專利名稱：?jiǎn)蜗嚯娮訐Q向電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及其方法
電子換向電動(dòng)機(jī)(ECM)是一種在其轉(zhuǎn)子上具有永磁鐵的電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)的定子包括繞線式繞組，當(dāng)它用電流激磁時(shí)與永磁式轉(zhuǎn)子相互作用，根據(jù)電流相對(duì)于磁鐵極性的方向產(chǎn)生正的或負(fù)的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子在一個(gè)方向上運(yùn)行時(shí)，磁鐵極性相對(duì)定子繞組交替變化，故為了保持恒定的轉(zhuǎn)矩方向，必須同步地改變定子電流的方向。定子的供電是由具有實(shí)質(zhì)控制轉(zhuǎn)矩方向、轉(zhuǎn)矩值及軸速度的機(jī)構(gòu)的晶體三極管逆變器控制的。
定子繞組被分配成稱為相的組，每個(gè)相利用類似的但有相移的交變電流激磁。三相定子是最普通的。單相定子由于逆變器中元件的減少得以節(jié)約成本，但是單相電機(jī)從靜止開始起較為困難。
用于ECM逆變器的傳統(tǒng)交流變直流的輸入部分是二極管整流器。這種電路具有三個(gè)主要的缺點(diǎn)缺少直流電壓降到零的控制，輸入諧波電流大及交流功率因數(shù)低。使用脈寬調(diào)制(PWM)的交流/直流變換器的多種方案可提供低的輸入諧波電流及單位功率因數(shù)。但是它們需要由其二極管整流電壓值來(lái)提升輸入的交流電壓。
在現(xiàn)有技術(shù)中用于控制電路的一種方案便是使用小型隔離變壓器。當(dāng)需要控制作用時(shí)，用一種交流電壓、通常是供電電壓邏輯電平的方波供給小型變壓器的初級(jí)，變壓器的次級(jí)輸出再被整流及供給到電源開關(guān)的控制極上。電壓電平的移動(dòng)是由變壓器初級(jí)與次級(jí)繞組間的離來(lái)保持的。
高壓集成電路用于橋式逆變器(例如International整流器IR2110)的控制極控制，但是它們需要兩個(gè)控制極電壓中較低者僅為高于地電位的一個(gè)閾值電壓值。而在這種ECM驅(qū)動(dòng)電路中，一個(gè)控制極電壓要明顯地低于地電位。
本發(fā)明的一個(gè)目的為提供一種低成本的電子換向電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有單相及單繞組的電子換向電動(dòng)機(jī)，它從靜止開始起動(dòng)無(wú)需起動(dòng)繞組。本發(fā)明的又一目的是提供一種具有可變速度控制和/或可變轉(zhuǎn)矩控制的單相單繞組電子換向電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的又一目的是提供一種利用可控直流母線電壓驅(qū)動(dòng)的電子換向電動(dòng)機(jī)，以使諧波電流減到最小及提供高的交流功率因數(shù)。本發(fā)明的又一目的是提供一種避免需要使用隔離變壓器的電子換向電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明又一目的是提供一種具有峰值電流控制的電子換向電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的另一目的是提供一種僅需用兩個(gè)電源開關(guān)的電子換向電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明又一目的是提供由一個(gè)分壓器中的直流母線驅(qū)動(dòng)的電子換向電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明另一目的是提供一種響應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的傳感位置工作在所需速度或轉(zhuǎn)矩下的單相單繞組電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的又一目的是提供一種由直流母線電壓逆變成交流電流方波供給繞組而驅(qū)動(dòng)的單相單繞組電子換向電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的另一目的是提供一種使用遲滯帶電流調(diào)節(jié)的單相單繞組電子換向電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的又一目的是提供一種具有起動(dòng)脈沖系列及當(dāng)電機(jī)速度大于預(yù)定值時(shí)具有工作脈沖系列的一種單相單繞組電子換向電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的另一目的是提供一種由使用電流限制和/或電流調(diào)節(jié)的串聯(lián)電容器驅(qū)動(dòng)的單相單繞組電子換向電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明又一目的是提供一種由在電源中具有倍壓器輸入并僅具有兩個(gè)電源開關(guān)及兩個(gè)電容器以及在其之間連接繞組單元驅(qū)動(dòng)的單相單繞組電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明另一目的是提供具有可拆卸齒端部的定子以便更有效繞制繞組的一種電子換向電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的另一目的是提供對(duì)具有單相、單繞組及僅使用兩個(gè)電源開關(guān)的電動(dòng)機(jī)的一種操作方法。本發(fā)明的又一目的是提供在所需速度或轉(zhuǎn)矩下操作單相、單繞組電子換向電動(dòng)機(jī)的一種方法。
本發(fā)明包括一個(gè)設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)子及一個(gè)直流母線的電動(dòng)機(jī)。并設(shè)有將直流母線提供的電壓分壓的裝置，及兩個(gè)開關(guān)串聯(lián)地跨接在直流母線上。一個(gè)繞組的一端連接于兩開關(guān)之間而另一端連接于分壓裝置。還設(shè)有傳感轉(zhuǎn)子位置的裝置。以及對(duì)位置傳感裝置作響應(yīng)控制開關(guān)交替地在相反方向上向繞組提供直流電流，以使得繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)的裝置。
本發(fā)明還包括一種電動(dòng)機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)具有帶有第一及第二端的繞組的定子及提供直流電壓的一個(gè)電壓源;將直流電壓分成第一直流電壓及與第一直流電壓極性相反的第二直流電壓的裝置;傳感轉(zhuǎn)子位置的裝置;響應(yīng)位置傳感裝置，選擇地提供給繞組的第一及第二端第一直流電壓使轉(zhuǎn)子在預(yù)定方向上旋轉(zhuǎn)，及選擇地供給繞組的第一端及第二端第二直流電壓使轉(zhuǎn)子在所需速度或轉(zhuǎn)矩下在預(yù)定方向上旋轉(zhuǎn)的裝置。
本發(fā)明還包括一種電動(dòng)機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的開關(guān);兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的電容器;及一個(gè)其一端連接于兩開關(guān)之間另一端連接于兩電容器之間的繞組;對(duì)轉(zhuǎn)子位置傳感的裝置;響應(yīng)位置傳感裝置，控制開關(guān)向繞組提供電流以使得繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)的裝置。
本發(fā)明還包括一種電動(dòng)機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;僅兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的電源開關(guān);一個(gè)其一端連接于兩開關(guān)之間另一端連接于母線的繞組及具有連接于直流母線的一端及連接于繞組的另一端的交流電源;控制開關(guān)向繞組供給電流以便使繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)的裝置。本發(fā)明還可包括傳感轉(zhuǎn)子位置的裝置，及其中控制裝置響應(yīng)位置傳感裝置及代表電動(dòng)機(jī)所需速度或轉(zhuǎn)矩的一個(gè)輸入信號(hào)。
本發(fā)明還包括一種電動(dòng)機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線，兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的開關(guān);兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的電容器;一個(gè)其一端連接于兩開關(guān)之間另一端連接于兩電容器之間的繞組;及一個(gè)具有連接于直流母線的一端及連接于繞組的另一端的交流電源;控制開關(guān)向繞組供給電流以便使繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)的裝置。本發(fā)明還可包括傳感轉(zhuǎn)子位置的裝置，及其中控制裝置響應(yīng)位置傳感裝置及代表電動(dòng)機(jī)所需轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的一個(gè)輸入信號(hào)。
本發(fā)明還包括一種單相單繞組電子換向電動(dòng)機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)具有確定用于接收轉(zhuǎn)子的孔徑的面的多個(gè)齒的定子，這些定子齒的面及轉(zhuǎn)子確定了它們之間的空氣隙，每個(gè)定子齒的每個(gè)面相對(duì)于定子每個(gè)齒的中心線確定了一種不對(duì)稱的空氣隙;及在定子上的一個(gè)繞組;選擇地向繞組供電使轉(zhuǎn)子在所需速度或轉(zhuǎn)矩下旋轉(zhuǎn)的裝置，由此當(dāng)繞組不被供電時(shí)，非對(duì)稱空氣隙使轉(zhuǎn)子停到一個(gè)預(yù)定位置上，該位置不對(duì)應(yīng)于零轉(zhuǎn)矩起動(dòng)位置。
本發(fā)明還包括一種電動(dòng)機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;僅兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的電源開關(guān);及一個(gè)其一端連接于兩開關(guān)之間而另一端連接于母線的繞組;傳感轉(zhuǎn)子位置的裝置;響應(yīng)位置傳感器，控制開關(guān)向繞組提供電流以使得繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)的裝置。
本發(fā)明還包括一種操作電動(dòng)機(jī)的方法，該電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;僅兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的電源開關(guān);及一個(gè)其一端連接于兩開關(guān)之間而另一端連接于母線的繞組。該方法包括以下步驟傳感轉(zhuǎn)子的位置;及響應(yīng)傳感的位置控制開關(guān)向繞組提供電流以使得繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。
本發(fā)明還包括一種電動(dòng)機(jī)的操作方法，該電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;使直流母線提供的電壓分壓的裝置;兩個(gè)串聯(lián)地跨接在直流母線上的開關(guān);及一個(gè)其一端連接在兩開關(guān)之間而另一端連接于分壓裝置的繞組。該方法包括下列步驟傳感轉(zhuǎn)子的位置;及響應(yīng)傳感轉(zhuǎn)子的位置控制開關(guān)在相反的方向上交替地向繞組供給直流電流，其中繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。
