BR112019019629A2

BR112019019629A2 - motor de corrente alternada multivelocidade

Info

Publication number: BR112019019629A2
Application number: BR112019019629A
Authority: BR
Inventors: J Flynn Charles; N Tracy Cooper; B Nichols Stephen; Scott Hunter W
Original assignee: Qm Power Inc
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2020-04-14
Also published as: RU2019134194A; CN112886876A; KR20190129902A; CN110546877B; US11664750B2; MX2019010811A; US10461671B2; KR102556636B1; EP3602771A1; US20200067431A1; JP6892930B2; JP2020512799A; US20210328530A1; US20230291335A1; US11081983B2; US20180287522A1; CA3057711A1; WO2018183783A1; RU2019134194A3; CN110546877A

Abstract

a presente invenção refere-se a um circuito de máquina de corrente alternada (ca) multivelocidade para uma fonte de energia ca com um primeiro lado e um segundo lado. o circuito de máquina ca inclui dois ou mais pares de comutadores de potência, um ou mais enrolamentos e um circuito de controle para fechar um par de comutadores de potência para fazer a corrente fluir de um primeiro lado da fonte de energia ca, através do um ou mais enrolamentos, ao segundo lado da fonte de energia ca e para fechar o outro par de comutadores de potência para fazer a corrente fluir do segundo lado da fonte de energia ca, através de um ou mais enrolamentos, ao primeiro lado da fonte de energia ca.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MOTOR DE CORRENTE ALTERNADA MULTIVELOCIDADE.

PEDIDOS RELACIONADOS [0001] Este pedido reivindica prioridade do Pedido U.S. n° 62/478.588, depositado em 29 de março de 2017, e intitulado Multispeed Alternating Current Motor”, incorporado neste documento em sua totalidade a título de referência.

PESQUISA OU DESENVOLVIMENTO PATROCINADO PELO GOVERNO FEDERAL [0002] Não aplicável.

APÊNDICE DO DISCO COMPACTO [0003] Não aplicável.

ANTECEDENTES [0004] Em vista da crescente proliferação de leis ecologicamente corretas, aprimoramentos em várias classes de motores são exigidos. Por exemplo, motores de ventilador de refrigeração em uma faixa de baixa wattagem, por exemplo, 4 a 16 watts, usados nos mercados de refrigeração tanto comercial quanto residencial, têm sido tradicionalmente de baixa eficiência, tal como cerca de 12%-26% de eficiência. Seria desejável fornecer tecnologias para abordar aprimoramentos exigidos em diferentes classes de motores.

SUMÁRIO [0005] Em um aspecto, um circuito de máquina de corrente alternada (CA) multivelocidade é para uma fonte de energia CA com um primeiro lado e um segundo lado. O circuito de máquina CA inclui dois ou mais pares de comutadores de potência, um ou mais enrolamentos e um circuito de controle para fechar um par de comutadores de potência para fazer a corrente fluir de um primeiro lado da fonte de energia CA, através do um ou mais enrolamentos, ao segundo lado da fonte de energia CA e para fechar o outro par de comutadores de potência para fazer

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2/81 a corrente fluir do segundo lado da fonte de energia CA, através de um ou mais enrolamentos, ao primeiro lado da fonte de energia CA.

[0006] Em outro aspecto, um circuito é para uma máquina com fonte de energia de corrente alternada (CA) com um primeiro lado (L1) e um segundo lado (L2). O circuito compreende um enrolamento com um lado de partida e um lado de término, um primeiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado e o lado de partida do enrolamento, um segundo comutador de potência conectado entre o segundo lado e o lado de partida de enrolamento, um terceiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado e o lado de término de enrolamento, um quarto comutador de potência conectado entre o segundo lado e o lado de término de enrolamento, e um circuito de controle. O circuito de controle fecha o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência e abre o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência para fazer a corrente fluir do primeiro lado ao segundo lado ou fecha o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência e abre o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência para fazer a corrente fluir do segundo lado ao primeiro lado.

