專利名稱：使電機(jī)振動最小化的方法和系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及電機(jī)，更具體地說，涉及用于減小電動機(jī)在啟動和運(yùn)行期間振動的處理。
在全世界的各種應(yīng)用場合中，以不計(jì)其數(shù)的形式使用著電動機(jī)。一般，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩提供轉(zhuǎn)動力，轉(zhuǎn)矩是加在電動機(jī)上的電流與由于電壓加在電動機(jī)的線圈上而產(chǎn)生的電動勢的乘積。電動機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以便做功，即一般是驅(qū)動負(fù)載。
在一些應(yīng)用中，取決于電動機(jī)固定或其他因素，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩連同負(fù)載可能導(dǎo)致電動機(jī)隨著電動機(jī)開始移動其負(fù)載而振動和產(chǎn)生噪聲。這種應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例是其中電動機(jī)驅(qū)動風(fēng)扇作為其負(fù)載。風(fēng)扇的不平衡和轉(zhuǎn)矩脈動相結(jié)合，產(chǎn)生振動并傳到電動機(jī)和風(fēng)扇的固定件，產(chǎn)生令人厭惡的噪聲。一般采用阻尼系統(tǒng)使傳到電動機(jī)和風(fēng)扇系統(tǒng)的振動能量的影響減至最小。這種阻尼系統(tǒng)價(jià)格昂貴，并且由于長期暴露在自然環(huán)境下和連續(xù)接受振動能量而易于變壞，導(dǎo)致電動機(jī)和風(fēng)扇組裝件松動，有可能導(dǎo)致電動機(jī)或風(fēng)扇出現(xiàn)故障。
在一些應(yīng)用中，該問題在啟動時(shí)非常普遍。但是，一旦電動機(jī)達(dá)到一定速度，噪聲和振動就減小或消失了。在許多應(yīng)用場合中，電動機(jī)在啟動時(shí)產(chǎn)生的噪聲和振動是不希望有的。在另外一些應(yīng)用中、如上述的風(fēng)扇實(shí)例中，噪聲和振動問題總是存在。需要控制電動機(jī)啟動和運(yùn)行，從而消除高轉(zhuǎn)矩振動和噪聲問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)取消阻尼系統(tǒng)的可能，并且降低成本。
發(fā)明的詳細(xì)描述

圖1表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電動機(jī)控制系統(tǒng)10的框圖。系統(tǒng)10包括電動機(jī)12、微處理器14、可在微處理器14內(nèi)部或外部的存儲器16、電動機(jī)驅(qū)動器電路18、電平轉(zhuǎn)換邏輯部分20、霍爾效應(yīng)傳感器22以及選通電路24。至于這里所用的，微處理器14指的是控制器和處理器，包括微控制器、可編程邏輯控制器、輸入/輸出控制器、精簡指令集電路、專用集成電路、邏輯電路以及任何其他電路，處理器或微計(jì)算機(jī)能夠處理這里所描述的實(shí)施例。系統(tǒng)10還包括欠壓復(fù)位電路26、電源電路28和輸入電路30。如以下詳細(xì)描述的，存儲器16配置有算法，下文會詳細(xì)說明，該算法由微處理器14執(zhí)行時(shí)，控制驅(qū)動器電路18按照某種電流分布把電流提供給電動機(jī)12的時(shí)間和持續(xù)時(shí)間?；魻栃?yīng)傳感器22和選通電路24向微處理器14提供關(guān)于電動機(jī)12的轉(zhuǎn)子位置的反饋，以便控制算法。
作為選擇，以下這些處理可以例如在按照程序執(zhí)行每個(gè)所述步驟的個(gè)人計(jì)算機(jī)中實(shí)施。但是，所述處理可以通過許多不同的方式來實(shí)施，不限于在個(gè)人計(jì)算機(jī)中執(zhí)行和實(shí)踐。例如，這些處理可在服務(wù)器中執(zhí)行并且經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接入、如局域網(wǎng)和/或廣域網(wǎng)。
一般，電動機(jī)被配置成滿足在幾個(gè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)測量的特定性能要求。這些性能要求包括額定運(yùn)行點(diǎn)轉(zhuǎn)矩、電流、轉(zhuǎn)差率、功率因數(shù)和效率、失步(極限)轉(zhuǎn)矩、鎖定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩和電流、以及空載電流。
無刷直流(DC)電動機(jī)和電子整流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩等于電動機(jī)電流與反電動勢(EMF)之積乘以代表電動機(jī)中出現(xiàn)的損耗的常數(shù)。圖2說明一種已知的使用波形50的電動機(jī)控制系統(tǒng)的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩、電動機(jī)電流和反電動勢。如圖2所示，轉(zhuǎn)矩波形52是電動機(jī)電流波形54和反電動勢波形56的乘積。隨著轉(zhuǎn)矩達(dá)到某一特定水平，如圖2中轉(zhuǎn)矩波形52中的波峰58所示，產(chǎn)生電動機(jī)或固定件的振動，對于每臺電動機(jī)和每種電動機(jī)應(yīng)用，所述特定水平是不同的。
