相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2015年11月3日提交的美國專利申請no.14/931,368和于2015年1月9日提交的美國臨時(shí)專利申請no.621/101,753的優(yōu)先權(quán)，這些申請的內(nèi)容通過引用整體并入本文。

本公開內(nèi)容總體上涉及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，并且更具體地涉及調(diào)節(jié)由電動(dòng)機(jī)消耗并從電動(dòng)機(jī)輸出的功率以節(jié)省能量的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

除非本文另行指出，否則在該章節(jié)中描述的材料不是本申請中權(quán)利要求的現(xiàn)有技術(shù)，并且不被認(rèn)為是包含在該章節(jié)中的現(xiàn)有技術(shù)。

感應(yīng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)由在軸上產(chǎn)生扭矩的電磁交互將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。交流(ac)電動(dòng)機(jī)可以包括圍繞磁極化轉(zhuǎn)子的定子。定子可以包括其上纏繞有導(dǎo)電繞組的結(jié)構(gòu)。定子和繞組被配置為使得當(dāng)ac電流流過繞組時(shí)在定子內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子可以包括一個(gè)或多個(gè)永磁體，或者可以被配置為經(jīng)由與定子磁場(例如，經(jīng)由轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)電線圈和/或鐵磁材料)的感應(yīng)交互而被磁化。當(dāng)將ac源施加到繞組時(shí)，定子磁場可以使轉(zhuǎn)子相對于定子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子可以耦合到軸，其轉(zhuǎn)移施加到轉(zhuǎn)子的扭矩，然后可以使用機(jī)械能來對負(fù)載執(zhí)行工作。可以使用電動(dòng)機(jī)執(zhí)行工作的速率(即，電動(dòng)機(jī)的輸出功率)與磁性施加到轉(zhuǎn)子的扭矩有關(guān)。扭矩與定子繞組賦予轉(zhuǎn)子的磁場強(qiáng)度成比例。并且磁場的強(qiáng)度與通過繞組的電流和繞組中的線匝數(shù)成比例。繞組中的線匝數(shù)量是繞組幾何形狀的特征，并且電流取決于所使用的電線的電阻率、繞組的電感和ac源的電壓。

例如，在壓縮機(jī)、風(fēng)扇和各種其它家用電器和電子設(shè)備中使用的典型ac感應(yīng)電動(dòng)機(jī)被設(shè)計(jì)為在最大預(yù)期負(fù)載狀況下運(yùn)行，并且即使在被提供有低于標(biāo)稱期望的ac驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)也這么做。提供ac驅(qū)動(dòng)電壓的公差有助于確保在提供小于標(biāo)稱期望值的線電壓時(shí)電動(dòng)機(jī)的可靠運(yùn)行。例如，電動(dòng)機(jī)可以被設(shè)計(jì)成在被提供有約105vac而不是120vac的線電壓時(shí)驅(qū)動(dòng)最大預(yù)期負(fù)載。

為了在ac驅(qū)動(dòng)電壓中提供這樣的公差，電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者首先確定提供目標(biāo)輸出功率水平所需的磁場強(qiáng)度。然后，電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)人員選擇具有導(dǎo)電繞組的定子，其將傳導(dǎo)足夠量的電流以提供必要的磁場強(qiáng)度。如上所述，磁場強(qiáng)度與通過定子繞組的電流成比例，該電流本身與ac驅(qū)動(dòng)電壓成比例。因此，為了考慮電壓公差，導(dǎo)電繞組由具有足以傳導(dǎo)所需量的電流(例如，足以提供必要的磁場強(qiáng)度的量)的電阻率的電線形成，同時(shí)用降低的ac電壓驅(qū)動(dòng)，而不是標(biāo)稱期望電壓。因此，典型的電動(dòng)機(jī)的繞組過大，以便在標(biāo)稱的ac電壓下運(yùn)行，并且通常傳導(dǎo)比實(shí)際需要的更多的電流，這浪費(fèi)了能量。例如，當(dāng)供應(yīng)標(biāo)稱期望的ac驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，定子繞組可以使用比所需的更低規(guī)格電線以生成期望的磁場強(qiáng)度。

ac電動(dòng)機(jī)的效率可以通過所消耗的電功率(例如，從ac源供應(yīng)到電動(dòng)機(jī)的電壓和電流的乘積)與傳送到負(fù)載的實(shí)際功率的比值來表示，以執(zhí)行工作。消耗功率與輸出功率的伏安的比值被稱為電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)。對于典型的電動(dòng)機(jī)，功率因數(shù)根據(jù)所消耗的功率而變化，但也根據(jù)驅(qū)動(dòng)負(fù)載而變化。在大多數(shù)情況下，電動(dòng)機(jī)在最大負(fù)載狀況下以其最大的功率因數(shù)運(yùn)行，因?yàn)橄墓β实南鄬^小的一部分作為渦電流或電阻加熱而被耗散。相比之下，當(dāng)電動(dòng)機(jī)不在最大負(fù)載下時(shí)，電動(dòng)機(jī)消耗相對更多的多余能量。多余能量作為熱量(例如，由于定子結(jié)構(gòu)中的渦電流或線圈中的電阻加熱)被耗散。本質(zhì)上，當(dāng)僅部分地加載電動(dòng)機(jī)時(shí)，僅僅浪費(fèi)了不用于執(zhí)行工作的多余能量。

例如，額定功率為1/3馬力的典型電動(dòng)機(jī)可以在完全加載時(shí)從120vac源中汲取大約5安培，并且可以以大約每分鐘3500轉(zhuǎn)(rpm)運(yùn)行，其中功率因數(shù)約為70-80％或更好。盡管功率因數(shù)降低了約20-30％，但即使在幾乎沒有負(fù)載的情況下，相同的電動(dòng)機(jī)也可能會(huì)持續(xù)汲取約3.8安培。其處于無負(fù)載狀況下(或處于降低的負(fù)載的狀態(tài)下)，在這種狀況下，由于電動(dòng)機(jī)的效率降低，浪費(fèi)了相當(dāng)多的多余電功率。在很大程度上，降低的效率是由上述渦電流和電阻損耗引起的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種示例性電動(dòng)機(jī)包括導(dǎo)電繞組、開關(guān)設(shè)備、轉(zhuǎn)子和控制器。開關(guān)設(shè)備被配置為選擇性地在第一狀態(tài)下通過ac源使導(dǎo)電繞組的第一部分通電和在第二狀態(tài)下通過ac源使導(dǎo)電繞組的第二部分通電。導(dǎo)電繞組被配置為當(dāng)開關(guān)設(shè)備處于第一狀態(tài)時(shí)生成具有第一強(qiáng)度并且當(dāng)開關(guān)設(shè)備處于第二狀態(tài)時(shí)生成具有第二強(qiáng)度的磁場。轉(zhuǎn)子與磁場磁性地交互，以使得扭矩被施加到轉(zhuǎn)子。所施加的扭矩的量與磁場的強(qiáng)度有關(guān)?？刂破鞅慌渲脼椋?i)確定指示電動(dòng)機(jī)的負(fù)載狀況的度量；和(ii)基于所確定的度量，使得開關(guān)設(shè)備在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間切換一次或多次。

在一些方面，本公開內(nèi)容提供一種電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)包括導(dǎo)電繞組、開關(guān)設(shè)備、轉(zhuǎn)子和控制器。導(dǎo)電繞組包括多個(gè)線匝、第一端子、第二端子和第三端子。多個(gè)線匝中的第一數(shù)量的線匝位于第一端子與第三端子之間。多個(gè)線匝中的第二數(shù)量的線匝位于第二端子與第三端子之間。第一數(shù)量可以與第二數(shù)量不同。開關(guān)設(shè)備可以被配置為當(dāng)處于第一狀態(tài)時(shí)選擇性地將功率從ac源傳導(dǎo)到第一端子，并且當(dāng)處于第二狀態(tài)時(shí)將功率從ac源傳導(dǎo)到第二端子。在開關(guān)設(shè)備處于第一狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)電繞組響應(yīng)于ac源向第一端子傳導(dǎo)功率而生成第一磁場。在開關(guān)設(shè)備處于第二狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)電繞組響應(yīng)于ac源向第二端子傳導(dǎo)功率而生成第二磁場。轉(zhuǎn)子可以被配置為與由導(dǎo)電繞組生成的第一和第二磁場磁性地交互，以使得將扭矩施加在轉(zhuǎn)子上。控制器可以被配置為確定指示電動(dòng)機(jī)的負(fù)載狀況的度量。控制器還可以被配置為基于所確定的度量使得開關(guān)設(shè)備在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間切換一次或多次。

在附加或替代的方面，本公開內(nèi)容提供了一種經(jīng)由導(dǎo)電繞組的磁感應(yīng)來調(diào)節(jié)傳送到負(fù)載的功率的量的方法。該方法可以包括通過從交流電(ac)源使導(dǎo)電繞組的一部分通電來生成具有第一強(qiáng)度的第一磁場。該方法還可以包括確定指示(i)從ac源傳送到導(dǎo)電繞組的功率與(ii)由負(fù)載消耗的功率之間的功率的比值的度量。該方法還可以包括確定度量在閾值范圍內(nèi)。另外，該方法可以包括使得導(dǎo)電繞組生成具有第二強(qiáng)度的第二磁場，其中響應(yīng)于確定度量在閾值范圍內(nèi)，第一強(qiáng)度不同于第二強(qiáng)度。

