分相交流同步电机控制器的制造方法
【技术领域】
相关申请
[0001]本申请享有申请号为61/726，550，发明名称为“分相交流同步电机控制器”，申请日为2012年11月14日的美国专利申请的优先权，其全部内容在本文中被引用作为参考。
联邦政府资助的研发
[0002]不适用。
光盘附件
[0003]不适用。
【背景技术】
[0004]鉴于环保法规日益扩散，需要对不同种类的电机进行改进。例如，用于商业和住宅制冷市场的在低功率范围例如4-16瓦数的制冷风扇电机向来效率低，例如效率大约在12%-26%。需要提供技术以致力于改进不同种类电机。
【发明内容】
[0005]—种分相绕组电路，包括电机分相绕组；电源开关电路，该电源开关电路包括至少一个电源开关和一直流(DC)电源电路，都位于所述电机分相绕组的中点；以及一非崩溃直流电源组件，用于防止当所述至少一个电源开关开启并导通时所述直流电源崩溃。所述非崩溃直流电源组件可以包括下列一个或多个:从所述电机分相绕组电连接到所述直流电源的抽头、连接到所述直流电源给电源供电的次级相线圈绕组、所述分相绕组和所述电源开关电路之间的一个或多个电阻、所述分相绕组和所述电源开关电路之间的一个或多个齐纳二极管、和/或用于在所述电机分相绕组和所述电源开关电路之间生成一电压降以防止当所述电源开关电路中的所述至少一个电源开关开启并导通时所述电源崩溃的电力组件。
【附图说明】
[0006]图1示出了一电机相绕组，其被位于所述电机相绕组中点的控制电路分开。
[0007]图2示出了一单相电子换向电机(ECM)。
[0008]图3示出了一分相绕组电路。
[0009]图4示出了一具有从所述分相绕组线圈到直流(DC)电源的抽头的分相绕组电路。
[0010]图5示出了在所述分相绕组和电源开关之间具有电阻的分相绕组电路。
[0011]图6示出了一具有次级线圈的分相绕组电路。
[0012]图7示出了分相绕组电路中在启动以及低于同步转速连续运行期间对于相电流方向的控制。
[0013]图8示出了四极分相绕组电路中在每分钟1800转(RPM)的同步转速时对于相电流方向的控制。
[0014]图9示出了两极分相绕组电路中在每分钟3600转(RPM)的同步转速时对于相电流方向的控制。
[0015]图10示出了直流电源储能电容器充电周期。
[0016]图11示出了一具有次级线圈和一个电源开关的分相绕组电路。
[0017]图12示出了一具有次级线圈和一个电源开关的分相绕组电路。
[0018]图13和13A不出了一具有次级线圈和一个电源开关的分相绕组电路。
[0019]图14示出了一具有两个电源开关的分相绕组电路。
[0020]图15示出了一具有一个电源开关的分相绕组电路。
[0021]图16示出了一具有两个串联的电源开关的分相绕组电路。
[0022]图17示出了一具有从分相绕组线圈到直流电源的抽头以及两个串联的电源开关的分相绕组电路。
[0023]图18示出了一具有两个并联的电源开关的分相绕组电路。
[0024]图19示出了一具有从分相绕组线圈到直流电源的抽头以及两个并联的电源开关的分相绕组电路。
[0025]图20示出了一具有分相绕组电路的电机，该分相绕组电路具有初级交流相绕组和次级绕组以生成一个非崩溃直流电源。
[0026]图21示出了一具有分相绕组电路的电机，该分相绕组电路具有只缠绕在一个极上的初级交流相绕组和次级绕组以生成一个非崩溃直流电源。
[0027]图22示出了一具有分相绕组电路的电机，该分相绕组电路具有一个抽头初级相绕组以生成一个非崩溃直流电源。
[0028]图23示出了一个具有分相绕组电路的电机，该分相绕组电路具有电阻以生成一个非崩溃直流电源。
[0029]图24示出了一个具有分相绕组电路的电机，该分相绕组电路具有齐纳二极管以生成一个非崩溃直流电源。
【具体实施方式】