本發(fā)明還包括一種電動(dòng)機(jī)的操作方法，該電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子，一個(gè)具有設(shè)有第一及第二端繞組的定子;一個(gè)提供直流電壓的電壓源及將該直流電壓分成第一直流電壓及與第一直流電壓極性相反的第二直流電壓的裝置。該方法包括下列步驟傳感轉(zhuǎn)子的位置;選擇地提供給繞組的第一及第二端第一直流電壓以響應(yīng)傳感的位置使轉(zhuǎn)子在預(yù)定方向上旋轉(zhuǎn);選擇地提供給繞組的第一及第二端第二直流電壓以響應(yīng)傳感的位置使轉(zhuǎn)子在所需的速度或轉(zhuǎn)矩下在預(yù)定的方向上旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明還包括一種操作電動(dòng)機(jī)的方法，該電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;兩個(gè)串聯(lián)地跨接于母線上的開關(guān);兩個(gè)串聯(lián)地跨接于母線上的電容器;及一個(gè)其一端連接于兩開關(guān)之間而另一端連接于兩電容器之間的繞組。該方法包括以下步驟傳感轉(zhuǎn)子位置;響應(yīng)傳感的轉(zhuǎn)子位置，控制開關(guān)向繞組提供電流以使得繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。
本發(fā)明還包括一種操作電動(dòng)機(jī)的方法，該電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;僅兩個(gè)串聯(lián)地跨接于母線的電源開關(guān);及一個(gè)其一端連接于兩開關(guān)之間而另一端連接于母線的繞組。該方法包括以下步驟在直流母線及繞組之間提供交流電壓;及響應(yīng)該交流電壓控制開關(guān)向繞組提供電流以使得繞組產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。
本發(fā)明還包括一種操作電動(dòng)機(jī)的方法，該電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的開關(guān);兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的電容器;及一個(gè)其一端連接于兩開關(guān)之間而另一端連接于兩電容器之間的繞組。該方法包括以下步驟在直流母線及繞組之間提供交流電壓;及響應(yīng)該交流電壓控制開關(guān)向繞組提供電流以使得繞組產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。
本發(fā)明還包括一種電動(dòng)機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;僅兩個(gè)串聯(lián)地跨接于母線的電源開關(guān);一個(gè)相對(duì)于轉(zhuǎn)子磁不對(duì)稱的定子;一個(gè)其一端連接在兩開關(guān)之間而另一端連接于母線的定子繞組;及控制開關(guān)向繞組提供電流以使得繞組產(chǎn)生在所需轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)的裝置。本發(fā)明還可包括傳感轉(zhuǎn)子位置裝置，及其中控制裝置響應(yīng)位置傳感裝置及代表所需轉(zhuǎn)子速度或轉(zhuǎn)矩的一個(gè)輸入信號(hào)。
本發(fā)明的另外目的及特征將在以下所述的部分中闡明。


圖1為使用四個(gè)電源開關(guān)控制單相單繞組電動(dòng)機(jī)的一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)電路;
圖2A為本發(fā)明的僅有兩個(gè)電源開關(guān)及一個(gè)電容式電壓分壓器的單相單繞組電子換向電動(dòng)機(jī)(ECM)的電路概圖;
圖2B為用圖2A的電路對(duì)多個(gè)并聯(lián)電動(dòng)機(jī)繞組供電的電路概圖，其中每個(gè)繞組僅用兩個(gè)電源開關(guān)控制;
圖3A是具有電源中的電壓倍壓器輸入及僅具有兩個(gè)電源開關(guān)及兩個(gè)電容器以及連接于它們之間的繞組單元的單相繞組電動(dòng)機(jī)的電路概圖;
圖3B表示用圖3A的電路時(shí)多個(gè)并聯(lián)電動(dòng)機(jī)繞組供電的電路概圖，其中每個(gè)繞組僅用兩個(gè)電源開關(guān)控制;
圖4表示一個(gè)用于使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、例如本發(fā)明的單相ECM的轉(zhuǎn)子停止在優(yōu)選位置上的帶凹口定子的部分縱向切面平面圖;
圖5A-5B為表示具有凹口定子的單相單繞組電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)電子特性的曲線圖;
圖6A-6C共同表示對(duì)單相單繞組電動(dòng)機(jī)供電及控制的電路的電路圖部分;
圖7為作為控制電壓、單一的相移因數(shù)輸入的一個(gè)庫(kù)克直流/直流變換器與一個(gè)單相ECM組合的方框圖;
圖8為圖7電路的部分電路概圖;
圖9-11為單相ECM的電源開關(guān)控制極電路一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的電路概圖;
圖12A-D表示無(wú)母線調(diào)節(jié)的圖2A電路的起動(dòng)特性的波形圖;
圖13A-D表示無(wú)母線調(diào)節(jié)的圖3A電路的起動(dòng)特性的波形圖;
圖14A-D表示圖3A的單相ECM恒速特性的波形圖;
圖15A-D及圖16A-D表示具有母線控制的圖3A的單相ECM的起動(dòng)特性的波形圖;
圖17表示由于圖3A的單相ECM起動(dòng)加速時(shí)的母線控制對(duì)RPM(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))隨時(shí)間變化的影響;
圖18表示取走定子端部用于接收一種電動(dòng)機(jī)例如本發(fā)明的單相ECM電動(dòng)機(jī)的線架式繞組的定子齒的縱向切面平面圖;
圖19表示一種電動(dòng)機(jī)例如本發(fā)明的單相ECM的、具有相隔聯(lián)鎖定子端部的一個(gè)定子的部分透視圖;
圖20表示一種電動(dòng)機(jī)例如本發(fā)明的單相ECM的、具有整體模壓或聯(lián)合擠壓圓環(huán)形式的可拆卸定子端部的一個(gè)定子;
圖21A-21B表示一種電動(dòng)機(jī)例如本發(fā)明的單相ECM中繞組的縱向切面平面圖，該繞組是用改型方法繞制的用于改進(jìn)組裝效率。
在各附圖中相對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)表示相對(duì)應(yīng)的部件。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，該圖表示用于向一個(gè)單相單繞組電動(dòng)機(jī)供電的現(xiàn)有技術(shù)的電路100。電路100包括四個(gè)電源開關(guān)102，104，106及108，用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)(未示出)的定子上單相繞組110中流過(guò)的電流。電源開關(guān)102，104，106及108由傳統(tǒng)的定時(shí)電路分別經(jīng)過(guò)端子112，114，116及118控制。當(dāng)電源開關(guān)102及108被導(dǎo)通，電源開關(guān)104及106則被關(guān)斷，以使得電流自端子120至端子122地流過(guò)繞組110。當(dāng)電源開關(guān)104及106被導(dǎo)通，則電源開關(guān)102及108被關(guān)斷，以使得電流在與以上相反的方向上自端子122至端子120地流過(guò)繞組110。電源通過(guò)一個(gè)外部交流電源124，一個(gè)附加濾波電感126，一個(gè)整流橋128及一個(gè)濾波電容器130施加到電源開關(guān)上。雖然電路100能有效地向單相繞組電動(dòng)機(jī)供電及控制它，但其需要四個(gè)電源開關(guān)及相應(yīng)增加成本的控制電路。
圖2A表示控制一個(gè)單相單繞組電動(dòng)機(jī)的本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的電路150。最好使用這樣的一種電動(dòng)機(jī)例如用于在一個(gè)燃燒室、如用于HVAC系統(tǒng)的氣體爐中形成風(fēng)流的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。電路150包括由端子152及154確定的一個(gè)直流母線。該直流母線152，154包括一個(gè)傳統(tǒng)的整流橋156及一個(gè)濾波電感158。因此直流母線152，154將來(lái)自一交流電源160的交流電轉(zhuǎn)化為向電路150其余部件供電的直流電流。
一對(duì)電容器162及164串聯(lián)地跨接在母線152，154上。一對(duì)開關(guān)166及168也串聯(lián)地跨接在直流母線152，154上。反饋二極管(flybackdiode)172及174分別地跨接在開關(guān)166及168上。單相單繞組電動(dòng)機(jī)的單繞組170的一端通過(guò)一個(gè)精密電阻183連接到電容器162和164之間的端子184上，而其另一端連接到電源開關(guān)166及168之間的端子186上。電源開關(guān)166及168分別通過(guò)線178及180由一控制器176控制?？刂破?76與一個(gè)用于傳感電動(dòng)機(jī)永磁轉(zhuǎn)子的角度位置的位置傳感器182相連接。位置傳感器182可以是任何傳統(tǒng)的裝置，例如霍耳效應(yīng)裝置。精密電阻183被加以選擇，以使得由控制器176通過(guò)導(dǎo)線(未示出)可以監(jiān)控電流，以便調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的相電流。
在工作中，電容器162和164將出現(xiàn)在直流母線152，154上的電壓進(jìn)行分壓。電容器162和164最好大小相等，以使得來(lái)自直流母線152及154的電壓被在它們中間分壓成大致相等。電容器的大小是電動(dòng)機(jī)輸入功率和確定波動(dòng)電流率的電容器品質(zhì)的函數(shù)。當(dāng)控制器176導(dǎo)通電源開關(guān)168時(shí)，電源開關(guān)166被打開。電源開關(guān)168的導(dǎo)通使正電壓從電容器164經(jīng)過(guò)繞組170形成從端子184經(jīng)繞組流到端子186的正向電流。此外，正向電流也從直流母線152，154經(jīng)過(guò)端子152，電容器162，端子184，繞組170，端子186，電源開關(guān)168及端子154供給繞組170。當(dāng)控制器176導(dǎo)通電源開關(guān)166時(shí)，電源開關(guān)168則被斷開。電源開關(guān)166的導(dǎo)通使正電壓從電容器162經(jīng)過(guò)繞組170形成從端子186經(jīng)過(guò)繞組流到端子184的正向電流。此外，正向電流也從直流母線152，154經(jīng)過(guò)端子152，電源開關(guān)166，端子186，繞組170，端子184，電容器164及端子154供給繞組170。因此，電源開關(guān)166及168的控制即控制了流經(jīng)繞組170的電流方向，因而就控制了定子產(chǎn)生出的磁場(chǎng)的方向。因?yàn)榭刂破?76通過(guò)位置傳感器182知道了轉(zhuǎn)子的位置，所以控制器176控制定子中的磁場(chǎng)會(huì)引起轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。更具體地，控制器176選擇地供給繞組170的第一和第二端以第一直流電壓，使轉(zhuǎn)子在一個(gè)預(yù)定方向上旋轉(zhuǎn)，并且也選擇地供給繞組170的第一和第二端以第二直流電壓，使轉(zhuǎn)子在同樣預(yù)定的方向上旋轉(zhuǎn)。
圖2B表示連接到多個(gè)并聯(lián)繞組中電路的母線條152，154及由圖2A的電容器162和164提供的分壓器。每個(gè)繞組電路包括各自的單個(gè)繞組170A-C。電能通過(guò)母線條152，154，電容器162及164，和電源開關(guān)166A-C及168A-C供給繞組170A-C?？刂破?76分別通過(guò)導(dǎo)線178A-C及180A-C控制這些電源開關(guān)。利用控制電源開關(guān)，控制器176控制通過(guò)繞組170A-C的電流，因而也就控制了在電動(dòng)機(jī)定子中感生的磁場(chǎng)?？刂破?76也與位置傳感器182相連接，用于傳感轉(zhuǎn)子的位置，如以上參照?qǐng)D2所描述的，控制器176鑒于轉(zhuǎn)子的已知位置對(duì)定子中的磁場(chǎng)進(jìn)行控制，以便使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
