用于檢測電動機停止的系統、方法和組件的制作方法
【專利摘要】一種用于具有定子和轉子的電動機的電動機控制器。所述電動機控制器包括電力輸入端，其用于從電源接收AC電力；控制輸入端，其用于從控制裝置接收控制信號；以及電路，其用于響應于所述控制信號，將來自所述電源的電力轉換到所述電動機。所述電路通過操作執行：將驅動波形施加到所述定子以使所述轉子旋轉；從所述定子去除所述驅動波形以使所述轉子滑行并最終停止；在所述轉子滑行時將停止檢測波形施加到所述定子，其中所述停止檢測波形在所述轉子上感應出波形，接著該波形在所述轉子旋轉時將波形感應回所述定子；以及監測所述定子以檢測被感應回所述定子的波形的特性，從而檢測所述轉子何時實質上停止旋轉。
【專利說明】用于檢測電動機停止的系統、方法和組件
【背景技術】
[0001]電動機通常包括被稱為定子的靜止部件和被稱為轉子的旋轉部件。當使用驅動波形激勵電動機時，轉子在定子內(或者圍繞定子)旋轉。當驅動波形被從電動機去除時，轉子可能在一段時間上從滑行變為停止，這是因為轉子和連接到轉子的任何部件具有慣性。
[0002]在許多電動機應用中，需要判定電動機的轉子何時停止旋轉，從而可以不同的速度等在反方向上驅動轉子。例如，在洗滌機應用中，需要了解在高速循環旋轉之后，洗滌滾筒電動機何時停止旋轉，以便可以使洗滌機卸載或切換到較低速度的洗滌或漂洗循環。
[0003]諸如霍爾效應傳感器之類的電動機軸傳感器經常被用于檢測電動機停止。但是，此類傳感器增加了電動機的成本和復雜性，因此不是諸如洗滌機電動機之類的許多低成本應用所期望的。
[0004]已經開發出無傳感器技術來檢測電動機停止。此類技術通常采用各種算法來基于測量的電參數估計轉子何時停止。但是，此類技術的精確度較差，或者當電動機最初被啟動或制動或電動機時或當電動機遇到故障狀況時，完全不起作用。
[0005]經常還使用簡單的時延電路來確保電動機停止。此類電路要求在從電動機去除驅動波形之后，經過選擇的時段之后，才假設轉子停止。但是這樣會浪費時間，因為時延通常長于考慮到電動機最大可能滑行時間所必需的時間。
[0006]以上部分提供與本發明相關的背景信息，這不一定是現有技術。
【發明內容】
[0007]本發明的實施例通過提供改進的系統、方法和電動機組件來判定電動機的轉子何時停止旋轉，解決了上述問題。
[0008]根據本發明的實施例構造的電動機組件(motor assembIy)可用于洗漆機,HVAC系統、泵系統或其它任何應用，并且廣義地包括電動機和用于驅動和控制電動機的電動機控制器。電動機可采用任何電動機技術并包括定子和轉子。在一個實施例中，電動機可以是三相AC感應電動機。
[0009]電動機控制器驅動和控制電動機被設計為或者要不然被配置為執行此處描述的至少某些方法和功能。在一個實施例中，電動機控制器被設計或被配置為將驅動波形施加到所述定子以使所述轉子旋轉，并且接著從所述定子去除所述驅動波形以使所述轉子滑行并最終停止。所述電動機控制器然后在所述轉子滑行時將停止檢測波形施加到所述定子。所述停止檢測波形在所述轉子上感應出波形，接著該波形將波形感應回所述定子。被感應回所述定子的波形具有與所述轉子的轉速成比例的頻率。所述電動機控制器監測所述定子以檢測被感應回所述定子的波形的特性，從而檢測所述轉子何時實質上停止旋轉。
[0010]在一個實施例中，檢測到的被感應回所述定子的波形的特性可以是該波形的振幅。所述電路檢測到在被感應回所述定子的波形的振幅接近零時，所述轉子實質上停止旋轉。在另一實施例中，檢測到的被感應回所述定子的波形的特性是該波形的頻率。所述電路檢測到在被感應回所述定子的波形的頻率接近零時，所述轉子實質上停止旋轉。[0011 ] 所述電動機或所述電動機控制器還可以包括一個或多個分流器。所述電動機控制器可被設計或被配置為監測通過所述分流器之一的電流，以檢測上述特性從而判定所述轉子何時實質上停止旋轉。
[0012]所述電動機控制器還可以在所述轉子滑行時將DC注入制動波形施加到所述定子以制動所述電動機。所述電動機控制器一旦在根據上述方式判定所述轉子實質上停止旋轉，就可以從所述定子去除所施加的制動波形。
