专利名称：动态地使电子换向电动机刹车的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电子换向电动机(ECM)的操作，更具体地说，是涉及使ECM刹车的方法和系统，该ECM有时亦称无刷DC电动机。
背景技术：
当无刷DC电动机靠惯性停机时，就是说，从工作速度缓慢地降至停机时，在空气隙中的磁力，如当极的通过速率与电动机机座和金属片的谐振频率匹配时，能够激发吹风机的电动机机座和金属片的谐振。因为惯性降速多少要花费一定量的时间，这个时间取决于磁力和摩擦力，因此有更多的机会听到这些谐振。在办公室环境或其他应用中，这种噪声对该环境中的人成为某种干扰源。
第二个问题涉及无刷DC电动机的组装线测试。举例说，如果例如在平衡操作中，要求重复停机和重新起动电动机，则缩减停机时间，能够极大地改进通过测试区域的生产量。
第三个问题出现在当电动机处于“OFF(断开)”状态，被ECM驱动的吹风机或风扇因压力差导致吹风机、从而ECM反方向旋转的情况。在某些应用中，该反方向旋转速度可以非常高。当吹风机和电动机处于这样快速反方向旋转的情况中时，重新起动某些ECM是有问题的。
发明内容
一方面，是提供一种向电子换向电动机施加刹车的方法，该电子换向电动机包括电耦合到一个或多个绕组的开关电路。该方法包括操作该开关电路，从电子换向电动机的绕组撤除功率；确定电子换向电动机的转子的旋转，何时已经降至预定的速度；和操作开关电路，把电子换向电动机的绕组互连，使流过绕组的电流通过开关电路的部件和绕组耗散。
另一方面，是提供一种电子换向电动机，该电子换向电动机包括与吹风机或风扇连结的电动机、使电动机旋转的多个绕组、和开关电路。该开关电路在操作上能有选择地把绕组耦合到功率源。该开关电路还在操作上能从绕组撤除功率并把绕组彼此互连，使流过绕组的电流，在开关电路的部件内和绕组内耗散。
另一方面，是提供一种用于电子换向电动机的控制单元，该电子换向电动机有多个使电动机旋转的绕组。该控制单元包括处理装置和开关电路。该处理器已被编程，以操纵开关电路。该开关电路在操作上能从电子换向电动机的绕组撤除功率并把电子换向电动机的绕组互连，使流过绕组的电流，通过开关电路的部件和绕组耗散。
图1是一体化的电子换向电动机(ECM)和控制电路组件的分解视图。
图2是图1的ECM和控制电路组件全部组装的视图。
图3是ECM的部分分解视图，该ECM的控制电路已装配进ECM的主机壳。
图4是ECM的控制电路的方框图。
图5是示意图，画出已被编程的控制器向ECM绕组施加功率的等价操作。
图6是图5的图解，表明一个动态刹车实施例的等价操作。
具体实施例方式本文说明用于动态刹车的方法和系统，用于缩减把电子换向电动机(ECM)的旋转降至停机所需要的时间。本领域公知，ECM按惯例用于向吹风机和风扇提供动力。但是，也如上所述，在撤除功率之后，让ECM靠惯性停机，存在诸如通过ECM各种部件的谐振频率的缺点。此外，在反向压力情况中的反向旋转也是值得关注的因素。ECM(如无刷DC电动机)的动态刹车原理是熟知的，然而，把该原理应用于直流驱动的ECM吹风机，把ECM有效地保持在停机位置，也可以向用户提供更多的优点。
现在参考附图，更具体说，是参考图1和2，参考字符11一般表示一体化的电子换向电动机和控制电路组件。电动机组件11包括无刷电子换向DC电动机13，该无刷电子换向DC电动机13有固定组件15和可旋转组件19，固定组件15包括定子或铁心17，可旋转组件19包括永磁转子12和轴14。风扇(未画出)或其他装置，诸如吹动空气通过空气处理系统的装置，与轴14啮合。具体说，电动机组件11用于与空气处理系统组合使用，该空气处理系统例如包括把空气在冷却蛇管上吹过，以便向建筑物提供冷气的空调系统。