在附加或替代的方面，本公開內(nèi)容提供了一種包括導(dǎo)電繞組、開關(guān)設(shè)備、轉(zhuǎn)子和控制器的電動(dòng)機(jī)。開關(guān)設(shè)備可以被配置為從(i)在第一開關(guān)狀態(tài)下具有第一電壓電平的第一ac源和(ii)在第二開關(guān)狀態(tài)下具有第二電壓電平的第二ac源將功率選擇性地傳導(dǎo)到電動(dòng)機(jī)的導(dǎo)電繞組。第一電壓電平與第二電壓電平不同。在開關(guān)設(shè)備處于第一狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)電繞組生成具有第一強(qiáng)度的第一磁場。在開關(guān)設(shè)備處于第二狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)電繞組生成具有第二強(qiáng)度的第二磁場。第一強(qiáng)度可以與第二強(qiáng)度不同。控制器可以被配置為確定指示從ac源傳送到導(dǎo)電繞組的功率與由負(fù)載消耗的功率之間的功率的比值的度量?？刂破鬟€可以被配置為確定度量在閾值范圍內(nèi)?？刂破鬟€可以被配置為使得開關(guān)設(shè)備響應(yīng)于確定度量在閾值范圍內(nèi)而在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間切換一次或多次。

適當(dāng)?shù)貐⒖几綀D，通過閱讀以下具體實(shí)施方式，這些以及其它方面、優(yōu)點(diǎn)和替代方案對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的具有三端子導(dǎo)電繞組的示例性電動(dòng)機(jī)的示圖。

圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例的具有多端子導(dǎo)電繞組的示例性電動(dòng)機(jī)的示圖。

圖3是根據(jù)示例實(shí)施例的具有兩個(gè)不同ac源電壓電平的示例性電動(dòng)機(jī)的示圖。

圖4是根據(jù)示例性實(shí)施例的具有多個(gè)ac源電壓電平的示例性電動(dòng)機(jī)的示圖。

圖5是根據(jù)示例性實(shí)施例的用于操作電動(dòng)機(jī)的示例性過程的流程圖。

圖6是根據(jù)示例性實(shí)施例的開關(guān)模式和對應(yīng)的電流波形的圖形描繪。

圖7是根據(jù)示例性實(shí)施例的示例性開關(guān)模式的圖形描繪。

具體實(shí)施方式

在以下具體實(shí)施方式中，參考形成其一部分的附圖。在附圖中，除非上下文另行指示，否則相似的符號通常標(biāo)識相似的組件。在具體實(shí)施方式、附圖和權(quán)利要求中描述的說明性實(shí)施例并不意味著限制。在不脫離本文呈現(xiàn)的主題的范圍的情況下，可以利用其它實(shí)施例，并且可以做出其它改變。將容易理解的是，本公開內(nèi)容的如本文中普遍描述的以及在附圖中所示的方面可以以各種各樣的不同構(gòu)造進(jìn)行布置、代替、組合、分離和設(shè)計(jì)，所有這些在本文中都被明確地設(shè)想。

i.概述

電動(dòng)機(jī)可以包括導(dǎo)電繞組和轉(zhuǎn)子，該電動(dòng)機(jī)被布置為使得當(dāng)交流電流流過繞組時(shí)，生成可以在轉(zhuǎn)子上施加扭矩的旋轉(zhuǎn)磁場。所生成的磁場的強(qiáng)度與流過導(dǎo)電繞組的電流量成正比。因此，流過導(dǎo)電繞組的電流量與施加在轉(zhuǎn)子上的扭矩的量有關(guān)。

更具體地，由導(dǎo)電繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電元件上感應(yīng)出電流，這進(jìn)而生成其自身的磁場。轉(zhuǎn)子的磁場對轉(zhuǎn)子本身施加力，它們共同產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的扭矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子加速并接近由導(dǎo)電繞組生成的磁場的旋轉(zhuǎn)速率時(shí)，通過轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電元件感應(yīng)的電流減小。如果轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與磁場的旋轉(zhuǎn)速率相匹配，則不會(huì)通過轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電元件感應(yīng)出電流，并且因此沒有扭矩施加到轉(zhuǎn)子。

因?yàn)橛神詈系睫D(zhuǎn)子的負(fù)載消耗的功率數(shù)量與施加到轉(zhuǎn)子的扭矩有關(guān)，所以與流過轉(zhuǎn)子導(dǎo)電元件的電流量有關(guān)。因此，由負(fù)載消耗的功率數(shù)量與轉(zhuǎn)子的速度有關(guān)。在轉(zhuǎn)子經(jīng)歷重負(fù)載并且減速的情況下，轉(zhuǎn)子從導(dǎo)電繞組汲取的功率較大。相反，當(dāng)轉(zhuǎn)子耦合到輕負(fù)載或無負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)子從導(dǎo)電繞組汲取的功率較小。

對于理想的電動(dòng)機(jī)，這種操作原理將意味著電動(dòng)機(jī)僅僅汲取旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子達(dá)到同步轉(zhuǎn)速所需的功率，并且一旦在同步速度下，不會(huì)從電源中汲取功率。然而，即使轉(zhuǎn)子以接近同步速度運(yùn)行，現(xiàn)實(shí)世界的電動(dòng)機(jī)也會(huì)以各種方式經(jīng)歷功率損耗。許多組件具有寄生電抗、一定程度的電阻率并且經(jīng)歷渦電流，所有這些都有助于不期望的功率耗散。

降低這種功率損耗的一種方法是減少流過導(dǎo)電繞組的電流量，并因此減小由導(dǎo)體繞組生成的磁場的強(qiáng)度，而同時(shí)轉(zhuǎn)子無負(fù)載或處于減小負(fù)載的狀態(tài)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)可以包括具有中心抽頭的導(dǎo)電繞組。因?yàn)榕c跨整個(gè)導(dǎo)體繞組的線匝數(shù)相比，中心抽頭與輸出端子之間的線匝數(shù)較少，所以從中心抽頭到輸出的電感小于導(dǎo)電繞組的總電感。結(jié)果，通過中心抽頭使導(dǎo)電繞組通電生成比使整個(gè)導(dǎo)電繞組通電的磁場更強(qiáng)的磁場。利用多抽頭導(dǎo)電繞組和/或兩個(gè)或更多個(gè)串聯(lián)連接的導(dǎo)電繞組的實(shí)施例在本文中可以稱為“自動(dòng)循環(huán)”電動(dòng)機(jī)。

控制器可以被配置為操作開關(guān)設(shè)備，以選擇性地使中心抽頭或整個(gè)導(dǎo)電繞組通電?？刂破骺神詈系絺鞲衅饕詸z測電動(dòng)機(jī)的負(fù)載狀況。如果電動(dòng)機(jī)處于重負(fù)載下，則控制器可以使導(dǎo)電繞組的中心抽頭通電，以進(jìn)而提供足夠量的轉(zhuǎn)矩來轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子。如果電動(dòng)機(jī)處于輕負(fù)載或無負(fù)載狀態(tài)，則控制器可以使整個(gè)導(dǎo)電繞組通電，以減少由各種組件耗散的功率數(shù)量，而不會(huì)犧牲電動(dòng)機(jī)的操作性能。

在一些實(shí)例中，指示負(fù)載狀況的度量可以是電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。功率因數(shù)可以指示電動(dòng)機(jī)在特定時(shí)間點(diǎn)的效率。更具體地，功率因數(shù)可以指示(或與其相關(guān))在某一時(shí)刻輸送到導(dǎo)電繞組的功率數(shù)量與由負(fù)載消耗的功率數(shù)量之間的比值?？刂破骺梢越邮湛绺鞣N組件的電壓和電流、轉(zhuǎn)子的速度的測量值和/或來自其它傳感器的測量值，以便于計(jì)算、檢測或以其它方式確定功率因數(shù)。在一些示例中，控制器可以響應(yīng)于功率因數(shù)高于或低于閾值或在閾值范圍內(nèi)來激活一個(gè)或多個(gè)開關(guān)設(shè)備。

在另一示例性實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)可以連接到具有變化的電壓電平的多個(gè)ac源。例如，電動(dòng)機(jī)可以連接到ac源和降壓器(例如，降壓變壓器)，降壓器耦合到該ac源，以分別提供標(biāo)稱電壓電平和降低的電壓電平。控制器可以檢測電動(dòng)機(jī)的負(fù)載狀況并選擇性地將ac源中的一個(gè)耦合到導(dǎo)電繞組。如果電動(dòng)機(jī)處于重負(fù)載狀態(tài)，則控制器可以將標(biāo)稱電壓ac源耦合到導(dǎo)電繞組，這感應(yīng)出相對大的電流以流過導(dǎo)電繞組，以進(jìn)而提供用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的扭矩。如果電動(dòng)機(jī)處于輕負(fù)載下，則控制器可以將降低的電壓ac電源耦合到導(dǎo)電繞組，這降低了流過導(dǎo)電繞組的電流，以進(jìn)而減少由電動(dòng)機(jī)耗散的功率數(shù)量，而不會(huì)犧牲電動(dòng)機(jī)的操作性能(即，減少浪費(fèi)的能量)。利用多個(gè)ac源電壓源、ac源輸入變壓器和/或自耦變壓器的實(shí)施例在本文中可被稱為“反式循環(huán)”(transcycle)電動(dòng)機(jī)。