[0013]提供
【發明內容】
是為了以簡化的形式介紹所選擇的一些概念，這些概念將在下面的【具體實施方式】中進一步說明。本
【發明內容】
并非旨在指出所要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也并非旨在用于限制所要求保護的主題的范圍。通過下面對實施例和附圖的詳細描述，本發明的其它方面和優點將變得顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面參考附圖更詳細地描述本發明的實施例，其中:
[0015]圖1是根據本發明的實施例構造的電動機組件的框圖。
[0016]圖2是根據圖1的電動機組件的電動機的定子和轉子的示意性表示。
[0017]圖3是示出本發明的方法中的步驟和/或本發明的計算機程序的代碼段的流程圖。
[0018]圖4是示出本發明的另一方法中的步驟和/或本發明的計算機程序的代碼段的流程圖。
[0019]這些附圖并非將本發明限于此處公開和描述的特定實施例。所述附圖并不一定按比例繪制，而是著重于清楚地圖解本發明的原理。
【具體實施方式】
[0020]下面對本發明的實施例的詳細描述參考附圖。這些實施例旨在以足夠的細節描述本發明的各方面，從而使本領域的技術人員能夠實踐本發明。在不偏離權利要求的范圍的情況下，可以使用其它實施例并且可以做出修改。因此，下面的【具體實施方式】并非用于限制。本發明的范圍僅由所附的權利要求以及這些權利要求被授予的等同物的全部范圍定義。
[0021]在該描述中，引用“一個實施例”、“實施例”或“多個實施例”表示被引用的一個或多個特征被包括在本技術的至少一個實施例中。在該描述中，單獨引用“一個實施例”、“實施例”或“多個實施例”并不一定指示相同的實施例，并且也不互斥，除非明確地指出和/或排除，這對于本領域的技術人員而言從說明書來看是非常顯而易見的。例如，一個實施例中描述的特征、結構、操作等還可以被包括在其它實施例中，但并不一定被包括。這樣，本發明的技術可以包括此處描述的實施例的各種組合和/或結合。
[0022]現在參考附圖，首先參考圖1，示出根據本發明的實施例構造的電動機組件10。電動機組件10可用于任何應用，例如用于洗漆機、HVAC系統、泵系統或電器。在一個特定實施例中，電動機組件10被設計為用于水平軸、前置負載(front-loading)洗漆機,但是本發明的原理可以等同地應用于電動機組件的所有用途。
[0023]電動機組件10的實施例廣義地包括電動機12和電動機控制器14。電動機組件10還可以包括與本發明無關的其它系統或部件或者與它們相連。
[0024]如圖2最佳地所示，電動機12包括轉子16和定子18。電動機12可以在直流(DC)或交流(AC)上運行，可以是同步或異步電動機，并且可以是單相或三相電動機。電動機12可以任何類型，包括但不限于，有刷DC電動機、空心或無鐵芯DC電動機、串繞通用電動機、感應電動機、轉矩電動機或步進電動機。而且，電動機可以為定速、多速或變速電動機，并且可以具有馬力(HP)標定。在本發明的一個特定實施例中，電動機12是1/3-1HP、三相、可逆和變速感應電動機。此類電動機以具有競爭力的價格提供最大驅動性能，用于需要大范圍運行速度和高啟動轉矩的洗滌機應用。但是，本發明的原理不限于任何特定的電動機類型、技術或尺寸。
[0025]電動機控制器14向電動機12提供電力并控制電動機12的運行，并被設計為或以其它方式配置為執行下面描述的一種或多種功能或方法。如圖1所示，電動機控制器14可以從連接LI和N提供的115VAC上的單相AC電源電壓接收電力，其中LI表示AC電源的“火線”端，N表示零線(通常位于地電位上)。AC電源電壓還可以是230VAC，在這種情況下，零線將被另一火線代替。AC電源電壓還可以是三相480VAC。
[0026]電動機控制器14可以包括電路、硬件、固件和/或軟件的任意組合。在一個特定實施例中，電動機控制器14包括定制專用集成電路(ASIC)，該電路帶有微處理器，用于控制和驅動向定子18的線圈提供三相驅動波形的三相逆變器。該電動機控制器還可以包括各種其它電子部件。