[0030]本发明公开了一些新的有用的电路，这些电路提供了相对于现有技术用于控制同步无刷永磁电机的优势。本发明的一个实施例包括用于电子换向电机(ECM)的一个或多个电路。本发明的另一个实施例包括用于罩极电机的一个或多个电路。一方面，电机具有多个电机相(即，电机相绕组)和通过该电机相的供电线路电压。电机相分成对半，并且用于电机的电机控制器和用于电机的功率电子设备均被放置在所述分相(即，被分开的相绕组)之间的供电线路电压的“中点”或“中心点”。直流电源(例如，用于在电机控制器中使用的电子设备)也位于所述分相之间。电机相为所述直流电源提供限流和从线路电压供电线到低电压直流的电压降，从而减少了直流电源组件数量并允许使用低压组件用于直流电源和电机控制器。
[0031]现有的系统使用一种与电源开关和电机相串联的齐纳二极管或其他电压调节器，其将电机的最大功率限制在齐纳二极管的最大瓦数值。本发明中的电路将电机相的初级电流路径中的齐纳二极管电压调节器消除，因此齐纳二极管电压调节器不与电源开关以及电机相位串联，也就不需要降低齐纳二极管所需的瓦数规格。相反地，在本发明的一些实施例中齐纳二极管或其他电压调节器与电源开关并联。
[0032]本发明的电路省去了光隔离器，允许在电机控制器的感测/控制电子设备和电机控制器的电源开关之间切换。现有的系统具有两个中立的参考值，一个用于感测/控制电子设备，一个用于电源开关。
[0033]本发明的电路具有改进的线相角检测，省去了链接到光隔离器的输入端的精密电阻电桥。这样，这方面的电路具有更精确的线相角检测。
[0034]本发明的电路将用于电源开关和电机控制器的不同的电中性值减少到一个值。这保证了这方面的电路的电源开关将可靠地从完全“关闭”过渡到完全饱和。
[0035]现有的包括两个开关的系统很难在一个交流周期的一半将一个开关完全关闭。本发明的电路将一个或多个开关放置到直流电源和电机控制器电路的外部，得到了正确的切换。
[0036]所以这些改进不但增加了电机控制器运行的可靠性并且用来提高组合的电机/电机控制器的效率。
[0037]本发明的分相绕组电路可以用于多种电机，比如直流无刷电机/电子换向电机(ECM)，罩极电机，其他同步电机，固定分相电容(PSC)电机等。
[0038]例如，图1示出了具有电机分相绕组的电机，一电机控制电路位于电机分相绕组的中点。该电机包括定子和安装在轴上的转子。安装转子以在核心结构如叠片铁心结构或其他核心结构中旋转。转子具有一个主体部分呈圆柱形。围绕该主体的周边设置有拱形的永磁部分。该永磁部分的北磁极与转子的外表面相邻，南磁极与转子的外周边相邻。一个绕组或一对绕组安装在核心结构的连接部分3A。该电机还包括一个霍尔效应开关装置，该装置的一部分延伸并与转子的周边相邻用于响应各个转子磁部分的磁极性。在所示出的构造中，霍尔效应开关在转子每一转的半个周期与该磁部分的外周边相邻，并在转子的每一转的剩下的半个周期与该磁部分的外周边相邻。
[0039]该电机可以在低于同步转速，同步转速，或高于同步转速运行。这是由于在半周期的部分就能流过相绕组。
[0040]图1的分相绕组电路包括导线LI和L2上的输入连接，其在运行期间连接到交流(AC)能量源，如交流线路电压。导线LI和L2跨接在串联电路的两端，该串联电路包括跨接在一控制电路的两端的串联分相绕组。例如，控制电路可以包括一串联连接到分相绕组的全波二极管整流桥电路以及具有一个或多个开关或其他功率可控开关装置的电源开关电路，该电源开关电路连接到该全波二极管整流桥电路的输出。
[0041]该分相绕组可以是双线缠绕或叠绕。交流电源的导线LI连接到该绕组的起始侧SI。该绕组的另一端，标记为F1，连接到控制电路的输入端之一。控制电路的另外的输入侧附接到第二分相绕组的起始侧S2，并且该相同的分相绕组的完成侧，标记为F2，附接到交流电源的输入导线L2。
[0042]再例如，图2示出了一单相电子换向电机(ECM)，其中的电机相绕组被分开并且电机控制器(电机控制电路)位于该电机分相绕组的中点。
[0043]图3公开了一用于将电机的电机相绕组(这里又称为电机相或相线圈)分成两半的分相绕组电路，并设置用于电机的电机控制器和用于电机的功率电子设备(包括直流电源和具有一个或多个电源开关的电源开关电路)位于该被分开的相绕组之间的供电线路电压的“中点”或“中心点”。在图3的例子中，电机相绕组被分成两半。可以允许不同于该对半分的一些偏差，如零和该中点的+/-20 %之间。
[0044]图3中的分相绕组电路包括两个分相绕组，