在一些實(shí)例中，轉(zhuǎn)子可能需要一定量的功率來驅(qū)動(dòng)處于兩個(gè)功率水平之間的負(fù)載，以使得一個(gè)功率水平太大并且導(dǎo)致不必要的功率耗散，而另一個(gè)功率水平不足以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)負(fù)載所必要的扭矩。在一些示例性實(shí)施例中，控制器可以被配置為根據(jù)開關(guān)模式在兩個(gè)功率水平之間切換，以使得傳送到導(dǎo)電繞組的凈功率在兩個(gè)功率水平之間?？刂破骺梢詼?zhǔn)確地確定負(fù)載狀況，并在兩個(gè)或更多個(gè)功率水平之間進(jìn)行切換以匹配(或大致匹配)驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需的功率。這種切換技術(shù)可以應(yīng)用于自動(dòng)循環(huán)電動(dòng)機(jī)實(shí)施例和反式循環(huán)實(shí)施例。

一些實(shí)施方式可以利用三個(gè)或更多個(gè)功率水平來提供更精細(xì)的輸出功率控制。對于自動(dòng)循環(huán)電動(dòng)機(jī)實(shí)施方式，導(dǎo)電繞組可以包括沿著繞組的各個(gè)點(diǎn)處的多個(gè)抽頭，其中，根據(jù)哪個(gè)抽頭耦合到ac源產(chǎn)生不同強(qiáng)度的磁場。替代地或另外地，導(dǎo)電繞組可以包括彼此串聯(lián)連接的兩個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)的導(dǎo)電繞組。對于反式循環(huán)電動(dòng)機(jī)實(shí)施方式，可以使用多個(gè)變壓器、自耦變壓器和/或其它電壓變化模塊來提供可以耦合到電動(dòng)機(jī)導(dǎo)電繞組的多個(gè)電壓電平。根據(jù)特定的實(shí)施方式，兩個(gè)導(dǎo)電繞組抽頭之間或兩個(gè)不同的ac電壓源電平之間產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度的差異可能會(huì)有所不同。

一些附加的或替代的實(shí)施方式可以采用多個(gè)功率水平的組合(使用多抽頭導(dǎo)電繞組、多個(gè)ac源電壓電平或其某些組合)。這樣的多級功率實(shí)施方式可以與上述的切換技術(shù)組合以實(shí)現(xiàn)甚至更精確的功率控制。

作為一個(gè)具體示例，具有中心抽頭導(dǎo)電繞組的電動(dòng)機(jī)能夠在100％功率水平和50％的功率水平之間切換，該電動(dòng)機(jī)通過給中心抽頭通電而處于100％功率水平(即，該特定示例的最大可用功率水平)或者通過給整個(gè)導(dǎo)電繞組通電而處于50％的功率水平。ac源可以在60hz下操作?？刂破骺梢员慌渲脼樵诿堪雮€(gè)周期(例如，每秒高達(dá)120次)在兩個(gè)功率水平之間切換?？刂破骺梢员慌渲脼楦鶕?jù)允許以5％的增量從55％到95％的9個(gè)不同功率水平的一組預(yù)定開關(guān)模式來操作開關(guān)。在這種配置中，這種電動(dòng)機(jī)可以能夠通過交替地使中心抽頭交替地通電達(dá)到30％的開關(guān)模式周期，并且使整個(gè)導(dǎo)體繞組通電達(dá)到70％的開關(guān)模式周期來傳送例如65％的功率。雖然在某些情況下5％的增量可能是足夠的精度水平，但其它增量也可能需要或在其它情況下從更精確的功率控制中獲益。因此，在其它示例中可以采用不同的功率水平增量。

作為另一具體示例，根據(jù)哪些抽頭或端子被通電，具有導(dǎo)電繞組(該導(dǎo)電繞組具有兩個(gè)末端端子和5個(gè)抽頭)的電動(dòng)機(jī)可能能夠在100％、90％、80％、70％、60％或50％的功率水平之間切換。被類似地配置為前述示例的具有9種不同開關(guān)模式的控制器將允許在每個(gè)導(dǎo)電繞組抽頭之間具有9個(gè)不同的中間功率水平。例如，可以通過在60％抽頭(開關(guān)模式周期的70％)與70％抽頭(開關(guān)模式周期的30％)之間切換來實(shí)現(xiàn)傳送到導(dǎo)電繞組的63％功率。因此，可以使用多個(gè)抽頭導(dǎo)電繞組和受控的切換的某些組合來實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的精細(xì)功率輸出控制。

在運(yùn)行期間，控制器可以接收各種傳感器測量值，由此可以確定電動(dòng)機(jī)的效率，并且在無切換的情況下或根據(jù)某些開關(guān)模式，將那些測量值用作選擇(一個(gè)或多個(gè))抽頭來通電(或用于選擇ac源電壓電平)的基礎(chǔ)，以便于匹配或近似匹配由負(fù)載消耗的功率。如此，控制器可以被配置為將功率因數(shù)值映射到開關(guān)模式。返回上述1％增量的電動(dòng)機(jī)示例，如果控制器確定某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的功率因數(shù)為0.75，則控制器可以選擇對應(yīng)的開關(guān)模式(例如，在開關(guān)模式周期一半的70％抽頭與開關(guān)模式周期另一半的80％抽頭之間切換)，以向?qū)щ娎@組傳送75％的功率。評估電動(dòng)機(jī)效率和調(diào)節(jié)導(dǎo)電繞組處的輸出功率的這個(gè)過程可以周期性地(例如，每秒多次)重復(fù)，從而使輸出功率能夠?qū)ψ兓呢?fù)載狀況做出快速反應(yīng)。

控制器還可以通過在ac電流過零時(shí)接通和關(guān)斷開關(guān)來減輕ac源波形以及相關(guān)聯(lián)的射頻干擾(rfi)的失真。在零電流下，存儲(chǔ)在導(dǎo)電繞組中的能量為零，并且因此，導(dǎo)電繞組可以連接到ac源(或與ac源斷開)，而不向?qū)щ娎@組快速釋放能量或從導(dǎo)電繞組快速釋放能量。這種快速釋放事件可能例如在ac波形的不是電流過零的一部分期間連接導(dǎo)電繞組時(shí)發(fā)生?？焖籴尫艜?huì)引起從ac源汲取的電流中的尖峰(并且跨繞組感應(yīng)地生成的電壓)，這兩者都會(huì)使ac波形失真并產(chǎn)生rfi。對于周期性變化的ac波形(例如正弦波形)，波形的每個(gè)完整周期電流過零兩次(一次正到負(fù)的過零，另一次負(fù)向正的過零)。并且因此，電動(dòng)機(jī)可以以ac波形頻率的周期或半周期在時(shí)間尺度上(例如，對于60hz正弦ac驅(qū)動(dòng)電壓，每1/120秒)的實(shí)時(shí)測量值做出反應(yīng)。

控制器可以在其中包含傳感器或者耦合到傳感器，傳感器被配置為檢測、測量或以其它方式感測ac源(或源)，導(dǎo)電繞組(或繞組)、開關(guān)設(shè)備、轉(zhuǎn)子和/或負(fù)載上的各種狀況。例如，電流表可以耦合到導(dǎo)電繞組的輸出，以測量流過導(dǎo)電繞組的電流。作為另一示例，電壓表可以耦合在導(dǎo)電繞組兩端以測量導(dǎo)電繞組兩端的電壓。這些電壓和電流測量值可以被提供給控制器，并作為控制的基礎(chǔ)。例如，給定時(shí)間點(diǎn)處的電壓與電流之間的相對相位可用于確定功率因數(shù)。

作為又一示例，電動(dòng)機(jī)可以包括用于測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(和/或相位)的轉(zhuǎn)速計(jì)。相對于參考速度的轉(zhuǎn)子速度(其可以基于ac源頻率和電動(dòng)機(jī)的定子構(gòu)造來確定或預(yù)定)可以指示轉(zhuǎn)子的滑動(dòng)。該滑動(dòng)可以指示轉(zhuǎn)子的負(fù)載狀況，由此可以得到或推斷出功率因數(shù)。例如，如果滑動(dòng)約為零，則轉(zhuǎn)子幾乎與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，高速測量(指示幾乎沒有滑動(dòng))指示較低的功率因數(shù)，因?yàn)樨?fù)載消耗很小的功率。因此，如本文所述，“負(fù)載狀況”、“功率因數(shù)”或任何類似的術(shù)語可以指某些度量，其中可以確定電動(dòng)機(jī)的加載或效率的程度。

如本文所述的開關(guān)設(shè)備可以與生成命令信號的控制器接合，以使開關(guān)設(shè)備斷開和閉合。開關(guān)設(shè)備可以是諸如晶體管(例如，ganfet、mosfet、igbt等)之類的半導(dǎo)體器件，或者諸如晶閘管或triac之類的另一種類型的半導(dǎo)體器件。在各種實(shí)施方式中使用的開關(guān)設(shè)備也可以是物理開關(guān)(例如繼電器和接觸器)。不管實(shí)施方式如何，開關(guān)設(shè)備可以基于諸如施加電壓之類的命令信號在導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之間切換?？刂破骺梢陨捎糜诩せ詈?或去激活各種開關(guān)的命令信號(有時(shí)以定時(shí)的方式)以便執(zhí)行特定的開關(guān)模式。用于激活和去激活開關(guān)的命令信號可能與電流過零一致，以實(shí)現(xiàn)零電流切換(zcs)。