[0007] Em outro aspecto, um circuito é para uma máquina com fonte de energia de corrente alternada (CA) com um primeiro lado (L1) e um segundo lado (L2). O circuito compreende um primeiro enrolamento com um primeiro lado de partida e um primeiro lado de término, um segundo enrolamento com um segundo lado de partida e um segundo lado de término, um primeiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de partida de enrolamento, um segundo comutador de potência conectado entre o segundo lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de partida de enrolamento, um terceiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de término de enrolamento, um quarto

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3/81 comutador de potência conectado entre o segundo lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de término de enrolamento, um quinto comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o segundo lado de término de enrolamento, um sexto comutador de potência conectado entre o segundo lado da fonte de energia CA e o segundo lado de término de enrolamento e um circuito de controle. O circuito de controle fecha o primeiro comutador de potência e o sexto comutador de potência e abre o segundo comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quarto comutador de potência e o quinto comutador de potência para fazer a corrente fluir pelo primeiro enrolamento e o segundo enrolamento para operação de velocidade fracionária ou fecha o terceiro comutador de potência e o quarto comutador de potência e abre o primeiro comutador de potência, o segundo comutador de potência, o quinto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer a corrente fluir pelo primeiro enrolamento e o segundo enrolamento para operação de velocidade fracionária ou fecha o primeiro comutador de potência e o quinto comutador de potência e abre o segundo comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quarto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer a corrente fluir pelo primeiro enrolamento para operação de velocidade máxima ou fecha o segundo comutador de potência e o quarto comutador de potência e abre o primeiro comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quinto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer a corrente fluir através do primeiro enrolamento para operação de velocidade máxima.

[0008] Em outro aspecto, um método é para um circuito de máquina de corrente alternada (CA) multivelocidade para uma fonte de energia CA com um primeiro lado e um segundo lado. O método inclui fornecer dois ou mais pares de comutadores de potência, fornecer um ou mais enrolamentos e fornecer um circuito de controle para fechar um par de

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4/81 comutadores de potência para fazer a corrente fluir de um primeiro lado da fonte de energia CA, através do um ou mais enrolamentos, ao segundo lado da fonte de energia CA e para fechar o outro par de comutadores de potência para fazer a corrente fluir do segundo lado da fonte de energia CA, através de um ou mais enrolamentos, ao primeiro lado da fonte de energia CA. O método inclui adicionalmente fornecer componentes para o circuito de controle descrito neste documento e operar o circuito conforme descrito neste documento.

[0009] Em outro aspecto, um método é para um circuito para uma máquina com fonte de energia de corrente alternada (CA) com um primeiro lado (L1) e um segundo lado (L2). O circuito compreende um en~ rolamento com um lado de partida e um lado de término, um primeiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado e o lado de partida do enrolamento, um segundo comutador de potência conectado entre o segundo lado e o lado de partida de enrolamento, um terceiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado e o lado de término de enrolamento, um quarto comutador de potência conectado entre o segundo lado e o lado de término de enrolamento, e um circuito de controle. O circuito de controle fecha o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência e abre o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência para fazer a corrente fluir do primeiro lado ao segundo lado ou fecha o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência e abre o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência para fazer a corrente fluir do segundo lado ao primeiro lado. O método inclui adicionalmente fornecer componentes para o circuito de controle descrito neste documento e operar o circuito conforme descrito neste documento.

[0010] Em outro aspecto, um método é para um circuito para uma máquina com fonte de energia de corrente alternada (CA) com um primeiro lado (L1) e um segundo lado (L2). O método compreende fornecer