圖3A表示本發(fā)明用于控制一個(gè)單相單繞組電動(dòng)機(jī)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的電路200。該電路200的電源輸入裝置使用了電壓倍壓器輸入，電路200包括一個(gè)由端子210和212確定的直流母線。該直流母線210，212通過(guò)一交流電源202，一濾波電感204，及一對(duì)整流器206和208接收電能。一對(duì)電容器214及216串聯(lián)地跨接在直流母線210，212上。一對(duì)電源開關(guān)218和220也串聯(lián)地跨接在直流母線210，212上。反饋二極管228和230各自跨接在電源開關(guān)218和220上。單相單繞組電動(dòng)機(jī)的單繞組222的一端通過(guò)一個(gè)精密電阻223連接到電容器214和216中間的一個(gè)中心抽頭端子224上，其另一端連接到電源開關(guān)和反饋二極管圖騰柱(totem-pole推拉式輸出電路)的電源開關(guān)218和220之間的端子226上。交流電源202的一端也連接到端子224上。電源開關(guān)218和220由控制器232分別通過(guò)導(dǎo)線234和236控制?？刂破?32也連接到傳感電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子角度位置的位置傳感器238上。位置傳感器238可以為任何傳統(tǒng)的裝置，例如霍耳效應(yīng)裝置，一種傳感繞組或機(jī)械式位置傳感器。對(duì)精密電阻223作出選擇以使得由控制器232通過(guò)導(dǎo)線(未示出)可監(jiān)控電流，以便調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)相電流。
圖3A的電源輸入布置被稱為一種“倍壓器”輸入，因?yàn)閷?dǎo)體對(duì)導(dǎo)體的母線電壓將為峰值交流線電壓的兩倍。當(dāng)交流線電壓大于上導(dǎo)體的電壓時(shí)，電流將自該線流經(jīng)上方輸入二極管及上方母線電容器，使上方母線電容器充電。類似地，當(dāng)交流線電壓比下導(dǎo)體的電壓負(fù)時(shí)，電流將自該線流經(jīng)下方輸入二極管及下方母線電容器，使下方母線電容器充電。
當(dāng)控制器232導(dǎo)通電源開關(guān)220時(shí)，電源開關(guān)218保持?jǐn)嚅_。電源開關(guān)220的導(dǎo)通使正電壓從電容器216連接到繞組222上形成從端子224流經(jīng)繞組222到端子226的正向電流。此外，正向電流還從直流母線210，212經(jīng)由端子210，電容214，端子224，繞組222，端子226，電源開關(guān)220及端子212供電給繞組222。當(dāng)控制器232導(dǎo)通電源開關(guān)218時(shí)，電源開關(guān)220保持?jǐn)嚅_。電源開關(guān)218的導(dǎo)通使正電壓從電容器214連接到繞組222上形成從端子226流經(jīng)繞組222到端子224的正向電流。此外，正向電流還從直流母線210，212經(jīng)由端子210，電源開關(guān)218，端子226，繞組222，端子224，電容器216及端子212供電給繞組222。因此，對(duì)電源開關(guān)218和220的控制可控制流過(guò)電動(dòng)機(jī)繞組(MW1)222的電流方向，因而就控制了由定子感生的磁場(chǎng)的方向。因?yàn)榭刂破?32通過(guò)位置傳感器238了解到轉(zhuǎn)子的位置，故控制器232可控制定子中的磁場(chǎng)引起轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。更具體地，控制器232選擇地將第一直流電壓供給繞組222的第一及第二端，使轉(zhuǎn)子在一預(yù)定方向上旋轉(zhuǎn)，并且也選擇地將第二直流電壓供給繞組222的第一及第二端，使轉(zhuǎn)子在一同樣方向上旋轉(zhuǎn)。
通常，需要電流調(diào)節(jié)，例如利用遲滯帶或峰值調(diào)節(jié)器執(zhí)行的。在遲滯帶調(diào)節(jié)中，當(dāng)電流達(dá)到最大正向或最大負(fù)向值(遲滯帶的上電平時(shí)，則從目前導(dǎo)通的電源開關(guān)上去除控制極信號(hào)，迫使電流流過(guò)圖騰柱反向端中的反饋二極管。這種作用能有效地將一反向電壓施加到繞組上，并使電流釋放。同樣，在電流釋放作用時(shí)，電流流經(jīng)反向電容器，并且是在使該反向電容器充電的方向上流過(guò)電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流足夠地釋放了(到達(dá)遲滯帶的低電平)，相應(yīng)的電源開關(guān)重新被加上門信號(hào)，則電動(dòng)機(jī)電流被補(bǔ)充。這種電流調(diào)節(jié)作用使電動(dòng)機(jī)中電流保持為一個(gè)大致恒定的值，尤其是當(dāng)遲滯帶的上及下電平之間的差值小時(shí)更是如此。在峰值調(diào)節(jié)中，當(dāng)達(dá)到一預(yù)定峰值電流及此后導(dǎo)通一預(yù)定時(shí)間時(shí)，使電流關(guān)斷。
電動(dòng)機(jī)相電流的調(diào)節(jié)最好需要利用某些裝置進(jìn)行電流測(cè)量。一種經(jīng)濟(jì)的電流測(cè)量方式是對(duì)精密電阻上的電壓降進(jìn)行測(cè)量，如上所述，該精密電阻與電動(dòng)機(jī)的相串聯(lián)。該精密電阻最實(shí)際的位置是設(shè)在電動(dòng)機(jī)相線腳的下端，精密電阻的一端與母線的中心抽頭224相連接，如圖3A中所示。取母線中心抽頭作為“地”，并使所有的其它控制電路參照該接地點(diǎn)，則就會(huì)變得方便些。母線的上導(dǎo)體，即就是上方母線電容器的上側(cè)，具有大的正電壓;而母線的下導(dǎo)體，即就是下方電容器的下端，具有大的負(fù)電壓。對(duì)上方電源開關(guān)必須施加在其控制極上一個(gè)高于上方導(dǎo)體的閾值電壓才會(huì)被控制導(dǎo)通，而對(duì)下方電源開關(guān)必須施加在其控制極上一個(gè)高于下方導(dǎo)體的閾值電壓才會(huì)被控制導(dǎo)通。
圖3B表示與多個(gè)并聯(lián)繞組電路相連接的母線條210，212及圖3A中的電容器214及216。每個(gè)繞組電路包括各自的單繞組222A-C。電能經(jīng)由母線條210，212，電容器214及216，及電源開關(guān)218A-C和220A-C供給繞組222A-C。控制器232分別經(jīng)過(guò)導(dǎo)線234A-C和236A-C控制電源開關(guān)。利用控制電源開關(guān)，控制器232控制流過(guò)繞組222A-C的電流，因此也就控制了電動(dòng)機(jī)定子中感生的磁場(chǎng)?？刂破?32也與用來(lái)傳感轉(zhuǎn)子位置的位置傳感器238相連接。如以上參照?qǐng)D3A所述的，控制器232鑒于轉(zhuǎn)子的已知位置對(duì)定子中磁場(chǎng)進(jìn)行控制，以使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
設(shè)計(jì)單相單繞組電動(dòng)機(jī)的一個(gè)因素涉及到起動(dòng)時(shí)的潛在問(wèn)題。由定子齒形成的磁凸極引起了“齒槽效應(yīng)”或“齒槽”轉(zhuǎn)矩并迫使永磁轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)，或在特定位置上“停車”。在單繞組級(jí)別的電動(dòng)機(jī)中，停止位置可能與起動(dòng)時(shí)零機(jī)是轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的位置相重合，該轉(zhuǎn)矩使得起動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生困難。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明利用在磁設(shè)計(jì)中導(dǎo)入磁不對(duì)稱性迫使永磁轉(zhuǎn)子的停止位置離開機(jī)電轉(zhuǎn)矩的零點(diǎn)，從而克服了潛在起動(dòng)問(wèn)題。正如該領(lǐng)域中技術(shù)人員了解的，一個(gè)定子具有多個(gè)帶有確定用于接收轉(zhuǎn)子的孔徑的表面的齒。在定子齒表面和轉(zhuǎn)子齒之間確定了一個(gè)空氣隙。在本發(fā)明中，在定子齒中沖有不對(duì)稱氣隙或凹口，這引起了定子和轉(zhuǎn)子之間空氣隙磁阻的不對(duì)稱性。這種磁不對(duì)稱性引起轉(zhuǎn)子停止在一個(gè)新位置中。例如圖4表示的定于齒250具有一個(gè)不對(duì)稱氣隙或凹口252，用于在轉(zhuǎn)子磁鐵254及定子齒250之間提供非對(duì)稱的空氣隙磁阻。
在電動(dòng)機(jī)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，由基于線狀磁路逼近法的磁場(chǎng)計(jì)算來(lái)確定轉(zhuǎn)子的停止位置及起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。使用該逼近法，轉(zhuǎn)子磁鐵254及空氣隙的周圍被分成多個(gè)線區(qū)256，這些線區(qū)是具有相等圓周間距但不同徑向長(zhǎng)度的空間單元，其徑向長(zhǎng)度依賴于磁幾何圖形中線區(qū)的位置。對(duì)于每個(gè)線區(qū)256，確定出空氣隙及轉(zhuǎn)子磁鐵254的磁路長(zhǎng)度。然后解出用于永磁鐵的經(jīng)典磁路方程以便獲得得每個(gè)線區(qū)中的磁通密度及磁能量。在位置Q＝α上的磁鏈利用下式在所有線區(qū)上的累加加以計(jì)算
類似地，在位置Q＝α上的磁能量利用在線區(qū)上類似的累加加以計(jì)算。適用于方程式1，圖4專門地表示一個(gè)六極電機(jī)中對(duì)于給定轉(zhuǎn)子位置確定在定子齒250及轉(zhuǎn)子磁鐵254之間的線區(qū)256的邊界。在轉(zhuǎn)子位置的常規(guī)增量處進(jìn)行磁場(chǎng)計(jì)算。由數(shù)字處理產(chǎn)生出磁鏈、磁能量、磁鏈微分及齒槽轉(zhuǎn)矩的周期波形。對(duì)磁鏈微分及齒槽轉(zhuǎn)矩的典型計(jì)算結(jié)果在圖5A及5B中給出。轉(zhuǎn)子的停止位置258及260也表示在圖5A及5B中。表示在圖5A中的停止位置258和260發(fā)生在齒槽轉(zhuǎn)矩波形的負(fù)斜率與水平軸相交處。該停止位置是在沒(méi)有任何外部電的或機(jī)械激勵(lì)時(shí)轉(zhuǎn)子將會(huì)達(dá)到停止的位置。停止位置在圖5B的磁通微分波形上的投射點(diǎn)表示可得到的成正比的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩258和260，因?yàn)闄C(jī)電轉(zhuǎn)矩與磁鏈的微分乘以繞組電流成正比。由圖5B中的磁通鏈微分圖形可以看到在起動(dòng)時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由位置258及260可得到相當(dāng)可觀的轉(zhuǎn)矩。
圖6A-6C在一起包括本發(fā)明的電路300的概要電路圖。電路300更具體地包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的電子換向電動(dòng)機(jī)的電氣元件。具有標(biāo)號(hào)900至999的圖6A-6C中的配線端子表示這些圖中所示元件間的電連接。在以下的描述中，假定所有的900系列的配線端子無(wú)需進(jìn)一步討論地均已被連接起來(lái)。
如將會(huì)注意到的，在圖6A-6C中的元件號(hào)相應(yīng)于圖3A中的元件號(hào)。尤其是，圖6A的虛線302中所示的電路相應(yīng)于圖3A中電路200的電源202及濾波電感204。將會(huì)看到，電路300還包括一對(duì)整流器206和208;一個(gè)由端子210及端子212確定的直流母線;一對(duì)串聯(lián)地跨接于直流母線210，212上的電容器214和216;一對(duì)串聯(lián)地跨接在直流母線210，212上的電源開關(guān)218和220;一個(gè)單繞組222，其一端連接在電容器214和216之間的端子224上，另一端連接在電源開關(guān)218和220之間的端子226上;及一對(duì)分別跨接在電源開關(guān)218和220上的反饋二極管228和230。這些電路元件中每個(gè)的結(jié)構(gòu)及工作與圖3A中相同標(biāo)號(hào)的電路元件相對(duì)應(yīng)。
