需要對不同種類的電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。例如，用于商業(yè)和住宅制冷市場的在低功率范圍例如4-16瓦數(shù)的制冷風(fēng)扇電機(jī)向來效率低，例如效率大約在12%-26%。需要提供技術(shù)以致力于改進(jìn)不同種類電機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]—種分相繞組電路，包括電機(jī)分相繞組；電源開關(guān)電路，該電源開關(guān)電路包括至少一個電源開關(guān)和一直流(DC)電源電路，都位于所述電機(jī)分相繞組的中點(diǎn)；以及一非崩潰直流電源組件，用于防止當(dāng)所述至少一個電源開關(guān)開啟并導(dǎo)通時所述直流電源崩潰。所述非崩潰直流電源組件可以包括下列一個或多個:從所述電機(jī)分相繞組電連接到所述直流電源的抽頭、連接到所述直流電源給電源供電的次級相線圈繞組、所述分相繞組和所述電源開關(guān)電路之間的一個或多個電阻、所述分相繞組和所述電源開關(guān)電路之間的一個或多個齊納二極管、和/或用于在所述電機(jī)分相繞組和所述電源開關(guān)電路之間生成一電壓降以防止當(dāng)所述電源開關(guān)電路中的所述至少一個電源開關(guān)開啟并導(dǎo)通時所述電源崩潰的電力組件。
【附圖說明】
[0006]圖1示出了一電機(jī)相繞組，其被位于所述電機(jī)相繞組中點(diǎn)的控制電路分開。
[0007]圖2示出了一單相電子換向電機(jī)(ECM)。
[0008]圖3示出了一分相繞組電路。
[0009]圖4示出了一具有從所述分相繞組線圈到直流(DC)電源的抽頭的分相繞組電路。
[0010]圖5示出了在所述分相繞組和電源開關(guān)之間具有電阻的分相繞組電路。
[0011]圖6示出了一具有次級線圈的分相繞組電路。
[0012]圖7示出了分相繞組電路中在啟動以及低于同步轉(zhuǎn)速連續(xù)運(yùn)行期間對于相電流方向的控制。
[0013]圖8示出了四極分相繞組電路中在每分鐘1800轉(zhuǎn)(RPM)的同步轉(zhuǎn)速時對于相電流方向的控制。
[0014]圖9示出了兩極分相繞組電路中在每分鐘3600轉(zhuǎn)(RPM)的同步轉(zhuǎn)速時對于相電流方向的控制。
[0015]圖10示出了直流電源儲能電容器充電周期。
[0016]圖11示出了一具有次級線圈和一個電源開關(guān)的分相繞組電路。
[0017]圖12示出了一具有次級線圈和一個電源開關(guān)的分相繞組電路。
[0018]圖13和13A不出了一具有次級線圈和一個電源開關(guān)的分相繞組電路。
[0019]圖14示出了一具有兩個電源開關(guān)的分相繞組電路。
[0020]圖15示出了一具有一個電源開關(guān)的分相繞組電路。
[0021]圖16示出了一具有兩個串聯(lián)的電源開關(guān)的分相繞組電路。
[0022]圖17示出了一具有從分相繞組線圈到直流電源的抽頭以及兩個串聯(lián)的電源開關(guān)的分相繞組電路。
[0023]圖18示出了一具有兩個并聯(lián)的電源開關(guān)的分相繞組電路。
[0024]圖19示出了一具有從分相繞組線圈到直流電源的抽頭以及兩個并聯(lián)的電源開關(guān)的分相繞組電路。
[0025]圖20示出了一具有分相繞組電路的電機(jī)，該分相繞組電路具有初級交流相繞組和次級繞組以生成一個非崩潰直流電源。
[0026]圖21示出了一具有分相繞組電路的電機(jī)，該分相繞組電路具有只纏繞在一個極上的初級交流相繞組和次級繞組以生成一個非崩潰直流電源。
[0027]圖22示出了一具有分相繞組電路的電機(jī)，該分相繞組電路具有一個抽頭初級相繞組以生成一個非崩潰直流電源。
[0028]圖23示出了一個具有分相繞組電路的電機(jī)，該分相繞組電路具有電阻以生成一個非崩潰直流電源。
[0029]圖24示出了一個具有分相繞組電路的電機(jī)，該分相繞組電路具有齊納二極管以生成一個非崩潰直流電源。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明公開了一些新的有用的電路，這些電路提供了相對于現(xiàn)有技術(shù)用于控制同步無刷永磁電機(jī)的優(yōu)勢。本發(fā)明的一個實(shí)施例包括用于電子換向電機(jī)(ECM)的一個或多個電路。本發(fā)明的另一個實(shí)施例包括用于罩極電機(jī)的一個或多個電路。一方面，電機(jī)具有多個電機(jī)相(即，電機(jī)相繞組)和通過該電機(jī)相的供電線路電壓。電機(jī)相分成對半，并且用于電機(jī)的電機(jī)控制器和用于電機(jī)的功率電子設(shè)備均被放置在所述分相(即，被分開的相繞組)之間的供電線路電壓的“中點(diǎn)”或“中心點(diǎn)”。直流電源(例如，用于在電機(jī)控制器中使用的電子設(shè)備)也位于所述分相之間。電機(jī)相為所述直流電源提供限流和從線路電壓供電線到低電壓直流的電壓降，從而減少了直流電源組件數(shù)量并允許使用低壓組件用于直流電源和電機(jī)控制器。
