用于检测电动机停止的系统、方法和组件的制作方法
【专利摘要】一种用于具有定子和转子的电动机的电动机控制器。所述电动机控制器包括电力输入端，其用于从电源接收AC电力；控制输入端，其用于从控制装置接收控制信号；以及电路，其用于响应于所述控制信号，将来自所述电源的电力转换到所述电动机。所述电路通过操作执行：将驱动波形施加到所述定子以使所述转子旋转；从所述定子去除所述驱动波形以使所述转子滑行并最终停止；在所述转子滑行时将停止检测波形施加到所述定子，其中所述停止检测波形在所述转子上感应出波形，接着该波形在所述转子旋转时将波形感应回所述定子；以及监测所述定子以检测被感应回所述定子的波形的特性，从而检测所述转子何时实质上停止旋转。
【专利说明】用于检测电动机停止的系统、方法和组件
【背景技术】
[0001]电动机通常包括被称为定子的静止部件和被称为转子的旋转部件。当使用驱动波形激励电动机时，转子在定子内(或者围绕定子)旋转。当驱动波形被从电动机去除时，转子可能在一段时间上从滑行变为停止，这是因为转子和连接到转子的任何部件具有惯性。
[0002]在许多电动机应用中，需要判定电动机的转子何时停止旋转，从而可以不同的速度等在反方向上驱动转子。例如，在洗涤机应用中，需要了解在高速循环旋转之后，洗涤滚筒电动机何时停止旋转，以便可以使洗涤机卸载或切换到较低速度的洗涤或漂洗循环。
[0003]诸如霍尔效应传感器之类的电动机轴传感器经常被用于检测电动机停止。但是，此类传感器增加了电动机的成本和复杂性，因此不是诸如洗涤机电动机之类的许多低成本应用所期望的。
[0004]已经开发出无传感器技术来检测电动机停止。此类技术通常采用各种算法来基于测量的电参数估计转子何时停止。但是，此类技术的精确度较差，或者当电动机最初被启动或制动或电动机时或当电动机遇到故障状况时，完全不起作用。
[0005]经常还使用简单的时延电路来确保电动机停止。此类电路要求在从电动机去除驱动波形之后，经过选择的时段之后，才假设转子停止。但是这样会浪费时间，因为时延通常长于考虑到电动机最大可能滑行时间所必需的时间。
[0006]以上部分提供与本发明相关的背景信息，这不一定是现有技术。
【发明内容】
[0007]本发明的实施例通过提供改进的系统、方法和电动机组件来判定电动机的转子何时停止旋转，解决了上述问题。
[0008]根据本发明的实施例构造的电动机组件(motor assembIy)可用于洗漆机,HVAC系统、泵系统或其它任何应用，并且广义地包括电动机和用于驱动和控制电动机的电动机控制器。电动机可采用任何电动机技术并包括定子和转子。在一个实施例中，电动机可以是三相AC感应电动机。
[0009]电动机控制器驱动和控制电动机被设计为或者要不然被配置为执行此处描述的至少某些方法和功能。在一个实施例中，电动机控制器被设计或被配置为将驱动波形施加到所述定子以使所述转子旋转，并且接着从所述定子去除所述驱动波形以使所述转子滑行并最终停止。所述电动机控制器然后在所述转子滑行时将停止检测波形施加到所述定子。所述停止检测波形在所述转子上感应出波形，接着该波形将波形感应回所述定子。被感应回所述定子的波形具有与所述转子的转速成比例的频率。所述电动机控制器监测所述定子以检测被感应回所述定子的波形的特性，从而检测所述转子何时实质上停止旋转。
[0010]在一个实施例中，检测到的被感应回所述定子的波形的特性可以是该波形的振幅。所述电路检测到在被感应回所述定子的波形的振幅接近零时，所述转子实质上停止旋转。在另一实施例中，检测到的被感应回所述定子的波形的特性是该波形的频率。所述电路检测到在被感应回所述定子的波形的频率接近零时，所述转子实质上停止旋转。[0011 ] 所述电动机或所述电动机控制器还可以包括一个或多个分流器。所述电动机控制器可被设计或被配置为监测通过所述分流器之一的电流，以检测上述特性从而判定所述转子何时实质上停止旋转。
[0012]所述电动机控制器还可以在所述转子滑行时将DC注入制动波形施加到所述定子以制动所述电动机。所述电动机控制器一旦在根据上述方式判定所述转子实质上停止旋转，就可以从所述定子去除所施加的制动波形。