转子12安装并用销销住在有轴颈的轴14上，以便在常规的轴承16中旋转。轴承16安装在轴承支座18中，与第一端部构件20及第二端部构件22成一整体。端部构件20及22基本上是平坦的并相互平行。端部构件20及22有向内侧24、25，固定组件15和可旋转组件19位于两个向内侧24、25之间。每一端部构件20及22有外侧26、27，与它们的向内侧24、25相对。此外，第二端部构件22有供轴14穿过并从外侧26伸出的孔23。
转子12包括铁磁铁心28，并可在定子铁心17内旋转。通过例如粘结在转子铁心28的粘结剂，固定八个基本上相同的磁性材料块或较薄的永磁材料弧形片30。每一片30提供相对恒定的通量场。片30被磁化，使磁极沿转子铁心28的径向，相邻片30的磁极交替取向，如图所示。不过，图上转子12上的磁铁30是为公开的目的而画出，可以设想，为了满足本发明至少某些目的，本发明的范围，包括使用不同构造的其他转子，和结合该其他转子的数量、构造、和通量场都不同的其他磁铁。
固定组件15包括多个适合以电激励而产生电磁场的绕组段32。段32是绕在叠片定子铁心17的齿34上的导线线圈。铁心17可以用四个固定夹36夹持在一起，每一固定夹36位于每一铁心17外表面的凹槽38内。或者，铁心17用其他适当装置夹持在一起，例如，举例说，用焊接或用粘结剂粘结，或仅仅靠绕组夹持在一起，所有这一切，本领域熟练人员是了解的。绕组末端数圈伸延到定子端面之外，且绕组终端引线40，通过第一端部构件20中的孔41引出，终接于接线器42。不过，图上的固定组件15是为公开的目的而画出，可以设想，为了满足本发明至少某些目的，本发明的范围，包括使利不同形状和不同齿数的各种其他构造的其他固定组件15。
电动机组件11还包括安装在电动机组件11后部的盖44，把用于电动机13的控制装置46封闭在盖44内。盖44包括边缘48，边缘48有多个从中凸出的间隔条50，与第一端部构件20的外侧啮合。盖44包括基本上环形的侧壁49，上有形成边缘48的侧壁49的顶部。控制装置46位于紧邻第一端部构件20的外侧27。控制装置46包括多个电子部件52，和安装在例如印刷电路板的部件板56上的接线器(未画出)。控制装置46通过互连接线器42和接线器54，与各绕组段32连接。控制装置46每次向一个或多个绕组段32输送电压，以便按预选的顺序使绕组段32换向，使可旋转组件19绕旋转轴旋转。
连接杆58包括多个穿过第二端部构件22中螺栓孔60的螺栓，螺栓孔61在铁心17中，螺栓孔63在第一端部构件20中，而螺栓孔65在盖44中。连接杆58的头部67与第二端部构件22啮合。连接杆58适合把第二端部构件22与盖44彼此压紧，以此把第一端部构件20、固定组件15、和可旋转组件19支承在其间。此外，外壳62可以置于第一端部构件20和第二端部构件22之间，以便封闭和保护固定组件15和可旋转组件10。
本文仅为公开的目的而说明的电子换向电动机13，是八转子极电动机，但应当指出，本发明的电子换向电动机，可以包括任何偶数转子极并且定子极的数量是转子极数量的倍数，例如，定子极的数量可以根据相的数量。在图中没有画出的一个示例性实施例中，三相ECM包括六对转子极对和18个定子极。
按照本发明的电动机组件11，按如下方式工作。当绕组段32按时间顺序被激励时，建立三组八个磁极，该三组八个磁极将提供绕铁心顺时针运动或反时针运动的径向磁场，取决于预选的顺序或各段被激励的次序。该运动的场与磁铁30磁极的通量场相交，使转子按需要的方向相对铁心17旋转，发出作为磁场强度或力量的直接函数的力矩。