[0031]現(xiàn)有的系統(tǒng)使用一種與電源開關(guān)和電機(jī)相串聯(lián)的齊納二極管或其他電壓調(diào)節(jié)器，其將電機(jī)的最大功率限制在齊納二極管的最大瓦數(shù)值。本發(fā)明中的電路將電機(jī)相的初級電流路徑中的齊納二極管電壓調(diào)節(jié)器消除，因此齊納二極管電壓調(diào)節(jié)器不與電源開關(guān)以及電機(jī)相位串聯(lián)，也就不需要降低齊納二極管所需的瓦數(shù)規(guī)格。相反地，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中齊納二極管或其他電壓調(diào)節(jié)器與電源開關(guān)并聯(lián)。
[0032]本發(fā)明的電路省去了光隔離器，允許在電機(jī)控制器的感測/控制電子設(shè)備和電機(jī)控制器的電源開關(guān)之間切換?，F(xiàn)有的系統(tǒng)具有兩個中立的參考值，一個用于感測/控制電子設(shè)備，一個用于電源開關(guān)。
[0033]本發(fā)明的電路具有改進(jìn)的線相角檢測，省去了鏈接到光隔離器的輸入端的精密電阻電橋。這樣，這方面的電路具有更精確的線相角檢測。
[0034]本發(fā)明的電路將用于電源開關(guān)和電機(jī)控制器的不同的電中性值減少到一個值。這保證了這方面的電路的電源開關(guān)將可靠地從完全“關(guān)閉”過渡到完全飽和。
[0035]現(xiàn)有的包括兩個開關(guān)的系統(tǒng)很難在一個交流周期的一半將一個開關(guān)完全關(guān)閉。本發(fā)明的電路將一個或多個開關(guān)放置到直流電源和電機(jī)控制器電路的外部，得到了正確的切換。
[0036]所以這些改進(jìn)不但增加了電機(jī)控制器運(yùn)行的可靠性并且用來提高組合的電機(jī)/電機(jī)控制器的效率。
[0037]本發(fā)明的分相繞組電路可以用于多種電機(jī)，比如直流無刷電機(jī)/電子換向電機(jī)(ECM)，罩極電機(jī)，其他同步電機(jī)，固定分相電容(PSC)電機(jī)等。
[0038]例如，圖1示出了具有電機(jī)分相繞組的電機(jī)，一電機(jī)控制電路位于電機(jī)分相繞組的中點(diǎn)。該電機(jī)包括定子和安裝在軸上的轉(zhuǎn)子。安裝轉(zhuǎn)子以在核心結(jié)構(gòu)如疊片鐵心結(jié)構(gòu)或其他核心結(jié)構(gòu)中旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子具有一個主體部分呈圓柱形。圍繞該主體的周邊設(shè)置有拱形的永磁部分。該永磁部分的北磁極與轉(zhuǎn)子的外表面相鄰，南磁極與轉(zhuǎn)子的外周邊相鄰。一個繞組或一對繞組安裝在核心結(jié)構(gòu)的連接部分3A。該電機(jī)還包括一個霍爾效應(yīng)開關(guān)裝置，該裝置的一部分延伸并與轉(zhuǎn)子的周邊相鄰用于響應(yīng)各個轉(zhuǎn)子磁部分的磁極性。在所示出的構(gòu)造中，霍爾效應(yīng)開關(guān)在轉(zhuǎn)子每一轉(zhuǎn)的半個周期與該磁部分的外周邊相鄰，并在轉(zhuǎn)子的每一轉(zhuǎn)的剩下的半個周期與該磁部分的外周邊相鄰。
[0039]該電機(jī)可以在低于同步轉(zhuǎn)速，同步轉(zhuǎn)速，或高于同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行。這是由于在半周期的部分就能流過相繞組。
[0040]圖1的分相繞組電路包括導(dǎo)線LI和L2上的輸入連接，其在運(yùn)行期間連接到交流(AC)能量源，如交流線路電壓。導(dǎo)線LI和L2跨接在串聯(lián)電路的兩端，該串聯(lián)電路包括跨接在一控制電路的兩端的串聯(lián)分相繞組。例如，控制電路可以包括一串聯(lián)連接到分相繞組的全波二極管整流橋電路以及具有一個或多個開關(guān)或其他功率可控開關(guān)裝置的電源開關(guān)電路，該電源開關(guān)電路連接到該全波二極管整流橋電路的輸出。
[0041]該分相繞組可以是雙線纏繞或疊繞。交流電源的導(dǎo)線LI連接到該繞組的起始側(cè)SI。該繞組的另一端，標(biāo)記為F1，連接到控制電路的輸入端之一?？刂齐娐返牧硗獾妮斎雮?cè)附接到第二分相繞組的起始側(cè)S2，并且該相同的分相繞組的完成側(cè)，標(biāo)記為F2，附接到交流電源的輸入導(dǎo)線L2。
[0042]再例如，圖2示出了一單相電子換向電機(jī)(ECM)，其中的電機(jī)相繞組被分開并且電機(jī)控制器(電機(jī)控制電路)位于該電機(jī)分相繞組的中點(diǎn)。
[0043]圖3公開了一用于將電機(jī)的電機(jī)相繞組(這里又稱為電機(jī)相或相線圈)分成兩半的分相繞組電路，并設(shè)置用于電機(jī)的電機(jī)控制器和用于電機(jī)的功率電子設(shè)備(包括直流電源和具有一個或多個電源開關(guān)的電源開關(guān)電路)位于該被分開的相繞組之間的供電線路電壓的“中點(diǎn)”或“中心點(diǎn)”。在圖3的例子中，電機(jī)相繞組被分成兩半?？梢栽试S不同于該對半分的一些偏差，如零和該中點(diǎn)的+/-20 %之間。
[0044]圖3中的分相繞組電路包括兩個分相繞組，