專利名稱：動態(tài)地使電子換向電動機剎車的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電子換向電動機(ECM)的操作，更具體地說，是涉及使ECM剎車的方法和系統(tǒng)，該ECM有時亦稱無刷DC電動機。
背景技術(shù)：
當無刷DC電動機靠慣性停機時，就是說，從工作速度緩慢地降至停機時，在空氣隙中的磁力，如當極的通過速率與電動機機座和金屬片的諧振頻率匹配時，能夠激發(fā)吹風(fēng)機的電動機機座和金屬片的諧振。因為慣性降速多少要花費一定量的時間，這個時間取決于磁力和摩擦力，因此有更多的機會聽到這些諧振。在辦公室環(huán)境或其他應(yīng)用中，這種噪聲對該環(huán)境中的人成為某種干擾源。
第二個問題涉及無刷DC電動機的組裝線測試。舉例說，如果例如在平衡操作中，要求重復(fù)停機和重新起動電動機，則縮減停機時間，能夠極大地改進通過測試區(qū)域的生產(chǎn)量。
第三個問題出現(xiàn)在當電動機處于“OFF(斷開)”狀態(tài)，被ECM驅(qū)動的吹風(fēng)機或風(fēng)扇因壓力差導(dǎo)致吹風(fēng)機、從而ECM反方向旋轉(zhuǎn)的情況。在某些應(yīng)用中，該反方向旋轉(zhuǎn)速度可以非常高。當吹風(fēng)機和電動機處于這樣快速反方向旋轉(zhuǎn)的情況中時，重新起動某些ECM是有問題的。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，是提供一種向電子換向電動機施加剎車的方法，該電子換向電動機包括電耦合到一個或多個繞組的開關(guān)電路。該方法包括操作該開關(guān)電路，從電子換向電動機的繞組撤除功率；確定電子換向電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，何時已經(jīng)降至預(yù)定的速度；和操作開關(guān)電路，把電子換向電動機的繞組互連，使流過繞組的電流通過開關(guān)電路的部件和繞組耗散。
另一方面，是提供一種電子換向電動機，該電子換向電動機包括與吹風(fēng)機或風(fēng)扇連結(jié)的電動機、使電動機旋轉(zhuǎn)的多個繞組、和開關(guān)電路。該開關(guān)電路在操作上能有選擇地把繞組耦合到功率源。該開關(guān)電路還在操作上能從繞組撤除功率并把繞組彼此互連，使流過繞組的電流，在開關(guān)電路的部件內(nèi)和繞組內(nèi)耗散。
另一方面，是提供一種用于電子換向電動機的控制單元，該電子換向電動機有多個使電動機旋轉(zhuǎn)的繞組。該控制單元包括處理裝置和開關(guān)電路。該處理器已被編程，以操縱開關(guān)電路。該開關(guān)電路在操作上能從電子換向電動機的繞組撤除功率并把電子換向電動機的繞組互連，使流過繞組的電流，通過開關(guān)電路的部件和繞組耗散。


圖1是一體化的電子換向電動機(ECM)和控制電路組件的分解視圖。
圖2是圖1的ECM和控制電路組件全部組裝的視圖。
圖3是ECM的部分分解視圖，該ECM的控制電路已裝配進ECM的主機殼。
圖4是ECM的控制電路的方框圖。
圖5是示意圖，畫出已被編程的控制器向ECM繞組施加功率的等價操作。
圖6是圖5的圖解，表明一個動態(tài)剎車實施例的等價操作。
具體實施例方式本文說明用于動態(tài)剎車的方法和系統(tǒng)，用于縮減把電子換向電動機(ECM)的旋轉(zhuǎn)降至停機所需要的時間。本領(lǐng)域公知，ECM按慣例用于向吹風(fēng)機和風(fēng)扇提供動力。但是，也如上所述，在撤除功率之后，讓ECM靠慣性停機，存在諸如通過ECM各種部件的諧振頻率的缺點。此外，在反向壓力情況中的反向旋轉(zhuǎn)也是值得關(guān)注的因素。ECM(如無刷DC電動機)的動態(tài)剎車原理是熟知的，然而，把該原理應(yīng)用于直流驅(qū)動的ECM吹風(fēng)機，把ECM有效地保持在停機位置，也可以向用戶提供更多的優(yōu)點。