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5/81 um primeiro enrolamento com um primeiro lado de partida e um primeiro lado de término, fornecer um segundo enrolamento com um segundo lado de partida e um segundo lado de término, fornecer um primeiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de partida de enrolamento, fornecer um segundo comutador de potência conectado entre o segundo lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de partida de enrolamento, fornecer um terceiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de término de enrolamento, fornecer um quarto comutador de potência conectado entre o segundo lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de término de enrolamento, fornecer um quinto comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o segundo lado de término de enrolamento, fornecer um sexto comutador de potência conectado entre o segundo lado de fonte de energia CA e o segundo lado de término de enrolamento e fornecer um circuito de controle. O circuito de controle fecha o primeiro comutador de potência e o sexto comutador de potência e abre o segundo comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quarto comutador de potência e o quinto comutador de potência para fazer a corrente fluir pelo primeiro enrolamento e o segundo enrolamento para operação de velocidade fracionária ou fecha o terceiro comutador de potência e o quarto comutador de potência e abre o primeiro comutador de potência, o segundo comutador de potência, o quinto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer a corrente fluir pelo primeiro enrolamento e o segundo enrolamento para operação de velocidade fracionária ou fecha o primeiro comutador de potência e o quinto comutador de potência e abre o segundo comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quarto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer a corrente fluir

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6/81 peto primeiro enroiamento para operação de velocidade máxima ou fecha o segundo comutador de potência e o quarto comutador de potência e abre o primeiro comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quinto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer a corrente fluir através do primeiro enroiamento para operação de velocidade máxima. O método inclui adicionalmente fornecer componentes para o circuito de controle descrito neste documento e operar o circuito conforme descrito neste documento.

[0011] Em outro aspecto, um circuito de enrolamentos de fase dividida inclui enrolamentos de fase dividida de motor, um circuito de comutador de potência compreendendo peto menos um comutador de potência e um circuito de potência de corrente contínua (CC) em um ponto médio dos enrolamentos de fase dividida de motor e um componente de fonte de alimentação CC sem colapso para evitar o colapso da fonte de alimentação CC quando peto menos um comutador de potência estiver ligado e em funcionamento. O componente de fonte de alimentação CC sem colapso pode incluir, por exemplo, uma ou mais de uma derivação dos enrolamentos de fase dividida do motor conectados eletricamente à fonte de alimentação CC, um enroiamento secundário de bobina de fase conectado à fonte de alimentação CC para alimentar a fonte de alimentação, um ou mais resistores entre os enrolamentos de fase dividida e o circuito de comutador de potência, um ou mais diodos Zener entre os enrolamentos de fase dividida e o circuito de comutador de potência e/ou um componente elétrico para criar uma queda de voltagem entre os enrolamentos de fase dividida de motor e o circuito de comutador de potência para evitar o colapso da fonte de alimentação quando o pelo menos um comutador de potência no circuito de comutador de potência estiver ligado e em funcionamento.

[0012] Em um exemplo, um circuito de enrolamentos de fase para um motor inclui pelo menos dois enrolamentos de fase formando uma

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7/81 metade dos enrolamentos de fase de motor do circuito e peto menos dois outros enrolamentos de fase formando outra metade dos enrolamentos de fase de motor do circuito, Uma fonte de alimentação de corrente contínua (CC) está localizada pelo menos aproximadamente e um ponto médio dos enrolamentos de fase de motor para receber potência de corrente alternada (CA) transferida de um ou mais enrolamentos de fase e converter a potência CA para potência CC. Um circuito de comutador de potência de primeiro estágio compreende peto menos um comutador de potência fora da fonte de alimentação CC e é eletricamente conectado pelo menos aproximadamente em um ponto médio entre enrolamentos de fase em cada metade do circuito. Um circuito de comutador de potência de segundo estágio compreende peto menos um outro comutador de potência fora da fonte de alimentação CC e é eletricamente conectado pelo menos aproximadamente no ponto médio dos enrolamentos de fase dividida para receber potência CA dos enrolamentos de fase dividida de motor. Um componente de fonte de alimentação CC sem colapso evita o colapso da fonte de alimentação CC quando o peto menos um comutador de potência ou o pelo menos um outro comutador de potência estiver ligado e em funcionamento.