圖3示出在使用配置有算法的電動機(jī)控制系統(tǒng)10(圖1所示)在反電動勢峰值期間限制電動機(jī)電流的情況下的波形70。反電動勢波形72表示典型的反電動勢正弦曲線和相關(guān)的峰值74。用系統(tǒng)10產(chǎn)生的電流波形76是受到脈寬調(diào)制的，使得在反電動勢峰值期間出現(xiàn)電流減小周期78。這里使用的脈寬調(diào)制包括重復(fù)脈沖控制、漏脈沖波形以及可變寬度脈沖波形。所示的轉(zhuǎn)矩波形80代表反電動勢波形72和電流波形76的乘積，作為電流減小78的結(jié)果，轉(zhuǎn)矩波形80變得比轉(zhuǎn)矩波形52(圖2所示)更為穩(wěn)定，由于轉(zhuǎn)矩的基波頻率減小，因而電動機(jī)的振動也減弱。
圖4表示描述本發(fā)明的另一實(shí)施例的波形90。系統(tǒng)10(圖1所示)產(chǎn)生的電流波形92比反電動勢波形94超前n電角度。超前角度n是由系統(tǒng)10的配置和電動機(jī)的感應(yīng)系數(shù)決定的。通過參考反電動勢波形94來改變電流波形92的定時(shí)，可以得到轉(zhuǎn)矩波形96的整形和定時(shí)。在圖4中描述的實(shí)施例中，使電流波形92超前導(dǎo)致以更高速度產(chǎn)生更大的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，但是也產(chǎn)生了反向轉(zhuǎn)矩脈動。
圖5表示已知系統(tǒng)的波形100，此系統(tǒng)是這樣配置的，使得在180度反電動勢波形102的135電角度處，從電動機(jī)中消去電流。電流脈沖如電流波形104所示。通過控制加在電動機(jī)上的電流脈沖的時(shí)間量，可以控制轉(zhuǎn)矩波形106。
圖6表示按照本發(fā)明的另一實(shí)施例、包括轉(zhuǎn)矩波形112的波形110。與通過圖5所示系統(tǒng)描述的、在固定時(shí)間內(nèi)無電流的情況不同，對于反電動勢波形114的一部分，系統(tǒng)10配置成在反電動勢波形114期間提供多個(gè)電流脈沖116以及多個(gè)無電流時(shí)間118，這導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩峰值減小。另外，脈沖116中的電流大小控制轉(zhuǎn)矩的大小。如圖6所示，在反電動勢較高的時(shí)間段中，如波形114所示，電流脈沖116的振幅較小，因此導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈沖112的振幅的均勻性。
圖7表示包括波形120的一個(gè)實(shí)施例，其中把系統(tǒng)10配置成提供脈寬調(diào)制的電流波形122，它在反電動勢波形124的較長周期上是持續(xù)的，從而導(dǎo)致高峰值的轉(zhuǎn)矩波形126。如圖7所示，在波形124所示的正向反電動勢期間，波形122包括多個(gè)電流脈沖128。
現(xiàn)在參照圖8，波形130包括由電流脈沖134組成的電流波形132。如圖8所示，這樣配置系統(tǒng)10，使得調(diào)制后的電流脈沖134之一從波形132中消去了。通過從波形132中消去某電流脈沖134，電流波形可在反電動勢波形136的較長部分上持續(xù)，同時(shí)又如轉(zhuǎn)矩波形138所示、減小了轉(zhuǎn)矩峰值的大小。
盡管已經(jīng)通過各種特定的實(shí)施例對本發(fā)明作了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)，可以通過修改來實(shí)際應(yīng)用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種使用電動機(jī)控制系統(tǒng)控制電動機(jī)振動的方法，所述方法包括以下步驟為所述電動機(jī)控制系統(tǒng)配置某種電動機(jī)電流分布；以及把所述電流分布應(yīng)用于所述電動機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述配置電動機(jī)控制系統(tǒng)的步驟還包括配置電動機(jī)控制系統(tǒng)以控制電動機(jī)電流的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述配置電動機(jī)控制系統(tǒng)以控制電動機(jī)電流的步驟還包括施加超前于反電動勢n度的電動機(jī)電流的步驟。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述配置電動機(jī)控制系統(tǒng)以控制電流的步驟還包括配置電動機(jī)控制系統(tǒng)、以便對電動機(jī)電流進(jìn)行脈寬調(diào)制的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述配置電動機(jī)控制系統(tǒng)、以便對電動機(jī)電流進(jìn)行脈寬調(diào)制的步驟還包括調(diào)整脈寬調(diào)制頻率和感應(yīng)系數(shù)、使得在所需的導(dǎo)通角的范圍內(nèi)把高于平均電流的峰值加到所述電動機(jī)上的步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述配置電動機(jī)控制系統(tǒng)的步驟還包括為所述電動機(jī)控制系統(tǒng)配置漏脈寬調(diào)制脈沖以減小電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述配置電動機(jī)控制系統(tǒng)的步驟還包括調(diào)整電動機(jī)電流、使得與轉(zhuǎn)矩脈沖諧波相比、轉(zhuǎn)矩脈沖的基頻分量減小的步驟。