绕组段32的无刷换向，是通过可旋转组件19在铁心17内旋转时，感测可旋转组件19的旋转位置，并利用作为转子12旋转位置函数产生的电信号，按确定转子12旋转方向的不同预选次序或顺序，相继地向每一绕组段32施加DC电压。位置的感测，可以通过位置检测电路实施，该位置检测电路响应反电动势(EMF)，提供指示转子12旋转位置的模拟信号，以便控制向电动机13绕组段32施加电压的定时顺序。也可以使用其他位置感测装置。
图2画出完全组装的电动机组件11。连接杆58穿过第二端部构件22、固定组件15、第一端部构件20、和盖44。连接杆58有从盖44的侧向凸出的部分64。部分64适合与支承结构(未画出)啮合，以便支承电动机组件11。连接杆58可以通过使螺帽66的螺纹啮合在连接杆58的每一部分64上而紧固在位置中。利用布线线束80和接线器82把电动机组件11与电源连接。
当间隔条50可以与第一端部构件20的外侧27啮合时，间隔条50在间隔条50、边缘48、和外侧27之间形成空气隙68。空气隙68允许气流通过盖44，从而耗散电动机组件11产生的热。此外，如果电动机组件11暴露在雨中时，空气隙68允许进入盖44的雨水经空气隙68从盖44流出。
形成在盖44底部76的凹坑75，为放入上紧螺帽66的工具(未画出)提供空间。凹坑75还能使螺帽66与盖44的底部76齐平地安装在连接杆58上。
图3是ECM 100另外实施例的分解端视图。电动机100包括电动机封壳102和适合附着在电动机封壳102的电动机控制单元104。电动机控制单元104的机壳105，用作电动机100的端挡板106。下面将进一步说明，电动机封壳102还包括狭槽108，用于啮合机壳105中形成的热沉109。虽然电动机控制单元104包括机壳105，但电动机100的构造，能使电动机封壳102基本上提供电动机控制单元104的完整封壳。在电动机封壳102内，有电动机100的绕组110和适合放在绕组110和电动机封壳102之间的中间挡板112。
中间挡板112的放置和配置，允许移去和替换电动机100的电动机控制单元104，而不致损坏或移动包括电动机100绕组110的电动机绕组组件124。如图所示，电动机封壳102的构造，形成电动机控制单元104的封壳连同端挡板106的一部分，以实现一片的封壳构造。中间挡板112的构造，也为满足任何空气流动、电压撤除、和安放在电动机100上的组件高度的限制。
在一个实施例中，如图所示，中间挡板112精确地相对电动机100的中心线125装配，并再与两个穿过电动机控制单元104端挡板106的螺栓126对准，以便把中间挡板112和电动机控制单元104夹紧和固定在电动机封壳102内。该对准和对称性，甚至在除去包含电动机控制单元104电子电路的机壳105后，仍然保持。在封壳102内保持对准和对称性是重要的，因为这样可降低本领域内电动机控制单元104的置换费用。中间挡板112也对降低电动机100的材料费用有贡献，因为如图3所示，中间挡板112被用作电动机控制单元104部分的包围封壳的一部分，与电动机11(在图1和2画出)相比，缩减了电动机100的大小。另外，这样的一种配置能使电源接线器128与机壳102齐平地放置。
中间挡板112的利用，能把电动机控制单元104从封壳102移去而对电动机组件的其余部分，举例说，绕组110无干扰。无干扰是利用中间挡板112把啮合电动机100的电动机轴的轴承固定而获得的(中间挡板112和轴承两者都没有在图1中画出)。因此，除此之外，封壳102还用于为电动机100的电学部件(如电动机控制单元104)，提供任何要求的撤除，便于从电动机100拆卸电动机控制单元104。