[0013] Em outro exemplo, um circuito para um motor compreende peto menos dois enrolamentos de fase formando uma metade dos enrolamentos de fase de motor do circuito e pelo menos dois outros enrolamentos de fase formando outra metade dos enrolamentos de fase de motor do circuito. Uma fonte de alimentação de corrente contínua (CC) peto menos aproximadamente e um ponto médio dos enrolamentos de fase de motor recebe potência de corrente alternada (CA) transferida de um ou mais enrolamentos de fase e converte a potência CA para potência CC. Um circuito de comutador de potência de primeiro estágio compreende peto menos um comutador de potência fora da fonte de alimentação CC e é eletricamente conectado pelo menos aproximadamente

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8/81 em um ponto médio entre os pelo menos dois enrolamentos de fase em cada metade do circuito. Um circuito de comutador de potência de segundo estágio compreende pelo menos um outro comutador de potência fora da fonte de alimentação CC e é eletricamente conectado pelo menos aproximadamente no ponto médio dos enrolamentos de fase para receber potência CA dos enrolamentos de fase de motor. Um controlador de motor controla o circuito de comutador de potência de primeiro estágio e o circuito de comutador de potência de segundo estágio. O controlador de motor é conectado eletricamente a pelo menos um dentre (i) pelo menos aproximadamente no ponto médio dos enrolamentos de fase e (ii) pelo menos aproximadamente no ponto médio entre os pelo menos dois dos enrolamentos de fase em cada metade do circuito. Um componente de fonte de alimentação CC sem colapso é conectado à fonte de alimentação CC para evitar o colapso da fonte de alimentação CC quando o pelo menos um comutador de potência ou o pelo menos um outro comutador de potência estiver ligado e em funcionamento.

[0014] Em outro exemplo, um motor tem múltiplas fases de motor (ou seja, enrolamentos de fase de motor) e uma voltagem na linha de alimentação através das fases. As fases de motor são divididas em quatro partes (quartos), com dois enrolamentos de fase de motor formando uma metade dos enrolamentos de fase de motor do circuito e dois outros enrolamentos de fase de motor formando a outra metade dos enrolamentos de fase de motor do circuito. O controlador de motor para o motor e os componentes eletrônicos de potência do motor são colocados em um “ponto médio” ou “ponto central” na voltagem da linha de alimentação entre as duas metades das fases divididas e/ou em um ponto médio ou central entre duas das fases de motor divididas em cada metade do circuito (por exemplo, “quarto de ponto”). A fonte de alimentação de corrente contínua (CC) (por exemplo, para os componentes eletrônicos usados no controlador de motor) também está localizada entre as fases

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9/81 divididas, entre as duas metades das fases divididas e/ou em um ponto médio ou central entre duas das fases de motor divididas em cada metade do circuito. As fases de motor fornecem limitação de corrente e a queda de voltagem das linhas de alimentação de voltagem de linha para CC de baixa voltagem à fonte de alimentação CC, reduzindo assim a contagem de componentes de fonte de alimentação CC e permitindo o uso de componentes de baixa voltagem para a fonte de alimentação CC e para o controlador de motor.

[0015] Em outro exemplo, as fases de motor são divididas em quatro partes (quartos), com dois enrolamentos de fase de motor formando uma metade dos enrolamentos de fase de motor do circuito e dois outros enrolamentos de fase de motor formando a outra metade dos enrolamentos de fase de motor do circuito. O controlador de motor para o motor tem dois estágios, com um primeiro estágio do controlador de motor colocado em um “ponto médio ou “ponto central” na voltagem de linha de alimentação entre as duas metades dos enrolamentos de fase dividida de motor, e um segundo estágio do controlador de motor colocado em um “ponto médio” ou “ponto central” na voltagem da linha de alimentação entre as duas metades dos enrolamentos de fase dividida de motor. Os componentes eletrônicos de potência para o motor têm dois estágios, com um primeiro estágio dos componentes eletrônicos de potência colocado em um ponto médio ou central entre dois dos enrolamentos de fase dividida de motor em cada metade dos enrolamentos de fase de motor (por exemplo, quarto de ponto) e um segundo estágio dos componentes de potência também colocados em um ponto médio ou ponto central na voltagem de linha de alimentação entre as duas metades dos enrolamentos de fase dividida de motor. A fonte de alimentação de corrente contínua (CC) (por exemplo, para os componentes eletrônicos usados no controlador de motor) também está localizada entre os enrolamentos de fase dividida de motor, entre as duas metades dos

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10/81 enrolamentos de fase dividida de motor e/ou em um ponto médio ou central entre dois dos enrolamentos de fase dividida de motor em cada metade dos enrolamentos de fase dividida de motor.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0016] A Figura 1 representa os enrolamentos de fase dividida de motor com um circuito de controle localizado em um ponto médio dos enrolamentos de fase de motor.