[0013]提供
【发明内容】
是为了以简化的形式介绍所选择的一些概念，这些概念将在下面的【具体实施方式】中进一步说明。本
【发明内容】
并非旨在指出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也并非旨在用于限制所要求保护的主题的范围。通过下面对实施例和附图的详细描述，本发明的其它方面和优点将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面参考附图更详细地描述本发明的实施例，其中:
[0015]图1是根据本发明的实施例构造的电动机组件的框图。
[0016]图2是根据图1的电动机组件的电动机的定子和转子的示意性表示。
[0017]图3是示出本发明的方法中的步骤和/或本发明的计算机程序的代码段的流程图。
[0018]图4是示出本发明的另一方法中的步骤和/或本发明的计算机程序的代码段的流程图。
[0019]这些附图并非将本发明限于此处公开和描述的特定实施例。所述附图并不一定按比例绘制，而是着重于清楚地图解本发明的原理。
【具体实施方式】
[0020]下面对本发明的实施例的详细描述参考附图。这些实施例旨在以足够的细节描述本发明的各方面，从而使本领域的技术人员能够实践本发明。在不偏离权利要求的范围的情况下，可以使用其它实施例并且可以做出修改。因此，下面的【具体实施方式】并非用于限制。本发明的范围仅由所附的权利要求以及这些权利要求被授予的等同物的全部范围定义。
[0021]在该描述中，引用“一个实施例”、“实施例”或“多个实施例”表示被引用的一个或多个特征被包括在本技术的至少一个实施例中。在该描述中，单独引用“一个实施例”、“实施例”或“多个实施例”并不一定指示相同的实施例，并且也不互斥，除非明确地指出和/或排除，这对于本领域的技术人员而言从说明书来看是非常显而易见的。例如，一个实施例中描述的特征、结构、操作等还可以被包括在其它实施例中，但并不一定被包括。这样，本发明的技术可以包括此处描述的实施例的各种组合和/或结合。
[0022]现在参考附图，首先参考图1，示出根据本发明的实施例构造的电动机组件10。电动机组件10可用于任何应用，例如用于洗漆机、HVAC系统、泵系统或电器。在一个特定实施例中，电动机组件10被设计为用于水平轴、前置负载(front-loading)洗漆机,但是本发明的原理可以等同地应用于电动机组件的所有用途。
[0023]电动机组件10的实施例广义地包括电动机12和电动机控制器14。电动机组件10还可以包括与本发明无关的其它系统或部件或者与它们相连。
[0024]如图2最佳地所示，电动机12包括转子16和定子18。电动机12可以在直流(DC)或交流(AC)上运行，可以是同步或异步电动机，并且可以是单相或三相电动机。电动机12可以任何类型，包括但不限于，有刷DC电动机、空心或无铁芯DC电动机、串绕通用电动机、感应电动机、转矩电动机或步进电动机。而且，电动机可以为定速、多速或变速电动机，并且可以具有马力(HP)标定。在本发明的一个特定实施例中，电动机12是1/3-1HP、三相、可逆和变速感应电动机。此类电动机以具有竞争力的价格提供最大驱动性能，用于需要大范围运行速度和高启动转矩的洗涤机应用。但是，本发明的原理不限于任何特定的电动机类型、技术或尺寸。
[0025]电动机控制器14向电动机12提供电力并控制电动机12的运行，并被设计为或以其它方式配置为执行下面描述的一种或多种功能或方法。如图1所示，电动机控制器14可以从连接LI和N提供的115VAC上的单相AC电源电压接收电力，其中LI表示AC电源的“火线”端，N表示零线(通常位于地电位上)。AC电源电压还可以是230VAC，在这种情况下，零线将被另一火线代替。AC电源电压还可以是三相480VAC。
[0026]电动机控制器14可以包括电路、硬件、固件和/或软件的任意组合。在一个特定实施例中，电动机控制器14包括定制专用集成电路(ASIC)，该电路带有微处理器，用于控制和驱动向定子18的线圈提供三相驱动波形的三相逆变器。该电动机控制器还可以包括各种其它电子部件。