图4是ECM控制电路130的简化方框图，该控制电路130包括处理器132和开关电路134。通常，ECM是由AC电压136提供动力，该AC电压136通过整流器138整流，给出高电压DC源140，向ECM的绕组提供功率。利用DC/DC变换器142为处理器132和开关电路134提供工作电压144。利用隔离装置146，把处理器132与外部装置在电上隔离，同时能实现与外部装置的往返通信。如在下面更详尽的说明，处理器132已被编程，以便操纵开关电路134把ECM的绕组152、154、和156有选择地连接到(和断开)高电压DC源140，使ECM的转子旋转。此外，并在一个实施例中，处理器132已被编程，用于操纵开关电路134，把高电压DC源140从绕组152、154、和156撤除。在该实施例中，处理器132还通过操纵开关电路134，在撤除高电压DC源140后，能使绕组152、154、和156内产生的电流，通过绕组152、154、和156及开关电路134的某些部件耗散，为ECM提供刹车。
图5是简单的示意图，表明DC电压源150(类似于图4的DC源140)分别向三相ECM绕组152、154、和156供电。具体说，上面对图4说明的开关电路134的操作，可以模拟许多开关，如图5中所示开关160、162、164、166、168、和170的操作。要提供通过绕组154和156的电流，把开关162和170闭合。具体说，DC电压源150输出的电流，通过开关162、通过绕组154和156、通过开关170，然后返回电压150的负端。当然，本领域熟练人员充分意识到，通过选择断开或闭合开关160-170，让电流通过绕组152、154、和156，在ECM内产生旋转。如上所述，ECM没有采用这种开关。更确切地说，要说明的开关，是在ECM控制电路内可编程的电子电路的操作。
图6画出利用图5所示开关，使三相ECM动态刹车。更具体说，ECM动态刹车的实施，是按一定方式接通一些功率开关160-170(如操纵开关电路134)，该方式要使电流不从电源150流出。更确切地说，通过断开开关160-164，闭合开关166-107，从环绕绕组消逝的电磁场产生的电流，能够通过其余的一个或多个电动机绕组循环。在该示出的情形中，闭合开关166-170，能使产生的能量在绕组152-156和开关166-170的电阻中耗散，在本文中称之为动态刹车。如上所述，被说明的开关166-170，是在ECM开关电路134内的电子部件。类似地，闭合开关160-164的等价操作能允许像闭合开关166-170的等价操作那样相同地耗散能量(例如，动态刹车)。
在一个实施例中，ECM被编程，使上述动态刹车过程延时，直到旋转速度降至预定速度以下为止。旋转速度是利用上述处理器132确定的。等待施加动态刹车，直到电动机降至预定速度为止，以限制可能通过开关电路134的电路和绕组152、154、和156的峰值刹车电流。如有必要，在预定时间已经过去之后，撤除动态刹车条件，允许功率从控制电路撤除。或者，可以维持动态刹车条件，直到需要再次起动电动机为止。在由ECM提供动力的吹风机或风扇经受压力差的情形中，如果吹风机可以自由转动，则该压力差将导致反向旋转，此时维持动态刹车是有用的，因为要起动反向旋转的ECM，比起动静止的电动机更为困难。
上述实施例提供一种电子换向电动机(ECM)，该电子换向电动机可以与或不与吹风机或风扇连接，该吹风机或风扇使用本文说明的动态刹车，以降低功率撤除后与电动机降速关联的音频噪声。此外，已说明的ECM，为熟知的反向旋转问题提供一种解决方案，并通过刹车达到停机或达到较低的速度，而不是靠惯性达到停机或达到较低的速度，从而缩减组装线测试的时间。