在一些實(shí)施方式中，控制器可以是包括如本文所述的共同執(zhí)行切換的各種電氣設(shè)備(例如，晶體管、電阻器、電容器、計(jì)數(shù)器、比較器、集成電路等)的電路。在其它實(shí)施方式中，控制器可以是為特定電動(dòng)機(jī)構(gòu)造或設(shè)計(jì)而配置的專用集成電路(asic)。此外，控制器可以是與儲(chǔ)存介質(zhì)接合并被配置為執(zhí)行儲(chǔ)存在儲(chǔ)存介質(zhì)內(nèi)的程序指令的微控制器或處理器，其操作可以通過改變程序指令來更新、調(diào)節(jié)或以其它方式進(jìn)行修改。

一些示例性實(shí)施例可以在當(dāng)前的半周期執(zhí)行切換，以便實(shí)現(xiàn)zcs。例如，提供60hz電壓的電源可以感應(yīng)出60hz的電流信號(其可能與電壓相差一些相位角)。這樣的電流信號可以振蕩，以使得電流每秒在正和負(fù)之間跨越120次(即，從正到負(fù)的60次跨越，以及從負(fù)到正的60次跨越)?？刂破骺梢耘c電流測量設(shè)備(例如，電流表)相接合，該電流測量設(shè)備的輸出可以被提供到控制器以檢測電流過零(currentzero-crossing)?？刂破骺梢员慌渲脼轫憫?yīng)于檢測這樣的電流過零而觸發(fā)切換。

ii.示例性自動(dòng)循環(huán)電動(dòng)機(jī)

圖1是具有三端導(dǎo)電繞組124的示例性電動(dòng)機(jī)100的示圖。導(dǎo)電繞組124包括輸入端子121、抽頭122和輸出端子123。當(dāng)電流流過導(dǎo)電繞組124時(shí)，生成磁場，該磁場使得轉(zhuǎn)子130經(jīng)由在轉(zhuǎn)子130上施加扭矩的磁性地交互而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子130轉(zhuǎn)移旋轉(zhuǎn)能量以通過機(jī)械耦合部132(例如，軸、皮帶、齒輪等)而執(zhí)行負(fù)載134上的工作。電動(dòng)機(jī)100還包括操作開關(guān)120的控制器110，以用于利用ac源106選擇性地使輸入端子121或抽頭122通電。

電力線102、104從電力干線向電動(dòng)機(jī)100供電。電力線102可以輸送相對于電力線104的電壓周期性變化的電壓。周期性變化的電壓可以是由配電系統(tǒng)分配的ac電壓。例如，在美國電網(wǎng)上所采用的具有約120vac的電壓和約60hz的頻率的正弦波形。盡管可以使用替代的正弦波形，例如在歐洲電網(wǎng)上采用的約230vac的電壓和約50hz的頻率。其它的示例也是可能的。

2a)導(dǎo)電繞組

ac電力線102、104提供電力以使導(dǎo)電繞組124通電。電流流過導(dǎo)電繞組124，生成與轉(zhuǎn)子130交互以使轉(zhuǎn)子130旋轉(zhuǎn)的磁場。例如，當(dāng)通電時(shí)，導(dǎo)電繞組124可以生成旋轉(zhuǎn)磁場。為了便于與所生成的磁場的交互，轉(zhuǎn)子130然后可以包括與導(dǎo)電繞組的時(shí)變磁場感應(yīng)地交互的永磁體或?qū)щ娋€圈。雖然所選擇的特定布置可以采用各種不同的形式，但是轉(zhuǎn)子130和導(dǎo)電繞組124的磁特征被布置成使得由通電的導(dǎo)電繞組124生成的磁場在轉(zhuǎn)子130上施加扭矩。

整個(gè)導(dǎo)電繞組124具有跨輸入端子121和輸出端子123的總線匝數(shù)，以及跨抽頭122和輸出端子123的減少的線匝數(shù)。與減少的線匝數(shù)相比，總線匝數(shù)限定了具有較大電感的電感器，以使得當(dāng)ac源連接到導(dǎo)電繞組時(shí)，與整個(gè)導(dǎo)電繞組相比，較大的電流流過減少的線匝數(shù)。當(dāng)開關(guān)120將ac源106耦合到導(dǎo)電繞組124的抽頭122時(shí)，電流流過減少的總線匝數(shù)，產(chǎn)生全強(qiáng)度磁場。當(dāng)開關(guān)120將ac源106耦合到導(dǎo)電繞組124的輸入端子121時(shí)，電流流過總線匝數(shù)，產(chǎn)生強(qiáng)度降低的磁場。因此，通過操作開關(guān)120，控制器110可以調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度，并且從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)100的輸出功率。

作為一個(gè)示例，導(dǎo)電繞組124可以具有跨整個(gè)導(dǎo)電繞組124(即，從輸入端子121到輸出端子123)的100線匝的總數(shù)，以及跨導(dǎo)電繞組124由抽頭122和輸出端子123限定的部分的80線匝的減少數(shù)量。因?yàn)榭?00線匝的電抗(由于電感)大于跨80線匝的電感，所以跨80線匝施加電壓會(huì)產(chǎn)生比跨100線匝上施加相同的電壓更大的電流。在該示例中，如果電動(dòng)機(jī)100的負(fù)載狀況使得對整個(gè)導(dǎo)電繞組通電將至少提供驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子130的最小功率，則控制器110可以觸發(fā)開關(guān)122，以在輸入端子121處使導(dǎo)電繞組124通電。在附加或替代的示例中，可以采用具有任意數(shù)量的抽頭(其限定具有任意數(shù)量線匝數(shù)的電感器)的各種其它導(dǎo)電繞組，以實(shí)現(xiàn)各種磁場強(qiáng)度等級。

2b)控制器

控制器110用于至少部分地基于ac源的實(shí)時(shí)電壓測量值來動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)傳送到導(dǎo)電繞組124的電流。例如，控制器110可以獲得ac源電壓的測量值，確定是否使輸入端子121或抽頭122通電以從電動(dòng)機(jī)100提供目標(biāo)輸出功率水平，并且然后生成適當(dāng)?shù)目刂菩盘?26以根據(jù)該確定來操作開關(guān)120。

控制器110可以用各種不同的技術(shù)來實(shí)施，以執(zhí)行本文所述的功能。圖1描繪了特定實(shí)施方式，其中控制器110包括電源模塊112、電壓傳感器114、過零檢測器116、邏輯模塊118和接口端口119，所有這些可以經(jīng)由系統(tǒng)總線、網(wǎng)絡(luò)或其它連接機(jī)構(gòu)111彼此通信地鏈接?？刂破?10還電耦合到電力線102、104，以促進(jìn)電壓測量(經(jīng)由電壓傳感器114)、ac波形過零檢測(經(jīng)由過零檢測器116)，并且還向控制器(經(jīng)由電源112)提供電力。

電源模塊112可以包括電壓整流器和/或電壓調(diào)節(jié)器，該電壓整流器和/或電壓調(diào)節(jié)器從ac電力線102、104汲取電力，并且生成經(jīng)整流的dc電壓以為控制器110的剩余的組件供電。電源模塊112因此可以向電壓傳感器114、過零檢測器116、邏輯模塊118和/或接口端口119供應(yīng)dc電壓。

電壓傳感器114獲得跨ac電力線102、104的電壓的指示。電壓傳感器114可以根據(jù)各種技術(shù)來實(shí)施。在一些情況下，電壓傳感器114可以作為峰值電壓檢測器或者均方根(rms)電壓傳感器來操作。在一個(gè)示例中，電壓傳感器114可以包括具有一個(gè)或多個(gè)運(yùn)算放大器等、以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路，其中，一個(gè)或多個(gè)運(yùn)算放大器對線102、104之間的電壓進(jìn)行采樣，并且模數(shù)轉(zhuǎn)換器生成所測量電壓的數(shù)字表示。然后可以將一系列這樣的測量值傳送到控制器110的其它組件，例如邏輯模塊118。

過零檢測器116用于估計(jì)ac波形的電流穿過零的時(shí)間。過零檢測器116可以根據(jù)各種技術(shù)來實(shí)施。過零檢測器116可以包括電流傳感器(例如跨阻抗放大器、霍爾效應(yīng)傳感器等)與生成所測量的電流的數(shù)字表示的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。然后可以將一系列這樣的測量值傳送到控制器110的諸如邏輯模塊118之類的其它組件。過零檢測器116可以與電流表140或電動(dòng)機(jī)100內(nèi)的另一個(gè)電流傳感器接合。

過零檢測器116還可以使用一系列在低輸出與高輸出之間轉(zhuǎn)換的邏輯門來檢測當(dāng)波形在正電流與負(fù)電流之間轉(zhuǎn)換時(shí)的過零，可以組合這些門以輸出一系列電壓脈沖，所述電壓脈沖均與ac波形的電流過零大體上一致。

如下所述，控制器110然后可以使用由過零檢測器116指示的ac波形電流過零的時(shí)間來對開關(guān)120的操作進(jìn)行定時(shí)。實(shí)際上，控制器110可以起如下作用：使得開關(guān)120大體上與ac波形的電流過零大體上一致地?cái)嚅_或閉合。如此，抽頭122可以被通電(例如，操作開關(guān)120以傳導(dǎo)到抽頭122)或者可以停止通電(例如，操作開關(guān)120以傳導(dǎo)到輸入端子121)，而同時(shí)通過導(dǎo)電繞組124的電流為零(并且通過ac電力線102、104的電流也為零)。在零電流下，導(dǎo)電繞組124的磁場為零，這意味著導(dǎo)電繞組124也具有零儲(chǔ)存能量。通過在導(dǎo)電繞組124具有零儲(chǔ)存能量時(shí)在抽頭122與輸入端子121之間切換，電動(dòng)機(jī)100避免向?qū)щ娎@組124快速釋放能量或從導(dǎo)電繞組124快速釋放能量。