[0027]电动机控制器14可以从一个或多个控件20接收命令或操作指令，例如，通常可在洗涤机和其它电器和设备上找到的按键、开关或按钮。控件20可以是一个或多个单独的部件，也可以被集成在电动机控制器14内。
[0028]电动机控制器14还可以与一个或多个分流器22相连，以根据下面描述的方式检测定子18的电特性。每个分流器22可以是与电动机控制器ASIC的印刷电路板相连的分离组件，也可以被集成在电动机的定子内或电动机控制器的逆变器模块内。
[0029]本发明的各方面可通过存储在计算机可读介质之中或之上的一个或多个计算机程序实现，所述计算机可读介质位于电动机控制器14的微处理器上或者可被该微处理器访问。每个计算机程序优选地包括可执行指令的有序列表，这些指令用于实现电动机控制器14中的逻辑功能。每个计算机程序可以被包含在任何非临时计算机可读介质中，这些程序被指令执行系统、设备或器件(例如，基于计算机的系统、包含处理器的系统或者可从指令执行系统、设备或器件提取指令并执行这些指令的其它系统)使用或与其结合使用。在本申请的上下文中，“计算机可读介质”可以是任何非临时装置，该装置可存储被指令执行系统、设备或器件使用或与其结合使用的程序。计算机可读介质例如可以是，但不限于，电、磁、光、电磁、红外、或半导体的系统、设备、器件。计算机可读介质的更具体的例子(尽管并非涵盖所有例子)包括:具有一条或多条线(wire)的电连接、便携式计算机盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPR0M或闪存)、光纤、以及便携式高密度盘只读存储器(⑶ROM)。
[0030]根据本发明的一方面，电动机控制器14被设计为或者要不然被配置为检测电动机12的停止。电动机控制器14将驱动波形施加到定子18以使转子16旋转，接着去除驱动波形以使转子滑行并最终停止。电动机控制器14然后在转子16滑行时将停止检测波形施加到定子18。停止检测波形在转子16上感应出波形，接着该波形将波形感应回定子18。被感应回定子18的波形具有与转子16的转速成比例的频率。电动机控制器14监测定子以检测被感应回定子18的波形的特性，从而检测转子16何时实质上停止旋转。
[0031]图3的流程图更详细地示出本发明的实施例的功能和操作。在此方面，流程图中的某些方框可以表示方法300中的步骤和/或计算机程序的模块段或代码的一部分。在某些另选的实施方式中，在各个方框中标注的功能可以不按照图3所示的顺序执行。例如，图3所示的两个连续的方框实际上可以实质上并行地执行，或者它们有时也可以按相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。
[0032]当电动机控制器14将驱动波形施加到定子18以旋转转子16时，方法300开始，如方框302所示。例如，在电动机组件10用于洗涤机的实施例中，电动机控制器14可以在高速旋转循环期间，以高RPM操作转子16。
[0033]电动机控制器14接着可以从定子18去除驱动波形，如方框304所示。可以响应于来自控件20的信号和/或电动机控制器中的内部程序或信号而执行此操作。一旦去除驱动波形，转子便开始滑行并最终停止。
[0034]为了判定转子16何时停止旋转，电动机控制器14在转子16滑行时将停止检测波形施加到定子18，如步骤306所示。在一个实施例中，停止检测波形是被施加到定子18的各相的固定的、低振幅、高频率的电流信号。该停止检测波形的各相可以在一个脉宽调制(PWM)时期内相距120度。在一个实施例中，停止检测波形具有大约16KHz的频率。如果定子的所有三相并排排列在50%的占空比(duty cycle)上，则所有电动机引线在一半的总线电压水平上被偏置，并且没有电流流过。移相可产生较小停止检测波形。如果需要较大电流的停止检测波形，可以在定子的各相上设定不同的占空比。
[0035]停止检测波形在转子16上感应出波形，该波形然后将波形感应回定子18。被感应回定子18的波形具有与转子16的转速成比例的频率。这导致定子上的组合电流波形，该组合电流波形由被感应回定子且位于被施加到定子的停止检测波形之上的波形构成。