現(xiàn)在參考附圖，更具體說，是參考圖1和2，參考字符11一般表示一體化的電子換向電動機和控制電路組件。電動機組件11包括無刷電子換向DC電動機13，該無刷電子換向DC電動機13有固定組件15和可旋轉(zhuǎn)組件19，固定組件15包括定子或鐵心17，可旋轉(zhuǎn)組件19包括永磁轉(zhuǎn)子12和軸14。風(fēng)扇(未畫出)或其他裝置，諸如吹動空氣通過空氣處理系統(tǒng)的裝置，與軸14嚙合。具體說，電動機組件11用于與空氣處理系統(tǒng)組合使用，該空氣處理系統(tǒng)例如包括把空氣在冷卻蛇管上吹過，以便向建筑物提供冷氣的空調(diào)系統(tǒng)。
轉(zhuǎn)子12安裝并用銷銷住在有軸頸的軸14上，以便在常規(guī)的軸承16中旋轉(zhuǎn)。軸承16安裝在軸承支座18中，與第一端部構(gòu)件20及第二端部構(gòu)件22成一整體。端部構(gòu)件20及22基本上是平坦的并相互平行。端部構(gòu)件20及22有向內(nèi)側(cè)24、25，固定組件15和可旋轉(zhuǎn)組件19位于兩個向內(nèi)側(cè)24、25之間。每一端部構(gòu)件20及22有外側(cè)26、27，與它們的向內(nèi)側(cè)24、25相對。此外，第二端部構(gòu)件22有供軸14穿過并從外側(cè)26伸出的孔23。
轉(zhuǎn)子12包括鐵磁鐵心28，并可在定子鐵心17內(nèi)旋轉(zhuǎn)。通過例如粘結(jié)在轉(zhuǎn)子鐵心28的粘結(jié)劑，固定八個基本上相同的磁性材料塊或較薄的永磁材料弧形片30。每一片30提供相對恒定的通量場。片30被磁化，使磁極沿轉(zhuǎn)子鐵心28的徑向，相鄰片30的磁極交替取向，如圖所示。不過，圖上轉(zhuǎn)子12上的磁鐵30是為公開的目的而畫出，可以設(shè)想，為了滿足本發(fā)明至少某些目的，本發(fā)明的范圍，包括使用不同構(gòu)造的其他轉(zhuǎn)子，和結(jié)合該其他轉(zhuǎn)子的數(shù)量、構(gòu)造、和通量場都不同的其他磁鐵。
固定組件15包括多個適合以電激勵而產(chǎn)生電磁場的繞組段32。段32是繞在疊片定子鐵心17的齒34上的導(dǎo)線線圈。鐵心17可以用四個固定夾36夾持在一起，每一固定夾36位于每一鐵心17外表面的凹槽38內(nèi)?；蛘?，鐵心17用其他適當裝置夾持在一起，例如，舉例說，用焊接或用粘結(jié)劑粘結(jié)，或僅僅靠繞組夾持在一起，所有這一切，本領(lǐng)域熟練人員是了解的。繞組末端數(shù)圈伸延到定子端面之外，且繞組終端引線40，通過第一端部構(gòu)件20中的孔41引出，終接于接線器42。不過，圖上的固定組件15是為公開的目的而畫出，可以設(shè)想，為了滿足本發(fā)明至少某些目的，本發(fā)明的范圍，包括使利不同形狀和不同齒數(shù)的各種其他構(gòu)造的其他固定組件15。
電動機組件11還包括安裝在電動機組件11后部的蓋44，把用于電動機13的控制裝置46封閉在蓋44內(nèi)。蓋44包括邊緣48，邊緣48有多個從中凸出的間隔條50，與第一端部構(gòu)件20的外側(cè)嚙合。蓋44包括基本上環(huán)形的側(cè)壁49，上有形成邊緣48的側(cè)壁49的頂部。控制裝置46位于緊鄰第一端部構(gòu)件20的外側(cè)27?？刂蒲b置46包括多個電子部件52，和安裝在例如印刷電路板的部件板56上的接線器(未畫出)?？刂蒲b置46通過互連接線器42和接線器54，與各繞組段32連接。控制裝置46每次向一個或多個繞組段32輸送電壓，以便按預(yù)選的順序使繞組段32換向，使可旋轉(zhuǎn)組件19繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