[0027]電動機控制器14可以從一個或多個控件20接收命令或操作指令，例如，通常可在洗滌機和其它電器和設備上找到的按鍵、開關或按鈕。控件20可以是一個或多個單獨的部件，也可以被集成在電動機控制器14內。
[0028]電動機控制器14還可以與一個或多個分流器22相連，以根據下面描述的方式檢測定子18的電特性。每個分流器22可以是與電動機控制器ASIC的印刷電路板相連的分離組件，也可以被集成在電動機的定子內或電動機控制器的逆變器模塊內。
[0029]本發明的各方面可通過存儲在計算機可讀介質之中或之上的一個或多個計算機程序實現，所述計算機可讀介質位于電動機控制器14的微處理器上或者可被該微處理器訪問。每個計算機程序優選地包括可執行指令的有序列表，這些指令用于實現電動機控制器14中的邏輯功能。每個計算機程序可以被包含在任何非臨時計算機可讀介質中，這些程序被指令執行系統、設備或器件(例如，基于計算機的系統、包含處理器的系統或者可從指令執行系統、設備或器件提取指令并執行這些指令的其它系統)使用或與其結合使用。在本申請的上下文中，“計算機可讀介質”可以是任何非臨時裝置，該裝置可存儲被指令執行系統、設備或器件使用或與其結合使用的程序。計算機可讀介質例如可以是，但不限于，電、磁、光、電磁、紅外、或半導體的系統、設備、器件。計算機可讀介質的更具體的例子(盡管并非涵蓋所有例子)包括:具有一條或多條線(wire)的電連接、便攜式計算機盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦式可編程只讀存儲器(EPR0M或閃存)、光纖、以及便攜式高密度盤只讀存儲器(⑶ROM)。
[0030]根據本發明的一方面，電動機控制器14被設計為或者要不然被配置為檢測電動機12的停止。電動機控制器14將驅動波形施加到定子18以使轉子16旋轉，接著去除驅動波形以使轉子滑行并最終停止。電動機控制器14然后在轉子16滑行時將停止檢測波形施加到定子18。停止檢測波形在轉子16上感應出波形，接著該波形將波形感應回定子18。被感應回定子18的波形具有與轉子16的轉速成比例的頻率。電動機控制器14監測定子以檢測被感應回定子18的波形的特性，從而檢測轉子16何時實質上停止旋轉。
[0031]圖3的流程圖更詳細地示出本發明的實施例的功能和操作。在此方面，流程圖中的某些方框可以表示方法300中的步驟和/或計算機程序的模塊段或代碼的一部分。在某些另選的實施方式中，在各個方框中標注的功能可以不按照圖3所示的順序執行。例如，圖3所示的兩個連續的方框實際上可以實質上并行地執行，或者它們有時也可以按相反的順序執行，這取決于所涉及的功能。
[0032]當電動機控制器14將驅動波形施加到定子18以旋轉轉子16時，方法300開始，如方框302所示。例如，在電動機組件10用于洗滌機的實施例中，電動機控制器14可以在高速旋轉循環期間，以高RPM操作轉子16。
[0033]電動機控制器14接著可以從定子18去除驅動波形，如方框304所示。可以響應于來自控件20的信號和/或電動機控制器中的內部程序或信號而執行此操作。一旦去除驅動波形，轉子便開始滑行并最終停止。
[0034]為了判定轉子16何時停止旋轉，電動機控制器14在轉子16滑行時將停止檢測波形施加到定子18，如步驟306所示。在一個實施例中，停止檢測波形是被施加到定子18的各相的固定的、低振幅、高頻率的電流信號。該停止檢測波形的各相可以在一個脈寬調制(PWM)時期內相距120度。在一個實施例中，停止檢測波形具有大約16KHz的頻率。如果定子的所有三相并排排列在50%的占空比(duty cycle)上，則所有電動機引線在一半的總線電壓水平上被偏置，并且沒有電流流過。移相可產生較小停止檢測波形。如果需要較大電流的停止檢測波形，可以在定子的各相上設定不同的占空比。
[0035]停止檢測波形在轉子16上感應出波形，該波形然后將波形感應回定子18。被感應回定子18的波形具有與轉子16的轉速成比例的頻率。這導致定子上的組合電流波形，該組合電流波形由被感應回定子且位于被施加到定子的停止檢測波形之上的波形構成。