[0036]电动机控制器监测定子以检测定子上的组合电流波形的特性，从而检测转子何时实质上停止旋转。
[0037]在一个实施例中，检测到的组合电流波形的特性是其振幅。S卩，电动机控制器14监测定子上的组合电流波形的组合峰到峰值，并将其与转子停止时定子上的波形的峰到峰值进行比较。如果监测到的峰到峰值较大，则转子仍在运动。换言之，电路检测到在被感应回定子的波形的振幅接近零时转子实质上停止旋转。
[0038]在另一实施例中，电路检测到在被感应回定子18的波形的频率接近零时转子16实质上停止旋转。
[0039]电动机12或电动机控制器14还可以包括一个或多个分流器22。所述电动机控制器可被设计为或被配置为监测通过所述分流器之一的电流以检测上述特性，从而判定转子是否实质上停止旋转。
[0040]上述方法300提供多种优点。通过判定转子16何时实质上停止旋转，可以增加电动机12驱动的设备的吞吐量。例如，当电动机组件10用于洗涤机时，方法300可快速、经济地判定在高速旋转循环之后电动机何时停止旋转，以便洗涤机可被卸载或以不同的周期运行。[0041]图4中的流程图示出本发明的类似实施例的功能和操作。在此方面，流程图中的某些方框可以表示方法400中的步骤和/或计算机程序的模块段或代码的一部分。在某些另选的实施例中，在各个方框中标注的功能可以不按照图4所示的顺序执行。例如，图4所示的两个连续的方框实际上可以实质上并行地执行，或者它们有时也可以按相反的顺序执行，这取决于涉及的功能。
[0042]图400中的步骤402、404、406、408和410实质上与方法300中的步骤302、304、306,308和310相同，因此不再描述。除了这些步骤之外，方法400还包括用于制动转子的步骤405。
[0043]在电动机控制器14从定子18去除驱动波形并且转子16开始滑行时，电动机控制器14可以接收或在内部处理制动信号。例如，电动机控制器14可以从内部或外部定时电路接收指示旋转循环或其它电动机循环已经结束并且定子应该减速或停止的信号。
[0044]响应于有关电动机12已被取消激励的制动信号或其它指示，电动机控制器14可以激励定子18以将制动力施加到转子，从而制动转子，如方框405所示。制动力可由DC注入(injection)制动提供，其中将直流(DC)电压施加到电动机的定子绕组上以制动转子。DC电压产生静态磁场，该磁场将静态转矩施加到转子。这样可使转子的旋转减速并最终停止。只要DC电压保持在定子绕组上，转子便固定不动，不再旋转。DC注入制动是相对简单、经济的且无需维护，因此是许多电动机应用的制动的热门选择。被施加到定子的制动波形可以是受控的电流波形、受控的电压波形或其它任何波形。
[0045]尽管参考附图中所示的优选实施例描述了本发明，但是需要指出，在不偏离权利要求所述的本发明范围的情况下，可以采用等同物并且可以做出替换。例如，在某些实施例中，上述感应电动机可以替代地为永磁体电动机。对于这类电动机，不在转子上感应任何信号，因为转子没有线圈。相反，运动转子在定子上感应出电压或电流。具体而言，定子线圈从在定子线圈上感应出信号的运动转子磁体中拾取磁通。电动机控制器通过监测定子上的该信号来判定转子旋转。
【权利要求】
1.一种用于具有定子和转子的电动机的电动机控制器，所述电动机控制器包括: 电力输入端，其用于从电源接收电力；和 电路，其用于将来自所述电源的电力转换到所述电动机，其中所述电路通过操作执行: 将驱动波形施加到所述定子以使所述转子旋转； 从所述定子去除所述驱动波形以使所述转子滑行并最终停止； 在所述转子滑行时将停止检测波形施加到所述定子，其中所述停止检测波形在所述转子上感应出波形，接着该波形在所述转子旋转时将波形感应回所述定子；以及 监测所述定子以检测被感应回所述定子的波形的特性，从而检测所述转子何时实质上停止旋转。
2.根据权利要求1的电动机控制器，其中检测到的被感应回所述定子的波形的特性是该波形的振幅。
3.根据权利要求2的电动机控制器，其中所述电路检测到在被感应回所述定子的波形的振幅接近零时，所述转子实质上停止旋转。