連接桿58包括多個穿過第二端部構(gòu)件22中螺栓孔60的螺栓，螺栓孔61在鐵心17中，螺栓孔63在第一端部構(gòu)件20中，而螺栓孔65在蓋44中。連接桿58的頭部67與第二端部構(gòu)件22嚙合。連接桿58適合把第二端部構(gòu)件22與蓋44彼此壓緊，以此把第一端部構(gòu)件20、固定組件15、和可旋轉(zhuǎn)組件19支承在其間。此外，外殼62可以置于第一端部構(gòu)件20和第二端部構(gòu)件22之間，以便封閉和保護固定組件15和可旋轉(zhuǎn)組件10。
本文僅為公開的目的而說明的電子換向電動機13，是八轉(zhuǎn)子極電動機，但應(yīng)當指出，本發(fā)明的電子換向電動機，可以包括任何偶數(shù)轉(zhuǎn)子極并且定子極的數(shù)量是轉(zhuǎn)子極數(shù)量的倍數(shù)，例如，定子極的數(shù)量可以根據(jù)相的數(shù)量。在圖中沒有畫出的一個示例性實施例中，三相ECM包括六對轉(zhuǎn)子極對和18個定子極。
按照本發(fā)明的電動機組件11，按如下方式工作。當繞組段32按時間順序被激勵時，建立三組八個磁極，該三組八個磁極將提供繞鐵心順時針運動或反時針運動的徑向磁場，取決于預(yù)選的順序或各段被激勵的次序。該運動的場與磁鐵30磁極的通量場相交，使轉(zhuǎn)子按需要的方向相對鐵心17旋轉(zhuǎn)，發(fā)出作為磁場強度或力量的直接函數(shù)的力矩。
繞組段32的無刷換向，是通過可旋轉(zhuǎn)組件19在鐵心17內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，感測可旋轉(zhuǎn)組件19的旋轉(zhuǎn)位置，并利用作為轉(zhuǎn)子12旋轉(zhuǎn)位置函數(shù)產(chǎn)生的電信號，按確定轉(zhuǎn)子12旋轉(zhuǎn)方向的不同預(yù)選次序或順序，相繼地向每一繞組段32施加DC電壓。位置的感測，可以通過位置檢測電路實施，該位置檢測電路響應(yīng)反電動勢(EMF)，提供指示轉(zhuǎn)子12旋轉(zhuǎn)位置的模擬信號，以便控制向電動機13繞組段32施加電壓的定時順序。也可以使用其他位置感測裝置。
圖2畫出完全組裝的電動機組件11。連接桿58穿過第二端部構(gòu)件22、固定組件15、第一端部構(gòu)件20、和蓋44。連接桿58有從蓋44的側(cè)向凸出的部分64。部分64適合與支承結(jié)構(gòu)(未畫出)嚙合，以便支承電動機組件11。連接桿58可以通過使螺帽66的螺紋嚙合在連接桿58的每一部分64上而緊固在位置中。利用布線線束80和接線器82把電動機組件11與電源連接。
當間隔條50可以與第一端部構(gòu)件20的外側(cè)27嚙合時，間隔條50在間隔條50、邊緣48、和外側(cè)27之間形成空氣隙68?？諝庀?8允許氣流通過蓋44，從而耗散電動機組件11產(chǎn)生的熱。此外，如果電動機組件11暴露在雨中時，空氣隙68允許進入蓋44的雨水經(jīng)空氣隙68從蓋44流出。
形成在蓋44底部76的凹坑75，為放入上緊螺帽66的工具(未畫出)提供空間。凹坑75還能使螺帽66與蓋44的底部76齊平地安裝在連接桿58上。
圖3是ECM 100另外實施例的分解端視圖。電動機100包括電動機封殼102和適合附著在電動機封殼102的電動機控制單元104。電動機控制單元104的機殼105，用作電動機100的端擋板106。下面將進一步說明，電動機封殼102還包括狹槽108，用于嚙合機殼105中形成的熱沉109。雖然電動機控制單元104包括機殼105，但電動機100的構(gòu)造，能使電動機封殼102基本上提供電動機控制單元104的完整封殼。在電動機封殼102內(nèi)，有電動機100的繞組110和適合放在繞組110和電動機封殼102之間的中間擋板112。
中間擋板112的放置和配置，允許移去和替換電動機100的電動機控制單元104，而不致?lián)p壞或移動包括電動機100繞組110的電動機繞組組件124。如圖所示，電動機封殼102的構(gòu)造，形成電動機控制單元104的封殼連同端擋板106的一部分，以實現(xiàn)一片的封殼構(gòu)造。中間擋板112的構(gòu)造，也為滿足任何空氣流動、電壓撤除、和安放在電動機100上的組件高度的限制。