相比之下，當(dāng)ac電力線102、104傳導(dǎo)非零電流時(shí)，連接或斷開導(dǎo)電繞組124的端子將導(dǎo)致即時(shí)電流尖峰，以按照需要快速地拉電流或灌電流(sourceorsinkcurrent)，從而使導(dǎo)電繞組電流與交流波形102、2014相一致。除了其它因素之外，這種電流尖峰生成可能干擾其它電子組件的射頻干擾(rfi)和其它形式的電磁干擾(emi)。由非零電流切換導(dǎo)致的電流尖峰也可能由于由快速電流變化產(chǎn)生的跨導(dǎo)電繞組124的電壓(所產(chǎn)生的電壓隨后被施加到ac電力線102、104)而導(dǎo)致主干線102、104上的諧波噪聲。由于導(dǎo)電繞組的磁場強(qiáng)度貢獻(xiàn)與通過導(dǎo)電繞組的電流成比例，電流尖峰也可以減輕電動(dòng)機(jī)100的性能，因此電流尖峰快速地增加或減小導(dǎo)電繞組的磁場強(qiáng)度，并且甚至可能暫時(shí)不平衡或以其它方式使電動(dòng)機(jī)100不穩(wěn)定。因此采用上述的過零切換可能是有益的；然而，在其它示例中可以使用非過零切換。

邏輯模塊118可以根據(jù)各種技術(shù)來實(shí)施。邏輯模塊118可以包括執(zhí)行程序指令以執(zhí)行本文所述的功能的處理器。這樣的處理器可以是根據(jù)各種不同技術(shù)實(shí)施的通用或?qū)Ｓ锰幚砥?。并且這樣的程序指令例如可以被儲(chǔ)存在包括在控制器110中的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，或者以其它方式與控制器110相關(guān)聯(lián)。另外地或替代地，邏輯模塊118可以包括邏輯門和其它組件(例如并入現(xiàn)場可編程門陣列、專用集成電路等中的計(jì)數(shù)器、比較器、反相器等)的組合。

無論實(shí)施方式如何，邏輯模塊118用于使控制器110向開關(guān)120提供控制信號126，以使得開關(guān)120以使電動(dòng)機(jī)100提供目標(biāo)輸出功率水平的方式進(jìn)行操作。實(shí)際上，邏輯模塊118接收用電壓傳感器114和過零檢測器116獲得的測量值的指示。然后，邏輯模塊118部分地基于所獲得的電壓測量值來確定是否使在抽頭122或在輸入端子121處的導(dǎo)電繞組124通電。邏輯模塊118可以例如確定生成具有足夠強(qiáng)度的磁場所需的安培線匝數(shù)總量，以經(jīng)由與轉(zhuǎn)子130的磁性交互來提供目標(biāo)輸出功率水平。

然后，邏輯模塊118可以基于所測量的ac電力線102、104的電壓來確定流過導(dǎo)電繞組124所需的電流量(或由導(dǎo)電繞組124提供的磁場強(qiáng)度)。邏輯模塊118然后可以確定使抽頭122或輸入端子121通電是否更好地實(shí)現(xiàn)所確定的電流或磁場強(qiáng)度(或至少提供最小量的電流或生成最小強(qiáng)度磁場)。替代地或另外地，邏輯模塊118可以確定大致實(shí)現(xiàn)所確定的電流或磁場強(qiáng)度的量的抽頭122與輸入端子121之間的開關(guān)模式。

然后，邏輯模塊118可以基于確定導(dǎo)電繞組的安培線匝(或磁場強(qiáng)度)是否足以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)輸出功率水平來確定使抽頭122或輸入端子121通電。然后，邏輯模塊118使接口端口提供對應(yīng)的控制信號126，以便在ac波形的下一個(gè)電流過零(如由過零檢測器116所示)處斷開或閉合開關(guān)120。因此，至少在一些示例性實(shí)施例中，邏輯模塊118可以操作以使得是否斷開或閉合開關(guān)120的決定至少部分地基于來自電壓傳感器114的測量結(jié)果并且使得使開關(guān)120斷開或閉合的時(shí)間至少部分地基于來自過零檢測器116的測量結(jié)果。

接口端口119輸出操作開關(guān)120的控制信號126。接口端口119可以根據(jù)各種技術(shù)來實(shí)施?？刂菩盘?26可以是邏輯高電壓或邏輯低電壓(例如在開關(guān)120是半導(dǎo)體器件的實(shí)施方式中)。并且接口端口119可以根據(jù)由邏輯模塊118進(jìn)行的確定來設(shè)置控制信號126，以便將開關(guān)120設(shè)置為連接到輸入端子121或抽頭122。

另外，邏輯模塊118還可以基于由導(dǎo)電繞組124所汲取的電流來確定是否使抽頭122或輸入端子121通電。當(dāng)驅(qū)動(dòng)負(fù)載134增加時(shí)，轉(zhuǎn)子130趨向于相對于所生成的磁場滑動(dòng)更多，所生成的磁場感應(yīng)出對導(dǎo)電繞組124的附加電流。在這樣的布置中，由導(dǎo)電繞組124汲取的電流隨負(fù)載134的增加而增加，該增加可能是由于各種瞬態(tài)因素引起的。在無干預(yù)并且不考慮電力線102、104上的ac電壓的情況下，電動(dòng)機(jī)100將“過載”，并且導(dǎo)電繞組可能會(huì)燒壞或以其它方式經(jīng)歷與汲取比預(yù)期給定的整個(gè)導(dǎo)電繞組124的電抗更大的電流相關(guān)聯(lián)的有害熱效應(yīng)。因此，邏輯模塊118可以用于監(jiān)測由導(dǎo)電繞組124汲取的電流，并且在測量通過導(dǎo)電繞組124的電流超過閾值(其中減小的電感將允許更大的電流流動(dòng))時(shí)從使輸入端子121通電切換到使抽頭122通電。

以這種方式，控制器110因此可以動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)開關(guān)120的狀態(tài)，以基于由導(dǎo)電繞組124汲取的ac電壓和/或電流的實(shí)時(shí)(或接近實(shí)時(shí))測量值來維持目標(biāo)輸出功率水平。對于所測量的ac電壓、目標(biāo)輸出功率水平和/或?qū)щ娎@組124所汲取的電流的給定組合，控制器110可以通過進(jìn)行一系列是否使輸入端子121或抽頭122處的導(dǎo)電繞組124通電的實(shí)時(shí)確定來進(jìn)行操作。然而，控制器110還可以通過根據(jù)特定開關(guān)模式(其可能影響特定占空比)在使輸入端子121通電與使抽頭122通電之間切換來進(jìn)行操作，該開關(guān)模式被選擇為通常實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)100的目標(biāo)輸出功率水平。因此，控制器110可以確定所期望的時(shí)間平均電流(或期望的時(shí)間平均磁場強(qiáng)度)，這對電動(dòng)機(jī)輸出功率提供對應(yīng)的期望的平均貢獻(xiàn)。并且然后，控制器110可以使開關(guān)120根據(jù)提供期望的時(shí)間平均貢獻(xiàn)的開關(guān)模式(或占空比)在使輸入端子121通電與使抽頭122通電之間切換。因此，控制器110可以向開關(guān)120發(fā)送命令信號126，以在兩個(gè)狀態(tài)之間重復(fù)(或周期性地)切換，以使得連接輸入端子121的時(shí)間與連接抽頭122的時(shí)間之間的比值實(shí)現(xiàn)目標(biāo)開關(guān)模式(或目標(biāo)占空比)。如此，由導(dǎo)電繞組124提供的輸出功率可以根據(jù)抽頭122與輸入端子121之間的切換速率來縮放。因此，這樣的操作方案允許與完全使導(dǎo)電繞組124通電或完全斷開導(dǎo)電繞組124的嚴(yán)格雙模式方法相比，對時(shí)間平均功率水平(并且乃至對功耗)進(jìn)行更精確的控制。

負(fù)載傳感器136可以是能夠感測、測量或以其它方式確定指示轉(zhuǎn)子130上的負(fù)載狀況的一些度量的任何感測設(shè)備。作為一個(gè)示例，負(fù)載傳感器136可以是被配置為測量轉(zhuǎn)子130的旋轉(zhuǎn)頻率(例如，以轉(zhuǎn)每分鐘(rpm)為單位)的轉(zhuǎn)速計(jì)。根據(jù)所測量的旋轉(zhuǎn)頻率，控制器110可以確定轉(zhuǎn)子的加載程度、轉(zhuǎn)子的滑動(dòng)和/或電動(dòng)機(jī)的效率。作為另一示例，負(fù)載傳感器136可以是被配置為將扭轉(zhuǎn)機(jī)械輸入轉(zhuǎn)換為電信號的扭矩傳感器。扭矩傳感器可以測量在轉(zhuǎn)子處施加的扭矩量，由此控制器110可以確定電動(dòng)機(jī)的效率、加載程度等?？梢栽谪?fù)載傳感器136內(nèi)實(shí)施各種其它傳感器(或傳感器的某些組合)，傳感器的輸出可以被提供給控制器110，以用作控制開關(guān)設(shè)備的基礎(chǔ)。