4.根据权利要求1的电动机控制器，其中检测到的被感应回所述定子的波形的特性是该波形的频率。
5.根据权利要求4的电动机控制器，其中所述电路检测到在被感应回所述定子的波形的频率接近零时，所述转子实质上停止旋转。
6.根据权利要求1的电动机控制器，其中所述电动机或电动机控制器包括一个或多个分流器，并且其中所述电动机控制器通过操作监测通过所述分流器之一的电流，以检测被感应回所述定子的波形的特性。
7.根据权利要求1的电动机控制器，进一步包括控制输入端，其用于从控制装置接收控制信号，以用信号通知所述电路施加所述停止检测波形。
8.根据权利要求1的电动机控制器，其中所述停止检测波形为高频AC信号或DC信号。
9.根据权利要求1的电动机控制器，其中所述电路进一步通过操作在所述驱动波形被去除之后，将制动波形施加到所述定子。
10.一种用于具有定子和转子的电动机的电动机控制器，所述电动机控制器包括: 电力输入端，其用于从电源接收AC电力； 控制输入端，其用于从控制装置接收控制信号； 电路，其用于响应于所述控制信号，将来自所述电源的电力转换到所述电动机，其中所述电路通过操作执行: 将驱动波形施加到所述定子以使所述转子旋转； 从所述定子去除所述驱动波形以使所述转子滑行并最终停止； 在所述转子滑行时将停止检测波形施加到所述定子，其中所述停止检测波形在所述转子上感应出波形，接着该波形在所述转子旋转时将波形感应回所述定子；以及 监测所述定子以检测被感应回所述定子的波形的特性，从而检测所述转子何时实质上停止旋转。
11.根据权利要求10的电动机控制器，其中检测到的被感应回所述定子的波形的特性是该波形的振幅。
12.根据权利要求10的电动机控制器，其中检测到的被感应回所述定子的波形的特性是该波形的频率。
13.根据权利要求10的电动机控制器，其中所述电动机或电动机控制器包括一个或多个分流器，并且其中所述电动机控制器通过操作监测通过所述分流器之一的电流，以检测被感应回所述定子的波形的特性。
14.根据权利要求10的电动机控制器，其中所述停止检测波形为高频AC信号或DC信号。
15.根据权利要求10的电动机控制器，其中所述电路进一步通过操作在所述驱动波形被去除之后，将制动波形施加到所述定子。
16.—种电动机组件,包括: 电动机，其具有定子和转子；和 电动机控制器，其用于驱动和控制所述电动机，所述电动机控制器包括: 电力输入端，其用于从电源接收AC电力； 控制输入端，其用于从控制装置接收控制信号； 电路，其用于响应于所述控制信号，将来自所述电源的电力转换到所述电动机，其中所述电路通过操作执行: 将驱动波形施加到所述定子以使所述转子旋转； 从所述定子去除所述驱动波形以使所述转子滑行并最终停止； 在所述转子滑行时将停止检测波形施加到所述定子，其中所述停止检测波形在所述转子上感应出波形，接着该波形在所述转子旋转时将波形感应回所述定子；以及 监测所述定子以检测被感应回所述定子的波形的特性，从而检测所述转子何时实质上停止旋转。
17.根据权利要求16的电动机控制器，其中检测到的被感应回所述定子的波形的特性是该波形的振幅。
18.根据权利要求17的电动机控制器，其中所述电路检测到在被感应回所述定子的波形的振幅接近零时，所述转子实质上停止旋转。
19.根据权利要求16的电动机控制器，其中检测到的被感应回所述定子的波形的特性是该波形的频率。
20.根据权利要求19的电动机控制器，其中所述电路检测到在被感应回所述定子的波形的频率接近零时，所述转子实质上停止旋转。
21.根据权利要求16的电动机控制器,其中所述电动机或电动机控制器包括一个或多个分流器，并且其中所述电动机控制器通过操作监测通过所述分流器之一的电流，以检测被感应回所述定子的波形的特性。
22.根据权利要求16的电动机控 制器，其中所述停止检测波形为高频AC信号或DC信号。
【文档编号】H02P3/02GK103825501SQ201310584991
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2012年11月19日
【发明者】T·希翰 申请人:尼得科电机有限公司