在一個實施例中，如圖所示，中間擋板112精確地相對電動機100的中心線125裝配，并再與兩個穿過電動機控制單元104端擋板106的螺栓126對準，以便把中間擋板112和電動機控制單元104夾緊和固定在電動機封殼102內(nèi)。該對準和對稱性，甚至在除去包含電動機控制單元104電子電路的機殼105后，仍然保持。在封殼102內(nèi)保持對準和對稱性是重要的，因為這樣可降低本領(lǐng)域內(nèi)電動機控制單元104的置換費用。中間擋板112也對降低電動機100的材料費用有貢獻，因為如圖3所示，中間擋板112被用作電動機控制單元104部分的包圍封殼的一部分，與電動機11(在圖1和2畫出)相比，縮減了電動機100的大小。另外，這樣的一種配置能使電源接線器128與機殼102齊平地放置。
中間擋板112的利用，能把電動機控制單元104從封殼102移去而對電動機組件的其余部分，舉例說，繞組110無干擾。無干擾是利用中間擋板112把嚙合電動機100的電動機軸的軸承固定而獲得的(中間擋板112和軸承兩者都沒有在圖1中畫出)。因此，除此之外，封殼102還用于為電動機100的電學(xué)部件(如電動機控制單元104)，提供任何要求的撤除，便于從電動機100拆卸電動機控制單元104。
圖4是ECM控制電路130的簡化方框圖，該控制電路130包括處理器132和開關(guān)電路134。通常，ECM是由AC電壓136提供動力，該AC電壓136通過整流器138整流，給出高電壓DC源140，向ECM的繞組提供功率。利用DC/DC變換器142為處理器132和開關(guān)電路134提供工作電壓144。利用隔離裝置146，把處理器132與外部裝置在電上隔離，同時能實現(xiàn)與外部裝置的往返通信。如在下面更詳盡的說明，處理器132已被編程，以便操縱開關(guān)電路134把ECM的繞組152、154、和156有選擇地連接到(和斷開)高電壓DC源140，使ECM的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。此外，并在一個實施例中，處理器132已被編程，用于操縱開關(guān)電路134，把高電壓DC源140從繞組152、154、和156撤除。在該實施例中，處理器132還通過操縱開關(guān)電路134，在撤除高電壓DC源140后，能使繞組152、154、和156內(nèi)產(chǎn)生的電流，通過繞組152、154、和156及開關(guān)電路134的某些部件耗散，為ECM提供剎車。
圖5是簡單的示意圖，表明DC電壓源150(類似于圖4的DC源140)分別向三相ECM繞組152、154、和156供電。具體說，上面對圖4說明的開關(guān)電路134的操作，可以模擬許多開關(guān)，如圖5中所示開關(guān)160、162、164、166、168、和170的操作。要提供通過繞組154和156的電流，把開關(guān)162和170閉合。具體說，DC電壓源150輸出的電流，通過開關(guān)162、通過繞組154和156、通過開關(guān)170，然后返回電壓150的負端。當然，本領(lǐng)域熟練人員充分意識到，通過選擇斷開或閉合開關(guān)160-170，讓電流通過繞組152、154、和156，在ECM內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。如上所述，ECM沒有采用這種開關(guān)。更確切地說，要說明的開關(guān)，是在ECM控制電路內(nèi)可編程的電子電路的操作。