雖然在圖1中未示出，但是電動(dòng)機(jī)100還可以包括提供相位延遲磁場的附加起動(dòng)繞組，其與導(dǎo)電繞組124組合以啟動(dòng)轉(zhuǎn)子130的旋轉(zhuǎn)。這樣的起動(dòng)繞組可以是例如由與導(dǎo)電繞組124不同的電抗延遲的相位。在一些情況下，一旦轉(zhuǎn)子130達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)速，起動(dòng)繞組就可以自動(dòng)關(guān)閉，這可以通過離心開關(guān)等來促進(jìn)。電動(dòng)機(jī)100還可以包括主電源開關(guān)，其使電動(dòng)機(jī)100接通并允許電力從ac電力線102、104流到導(dǎo)電繞組124和控制器110。結(jié)合圖1公開的各種組件的許多其它變化和偏差在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下也是可能的。

在各種實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電繞組(其中每個(gè)可以包含任何數(shù)量的抽頭)可以使電動(dòng)機(jī)能夠通過選擇性地使抽頭中的一個(gè)(或輸入端子)通電來提供多個(gè)輸出功率水平。選擇性地通電可以通過利用控制器控制一個(gè)或多個(gè)開關(guān)設(shè)備來完成。圖2示出了具有多端子導(dǎo)電繞組224的一個(gè)這樣的示例性電動(dòng)機(jī)200。

電動(dòng)機(jī)200包括開關(guān)組件220，開關(guān)組件220被配置為允許導(dǎo)電繞組224的抽頭(或輸入端子)中的一個(gè)選擇性地通電。在該示例中，開關(guān)組件220內(nèi)的每個(gè)開關(guān)設(shè)備可以工作在兩種狀態(tài)下進(jìn)行操作：電流從ac源206沿著ac電力線202流入相應(yīng)的抽頭的導(dǎo)通狀態(tài)，以及相應(yīng)的抽頭從ac電力線202去耦合的非導(dǎo)通狀態(tài)?？刂破?10可以被配置為發(fā)送命令信號，命令信號僅允許開關(guān)組件220內(nèi)的一個(gè)開關(guān)設(shè)備在給定時(shí)間處于導(dǎo)通狀態(tài)，以使得對應(yīng)的抽頭選擇性地通電(而另一個(gè)抽頭連接到非導(dǎo)通開關(guān))。開關(guān)組件220內(nèi)的開關(guān)設(shè)備可以是接觸器、繼電器(例如，基于彈簧的或固態(tài)的)或者triac以及其它電氣或機(jī)電開關(guān)?？刂破?10可以與控制器110相同或大體上相似(包括控制器110中的組件的任何組合)，并且可以被修改以控制開關(guān)組件220。

在操作期間，控制器210(接收來自耦合到電動(dòng)機(jī)200的電氣和/或機(jī)械組件的傳感器的測量值)可以確定目標(biāo)輸出功率水平(例如，為了提高效率或增加電動(dòng)機(jī)200的功率因數(shù))。控制器210可以包括程序邏輯或邏輯模塊(其可以類似于邏輯模塊118)，所述程序邏輯或邏輯模塊確定按照時(shí)間平均地大致實(shí)現(xiàn)目標(biāo)輸出功率水平的開關(guān)模式。然后，控制器210可以向開關(guān)組件220中的開關(guān)設(shè)備發(fā)送命令信號，以執(zhí)行該開關(guān)模式(其可以包括基于占空比的切換，或提供與導(dǎo)電繞組224上的一個(gè)抽頭的恒定連接)?？梢灾芷谛缘刂貜?fù)評估負(fù)載狀況、確定開關(guān)模式和執(zhí)行開關(guān)模式的這個(gè)過程，以解決負(fù)載狀況隨時(shí)間的變化。

應(yīng)當(dāng)理解的是，“抽頭”和“輸入端子”在本文中可以互換使用，因?yàn)樗鼈兣c導(dǎo)電繞組有關(guān)。輸入端子(其可以指代與輸出端子相對的端子)也可以被稱為“抽頭”。

iii.示例性反式循環(huán)電動(dòng)機(jī)

圖3是具有兩個(gè)不同ac源電壓電平326、328的示例性電動(dòng)機(jī)300的示圖。ac源電壓電平326與ac源306直接連接，并且可以被稱為“標(biāo)稱”電壓電平。ac源電壓電平328可以是降壓器320的輸出，并且可以被稱為“降低的”電壓電平。ac電力線302可以通過開關(guān)322選擇性地連接到標(biāo)稱電壓電平326或降低的電壓電平328?？刂破?10可以向開關(guān)322發(fā)送命令信號以設(shè)置開關(guān)322的開關(guān)狀態(tài)。控制器310可以包括與控制器110相同或相似的組件。另外，圖3中所示的轉(zhuǎn)子330、機(jī)械耦合部332、負(fù)載334和負(fù)載傳感器336分別可以類似于轉(zhuǎn)子130、機(jī)械耦合部132、負(fù)載134和負(fù)載傳感器136。

電力線302、304從電壓源電平326、328中的一個(gè)向電動(dòng)機(jī)300供電。電力線302可以輸送相對于電力線304的電壓周期性變化的電壓。由ac源306提供的周期性變化的電壓可以是由配電系統(tǒng)分配的ac電壓。例如，在美國電網(wǎng)上使用的具有約120vac的電壓和約60hz的頻率的正弦波形。盡管可以使用替代的正弦波形，例如在歐洲電網(wǎng)上采用的約230vac的電壓和約50hz的頻率。

3a)ac電源

當(dāng)ac電力線302連接到標(biāo)稱電壓電平326時(shí)，標(biāo)稱電壓被施加到導(dǎo)電繞組324。這進(jìn)而導(dǎo)致標(biāo)稱電流流過導(dǎo)電繞組324，從而生成具有標(biāo)稱強(qiáng)度的磁場。當(dāng)ac電力線302連接到降低的電壓電平328時(shí)，降低的電壓被施加到導(dǎo)電繞組324。這進(jìn)而導(dǎo)致減小的電流流過導(dǎo)電繞組324，從而生成具有降低強(qiáng)度的磁場。

在一個(gè)示例性配置中，標(biāo)稱電壓電平326可以提供120v的ac電壓，而降低的電壓電平328可以提供下降的96v的ac電壓(例如，如果降壓器的繞組比為4：3)。在該配置中，將降低的電壓電平328耦合到導(dǎo)電繞組324將生成電流電平，該電流電平是通過將標(biāo)稱電壓電平326耦合到導(dǎo)電繞組324而產(chǎn)生的電流的75％。流過導(dǎo)電繞組324的電流量變化改變了由導(dǎo)電繞組324生成的安培線匝數(shù)，這進(jìn)而改變了磁場的強(qiáng)度。其它的示例也是可能的。

3b)控制器

控制器310可以執(zhí)行類似于控制器110的操作，以用于至少部分地基于電壓測量值、電流測量值和/或其它測量值來動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)傳送到導(dǎo)電繞組324的電流，由此可以確定、得到或推斷出電動(dòng)機(jī)的效率或功率因數(shù)。例如，控制器310可以確定是否從標(biāo)稱電壓電平326或降低的電壓電平328使導(dǎo)電繞組324通電以從電動(dòng)機(jī)300提供目標(biāo)輸出功率水平，并且然后根據(jù)該確定生成適合的控制信號來操作開關(guān)320。另外地或替代地，控制器310可以根據(jù)開關(guān)模式通過在標(biāo)稱電壓電平326與降低的電壓電平328之間切換來提供從標(biāo)稱電壓電平326產(chǎn)生的輸出功率水平與從降低的電壓電平328產(chǎn)生的輸出功率水平之間的目標(biāo)輸出功率水平。

控制器310可以執(zhí)行如上所述的類似運(yùn)算、計(jì)算或確定，以便確定指示電動(dòng)機(jī)效率或功率因數(shù)的度量。由控制器310攜帶的任何開關(guān)模式可以與當(dāng)前波形對準(zhǔn)(例如，使得控制器310實(shí)現(xiàn)零電流切換)。

雖然在圖3中僅示出了單個(gè)ac源306，其向標(biāo)稱電壓電平324和降低的電壓電平326兩者提供電力，但是其它實(shí)施方式可以利用兩個(gè)單獨(dú)的ac源(其均可以提供不同的電壓電平)。另外，雖然在圖3的示例中利用了兩個(gè)電壓電平，但是其它實(shí)施方式可以利用多于兩個(gè)的電壓電平。

在各種實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)ac電壓電平可以使電動(dòng)機(jī)能夠通過選擇性地將ac電壓電平中的一個(gè)耦合到導(dǎo)電繞組來提供多個(gè)輸出功率水平。選擇性的耦合可以通過用控制器控制一個(gè)或多個(gè)開關(guān)設(shè)備來完成。圖4示出了具有自耦變壓器422的一個(gè)這樣的示例性電動(dòng)機(jī)400。