[0036]電動機控制器監測定子以檢測定子上的組合電流波形的特性，從而檢測轉子何時實質上停止旋轉。
[0037]在一個實施例中，檢測到的組合電流波形的特性是其振幅。S卩，電動機控制器14監測定子上的組合電流波形的組合峰到峰值，并將其與轉子停止時定子上的波形的峰到峰值進行比較。如果監測到的峰到峰值較大，則轉子仍在運動。換言之，電路檢測到在被感應回定子的波形的振幅接近零時轉子實質上停止旋轉。
[0038]在另一實施例中，電路檢測到在被感應回定子18的波形的頻率接近零時轉子16實質上停止旋轉。
[0039]電動機12或電動機控制器14還可以包括一個或多個分流器22。所述電動機控制器可被設計為或被配置為監測通過所述分流器之一的電流以檢測上述特性，從而判定轉子是否實質上停止旋轉。
[0040]上述方法300提供多種優點。通過判定轉子16何時實質上停止旋轉，可以增加電動機12驅動的設備的吞吐量。例如，當電動機組件10用于洗滌機時，方法300可快速、經濟地判定在高速旋轉循環之后電動機何時停止旋轉，以便洗滌機可被卸載或以不同的周期運行。[0041]圖4中的流程圖示出本發明的類似實施例的功能和操作。在此方面，流程圖中的某些方框可以表示方法400中的步驟和/或計算機程序的模塊段或代碼的一部分。在某些另選的實施例中，在各個方框中標注的功能可以不按照圖4所示的順序執行。例如，圖4所示的兩個連續的方框實際上可以實質上并行地執行，或者它們有時也可以按相反的順序執行，這取決于涉及的功能。
[0042]圖400中的步驟402、404、406、408和410實質上與方法300中的步驟302、304、306,308和310相同，因此不再描述。除了這些步驟之外，方法400還包括用于制動轉子的步驟405。
[0043]在電動機控制器14從定子18去除驅動波形并且轉子16開始滑行時，電動機控制器14可以接收或在內部處理制動信號。例如，電動機控制器14可以從內部或外部定時電路接收指示旋轉循環或其它電動機循環已經結束并且定子應該減速或停止的信號。
[0044]響應于有關電動機12已被取消激勵的制動信號或其它指示，電動機控制器14可以激勵定子18以將制動力施加到轉子，從而制動轉子，如方框405所示。制動力可由DC注入(injection)制動提供，其中將直流(DC)電壓施加到電動機的定子繞組上以制動轉子。DC電壓產生靜態磁場，該磁場將靜態轉矩施加到轉子。這樣可使轉子的旋轉減速并最終停止。只要DC電壓保持在定子繞組上，轉子便固定不動，不再旋轉。DC注入制動是相對簡單、經濟的且無需維護，因此是許多電動機應用的制動的熱門選擇。被施加到定子的制動波形可以是受控的電流波形、受控的電壓波形或其它任何波形。
[0045]盡管參考附圖中所示的優選實施例描述了本發明，但是需要指出，在不偏離權利要求所述的本發明范圍的情況下，可以采用等同物并且可以做出替換。例如，在某些實施例中，上述感應電動機可以替代地為永磁體電動機。對于這類電動機，不在轉子上感應任何信號，因為轉子沒有線圈。相反，運動轉子在定子上感應出電壓或電流。具體而言，定子線圈從在定子線圈上感應出信號的運動轉子磁體中拾取磁通。電動機控制器通過監測定子上的該信號來判定轉子旋轉。
【權利要求】
1.一種用于具有定子和轉子的電動機的電動機控制器，所述電動機控制器包括: 電力輸入端，其用于從電源接收電力；和 電路，其用于將來自所述電源的電力轉換到所述電動機，其中所述電路通過操作執行: 將驅動波形施加到所述定子以使所述轉子旋轉； 從所述定子去除所述驅動波形以使所述轉子滑行并最終停止； 在所述轉子滑行時將停止檢測波形施加到所述定子，其中所述停止檢測波形在所述轉子上感應出波形，接著該波形在所述轉子旋轉時將波形感應回所述定子；以及 監測所述定子以檢測被感應回所述定子的波形的特性，從而檢測所述轉子何時實質上停止旋轉。
2.根據權利要求1的電動機控制器，其中檢測到的被感應回所述定子的波形的特性是該波形的振幅。
3.根據權利要求2的電動機控制器，其中所述電路檢測到在被感應回所述定子的波形的振幅接近零時，所述轉子實質上停止旋轉。