電路300進(jìn)一步包括一對(duì)分別跨接在電容器214和216上的附加電阻304和306。如果電容器214和216形成過(guò)充電，則附加電阻304和306安全地使過(guò)充電消耗掉。這可能發(fā)生在例如當(dāng)起動(dòng)時(shí)如果發(fā)生轉(zhuǎn)子鎖定狀態(tài)時(shí)。作為替換，也可使用有源裝置例如開關(guān)控制電阻來(lái)消耗過(guò)充電。
電路300還包括在圖6B中虛線308中所示的雙向分路。分路308串聯(lián)在中心抽頭端子224及端子226之間的繞組222上。由此分路308可測(cè)量流過(guò)繞組222的電流。分路308具有多個(gè)作分功率耗損的電阻。分路308經(jīng)由一對(duì)導(dǎo)線309A和309B連接到一對(duì)比較器312和314上。比較器312和314還經(jīng)由插腳7及虛線318中的相應(yīng)電路與來(lái)自微處理機(jī)316的電流參照電平相連接。利用改變插腳7上的PWM占空比，電流參照值可以在0至2.5V間變化(取決于定值電阻R3，R37，R69的值)。比較器312及314經(jīng)由導(dǎo)線320將信號(hào)輸出到一個(gè)D觸發(fā)器322上。觸發(fā)器322還通過(guò)導(dǎo)線323連接到虛線324中所示的一個(gè)40微秒的單觸發(fā)電路上。觸發(fā)器322的輸出經(jīng)由導(dǎo)線326輸送到一個(gè)NAND門328上，及經(jīng)由導(dǎo)線336輸送到一個(gè)NAND門330上。該觸發(fā)器322的輸出還經(jīng)由導(dǎo)線336被微處理機(jī)316的插腳3檢測(cè)到。微處理機(jī)316通過(guò)插腳11及20控制單觸發(fā)器324。單觸發(fā)器324包括一個(gè)連接在微處理機(jī)316及比較器312和314的輸出之間的二極管325，從而微處理器316檢測(cè)比較器的輸出。一個(gè)過(guò)電流狀態(tài)將使C15拉到零值。微處理機(jī)316還分別通過(guò)導(dǎo)線338及340與NAND門328和330的輸入相連接。
NAND門328，329及330分別控制圖6C的虛線331和333中所示的驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路331和333分別使電源開關(guān)218和220導(dǎo)通及關(guān)斷。驅(qū)動(dòng)電路331及333包括電平移動(dòng)電路及一個(gè)箝位電路，以使得NAND門328和330的輸出由此能控制電源開關(guān)。驅(qū)動(dòng)電路331和333還各包括一晶體管332和334，它們分別受電平移動(dòng)電路332LS及334LS的控制，用以使電源開關(guān)提供更好的關(guān)斷性能。將會(huì)注意到，電源開關(guān)218是一個(gè)P型溝道晶體管而電源開關(guān)220是一個(gè)N型溝道晶體管。因此驅(qū)動(dòng)電路331及333是彼此互補(bǔ)的。類似地，NAND門328是在與驅(qū)動(dòng)電路331連接前經(jīng)由NAND門329反相的。
電路300還包括一個(gè)與微處理機(jī)316經(jīng)由插腳17相連接的霍耳效應(yīng)裝置238。霍耳效應(yīng)裝置238設(shè)置在轉(zhuǎn)子附近的定子上，因此微處理機(jī)318可知道轉(zhuǎn)子的角度位置。電路300還包括一個(gè)晶體342及相關(guān)的電阻及電容器，用以整定微處理機(jī)316的工作頻率。電路300還包括一個(gè)包含在圖6A的虛線344中的電源電路，用于提供電壓抽頭VB2，VB3及VCC對(duì)微處理機(jī)316及電路300的另外元件供電。電路300還包括一個(gè)表示在圖6B的虛線343中的電源開通復(fù)位電路。復(fù)位電路343在電源開啟后復(fù)位電動(dòng)機(jī)并在預(yù)定的時(shí)間間隔中保持最小電平。復(fù)位電路343通過(guò)導(dǎo)線347與微處理機(jī)316相連接用于發(fā)出復(fù)位信號(hào)。復(fù)位電路343還與圖6C中的箝位器349相連接，用于當(dāng)需要復(fù)位時(shí)導(dǎo)通電源開關(guān)218重新起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。最后，微處理機(jī)316包括一組插腳1，2，18及19，用于使由繞組222驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)控制與使用電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)的其它工作條件相聯(lián)系。微處理機(jī)316的插腳2例如可提供用于轉(zhuǎn)速計(jì)的輸出以指示轉(zhuǎn)子上檢測(cè)的轉(zhuǎn)速RPM。插腳1，18及19例如可提供用于系統(tǒng)的輸出用來(lái)整定合適的工作范圍，轉(zhuǎn)矩，或所需的電動(dòng)機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。這些插腳中的一個(gè)可接收代表所需電動(dòng)機(jī)速度或轉(zhuǎn)矩的輸入信號(hào)，在該情況下微處理機(jī)316構(gòu)成控制電動(dòng)機(jī)速度或轉(zhuǎn)矩的裝置用來(lái)響應(yīng)所代表的輸入信號(hào)。在該情況下，微處理機(jī)316改變開關(guān)218及220的換向速率以便響應(yīng)如輸入信號(hào)所指示的所需速度或轉(zhuǎn)矩。
在工作中，微處理機(jī)316控制通過(guò)繞組222的電流。當(dāng)微處理機(jī)316決定出電流應(yīng)在一個(gè)特定的方向上流過(guò)繞組222一個(gè)給定的時(shí)間間隔，它使相應(yīng)于適合的電源開關(guān)218或220的NAND門328或330啟動(dòng)該給定的時(shí)間。然后直流電流在以下?lián)Q向電路的控制下被換向及供給繞組222給定的時(shí)間間隔，該換向電路包括微處理機(jī)316，電流參考電路318，單觸發(fā)電路324，比較器312及314，及觸發(fā)器322。電路300的直流換向允許電流流過(guò)繞組222直到繞組電流值超過(guò)由電流參考電路318設(shè)定的電流參考值為止。然后電流被關(guān)斷40微秒的時(shí)間間隔。然后電流重新被導(dǎo)通直到繞組電流值再次超過(guò)由電流參考電路318設(shè)定的電流參考值時(shí)為止。接著有另外40微秒的延時(shí)，如此下去直到微處理機(jī)316發(fā)出信號(hào)電流在給定方向上流過(guò)繞組的給定時(shí)間已經(jīng)結(jié)束。
更具體地，微處理機(jī)316通過(guò)霍耳效應(yīng)裝置238檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置。微處理機(jī)316還通過(guò)插腳7及電流參考電路318設(shè)定電流參考值。微處理機(jī)316還通過(guò)插腳11及20控制單觸發(fā)電路324?；谵D(zhuǎn)子的位置，微處理機(jī)決定是否一個(gè)電源開關(guān)應(yīng)該被導(dǎo)通。如果，例如電源開關(guān)218應(yīng)被導(dǎo)通時(shí)，則微處理機(jī)利用通過(guò)導(dǎo)線336發(fā)送邏輯高電平啟動(dòng)NAND門。其次，供給繞組222的電流必須被換向。因此，來(lái)自分路308導(dǎo)線309A及309B上的信號(hào)(它相應(yīng)于流過(guò)繞組222的電流)由比較器312和314與來(lái)自R37及C16的由電阻網(wǎng)絡(luò)311偏置及定標(biāo)的電流參考電路318設(shè)定的值相比較。比較器312比較由分路上的負(fù)電壓所指示的流過(guò)N型溝道(開關(guān)220)中的電流，而比較器314比較由分路上的正電壓所指示的流過(guò)P型溝道(開關(guān)218)中的電流。附加電容器C7，C17及C18可用來(lái)降低電路噪音。網(wǎng)絡(luò)311中的電阻及電容器的數(shù)值被示在下列表Ⅰ中。
元件值的表ⅠR380.6K0.1W1%R40.21/8W5%R5127K0.1W1%R60.21/8W5%R74.02K0.1W1%R84.02K0.1W1%R10127K0.1W1%R111K0.1W5%R1227K0.1W5%R28127K0.1W1%R364.02K0.1W1%R3739.2K0.1W1%R484.02K0.1W1%R6980.6K0.1W1%R70127K0.1W1%C70.001μFC15270pFC1610μF16vC17270pFC18270pF如果每一個(gè)電平均為低，則比較器通過(guò)導(dǎo)線320及通過(guò)時(shí)間常數(shù)電路R11，C7發(fā)出信號(hào)使觸發(fā)器322置位。觸發(fā)器322的高輸出使NAND門328具有低輸出，該低輸出通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路331使電源開關(guān)218導(dǎo)通。電源開關(guān)218將保持導(dǎo)通，直到或是微處理機(jī)316利用截止NAND門使其關(guān)斷，或是當(dāng)繞組222中的電流值在設(shè)定時(shí)間外超出由電流參考電路318整定的電平時(shí)為止。當(dāng)微處理機(jī)316關(guān)斷了電源開關(guān)218，它將保持關(guān)斷直到微處理機(jī)316再次啟動(dòng)NAND門328為止。當(dāng)電源開關(guān)218因?yàn)槔@組電流超過(guò)了參考電平被關(guān)斷時(shí)，該開關(guān)接著保持關(guān)斷，因?yàn)閱斡|發(fā)器324延時(shí)40微秒。觸發(fā)器322在40微秒間隔時(shí)間結(jié)束時(shí)發(fā)出一個(gè)新的邏輯電平1并使電流在給定方向上重新開始。這個(gè)周期重復(fù)下去直到微處理機(jī)316使NAND門328截止為止，由此發(fā)出信號(hào)電流在給定方向上流過(guò)繞組的時(shí)間間隔已經(jīng)結(jié)束。微處理機(jī)316由此控制流過(guò)繞組222的電流方向使定子中感應(yīng)出磁場(chǎng)并使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路333及NAND門330對(duì)電源開關(guān)220的控制與上述對(duì)于電源開關(guān)218的描述是極為相似的。當(dāng)?shù)竭_(dá)導(dǎo)通電源開關(guān)218的時(shí)間時(shí)，微處理機(jī)316通過(guò)導(dǎo)線340啟動(dòng)NAND門330。然后電容器311A和311B使流過(guò)繞組222的電流電平對(duì)時(shí)間積分并且比較器312和314將該積分信號(hào)與由電流參考電路318整定的電流電平相比較。當(dāng)該積分信號(hào)小于參考值時(shí)，觸發(fā)器322發(fā)出邏輯1信號(hào)給NAND門330，于是使電源開關(guān)220導(dǎo)通。然后電流流過(guò)繞組，直到積分信號(hào)超過(guò)參考信號(hào)為止。這使得觸發(fā)器322的輸出瞬變?yōu)檫壿?，它使電源開關(guān)220關(guān)斷。然后單觸發(fā)器324延時(shí)27-30微秒以使音頻噪音減至最小。接著觸發(fā)器322發(fā)出另一邏輯電平1給NAND門330使電源開關(guān)220再導(dǎo)通另一個(gè)周期。這個(gè)過(guò)程重復(fù)下去，直到微處理機(jī)316使NAND門300截止時(shí)為止，于是就結(jié)束了在給定方向上電流流過(guò)繞組222的周期。
可以用軟件操作圖6B中微處理機(jī)316。軟件包括了起動(dòng)電動(dòng)機(jī)及保持工作速度的軟件。簡(jiǎn)言之，電動(dòng)機(jī)的控制是由霍耳周期建立的，霍耳周期開始于霍耳效應(yīng)裝置238的輸出。然后在標(biāo)記為TINPO變量下的一個(gè)16位計(jì)數(shù)器計(jì)200微秒時(shí)間間隔的數(shù)，該計(jì)數(shù)時(shí)間發(fā)生在最近的霍耳信號(hào)后直到下一個(gè)發(fā)生的霍耳信號(hào)為止。對(duì)于最近的霍耳周期的TINPO計(jì)數(shù)被省略成標(biāo)記為TINPS的變量。這就給出了完成一個(gè)霍耳周期所用的時(shí)間量。一旦知道了一個(gè)霍耳周期所用的時(shí)間，就知道了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速RPM及對(duì)于給定TINPO計(jì)數(shù)的轉(zhuǎn)子位置。以例子的方式來(lái)說(shuō)明它如果當(dāng)轉(zhuǎn)子在給定位置時(shí)需要關(guān)斷繞組222時(shí)，對(duì)于該位置的TINPO計(jì)數(shù)被計(jì)算出來(lái)，并當(dāng)計(jì)算的TINPO計(jì)數(shù)被達(dá)到時(shí)使繞組關(guān)斷。作為一個(gè)側(cè)面，8個(gè)最不重要及最重要的TINPO位被分別規(guī)定為TINPOL和TINPOH。該L/H的標(biāo)志也應(yīng)用于另外的16位計(jì)算器變量。