圖6畫出利用圖5所示開關(guān)，使三相ECM動態(tài)剎車。更具體說，ECM動態(tài)剎車的實施，是按一定方式接通一些功率開關(guān)160-170(如操縱開關(guān)電路134)，該方式要使電流不從電源150流出。更確切地說，通過斷開開關(guān)160-164，閉合開關(guān)166-107，從環(huán)繞繞組消逝的電磁場產(chǎn)生的電流，能夠通過其余的一個或多個電動機繞組循環(huán)。在該示出的情形中，閉合開關(guān)166-170，能使產(chǎn)生的能量在繞組152-156和開關(guān)166-170的電阻中耗散，在本文中稱之為動態(tài)剎車。如上所述，被說明的開關(guān)166-170，是在ECM開關(guān)電路134內(nèi)的電子部件。類似地，閉合開關(guān)160-164的等價操作能允許像閉合開關(guān)166-170的等價操作那樣相同地耗散能量(例如，動態(tài)剎車)。
在一個實施例中，ECM被編程，使上述動態(tài)剎車過程延時，直到旋轉(zhuǎn)速度降至預(yù)定速度以下為止。旋轉(zhuǎn)速度是利用上述處理器132確定的。等待施加動態(tài)剎車，直到電動機降至預(yù)定速度為止，以限制可能通過開關(guān)電路134的電路和繞組152、154、和156的峰值剎車電流。如有必要，在預(yù)定時間已經(jīng)過去之后，撤除動態(tài)剎車條件，允許功率從控制電路撤除。或者，可以維持動態(tài)剎車條件，直到需要再次起動電動機為止。在由ECM提供動力的吹風(fēng)機或風(fēng)扇經(jīng)受壓力差的情形中，如果吹風(fēng)機可以自由轉(zhuǎn)動，則該壓力差將導(dǎo)致反向旋轉(zhuǎn)，此時維持動態(tài)剎車是有用的，因為要起動反向旋轉(zhuǎn)的ECM，比起動靜止的電動機更為困難。
上述實施例提供一種電子換向電動機(ECM)，該電子換向電動機可以與或不與吹風(fēng)機或風(fēng)扇連接，該吹風(fēng)機或風(fēng)扇使用本文說明的動態(tài)剎車，以降低功率撤除后與電動機降速關(guān)聯(lián)的音頻噪聲。此外，已說明的ECM，為熟知的反向旋轉(zhuǎn)問題提供一種解決方案，并通過剎車達到停機或達到較低的速度，而不是靠慣性達到停機或達到較低的速度，從而縮減組裝線測試的時間。
雖然已經(jīng)借助各個具體的實施例說明本發(fā)明，但本領(lǐng)域熟練人員知道，本發(fā)明能夠用權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的變化實施。
權(quán)利要求
1.一種向電子換向電動機施加剎車的方法，該電子換向電動機包括電耦合到一個或多個繞組的開關(guān)電路，所述方法包括操作該開關(guān)電路，從電子換向電動機的繞組撤除功率；確定與電子換向電動機的轉(zhuǎn)子連結(jié)的吹風(fēng)機或風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)，何時已經(jīng)降至預(yù)定的速度；和操作開關(guān)電路，把電子換向電動機的繞組互連，使流過繞組的電流通過開關(guān)電路的部件和繞組耗散。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中確定電子換向電動機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，何時已經(jīng)降至預(yù)定的速度，包括使用開關(guān)電路來確定旋轉(zhuǎn)的速度。
3.按照權(quán)利要求1的方法，還包括使用開關(guān)電路確定電子換向電動機的電動機，何時已經(jīng)停止旋轉(zhuǎn)；和從開關(guān)電路撤除功率。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中操作開關(guān)電路把電子換向電動機的繞組互連，還包括保持繞組之間的互連，直到電子換向電動機的轉(zhuǎn)子達到需要的旋轉(zhuǎn)為止。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中操作開關(guān)電路把電子換向電動機的繞組互連，包括配置處理器來控制開關(guān)電路的操作，該開關(guān)電路是耦合到繞組。