4.根據權利要求1的電動機控制器，其中檢測到的被感應回所述定子的波形的特性是該波形的頻率。
5.根據權利要求4的電動機控制器，其中所述電路檢測到在被感應回所述定子的波形的頻率接近零時，所述轉子實質上停止旋轉。
6.根據權利要求1的電動機控制器，其中所述電動機或電動機控制器包括一個或多個分流器，并且其中所述電動機控制器通過操作監測通過所述分流器之一的電流，以檢測被感應回所述定子的波形的特性。
7.根據權利要求1的電動機控制器，進一步包括控制輸入端，其用于從控制裝置接收控制信號，以用信號通知所述電路施加所述停止檢測波形。
8.根據權利要求1的電動機控制器，其中所述停止檢測波形為高頻AC信號或DC信號。
9.根據權利要求1的電動機控制器，其中所述電路進一步通過操作在所述驅動波形被去除之后，將制動波形施加到所述定子。
10.一種用于具有定子和轉子的電動機的電動機控制器，所述電動機控制器包括: 電力輸入端，其用于從電源接收AC電力； 控制輸入端，其用于從控制裝置接收控制信號； 電路，其用于響應于所述控制信號，將來自所述電源的電力轉換到所述電動機，其中所述電路通過操作執行: 將驅動波形施加到所述定子以使所述轉子旋轉； 從所述定子去除所述驅動波形以使所述轉子滑行并最終停止； 在所述轉子滑行時將停止檢測波形施加到所述定子，其中所述停止檢測波形在所述轉子上感應出波形，接著該波形在所述轉子旋轉時將波形感應回所述定子；以及 監測所述定子以檢測被感應回所述定子的波形的特性，從而檢測所述轉子何時實質上停止旋轉。
11.根據權利要求10的電動機控制器，其中檢測到的被感應回所述定子的波形的特性是該波形的振幅。
12.根據權利要求10的電動機控制器，其中檢測到的被感應回所述定子的波形的特性是該波形的頻率。
13.根據權利要求10的電動機控制器，其中所述電動機或電動機控制器包括一個或多個分流器，并且其中所述電動機控制器通過操作監測通過所述分流器之一的電流，以檢測被感應回所述定子的波形的特性。
14.根據權利要求10的電動機控制器，其中所述停止檢測波形為高頻AC信號或DC信號。
15.根據權利要求10的電動機控制器，其中所述電路進一步通過操作在所述驅動波形被去除之后，將制動波形施加到所述定子。
16.—種電動機組件,包括: 電動機，其具有定子和轉子；和 電動機控制器，其用于驅動和控制所述電動機，所述電動機控制器包括: 電力輸入端，其用于從電源接收AC電力； 控制輸入端，其用于從控制裝置接收控制信號； 電路，其用于響應于所述控制信號，將來自所述電源的電力轉換到所述電動機，其中所述電路通過操作執行: 將驅動波形施加到所述定子以使所述轉子旋轉； 從所述定子去除所述驅動波形以使所述轉子滑行并最終停止； 在所述轉子滑行時將停止檢測波形施加到所述定子，其中所述停止檢測波形在所述轉子上感應出波形，接著該波形在所述轉子旋轉時將波形感應回所述定子；以及 監測所述定子以檢測被感應回所述定子的波形的特性，從而檢測所述轉子何時實質上停止旋轉。
17.根據權利要求16的電動機控制器，其中檢測到的被感應回所述定子的波形的特性是該波形的振幅。
18.根據權利要求17的電動機控制器，其中所述電路檢測到在被感應回所述定子的波形的振幅接近零時，所述轉子實質上停止旋轉。
19.根據權利要求16的電動機控制器，其中檢測到的被感應回所述定子的波形的特性是該波形的頻率。
20.根據權利要求19的電動機控制器，其中所述電路檢測到在被感應回所述定子的波形的頻率接近零時，所述轉子實質上停止旋轉。
21.根據權利要求16的電動機控制器,其中所述電動機或電動機控制器包括一個或多個分流器，并且其中所述電動機控制器通過操作監測通過所述分流器之一的電流，以檢測被感應回所述定子的波形的特性。
22.根據權利要求16的電動機控 制器，其中所述停止檢測波形為高頻AC信號或DC信號。
【文檔編號】H02P3/02GK103825501SQ201310584991
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月19日 優先權日:2012年11月19日
【發明者】T·希翰 申請人:尼得科電機有限公司