如果TINPO超過(guò)極限，則轉(zhuǎn)子已停留在一個(gè)位置中過(guò)久。如果轉(zhuǎn)子停留在一個(gè)位置中一個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔，則微處理機(jī)將進(jìn)入一個(gè)鎖定轉(zhuǎn)子子程序，它使任何過(guò)充電電容器放電并在指示再起動(dòng)前提供一個(gè)延時(shí)。在工作中，起動(dòng)開始于轉(zhuǎn)子的頭四個(gè)整轉(zhuǎn)。這些轉(zhuǎn)中的每個(gè)轉(zhuǎn)被分割成兩個(gè)180度部分?；舳?yīng)裝置238識(shí)別這八個(gè)180度部分中的每個(gè)。在每一部分時(shí)，正的換向電流在除該部分的頭五毫秒外的所有時(shí)間中以相應(yīng)方向提供給繞組222。該五毫秒延時(shí)允許兩毫秒用于繞組222中現(xiàn)有的電流衰減，及提供附加三毫秒作為安全系數(shù)以防止“電流急劇通過(guò)”繞組222。在基本上所有的八個(gè)180度部分期間都提供電流以便提供附加的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了頭四個(gè)完整轉(zhuǎn)以后，微處理機(jī)316僅允許換向直流電流在每個(gè)后續(xù)180度部分的頭半部分或90度期間流過(guò)繞組222。這個(gè)過(guò)程被連續(xù)下去直到轉(zhuǎn)子速度達(dá)到接近1300RPM。利用在該時(shí)間中僅在可得到的時(shí)間間隔的一半期間中提供電流，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩下降了，這合乎要求地平緩了電動(dòng)機(jī)的速度/轉(zhuǎn)矩曲線。換言之，它降低了在低RPMS(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))時(shí)的轉(zhuǎn)矩以便大致匹配了在高RPMS時(shí)能得到的轉(zhuǎn)矩。就開關(guān)而言，當(dāng)一接收到霍耳信號(hào)時(shí)，與電流流過(guò)繞組222的所需方向相對(duì)應(yīng)的電源開關(guān)218或220就被開通，而當(dāng)TINPO達(dá)到TINPS/2時(shí)開關(guān)被關(guān)斷。
在轉(zhuǎn)子速度超過(guò)1300RPM后，微處理機(jī)316通過(guò)使用在微處理機(jī)316存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)表確定繞組222的開通和關(guān)斷時(shí)間。為了進(jìn)入表格，微處理機(jī)316首先計(jì)算表格指針OFFDELTA及導(dǎo)通時(shí)間(ONTIME)，如下式所示OFFDELTA＝TINPS/2-12(2)ONTIME＝TINPS/2-12(3)因此，當(dāng)TINPS等于24或25時(shí)表指針等于零。這相當(dāng)于轉(zhuǎn)子的RPM約為6000。后面的表格數(shù)值相當(dāng)于轉(zhuǎn)子的較低RPM值，它們由微處理機(jī)根據(jù)所需的速度或轉(zhuǎn)矩來(lái)執(zhí)行。表格中最后的值相當(dāng)于轉(zhuǎn)子RPM約為1300，低于該值接著進(jìn)行上述的自動(dòng)操作，繞組在每個(gè)霍耳周期的一半供電。利用TINPS除以2計(jì)算表指針，表的精確度降低了但是表的規(guī)模也下降為二分之一，它只需要一半的存儲(chǔ)器。
在表指針OFFDELTA被計(jì)算后，微處理機(jī)316從存儲(chǔ)的關(guān)斷時(shí)間表中檢索一個(gè)相應(yīng)于OFFDELTA的值。然后微處理機(jī)316將OFFTIM變量置成等于所檢索的值。接著微處理機(jī)316從導(dǎo)通時(shí)間表中檢索一個(gè)相應(yīng)于表指針ONTIME的數(shù)值。然后微處理機(jī)316計(jì)算導(dǎo)通時(shí)間，如下式所示ADVTIM＝TINPS+導(dǎo)通表數(shù)值(4)
應(yīng)注意到，大部分導(dǎo)通表中的數(shù)值為負(fù)數(shù)。因此，計(jì)算出的ADVTIM將在下一霍耳效應(yīng)信號(hào)前的一個(gè)時(shí)刻提供來(lái)用于相應(yīng)電源開關(guān)的導(dǎo)通。在轉(zhuǎn)子速度高于1300RPM時(shí)必須用此方式提前繞組222的換向，以使得磁場(chǎng)能及時(shí)地在定子中建立，以便在適當(dāng)?shù)姆较蛏显谵D(zhuǎn)子上產(chǎn)生力。當(dāng)轉(zhuǎn)子的速度上升時(shí)，表的數(shù)值提供換向角度增加的提前量以便使轉(zhuǎn)子在高速時(shí)輸出更大的轉(zhuǎn)矩。
鑒于上述情況，可以看到，可以利用改變關(guān)斷及導(dǎo)通表中的表值使一個(gè)給定電動(dòng)機(jī)用不同的速度和轉(zhuǎn)矩曲線來(lái)編程。此外，利用從以上為起動(dòng)工作設(shè)置的那些值中選擇不同的導(dǎo)通及關(guān)斷點(diǎn)，也可對(duì)達(dá)到所需速度所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及時(shí)間作出編程。
一種具有二極管整流器的庫(kù)克(CuK)直流/直流變換器結(jié)構(gòu)可用于本發(fā)明的單相電子換向交流電動(dòng)機(jī)(ECM)系統(tǒng)的輸入側(cè)。利用控制變換器的占空比可以調(diào)節(jié)供給該ECM系統(tǒng)的直流電壓。作為其結(jié)果，電流指令與整流過(guò)的交流電源電壓同相，提供了輸入交流電流具有單一的相移系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明這一構(gòu)思的系統(tǒng)600以方框圖的形式表示在圖7上，而其電路概圖描繪在圖8中。該系統(tǒng)600包括一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電磁干擾(EMI)濾波器602，一個(gè)二極管橋式整流器604，一個(gè)庫(kù)克直流變直流變換器電路606，一個(gè)方波直流變交流逆變器控制器608及一個(gè)串聯(lián)連接的電子換向電動(dòng)機(jī)(ECM)610。其方波逆變器控制器608從一個(gè)ECM控制器612接收電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子角度和電動(dòng)機(jī)電流反饋信號(hào)以便與電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)同步地控制逆變器控制器608的開關(guān)控制極。電動(dòng)機(jī)電流反饋可提供給ECM控制器612作為電流限制，但是在常規(guī)工作中在一個(gè)給定半周期中逆變器將不使用電流斬波，因?yàn)槟孀兤?08的輸入電壓受到控制并將減少電流斬波的需要。同樣，焦耳傳感器614可用來(lái)提供給控制器612一個(gè)表示轉(zhuǎn)子磁通位置的信號(hào)。
直流/直流變換器控制器616接收直流電壓反饋及電動(dòng)機(jī)電壓指令信號(hào)。電動(dòng)機(jī)電壓大致正比于電動(dòng)機(jī)速度并且當(dāng)總體外部環(huán)路例如空氣流被設(shè)置時(shí)該信號(hào)可用作指令信號(hào)。提供了一個(gè)與輸入電壓同相并具有相同波形的信號(hào)，以便對(duì)直流/直流變換器606的占空比進(jìn)行控制以保持正弦的輸入電流波形，該電流波形的基波是和線電壓同相的。
圖8表示圖7的電路概圖。EMI濾波器602是一個(gè)由標(biāo)號(hào)C1-C3，L1及Z1表示的標(biāo)準(zhǔn)電容器，電感及電壓箱位電路。二極管整流橋604包括二極管D1-D4。直流變交流的逆變器608是包括電容器C5，C6及固態(tài)MOSFET開關(guān)Q2和Q3的單相中點(diǎn)抽頭式電容器電路。因?yàn)閹?kù)克變換器606的電壓反相特性，因此MOSFET開關(guān)Q2和Q3如圖所示地連接。庫(kù)克變換器606由一對(duì)耦合電感L1A和L1B，電容器C4，開關(guān)Q1及二極管D5組成。對(duì)開關(guān)Q1導(dǎo)通時(shí)間的控制可控制和調(diào)節(jié)出現(xiàn)在電容器C5和C6上的直流電壓。
ECM控制器612使用安裝了霍耳傳感器614的電動(dòng)機(jī)以便獲得與電動(dòng)機(jī)磁通同步的信號(hào)。該位置信號(hào)可利用一個(gè)鎖相環(huán)(未示出)修正以得到一個(gè)交替的開關(guān)Q2和Q3的控制極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。設(shè)置了一個(gè)電動(dòng)機(jī)電流傳感器即電阻R1，其絕對(duì)值與一個(gè)電流限定信號(hào)相比較。如果電動(dòng)機(jī)電流超過(guò)了電流限定值，則開關(guān)Q2和Q3利用脈寬調(diào)制對(duì)電動(dòng)機(jī)電流“斬波”，以便維持它在電流限定值上。在常規(guī)工作中，將對(duì)直流電壓(Edcl)進(jìn)行控制而不需要電動(dòng)機(jī)電流的斬波。
庫(kù)克變換器控制器606包括與電動(dòng)機(jī)電壓指令信號(hào)相比較的一個(gè)直流電壓反饋信號(hào)(Edcl)，第二信號(hào)(Edc2)為整流的交流電壓，它被提供來(lái)產(chǎn)生與輸入電壓同相的正弦波形信號(hào)。它也用作為UC3854控制器606中的一個(gè)電源電壓變化的正饋信號(hào)。設(shè)置電流傳感器R2來(lái)反饋真實(shí)直流電流。用脈寬調(diào)制輸出信號(hào)控制開關(guān)Q1。
應(yīng)用庫(kù)克變換器606作為電子換向電動(dòng)機(jī)(ECM)驅(qū)動(dòng)的直流/直流輸入級(jí)具有以下的優(yōu)點(diǎn)單一的輸入相移系數(shù)，降低了峰值輸入電流，降低了諧波輸入電流，用于輸入到逆變器的可調(diào)節(jié)直流輸出電壓，因?yàn)榻档土薖WM故減少了逆變器中的開關(guān)損耗，可工作在115V或230V輸入電壓上并仍可提供從零到接近300V的可調(diào)整電壓。
這個(gè)方案使用了庫(kù)克電路結(jié)構(gòu)作為用于ECM610的可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動(dòng)輸入級(jí)的一種降壓和升壓直流/直流變換器。使用了庫(kù)克變換器的降壓/升壓轉(zhuǎn)換特性可使ECM系統(tǒng)600工作在或是115V或是230V單相交流電源上，而無(wú)需變換或選擇合適的輸入端子。當(dāng)提供230V交流電源時(shí)，變換器606工作在降壓模式上以提供從零到接近300伏的可調(diào)節(jié)直流電壓。當(dāng)提供115V交流電源時(shí)，變換器606開始工作為降壓變換器而然后作為升壓變換器，使變換器606可提供從零到接近300伏的可調(diào)直流電壓。
使用中心抽頭母線逆變器的單相電子換向電動(dòng)機(jī)(ECM)需要來(lái)自控制電路兩個(gè)不同電壓電平上的電源開關(guān)控制信號(hào)。使用光隔離器的電平移動(dòng)控制信號(hào)電路可用來(lái)完成對(duì)于這種ECM逆變器結(jié)構(gòu)的電源開關(guān)控制。
用于單相ECM654的使用中心抽頭母線逆變器656并具有光隔離器控制電路652的一種電源電路650被描繪在圖9中。直流母線(+VBUS，-VBUS)用相同的母線電容器658，660被分壓成一半，電動(dòng)機(jī)相繞組的一端連接于母線656的中心抽頭662上。電動(dòng)機(jī)相繞組的另一端則連接于串聯(lián)地跨接在母線656上的一對(duì)電源開關(guān)672，664的中點(diǎn)。由此ECM654可被交替控制上方及下方電源開關(guān)672，674產(chǎn)生的交變電流激磁。兩個(gè)反饋二極管676，678提供電動(dòng)機(jī)的電流通路直到電流有反向地流到相關(guān)電源開關(guān)的合適方向上為止。