6.一種電子換向電動機，包括與吹風(fēng)機或風(fēng)扇連結(jié)的轉(zhuǎn)子；用于使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的多個繞組；和操作上能有選擇地把所述繞組與功率源耦合的開關(guān)電路，所述開關(guān)電路還在操作上能從所述繞組撤除功率并把所述繞組彼此互連，使流過所述繞組的電流，在所述開關(guān)電路的部件內(nèi)和所述繞組內(nèi)耗散。
7.按照權(quán)利要求6的電子換向電動機，還包括處理器，該處理器已被編程，以控制所述開關(guān)電路的操作。
8.按照權(quán)利要求7的電子換向電動機，其中所述處理器已被編程，用于確定使所述繞組互連之前，何時電子換向電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，已經(jīng)降至預(yù)定的速度。
9.按照權(quán)利要求7的電子換向電動機，其中所述處理器已被編程，用于確定電子換向電動機的轉(zhuǎn)子，何時已經(jīng)停止旋轉(zhuǎn)。
10.按照權(quán)利要求7的電子換向電動機，其中所述處理器已被編程，使所述開關(guān)電路保持繞組之間的互連，直到所述處理器確定電子換向電動機的轉(zhuǎn)子達到需要的旋轉(zhuǎn)為止。
11.一種控制單元，用于有多個能使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的繞組的電子換向電動機，所述控制單元包括處理裝置；和開關(guān)電路，所述處理器已被編程，用于操作所述開關(guān)電路，所述開關(guān)電路在操作上能從電子換向電動機的繞組撤除功率并把電子換向電動機的繞組互連，使流過繞組的電流，通過所述開關(guān)電路的部件和繞組耗散。
12.按照權(quán)利要求11的控制單元，其中所述處理裝置，包括用于接收表示轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的信號的輸入，所述處理裝置已被編程，以確定在功率已經(jīng)從繞組撤除之后，何時電子換向電動機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，已經(jīng)降至預(yù)定的速度。
13.按照權(quán)利要求11的控制單元，其中所述處理裝置，包括用于接收表示轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的信號的輸入，所述處理裝置已被編程，以確定在功率已經(jīng)從繞組撤除之后，何時電子換向電動機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，已經(jīng)降至停止。
14.按照權(quán)利要求11的控制單元，其中所述處理器已被編程，使所述開關(guān)電路保持繞組之間的互連，直到所述處理器確定電子換向電動機的轉(zhuǎn)子達到需要的旋轉(zhuǎn)為止。
全文摘要
本文說明一種向電子換向電動機施加剎車的方法，該電子換向電動機包括電耦合到一個或多個繞組的開關(guān)電路。該方法包括操作該開關(guān)電路，從電子換向電動機的繞組撤除功率；確定電子換向電動機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，何時已經(jīng)降至預(yù)定的速度；和操作開關(guān)電路，把電子換向電動機的繞組互連，使流過繞組的電流通過開關(guān)電路的部件和繞組耗散。
文檔編號H02P6/24GK101030748SQ200710085090
公開日2007年9月5日 申請日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月1日
發(fā)明者布萊恩·L·貝福斯 申請人:雷加爾-貝洛伊特公司