虽然已经借助各个具体的实施例说明本发明，但本领域熟练人员知道，本发明能够用权利要求书的精神和范围内的变化实施。
权利要求
1.一种向电子换向电动机施加刹车的方法，该电子换向电动机包括电耦合到一个或多个绕组的开关电路，所述方法包括操作该开关电路，从电子换向电动机的绕组撤除功率；确定与电子换向电动机的转子连结的吹风机或风扇的旋转，何时已经降至预定的速度；和操作开关电路，把电子换向电动机的绕组互连，使流过绕组的电流通过开关电路的部件和绕组耗散。
2.按照权利要求1的方法，其中确定电子换向电动机的转子旋转，何时已经降至预定的速度，包括使用开关电路来确定旋转的速度。
3.按照权利要求1的方法，还包括使用开关电路确定电子换向电动机的电动机，何时已经停止旋转；和从开关电路撤除功率。
4.按照权利要求1的方法，其中操作开关电路把电子换向电动机的绕组互连，还包括保持绕组之间的互连，直到电子换向电动机的转子达到需要的旋转为止。
5.按照权利要求1的方法，其中操作开关电路把电子换向电动机的绕组互连，包括配置处理器来控制开关电路的操作，该开关电路是耦合到绕组。
6.一种电子换向电动机，包括与吹风机或风扇连结的转子；用于使所述转子旋转的多个绕组；和操作上能有选择地把所述绕组与功率源耦合的开关电路，所述开关电路还在操作上能从所述绕组撤除功率并把所述绕组彼此互连，使流过所述绕组的电流，在所述开关电路的部件内和所述绕组内耗散。
7.按照权利要求6的电子换向电动机，还包括处理器，该处理器已被编程，以控制所述开关电路的操作。
8.按照权利要求7的电子换向电动机，其中所述处理器已被编程，用于确定使所述绕组互连之前，何时电子换向电动机的转子的旋转，已经降至预定的速度。
9.按照权利要求7的电子换向电动机，其中所述处理器已被编程，用于确定电子换向电动机的转子，何时已经停止旋转。
10.按照权利要求7的电子换向电动机，其中所述处理器已被编程，使所述开关电路保持绕组之间的互连，直到所述处理器确定电子换向电动机的转子达到需要的旋转为止。
11.一种控制单元，用于有多个能使转子旋转的绕组的电子换向电动机，所述控制单元包括处理装置；和开关电路，所述处理器已被编程，用于操作所述开关电路，所述开关电路在操作上能从电子换向电动机的绕组撤除功率并把电子换向电动机的绕组互连，使流过绕组的电流，通过所述开关电路的部件和绕组耗散。
12.按照权利要求11的控制单元，其中所述处理装置，包括用于接收表示转子旋转速度的信号的输入，所述处理装置已被编程，以确定在功率已经从绕组撤除之后，何时电子换向电动机的转子旋转，已经降至预定的速度。
13.按照权利要求11的控制单元，其中所述处理装置，包括用于接收表示转子旋转速度的信号的输入，所述处理装置已被编程，以确定在功率已经从绕组撤除之后，何时电子换向电动机的转子旋转，已经降至停止。
14.按照权利要求11的控制单元，其中所述处理器已被编程，使所述开关电路保持绕组之间的互连，直到所述处理器确定电子换向电动机的转子达到需要的旋转为止。
全文摘要
本文说明一种向电子换向电动机施加刹车的方法，该电子换向电动机包括电耦合到一个或多个绕组的开关电路。该方法包括操作该开关电路，从电子换向电动机的绕组撤除功率；确定电子换向电动机的转子旋转，何时已经降至预定的速度；和操作开关电路，把电子换向电动机的绕组互连，使流过绕组的电流通过开关电路的部件和绕组耗散。
文档编号H02P6/24GK101030748SQ200710085090
公开日2007年9月5日 申请日期2007年2月28日 优先权日2006年3月1日
发明者布莱恩·L·贝福斯 申请人:雷加尔-贝洛伊特公司