對(duì)電動(dòng)機(jī)相電流的調(diào)節(jié)最好需要利用某些裝置測(cè)量電流。一種經(jīng)濟(jì)的電流測(cè)量方式是利用對(duì)串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)相中精密電阻680上的電壓降的測(cè)量。一種精密電阻的實(shí)際位置是在電動(dòng)機(jī)相線腳的下端，精密電阻680的一端與母線656的中心抽頭662相連接，如圖9中所示。取母線中心抽頭652作為“地”，并使所有的其它控制電路參照該接地點(diǎn)，則就會(huì)變得方便些。母線656的上導(dǎo)體成為具有大的正電壓，稱為+VBUS。而母線656的下導(dǎo)體成為具有大的負(fù)電壓，稱為-VBUS。對(duì)于上方電源開關(guān)672必須施加在其控制極上一個(gè)高于+VBUS的閾值電壓才會(huì)被控制導(dǎo)通，而對(duì)于下方電源開關(guān)674必須施加在其控制極上一個(gè)高于-VBUS的閾值電壓才會(huì)被控制導(dǎo)通。對(duì)于典型的母線電壓及閾值電壓值來(lái)說(shuō)，下方電源開關(guān)674的控制極電壓仍為一個(gè)大的負(fù)電壓。
需要有兩種不同的控制極電壓，這兩種電壓均相對(duì)地電位有很大的移動(dòng)，因此需要電位移動(dòng)電路。
這里所描述的控制極電路提供了一種取代變壓器類型的控制極電路。在本發(fā)明中應(yīng)用光隔離器來(lái)獲得電壓電平移動(dòng)。圖10描繪出用于下方電源開關(guān)674的控制極電路。對(duì)電源開關(guān)控制極提供的電荷被存儲(chǔ)在儲(chǔ)能電容器660中，當(dāng)下方控制極信號(hào)被施加到光隔離器控制電路模塊652的發(fā)光二極管OD3上時(shí)，該電荷就被施加到控制極上。流經(jīng)OD3的電流使OD3將光發(fā)射到光敏三極管OT3的基極上，使OT3導(dǎo)通。當(dāng)OT3導(dǎo)通時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)推挽管Q1-Q2的柵極被迫為低電位，來(lái)自660的電荷通過(guò)Q1使電源開關(guān)導(dǎo)通。相反地，當(dāng)希望從電源開關(guān)上移去控制信號(hào)時(shí)，將下方控制極的信號(hào)移去，發(fā)光二極管OD3停止導(dǎo)通，光敏三極管OT3停止導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)推挽管對(duì)Q1-Q2的柵極由提升電阻Rpu升高電位，則通過(guò)Q2從電源開關(guān)的控制極(即柵極)拉出電荷。
必須對(duì)儲(chǔ)能電容器660重新充電，當(dāng)電動(dòng)機(jī)端子700(即開關(guān)對(duì)672，674的中點(diǎn))在正向相電流導(dǎo)通時(shí)經(jīng)過(guò)上方電源開關(guān)676被提升到上導(dǎo)體電位(+VBUS)，或是在反向相電流導(dǎo)通時(shí)經(jīng)上方反饋二極管676被提升到上導(dǎo)體電位(+VBUS)時(shí)可進(jìn)行該重新充電。當(dāng)在重新充電模式時(shí)，在控制模塊中的發(fā)光二極管OD2將被導(dǎo)通。這使得光敏三極管OT2導(dǎo)通，則儲(chǔ)能電容器660通過(guò)從上導(dǎo)體，阻塞二極管704，限流電阻Rc11，光敏三極管OT2及經(jīng)電容器660到負(fù)導(dǎo)體的路徑充電。限流電阻Rc11的值很小以便使電容器660快速充電。當(dāng)電容器660上的電壓升高到齊納二極管702的電壓值加上發(fā)光二極管OD1的正向壓降時(shí)，則電流經(jīng)過(guò)齊納二極管702流通由此使電容660的電壓被箝位。該箝位電壓被設(shè)計(jì)為電源開關(guān)674的柵極閾值電壓。通過(guò)齊納二極管702導(dǎo)電的電流也流經(jīng)發(fā)光二極管OD1，它使控制模塊中的光敏三極管OT1導(dǎo)通。這個(gè)作用是使控制模塊中的發(fā)光二極管OD2的導(dǎo)通停止，這又使光敏三極管OT2停止導(dǎo)電。預(yù)先被光敏三極管OT2分流的限流電阻Rc12現(xiàn)在被置于重新充電的電路中，Rc12的值大得足夠使流過(guò)齊納二極管702的電流限制在安全值上。當(dāng)儲(chǔ)能電容器660上的電壓下降到低于箝位電平時(shí)，在齊納二極管-OD1支路中的電流停止導(dǎo)通，OT1關(guān)斷，OD2導(dǎo)通，OT2導(dǎo)通，大電阻Rc12被旁路，則儲(chǔ)能電容器660經(jīng)由小電阻Rc11被快速地再充電。
阻塞二極管704能在下方電源開關(guān)674導(dǎo)通時(shí)使再充電電路與電動(dòng)機(jī)相端子斷開，因?yàn)檫@時(shí)電動(dòng)機(jī)相端子被降到近似于負(fù)導(dǎo)體的電位。當(dāng)下方電源開關(guān)674被關(guān)斷時(shí)將會(huì)引起電容器660的再充電，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)相端子這時(shí)會(huì)立即地連通到上導(dǎo)體上，起初電流通過(guò)上方反饋二極管676導(dǎo)通，然后通過(guò)上電源開關(guān)672導(dǎo)通。當(dāng)下方電源開關(guān)674導(dǎo)通時(shí)不會(huì)發(fā)生再充電，并在此期間，電荷從儲(chǔ)能電容器660中排出形成流經(jīng)包括光敏三極管OT3及其提升電阻Rpu支路中的電流。為了防止儲(chǔ)能電容器660上的電壓降低到電源開關(guān)674的閾值以下，必須提供一個(gè)合理的充電工作頻率。
對(duì)于上方電源開關(guān)672的柵極信號(hào)電路表示在圖11中，它與圖10相似，但不同的是它連接在上導(dǎo)體+VBUS及電動(dòng)機(jī)相端子之間。當(dāng)由于或是通過(guò)下方反饋二極管678的導(dǎo)通或是通過(guò)下方電源開關(guān)674的導(dǎo)通使電動(dòng)機(jī)相端子拉到下導(dǎo)體電位上時(shí)，進(jìn)行再充電。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路最初供電時(shí)，兩個(gè)充電電路彼此相通地同時(shí)導(dǎo)通。本發(fā)明該電路的一個(gè)革新是變換限流電阻值從而能快速再充電的技術(shù)。
在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)操作時(shí)會(huì)發(fā)生本發(fā)明所提出的一個(gè)問(wèn)題。編寫了一個(gè)計(jì)算機(jī)程序來(lái)對(duì)這里所公開的一些電路的電動(dòng)態(tài)特性作模擬計(jì)算。該模擬計(jì)算機(jī)也被編入了涉及轉(zhuǎn)子慣性，摩擦力，機(jī)電轉(zhuǎn)矩，齒槽轉(zhuǎn)矩及負(fù)載轉(zhuǎn)矩的機(jī)械動(dòng)態(tài)特性。電磁分析計(jì)算的轉(zhuǎn)子仃止位置也被編入作為一個(gè)初始條件。圖12A-D表示用圖2A中電路供電及控制的一個(gè)單相單繞組電子換向電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性。圖12A-D中的每個(gè)描繪了給定特性參數(shù)對(duì)時(shí)間波形。其體地，圖12A表示軸速度對(duì)時(shí)間的函數(shù)，圖12B表示相電流相對(duì)時(shí)間的函數(shù)，圖12C表示電源及母線電壓相對(duì)時(shí)間的函數(shù)，及圖12D表示軸作用轉(zhuǎn)矩相對(duì)時(shí)間的函數(shù)?？梢钥吹剑瑘D2A中分開的直流母線152、154具有如圖12C中表示的電壓，在起動(dòng)時(shí)它變得不平衡并從電動(dòng)機(jī)極交流電源兩者上斷開。該不平衡是作為上述電流調(diào)節(jié)作用的結(jié)果發(fā)生的。電動(dòng)機(jī)都必須滑行直到電動(dòng)機(jī)極性反向被獲得為止，假設(shè)具有足夠的角動(dòng)量能使轉(zhuǎn)子通過(guò)齒槽轉(zhuǎn)矩中的恢復(fù)作用。
圖13A-D表示用圖3A中的電路供電及控制的一個(gè)單相單繞組電子換向電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性。這些波形也是由計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算得來(lái)的。在時(shí)間零點(diǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的仃止位置是任意選擇的，以至于需要如圖13B所示的第二波形描繪的負(fù)的電動(dòng)機(jī)電流來(lái)產(chǎn)生如圖13D所示的第四波形描繪的正軸向轉(zhuǎn)矩。
施加在電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)矩及負(fù)載慣性產(chǎn)生了軸速度的加速，如圖13A所示的第一波形所描繪的。在負(fù)電動(dòng)機(jī)電流期間，在下方母線電容器上的電荷重復(fù)地由線路充電，而上方母線電容器作為前述電流調(diào)節(jié)作用的后果變成過(guò)充電。最后，軸運(yùn)動(dòng)使轉(zhuǎn)子到達(dá)需要用正向電流產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩的位置;這個(gè)過(guò)渡被描繪在圖13B所示的波形圖中。在過(guò)渡時(shí)刻，上方電容器電壓從其標(biāo)稱工作電壓156V充電到280V，如圖13C所示。在電動(dòng)機(jī)相電流變化到正方向以后，下方電容器變成過(guò)充電，雖然過(guò)充電程度小些，它仍是作為電流調(diào)節(jié)作用的后果。當(dāng)電動(dòng)機(jī)加速時(shí)，越來(lái)越小的電容器過(guò)充電能被觀察到，最后獲得到圖14A-D中所示的恒速工作。起動(dòng)操作的一個(gè)重要結(jié)論是母線電容器看來(lái)應(yīng)該具有超過(guò)額定值的耐壓能力，它僅用于持續(xù)幾毫秒的時(shí)間。
圖14A-D表示利用圖3A中的電路在恒速運(yùn)行時(shí)控制單相單繞組電子換向電動(dòng)機(jī)工作的各種波形。這些波形是由計(jì)算機(jī)模擬程序獲得的。圖14A表示電動(dòng)機(jī)相電流的波形，它被剛剛描述的電流調(diào)節(jié)作用整形成接近方波形狀。該交變的電動(dòng)機(jī)電流與交變的磁場(chǎng)方向相互作用，產(chǎn)生一個(gè)單方向的軸轉(zhuǎn)矩，描繪在圖14B所示的第二波形圖中。由圖14C所示的第三波形描繪了交流電源(即線電壓)(VAC)及直流母流的上導(dǎo)體電壓+VBUS及下導(dǎo)體電壓-VBUS。這些導(dǎo)體電壓漂移一定的量值，這是由于響應(yīng)被吸收或被供給的電動(dòng)機(jī)電流及被供給的線電流。線電壓超過(guò)導(dǎo)體電壓的時(shí)刻能清楚地看出，在這些時(shí)刻中，電流從線路流出，如圖14D所示的第四波形中描繪的。重要的是應(yīng)注意到導(dǎo)體電壓沒(méi)有超過(guò)峰值線電壓一個(gè)明顯的數(shù)值，因此，為了設(shè)定母線電容器電壓額定值，因此，為了設(shè)定母線電容器電壓額定值，規(guī)定電壓額定值等于線電壓的峰值(在此例中為2]]>×110＝156V)是合適的。母線電容器典型在以設(shè)定的恒定工作電壓定為額定值并具有稍微增大的短時(shí)沖擊電壓。適用于這里例子的一種商用標(biāo)準(zhǔn)是160V的工作電壓及200V的沖擊電壓。若將母線電容器設(shè)定在大于所需的電壓上是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)殡娙萜鞯捏w積和價(jià)格隨著電壓額定值而增加。