電動(dòng)機(jī)400包括開關(guān)組件420，其被配置為允許自耦變壓器422的抽頭中的一個(gè)選擇性地耦合到導(dǎo)電繞組424。在該示例中，開關(guān)組件420內(nèi)的每個(gè)開關(guān)設(shè)備可以在兩個(gè)狀態(tài)下進(jìn)行操作：電流從相應(yīng)的自耦變壓器抽頭流到導(dǎo)電繞組424的導(dǎo)通狀態(tài)，以及相應(yīng)的抽頭從導(dǎo)電繞組424去耦合的非導(dǎo)通狀態(tài)?？刂破?10可以被配置為發(fā)送命令信號，命令信號允許開關(guān)組件420內(nèi)的開關(guān)設(shè)備中的一個(gè)在給定時(shí)間處于導(dǎo)通狀態(tài)，以使得對應(yīng)的抽頭選擇性地耦合到導(dǎo)電繞組424(而另一個(gè)抽頭連接到非導(dǎo)通開關(guān))。開關(guān)組件420內(nèi)的開關(guān)設(shè)備可以是接觸器、繼電器、triac或任何其它電動(dòng)或機(jī)電開關(guān)?？刂破?10可以與控制器310(包括控制器310和/或控制器110中的組件的任何組合)相同或大體上相似，并且可以被修改以控制開關(guān)組件420。

自耦變壓器422可以是具有單個(gè)導(dǎo)電繞組的變壓器，所述單個(gè)導(dǎo)電繞組包括主要側(cè)和次要側(cè)，其中，主要側(cè)耦合到ac源406，次要側(cè)包括一個(gè)或多個(gè)抽頭(在該示例中為4個(gè)抽頭)。在給定抽頭處的電壓輸出可以是升壓、降壓或與由ac源406提供的電壓電平相同的。例如，位于圖4頂部的抽頭可以提供超過由ac源406提供的標(biāo)稱電壓電平的增加的電壓電平，因?yàn)榭缰饕獋?cè)的線匝數(shù)小于跨次要側(cè)的線匝數(shù)。由于在主要側(cè)和次要側(cè)兩者上的抽頭數(shù)量是相同的，所以圖4中的最上面的抽頭下方的抽頭可以提供標(biāo)稱電壓電平。圖4中所示的較下方的兩個(gè)抽頭可以提供降低的電壓電平，因?yàn)橹饕獋?cè)的抽頭數(shù)量大于次要側(cè)的抽頭數(shù)量。電壓電平(或rms電壓電平)可以與自耦變壓器422的主要側(cè)與次要側(cè)之間的線匝數(shù)比成比例。

在操作期間，控制器410可以接收測量值并確定目標(biāo)輸出功率水平(例如，用于提高效率或增加電動(dòng)機(jī)400的功率因數(shù))?？刂破?10可以儲(chǔ)存目標(biāo)輸出功率水平與開關(guān)模式之間的映射，以使得可以響應(yīng)于確定目標(biāo)輸出功率水平來執(zhí)行開關(guān)模式。用于控制器400的開關(guān)模式可以涉及基于時(shí)間的切換，該基于時(shí)間的切換涉及在開關(guān)組件420中的各種開關(guān)的耦合和/或去耦合，其在一段時(shí)間內(nèi)被平均時(shí)產(chǎn)生目標(biāo)輸出功率水平。

在其它實(shí)施方式中，自耦變壓器422可以用一組變壓器替換，該組變壓器被配置為提供各種電壓電平(從ac源406增加或減小)。例如，ac源406可以連接到兩個(gè)或更多個(gè)不同的變壓器，每個(gè)變壓器提供不同的電壓輸出電平。作為另一示例，給定的變壓器輸出可以與另一個(gè)變壓器級聯(lián)以進(jìn)一步升壓或降壓。作為又一示例，除了ac源406之外的其它ac源可以連接到電動(dòng)機(jī)400或包括在電動(dòng)機(jī)400中，每個(gè)ac源提供不同的電壓輸出。無論實(shí)施方式如何，本文所述的“ac源”可以是電網(wǎng)電力、ac主電源、發(fā)電機(jī)、ac源設(shè)備(例如，連接到dc電力的逆變器)，或者連接到其上以用于升壓、降壓或以其它方式調(diào)節(jié)ac源電壓輸出的任何設(shè)備。

iv.示例性操作

圖5是用于操作電動(dòng)機(jī)的示例性過程500的流程圖。盡管認(rèn)識到可以使用本文所述的任何電動(dòng)機(jī)(包括這些電動(dòng)機(jī)的變化和/或?qū)⒔Y(jié)合各種電動(dòng)機(jī)分開描述的一個(gè)或多個(gè)特征組合的電動(dòng)機(jī))來執(zhí)行過程500，但是為了示例的目的，結(jié)合圖1的電動(dòng)機(jī)100來描述過程500。

在框502，控制器使導(dǎo)電繞組通過由ac源使導(dǎo)電繞組的一部分通電來生成具有第一強(qiáng)度的第一磁場。例如，控制器110可以向開關(guān)120發(fā)送命令信號以使其將ac源106耦合到抽頭122。當(dāng)電流流過導(dǎo)電繞組124的由抽頭122和輸出端子123限定的部分時(shí)，導(dǎo)電繞組124生成磁場，其強(qiáng)度取決于流過導(dǎo)電繞組124的電流量。

在框504，控制器確定指示傳送到導(dǎo)電繞組的功率與由負(fù)載消耗的功率之間的功率比的度量。例如，該度量可以基于來自電動(dòng)機(jī)上的一個(gè)或多個(gè)傳感器的一個(gè)或多個(gè)測量值來確定。作為一個(gè)示例，該度量可以是電動(dòng)機(jī)100的功率因數(shù)。在一些實(shí)施方式中，功率因數(shù)可以通過直接或間接地測量傳送到導(dǎo)電繞組的功率和由負(fù)載消耗的功率來確定。組件的功率可以被確定為跨特定組件的電壓和電流的時(shí)間平均乘積。在附加或替代的實(shí)施方式中，功率因數(shù)可以根據(jù)其它測量值或確定結(jié)果(例如轉(zhuǎn)子的滑動(dòng))來確定。例如，在一些實(shí)例中，控制器110可以包括轉(zhuǎn)子130的滑動(dòng)與功率因數(shù)之間的預(yù)定映射。以這種方式，測量轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率可以提供電動(dòng)機(jī)100的效率的指示。

在附加的或替代的實(shí)施方式中，功率因數(shù)可以基于電流波形與導(dǎo)電繞組124處的電壓波形之間的關(guān)系來確定?？刂破?10可以接收電壓的測量值，即來自導(dǎo)電繞組124兩端或來自ac源106的電壓的測量值，以及電流的測量值(例如，通過電流表140)。控制器110可以確定電壓過零和進(jìn)行電流過零之間的時(shí)間長度?；谠摯_定的時(shí)間長度和波形的頻率，控制器110可以確定電壓與電流之間的相位角。由此，控制器110可以執(zhí)行三角計(jì)算(例如，取相位角的余弦)來確定功率因數(shù)。使用這種技術(shù)，在負(fù)載上不需要傳感器來確定功率因數(shù)。

也可以使用其它度量來確定傳送到導(dǎo)電繞組的功率與由負(fù)載消耗的功率之間的功率比。例如，電動(dòng)機(jī)的效率可以通過測量負(fù)載上的轉(zhuǎn)矩、由電動(dòng)機(jī)生成的熱量、或者根據(jù)電磁場的凈強(qiáng)度(由于反emf而可能引起衰減)來確定。這些測量值例如可以由負(fù)載傳感器136記錄。至少部分地，可以通過直接測量跨某些組件耗散的功率(例如，由于組件的電阻率或寄生電抗以及功率耗散的其它原因)來另外或替代地確定效率。

此外，功率因數(shù)可以被歸一化、平均化或以其它方式與其它測量值結(jié)合。例如，可以使用兩種單獨(dú)的方法來確定功率因數(shù)，并且然后可以組合兩個(gè)功率因數(shù)計(jì)算。這種技術(shù)可以減輕傳感器噪聲或測量誤差。

在框506，控制器確定度量在閾值范圍內(nèi)。例如，控制器110可以確定度量低于閾值，其中閾值范圍可以被限定為從零直到閾值?？刂破?10可附加地或替代地確定度量高于閾值，其中閾值范圍可以被限定為從閾值直到最大可能閾值(例如，功率因數(shù)為1)為止。此外，控制器110可以另外地或替代地確定度量在跨度從下邊界到上邊界的閾值范圍內(nèi)。這些閾值范圍中的一個(gè)或多個(gè)可以是預(yù)定的，并且映射到特定的導(dǎo)電繞組抽頭、ac源電壓電平、兩個(gè)導(dǎo)電繞組抽頭之間的開關(guān)模式和/或兩個(gè)ac源電壓之間的開關(guān)模式。

返回參考上面的1％增量多抽頭示例，閾值范圍可以是來自于從0.62(不包含)到0.63(含)的功率因數(shù)，其可以映射到達(dá)到63％的目標(biāo)功率輸出電平的開關(guān)模式。如果控制器110確定功率因數(shù)落在該閾值范圍內(nèi)，則控制器110發(fā)送命令信號以執(zhí)行指定的開關(guān)模式。注意，這只是目標(biāo)功率輸出電平映射的示例性功率因數(shù)；其它實(shí)施方式可以提供不同的映射。在預(yù)定開關(guān)模式映射的這種度量閾值范圍的情況下，控制器110可以周期性地重新計(jì)算度量并根據(jù)映射調(diào)節(jié)開關(guān)模式。