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述配置電動機(jī)控制系統(tǒng)的步驟還包括使電動機(jī)電流角度提前以增加電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的步驟。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述配置電動機(jī)控制系統(tǒng)的步驟還包括把電流加至所述電動機(jī)的時(shí)間量減少的步驟。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述配置電動機(jī)控制系統(tǒng)的方法還包括安排脈寬調(diào)制脈沖的步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述安排脈寬調(diào)制脈沖的步驟還包括在反電動勢波形的一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生至少一個(gè)電流脈沖的步驟。
12.一種為減小電動機(jī)的振動和噪聲配置的電動機(jī)控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括微處理器；與所述微處理器耦合的存儲器；與所述電動機(jī)和所述微處理器耦合的驅(qū)動器電路；以及存儲在所述存儲器中、并且配置成由所述微處理器執(zhí)行的電動機(jī)控制程序。
13.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述電動機(jī)控制程序被配置成控制電動機(jī)電流。
14.如權(quán)利要求13所述的電動機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述電動機(jī)控制程序被配置成對電動機(jī)電流進(jìn)行脈寬調(diào)制。
15.如權(quán)利要求14所述的電動機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述電動機(jī)控制程序被配置脈寬調(diào)制頻率以便與電動機(jī)感應(yīng)系數(shù)匹配，使得相對于所需的導(dǎo)通角范圍內(nèi)的電流，產(chǎn)生更高的轉(zhuǎn)矩峰值。
16.如權(quán)利要求15所述的電動機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述電動機(jī)控制程序被配置漏脈寬調(diào)制脈沖、以便減小電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩脈動。
17.如權(quán)利要求13所述的電動機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述電動機(jī)控制程序被配置成提供電動機(jī)電流給所述電動機(jī)，所述電動機(jī)電流超前于反電動勢n度。
18.如權(quán)利要求14所述的電動機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述電動機(jī)控制程序被配置成調(diào)整電動機(jī)電流，使得相對于轉(zhuǎn)矩脈沖諧波、轉(zhuǎn)矩脈沖的基頻分量減小了。
19.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述電動機(jī)控制程序被配置成使電動機(jī)電流角度提前，以便增加電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。
20.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述電動機(jī)控制程序被配置成安排脈寬調(diào)制電流脈沖。
21.如權(quán)利要求20所述的電動機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述電動機(jī)控制程序被配置成在反電動勢波形的一個(gè)周期中產(chǎn)生至少一個(gè)電流脈沖。
22.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述電動機(jī)控制程序被配置成減少電流加在所述電動機(jī)上的時(shí)間量。
全文摘要
本發(fā)明描述用于使電機(jī)振動最小化的方法和裝置。在本方法的實(shí)例中,在微處理器(14)控制下把電力(28)加至電動機(jī)(12),使得脈沖調(diào)制的電流分布應(yīng)用于電動機(jī)(12),而這又控制了電動機(jī)(12)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩量。通過調(diào)整電流波形來控制轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生,從而消除振動和噪聲。
文檔編號G05B19/404GK1386219SQ01802086
公開日2002年12月18日 申請日期2001年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月23日
發(fā)明者R·K·霍倫貝克, D·M·埃德曼 申請人:通用電氣公司