使用中心抽頭母線逆變器的單相電子換向電動(dòng)機(jī)(ECM)在起動(dòng)操作期間將會(huì)遭受到大的過(guò)電壓，這需要超過(guò)額定值的母線電容器因而是不經(jīng)濟(jì)的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，母線電壓調(diào)節(jié)技術(shù)阻止了過(guò)電壓并允許使用常規(guī)額定值母線電容器。需進(jìn)一步考慮的是由意外事故引起的元件破壞性故障。如果軸系統(tǒng)因?yàn)槟吃虮欢伦?，例如在?fù)載時(shí)因碎物形成堵轉(zhuǎn)時(shí)，圖3A線路中的一個(gè)電容器持續(xù)地被過(guò)充電到達(dá)介電損壞點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用遲滯帶調(diào)節(jié)器對(duì)每個(gè)母線電容器阻止其過(guò)充電。遲滯帶的上電平可簡(jiǎn)便地設(shè)定在母線電容器的沖擊電壓值上，而其上電平將設(shè)定在某個(gè)較小的值上。當(dāng)達(dá)到上方帶電平時(shí)，控制作用使電動(dòng)機(jī)電流反向，這迫使電容器放電，當(dāng)電容器電壓放電到遲滯帶的低電平時(shí)，則恢復(fù)原來(lái)的電流方向。
本發(fā)明的調(diào)節(jié)及控制操作描繪在圖15A-D的波形圖中并且延續(xù)到圖16A-D。遲滯帶其上電平整定在200V而其下電平整定在175V。如前所述，電動(dòng)機(jī)電流的起始方向是負(fù)的，這引起了上電容器的過(guò)充電。當(dāng)上電容器的電壓達(dá)到上遲滯帶電平時(shí)，控制作用使電動(dòng)機(jī)的電流方向反向到正方向，并使上母線電容器開始放電。不利的是，電流的反射也引起轉(zhuǎn)矩反向并使軸速度下降。一旦上電容電壓下降到下遲滯帶電平時(shí)，則被恢復(fù)到原來(lái)的電流方向(到負(fù)電流)，并使軸速度重新上升，而上電容電壓再次向上充電。該控制作用被重復(fù)多次，盡管由于每次母線調(diào)節(jié)作用引起施加負(fù)的轉(zhuǎn)矩，但是具有正的凈轉(zhuǎn)矩，它使軸有整體的正向加速。
軸的運(yùn)動(dòng)使轉(zhuǎn)子到達(dá)需要正電流產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩的位置上，在圖15A-D的波形圖中為0.155秒時(shí)。下方母線電容器立即地開始過(guò)充電，當(dāng)調(diào)節(jié)作用施加在下電容器上時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流方向從正反向到負(fù)。與以上相似地，下電容器放電并與此同時(shí)轉(zhuǎn)矩反向引起軸速度下降。當(dāng)下母線電容器的電壓下降到下遲滯帶電平時(shí)，則恢復(fù)到原來(lái)的電流方向(到正電流)，并且一切重復(fù)下去。
由母線調(diào)節(jié)作用產(chǎn)生的小的凈正轉(zhuǎn)矩使得軸加速度明顯地小于沒(méi)有母線調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)有的加速度。但是，最后在一個(gè)足夠大的速度下，母線調(diào)節(jié)變成不再需要了，則軸加速度可呈現(xiàn)其自然速率。圖17表示具有及不具有母線調(diào)節(jié)時(shí)軸加速度之間的比較。母線調(diào)節(jié)約在200RPM時(shí)仃止，由母線調(diào)節(jié)引起的延遲小于半秒鐘。應(yīng)當(dāng)考慮，母線調(diào)節(jié)器可用運(yùn)算放大器比較器及邏輯門來(lái)實(shí)現(xiàn)，或如果導(dǎo)體電壓利用A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化時(shí)采用微處理機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于用于本發(fā)明電動(dòng)機(jī)的定子的結(jié)構(gòu)，圖4中表示了典型凸極ECM電動(dòng)機(jī)定子的一部分。這種電機(jī)的一個(gè)特點(diǎn)是定子齒250具有相當(dāng)窄的部分251及一個(gè)寬的端部255，用于將磁力線擴(kuò)散到轉(zhuǎn)子磁鐵254及定子齒250之間的能量轉(zhuǎn)換空氣隙區(qū)域上。鑒于定子齒250的形狀，傳統(tǒng)繞制磁極的方法是圍繞定子齒將導(dǎo)線“穿縫”所需的圈數(shù)。這種方法的缺點(diǎn)是產(chǎn)生的繞組具有隨機(jī)的特征，在繞制中的絕緣銅線股具有許多成角度的交叉。這就形成了繞組中空間利用率低。此外，在相鄰定子齒的繞組之間必須留有空間以便使繞線機(jī)部件能夠進(jìn)入。再者，繞組不能被緊密地繞制以免使導(dǎo)體或圍繞導(dǎo)體的絕緣有拉伸或斷裂的危險(xiǎn)。因此，傳統(tǒng)的繞線方法僅能利用定子鐵芯橫截面上有效空間的百分之三十四左右。
本發(fā)明利用在安裝繞制的繞組時(shí)能取下定子齒250的端部255來(lái)解決該問(wèn)題。即將繞制的繞組繞在一個(gè)傳統(tǒng)的高速線圈架繞組繞線機(jī)上。這種繞組典型地以規(guī)則的方式被繞制，除去各層的端部外沒(méi)有交叉。這就提供了對(duì)填放導(dǎo)體的繞組橫截面積的更好利用。如果使用方導(dǎo)線時(shí)甚至更大的導(dǎo)體區(qū)域能被填放，這如同在較大的電動(dòng)機(jī)中通常使用的，因?yàn)樵谟镁€架繞線時(shí)方導(dǎo)線的定向是很容易被控制的。在繞好以后，繞組被滑放到定子齒的窄部分251上。例如，圖18表示一個(gè)從其上取走定子端部的定子齒400。在傳統(tǒng)高速線架繞組機(jī)上繞好的繞組402已被滑放到齒400上。另外的繞組404及406被分別圍放在相鄰的定子齒408及410上。
對(duì)于圖19中將定子端部412再裝到定子齒400上，可以作成與磁槽楔相似的疊片磁極端部并將它們單個(gè)地裝到每個(gè)極上。但是這時(shí)很耗時(shí)間并由此是昂貴的。作為一種替換，本發(fā)明考慮使用一種具有交替模壓或擠壓粉末鐵/塑料混合部分及與其相連接的非磁性塑料部分的圓環(huán)。圖19表示這樣一種結(jié)構(gòu)的一部分。圖19包括夾在一個(gè)圓環(huán)中，其兩端是聯(lián)鎖用的一個(gè)非磁性塑料部分414及聯(lián)鎖用的另一非磁性塑料部分416的定子端部412。這些非磁性塑料部分與另外的定子端部(未示出)及另外交替的塑料非磁性部分(未示出)相聯(lián)鎖直到形成一個(gè)完整的圓環(huán)為止。作為使用多個(gè)聯(lián)鎖件來(lái)安裝定子端部412的一種變型，圖20中表示一種整體模壓的或聯(lián)合擠壓的圓環(huán)418。整體環(huán)418包括多個(gè)交替的粉末鐵/塑料混合物定子端部420及非磁性塑料部分422。整體環(huán)418保持了定子端部420的間隔距離。一旦繞組被置位到定子齒400周圍時(shí)，整體環(huán)418就被滑入到其位置上，并使用傳統(tǒng)的定位技術(shù)用適合的鎖件定位。對(duì)于圖20中所示定子424的所有齒因此可用一個(gè)簡(jiǎn)單的操作來(lái)完成。
在本發(fā)明范圍內(nèi)增加定子空間利用率的另一個(gè)設(shè)計(jì)表示在圖21A中。在圖21A中，繞組426的每個(gè)繞制得使它們的形狀與磁軛及定子齒的形狀相一致。另一種改進(jìn)表示在圖21B中，這里多個(gè)繞組428和430被繞成具有梯形橫截面。該梯形形狀能使繞組428和430在有效空間中被套放。寬底的繞組430首先被插放在交替隔著的齒400上，接著將窄底的繞組428插放在其余的齒上。對(duì)繞組的電連接可以經(jīng)過(guò)定子424一端上的線路板作出。
也可考慮定子采用共同被轉(zhuǎn)讓的、未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系號(hào)為07/863900，申請(qǐng)日為1992年4月6日，題為“整體式電動(dòng)機(jī)及控制”中描述的形式，它的整個(gè)公開內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。具體地是考慮，本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)可包括一個(gè)具有單個(gè)線架繞組級(jí)的C形構(gòu)架。本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)比上述申請(qǐng)中的電動(dòng)機(jī)能提供更大的功率，因?yàn)楸景l(fā)明的電動(dòng)機(jī)與中心抽頭結(jié)構(gòu)相比是使用的整體繞組級(jí)。同時(shí)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)使用了更長(zhǎng)的疊片及更大的永磁鐵。
鑒于以上的描述，可以看到本發(fā)明的諸項(xiàng)目的已被實(shí)現(xiàn)并且其它的有利結(jié)果亦被達(dá)到。
在不偏離本發(fā)明范圍情況下可在上述結(jié)構(gòu)上及方法上作出各種變化，以上描述及附圖所示的所有內(nèi)容應(yīng)被看作解釋性的而非限制的意義。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)轉(zhuǎn)子；一個(gè)直流電母線；對(duì)直流母線供電電壓的分壓裝置；串聯(lián)地跨接在直流母線上的兩個(gè)開關(guān)；其一端連接在開關(guān)之間而另一端連接在分壓裝置上的一個(gè)繞組；用于傳感轉(zhuǎn)子位置的裝置；及響應(yīng)位置傳感裝置用于控制開關(guān)交替地在相反的方向上向繞組提供直流電流的裝置，其中繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。
2.一種電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)具有設(shè)有第一和第二端的繞組的定子;一個(gè)提供直流電壓的電壓源;一個(gè)將直流電壓分成第一直流電壓及與第一直流電壓極性相反的第二直流電壓的裝置;用以傳感轉(zhuǎn)子位置的裝置;響應(yīng)位置傳感裝置，用于選擇地提供給繞組的第一和第二端第一直流電壓以使轉(zhuǎn)子在預(yù)定方向上旋轉(zhuǎn)，及選擇地提供給繞組第一和第二端第二直流電壓以使轉(zhuǎn)子在所需速度或轉(zhuǎn)矩下在預(yù)定方向上旋轉(zhuǎn)的裝置。
3.一種電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;兩個(gè)串聯(lián)地跨接于母線的開關(guān);兩個(gè)串聯(lián)地跨接于母線的電容器;一個(gè)其一端連接在兩開關(guān)中間而另一端連接在兩電容器中間的繞組;用于傳感轉(zhuǎn)子位置的裝置;及響應(yīng)位置傳感裝置，用于控制開關(guān)提供繞組電流，以使得繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)的裝置。
4.一種電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;僅為兩個(gè)串聯(lián)地跨接于母線上的電源開關(guān);一個(gè)其一端連接在兩開關(guān)中間的而另一端連接到母線上的繞組;一個(gè)具有一端連接于直流母線而另一端連接于繞組的交流電源;及用于控制開關(guān)向繞組提供電流以使得繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電動(dòng)機(jī)，其特征在于傳感轉(zhuǎn)子位置的裝置，及其中控制裝置響應(yīng)位置傳感裝置及代表所需電動(dòng)機(jī)速度或轉(zhuǎn)矩的一輸入信號(hào)。
6.一種電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流電母線;兩個(gè)串聯(lián)地跨接于母線的開關(guān);兩個(gè)串聯(lián)地跨接于母線的電容器;一個(gè)其一端連接于兩開關(guān)中間而另一端連接于兩電容器中間的繞組;一個(gè)具有一端連接于直流母線而另一端連接于繞組的交流電源;及用于控制開關(guān)向繞組提供電流以使得繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電動(dòng)機(jī)，其特征在于傳感轉(zhuǎn)子位置的裝置，及其中控制裝置響應(yīng)位置傳感裝置及代表所需電動(dòng)機(jī)速度或轉(zhuǎn)矩的一輸入信號(hào)。
8.一種單相單繞組電子換向電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)定子，它具有設(shè)有確定用于接收轉(zhuǎn)子的孔徑的面的多個(gè)齒，定子齒的面及轉(zhuǎn)子確定了它們之間的空氣隙，每個(gè)定子齒的每個(gè)面確定了相對(duì)于定子每個(gè)齒中心線的不對(duì)稱空氣隙;一個(gè)定子上的繞組;及開關(guān)裝置，用以選擇地向繞組供電以使轉(zhuǎn)子在所需速度或轉(zhuǎn)矩下旋轉(zhuǎn)，其中當(dāng)繞組不被供電時(shí)，不對(duì)稱空氣隙使轉(zhuǎn)子停到一個(gè)預(yù)定位置上，該位置不對(duì)應(yīng)于零轉(zhuǎn)矩起動(dòng)位置。