在框508，控制器使得導(dǎo)電繞組響應(yīng)于確定該度量在閾值范圍內(nèi)而生成具有第二強(qiáng)度的第二磁場。對于自動(dòng)循環(huán)電動(dòng)機(jī)實(shí)施方式，控制器可以選擇性地使導(dǎo)電繞組的抽頭通電，或者根據(jù)開關(guān)模式交替地使導(dǎo)電繞組的兩個(gè)抽頭通電，以便生成第二磁場。對于反式循環(huán)電動(dòng)機(jī)實(shí)施方式，控制器可以選擇性地將導(dǎo)電繞組耦合到特定的ac源，或者根據(jù)開關(guān)模式在兩個(gè)ac源電壓電平之間交替地切換，以便生成第二磁場。不管實(shí)施方式如何，框508可以涉及無切換、單個(gè)切換事件或多個(gè)切換事件(可能根據(jù)特定開關(guān)模式或占空比)以生成具有第二強(qiáng)度的第二磁場。

本文所述的許多功能可以用硬件、固件或軟件來實(shí)施。此外，可以使用本公開的軟件描述來產(chǎn)生實(shí)施所公開的示例性實(shí)施例的硬件和/或固件。根據(jù)一些示例性實(shí)施例，軟件和/或固件可以體現(xiàn)在任何已知的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，該非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有體現(xiàn)在其中的用于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)程序。在本公開內(nèi)容的上下文中，計(jì)算機(jī)可讀儲(chǔ)存器可以是任何有形介質(zhì)，該有形介質(zhì)可以包含或儲(chǔ)存由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備結(jié)合的數(shù)據(jù)。例如，非易失性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以儲(chǔ)存可由處理器執(zhí)行的軟件和/或固件程序邏輯，以實(shí)現(xiàn)本文中結(jié)合圖1-4所述的一個(gè)或多個(gè)功能。計(jì)算機(jī)可讀儲(chǔ)存器可以是例如電子、磁性、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)、裝置或設(shè)備、或前述的任何適當(dāng)?shù)慕M合。計(jì)算機(jī)可讀儲(chǔ)存器的更具體的示例將包括但不限于以下項(xiàng)：便攜式計(jì)算機(jī)軟盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、只讀存儲(chǔ)器(rom)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(eprom或閃速存儲(chǔ)器)、便攜式壓縮盤只讀存儲(chǔ)器(cd-rom)、光儲(chǔ)存設(shè)備、磁儲(chǔ)存設(shè)備或前述的任何適合的組合。此外，盡管在本文中已經(jīng)針對特定目的在特定環(huán)境中的特定實(shí)施方式的上下文中描述了本公開內(nèi)容的各方面，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到其有用性不限于此，并且針對任何數(shù)量的目的可以在任何數(shù)量的環(huán)境中有利地實(shí)施本公開內(nèi)容。

鑒于上述示例性系統(tǒng)，可以參照各種附圖更好地理解可以根據(jù)所述主題實(shí)施的方法。為了簡化說明，將方法描繪和描述為一系列動(dòng)作。然而，根據(jù)本公開內(nèi)容的動(dòng)作可以以各種順序和/或同時(shí)發(fā)生，并且本文中不會(huì)呈現(xiàn)和描述其它動(dòng)作。此外，根據(jù)所公開的主題，可能不需要所有例示的動(dòng)作來實(shí)施方法。此外，應(yīng)當(dāng)明白和理解，這些方法可以替代地經(jīng)由狀態(tài)圖或事件被表示為一系列相互關(guān)聯(lián)的狀態(tài)。另外，應(yīng)當(dāng)理解，本公開內(nèi)容中描述的方法能夠被儲(chǔ)存在制造產(chǎn)品上，以有助于將這些方法傳輸和傳送到計(jì)算設(shè)備。

盡管各種附圖中的一些示出了特定順序的多個(gè)邏輯階段，但是不依賴于順序的階段可以重新排序，并且可以組合或分解其它階段。無論以上是否進(jìn)行了描述，替代的排序和分組對于計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說都是適當(dāng)?shù)幕蝻@而易見的。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這些階段可以在硬件、固件、軟件或它們的任何組合中實(shí)施。

雖然本文已經(jīng)公開了各種方面和實(shí)施例，但是其它方面和實(shí)施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。本文公開的各種方面和實(shí)施例是為了說明的目的，而并非是要進(jìn)行限制，其真實(shí)范圍由所附權(quán)利要求書指出。

v.示例性開關(guān)模式

圖6是根據(jù)示例性實(shí)施例的開關(guān)模式610和對應(yīng)的電流波形620的圖形描繪600。在該示例中，開關(guān)設(shè)備(或設(shè)備)可以處于以下兩種狀態(tài)中的一個(gè)：狀態(tài)a或狀態(tài)b。狀態(tài)a指示開關(guān)設(shè)備向?qū)щ娎@組抽頭傳導(dǎo)ac電力(跨減少的線匝數(shù)，使得輸出功率更大)；狀態(tài)b指示開關(guān)設(shè)備向不同的抽頭傳導(dǎo)ac電力(跨更多的線匝數(shù)，使得輸出功率減小)。例如，在應(yīng)用于圖1中的電動(dòng)機(jī)100時(shí)，狀態(tài)a可以是開關(guān)120向抽頭122傳導(dǎo)，而狀態(tài)b可以是開關(guān)120向輸入端子121傳導(dǎo)。

開關(guān)模式610指示開關(guān)設(shè)備處于狀態(tài)a達(dá)到一個(gè)半周期，然后處于狀態(tài)b達(dá)到四個(gè)半周期，并且然后重復(fù)(其中半周期由沿著時(shí)間軸的刻度表示)。換言之，開關(guān)模式610表示狀態(tài)a中的20％占空比和狀態(tài)b中的80％占空比。根據(jù)開關(guān)模式610的切換將提供輸出功率水平，該功率水平是狀態(tài)b的輸出功率水平與狀態(tài)a的輸出功率水平之間五分之一的分?jǐn)?shù)功率增加。換言之，如果狀態(tài)b提供了80％的輸出功率水平，并且狀態(tài)a提供了100％的輸出功率水平，則根據(jù)開關(guān)模式610操作開關(guān)設(shè)備將提供84％的輸出功率水平(20％的五分之一的分?jǐn)?shù)增加為4％)。

在圖6中，對應(yīng)的電流波形620與開關(guān)模式610時(shí)間對準(zhǔn)，以便示出開關(guān)對流過導(dǎo)電繞組的電流的影響。當(dāng)處于狀態(tài)a時(shí)，峰值電流達(dá)到a安培的最大值和-a安培的最小值；當(dāng)處于狀態(tài)b時(shí)，峰值電流達(dá)到b安培的最大值和-b安培的最小值。在圖6中所示的第一半周期期間，開關(guān)設(shè)備處于狀態(tài)a，使得電流波形620以a安培的最大電流達(dá)到峰值。在接下來的四個(gè)半周期中，開關(guān)設(shè)備處于狀態(tài)b，使得電流波形620以b安培的最大值和-b安培的最小值達(dá)到峰值。注意，每個(gè)半周期的持續(xù)時(shí)間等于ac電壓源頻率的倒數(shù)的一半(例如，對于60hz的ac源，為1/120秒)。當(dāng)時(shí)間平均時(shí)，根據(jù)開關(guān)模式610的切換產(chǎn)生狀態(tài)b與狀態(tài)a之間功率輸出的五分之一分?jǐn)?shù)增加。

注意，開關(guān)模式610在半周期的狀態(tài)a與狀態(tài)b之間交替以影響zcs。例如，在第一半周期之后，當(dāng)電流波形620為零時(shí)，發(fā)生從狀態(tài)a到狀態(tài)b的切換。以這種方式，消除(或減少)開關(guān)損耗，減少rfi，并且減輕其它可能的有害影響。

圖7是根據(jù)示例性實(shí)施例的八個(gè)示例性開關(guān)模式的圖形描繪700。每個(gè)開關(guān)模式表示示例性波形，該示例性波形表示對應(yīng)于特定分?jǐn)?shù)功率增加的占空比。例如，開關(guān)模式3表示波形，其中，在每16個(gè)半周期中，電動(dòng)機(jī)在6個(gè)半周期處于狀態(tài)a，并且在剩余的10個(gè)半周期處于狀態(tài)b(從而產(chǎn)生6/16的分?jǐn)?shù)功率增加)。

注意，如本文所述的“開關(guān)模式”可以或可以不涉及切換，盡管有效(盡管可能需要切換來開始執(zhí)行特定的靜態(tài)開關(guān)模式)。例如，開關(guān)模式0僅僅是恒定狀態(tài)b。然而，如果先前處于狀態(tài)a，則可以執(zhí)行切換以開始開關(guān)模式0。術(shù)語“開關(guān)模式”可以包括這種恒定狀態(tài)的開關(guān)模式。

應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本申請的范圍的情況下，也可以利用本文中未明確描述或在附圖中明確示出的其它開關(guān)模式。某些開關(guān)模式可以在超過半周期(即零電流)時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行切換。其它開關(guān)模式可能更復(fù)雜，涉及三個(gè)或更多個(gè)狀態(tài)。此外，根據(jù)特定的實(shí)施方式，開關(guān)模式可以延長少于或多于16個(gè)半周期?？梢允褂酶鞣N開關(guān)模式來實(shí)現(xiàn)各種輸出功率水平。