9.一種電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;僅為兩個(gè)串聯(lián)地跨接于母線上的電源開關(guān);一個(gè)其一端連接在兩開關(guān)中間的而另一端連接到母線上的繞組;用于傳感轉(zhuǎn)子位置的裝置;及用于響應(yīng)位置傳感裝置，控制開關(guān)向繞組提供電流，以使得繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電動(dòng)機(jī)，其特征在于進(jìn)一步包括向直流母線提供直流電流的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電動(dòng)機(jī)，其特征在于直流供電裝置包括一個(gè)交流電源，用于對(duì)交流電源整流的裝置，用于將整流電壓轉(zhuǎn)換為直流母線母線電壓的裝置，用于選擇地逆變直流母線電壓向繞組提供交流方波的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電動(dòng)機(jī)，其特征在于變換器裝置包括一個(gè)庫(kù)克(Cuk)直流/直流變換器及一個(gè)控制器，由此響應(yīng)直流母線電壓及直流電流以及由整流裝置提供的電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電動(dòng)機(jī)，其特征在于進(jìn)一步包括一個(gè)電子換向電動(dòng)機(jī)控制器用于控制兩個(gè)電源開關(guān)的控制極，該控制裝置包括控制電動(dòng)機(jī)速度/轉(zhuǎn)矩的裝置以響應(yīng)代表它們的輸入信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的電動(dòng)機(jī)，其特征在于直流供電裝置包括一個(gè)中心抽頭母線逆變器，它具有連接到兩個(gè)電源開關(guān)并經(jīng)由這兩個(gè)電源開關(guān)連接到繞組一端及具有連接到繞組另一端的中心抽頭的上導(dǎo)體及下導(dǎo)體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的電動(dòng)機(jī)，其特征在于中心抽頭母線逆變器包括一個(gè)單相交流電壓源，該電壓源具有連接于中心抽頭的第一端子及連接于上及下導(dǎo)體的第二端子。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的電動(dòng)機(jī)，其特征在于還包括兩個(gè)通過(guò)中心抽頭串聯(lián)地跨接在母線上的電容器，其中使得中心抽頭連接在兩個(gè)電容器的中間，并包括調(diào)節(jié)供給電容器電流的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的電動(dòng)機(jī)，其特征在于控制裝置包括一個(gè)遲滯帶調(diào)節(jié)器。
18.根據(jù)權(quán)利要求9的電動(dòng)機(jī)，其特征在于控制裝置包括當(dāng)電動(dòng)機(jī)速度低于一預(yù)定值時(shí)提供給開關(guān)一個(gè)起動(dòng)脈沖系列的裝置，及當(dāng)速度大于該預(yù)定值時(shí)提供一組工作脈沖的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求9的電動(dòng)機(jī)，其特征在于控制裝置包括測(cè)量繞組電流的裝置，及響應(yīng)該電流測(cè)量裝置交替地使開關(guān)斷開及導(dǎo)通的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的電動(dòng)機(jī)，其特征在于還包括兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的電容器，并使繞組的一端連接在兩開關(guān)的中間，而另一端連接在兩電容器之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的電動(dòng)機(jī)，其特征在于包括產(chǎn)生用于一個(gè)開關(guān)的第一控制電壓的裝置，及產(chǎn)生用于另一開關(guān)的第二控制極電壓的裝置，其中第二控制極電壓不同于第一控制極電壓。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的電動(dòng)機(jī)，其特征在于還包括與一個(gè)電容器相串聯(lián)的第一限流裝置，及與另一電容器相串聯(lián)的第二限流裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的電動(dòng)機(jī)，其特征在于每個(gè)限流裝置包括一個(gè)用以選擇地向電容器提供電流的一個(gè)光控制開關(guān)，及與該光控制開關(guān)并聯(lián)的旁通裝置用以當(dāng)光控制開關(guān)斷開時(shí)限制供給電容器的電流。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的電動(dòng)機(jī)，其特征在于包括與每個(gè)電容器并聯(lián)的限壓裝置，用以限制提供給電容器的電壓幅值。
25.根據(jù)權(quán)利要求9的電動(dòng)機(jī)，其特征在于其中控制裝置包括使開關(guān)的換向角度提前的裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求9的電動(dòng)機(jī)，其特征在于其中控制裝置包括檢測(cè)繞組中電流的裝置，及響應(yīng)檢測(cè)電流對(duì)開關(guān)作脈寬調(diào)制(PWM)的裝置。
27.一種電動(dòng)機(jī)的操作方法，該電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;僅是兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的電源開關(guān);及一個(gè)其一端連接在兩開關(guān)中間的而另一端連接在母線上的繞組;所述方法包括下述步驟傳感轉(zhuǎn)子位置;及響應(yīng)傳感的裝置以控制開關(guān)向繞組提供電流，以使得繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。
28.一種電動(dòng)機(jī)的操作方法，該電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;對(duì)直流母線供電電壓的分壓裝置;兩個(gè)串聯(lián)地跨接在直流母線上的開關(guān);及一個(gè)具有連接于兩開關(guān)之間的一個(gè)端及連接于分壓裝置上的另一端的繞組;所述方法包括下列步驟;傳感轉(zhuǎn)子的位置;及響應(yīng)傳感的位置以控制開關(guān)在相反的方向上對(duì)繞組交替地提供電流，其中該繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。
29.一種電動(dòng)機(jī)的操作方法，該電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)具有設(shè)有第一及第二端的繞組的定子;一個(gè)提供直流電壓的電壓源;將直流電壓分成第一直流電壓及與第一直流電壓極性相反的第二直流電壓的裝置;所述方法包括下列步驟傳感轉(zhuǎn)子位置;選擇地提供給繞組的第一及第二端第一直流電壓以響應(yīng)傳感的位置并使轉(zhuǎn)子在給定方向上旋轉(zhuǎn);選擇地提供給繞組的第一及第二端第二直流電壓以響應(yīng)傳感的位置并使轉(zhuǎn)子在所需速度或轉(zhuǎn)矩下在給定方向上旋轉(zhuǎn)。
30.一種電動(dòng)機(jī)的操作方法，該電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的開關(guān);兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的電容器;及一個(gè)其一端連接于兩開關(guān)之間而另一端連接于兩電容器之間的繞組;所述方法包括下列步驟傳感轉(zhuǎn)子位置;及響應(yīng)傳感的轉(zhuǎn)子位置，控制開關(guān)提供通過(guò)繞組的電流以使得該繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。
31.一種電動(dòng)機(jī)的操作方法，該電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;僅為兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的電源開關(guān);及一個(gè)其一端連接于兩開關(guān)之間另一端連接于母線上的繞組;所述方法包括下列步驟在直流母線及繞組之間提供一個(gè)交流電壓;及響應(yīng)該交流電壓，控制開關(guān)對(duì)繞組提供電流以使得該繞組產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。
32.一種電動(dòng)機(jī)的操作方法，該電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的開關(guān);兩個(gè)串聯(lián)在跨接在母線上的電容器;一個(gè)其一端連接于兩開關(guān)之間另一端連接于兩電容器之間的繞組;所述方法包括下列步驟在直流母線及繞組之間提供一個(gè)交流電壓;及響應(yīng)該交流電壓，控制開關(guān)對(duì)繞組提供電流以使得該繞組產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。
33.一種電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)轉(zhuǎn)子;一個(gè)直流母線;僅為兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的電源開關(guān);一個(gè)相對(duì)于轉(zhuǎn)子磁不對(duì)稱的定子;一個(gè)定子上的繞組，其一端連接于兩開關(guān)之間而另一端連接于母線上;及控制開關(guān)向繞組提供電流的裝置，以便使得繞組產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的電動(dòng)機(jī)，其特征在于包括用于傳感轉(zhuǎn)子位置的裝置，及其中控制裝置響應(yīng)位置傳感裝置及代表轉(zhuǎn)子所需速度或轉(zhuǎn)矩的輸入信號(hào)。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的電動(dòng)機(jī)，其特征在于其中定子包括多個(gè)齒，每個(gè)齒具有一個(gè)基部及一個(gè)可拆下的端部，由此可在端部未裝到基部上時(shí)將繞組放置在基部之間的定子上，然后端部可被裝到基部上。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的電動(dòng)機(jī)，其特征在于其中端部為位于轉(zhuǎn)子及齒基部之間的可拆卸圓環(huán)的一部分。
全文摘要
一種電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子，一個(gè)直流母線及僅為兩個(gè)串聯(lián)地跨接在母線上的電源開關(guān)。一個(gè)繞組的一端連接在兩開關(guān)之間，而另一端連接兩個(gè)電容器之間。轉(zhuǎn)子的位置用霍耳器件傳感，利用選擇地控制開關(guān)元件向繞組提供電流來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的速度或轉(zhuǎn)矩，以便產(chǎn)生在所需速度或轉(zhuǎn)矩上使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。一個(gè)倍壓器，庫(kù)克直流/直流變換器，或另外的調(diào)節(jié)裝置可用來(lái)向電動(dòng)機(jī)供電。定子具有可拆卸的不對(duì)稱齒端部，以使繞組效率提高并可避免電動(dòng)機(jī)停止在零轉(zhuǎn)矩起動(dòng)位置上。
文檔編號(hào)F23N5/18GK1096404SQ9410214
公開日1994年12月14日 申請(qǐng)日期1994年2月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月22日
發(fā)明者D·M·艾爾德曼, R·K·霍倫貝克, J·戴, G·B·克里曼, S·R·麥克明, C·M·施蒂芬斯, F·G·特恩布爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司