[0017] A Figura 2 representa um motor eletronicamente comutado de fase única (ECM).

[0018] A Figura 3 representa um circuito de enrolamento de fase dividida.

[0019] A Figura 4 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com uma derivação da bobina de enrolamento de fase dividida à fonte de alimentação de corrente continua (CC).

[0020] A Figura 5 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com resistores entre os enrolamentos de fase dividida e o(s) comutador(es) de potência.

[0021] A Figura 6 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com uma bobina secundária.

[0022] A Figura 7 representa um controle da direção de corrente de fase durante a inicialização e operação contínua abaixo das velocidades síncronas em um circuito de enrolamento de fase dividida.

[0023] A Figura 8 representa um controle de direção de corrente de fase a uma velocidade síncrona de 1800 rotações por minuto (RPM) em um circuito de enrolamento de fase dividida em quatro poles.

[0024] A Figura 9 representa um controle de direção de corrente de fase a uma velocidade síncrona de 3600 rotações por minuto (RPM) em um circuito de enrolamento de fase dividida em dois polos.

[0025] A Figura 10 representa os períodos de carga do capacitor de armazenamento de alimentação CC.

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11/81 [0026] A Figura 11 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com uma bobina secundária e um comutador de potência.

[0027] A Figura 12 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com uma bobina secundária e um comutador de potência.

[0028] As Figuras 13 e 13A representam um circuito de enrolamento de fase dividida com uma bobina secundária e um comutador de potência.

[0029] A Figura 14 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com dois comutadores de potência.

[0030] A Figura 15 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com um comutador de potência.

[0031] A Figura 16 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com dois comutadores de potência em série.

[0032] A Figura 17 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com uma derivação da bobina de enrolamento de fase dividida à fonte de alimentação de corrente contínua (CC) e dois comutadores de potência em série.

[0033] A Figura 18 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com dois comutadores de potência em paralelo.

[0034] A Figura 19 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com uma derivação da bobina de enrolamento de fase dividida à fonte de alimentação de corrente contínua (CC) e dois comutadores de potência em paralelo.

[0035] A Figura 20 representa um motor com um circuito de enrolamento de fase dividida com um enrolamento primário de fase CA e um enrolamento secundário para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso.

[0036] A Figura 21 representa um motor com um circuito de enrolamento de fase dividida com um enrolamento primário de fase CA e en

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12/81 rolamento secundário para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso enrolada em apenas um polo.

[0037] A Figura 22 representa um motor com um circuito de enrolamento de fase dividida com um enrolamento primário de fase derivada para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso.

[0038] A Figura 23 representa um motor com um circuito de enrolamento de fase dividida com resistores para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso.

[0039] A Figura 24 representa um motor com um circuito de enrolamento de fase dividida com diodos Zener para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso.

[0040] As Figuras 25-34 representam circuitos de enrolamento de fase dividida com quatro bobinas e dois estágios para os componentes eletrônicos de potência.

[0041] A Figura 35 representa um circuito de motor de corrente alternada (CA) multivelocidade para um motor.

[0042] A Figura 36A representa um circuito de motor de corrente alternada (CA) multivelocidade para um motor.

[0043] A Figura 36B representa um detector de polaridade CA para um circuito de motor de corrente alternada (CA) multivelocidade para um motor.

[0044] As Figuras 37A-37B representam um motor com um dispositivo de efeito Hall para um circuito de motor de corrente alternada (CA) multivelocidade para um motor.

[0045] As Figuras 38-42 representam tensões aplicadas aos enrolamentos para circuitos de motor de corrente alternada (CA) multivelocidade para um motor.

[0046] A Figura 43 representa um circuito de motor de corrente alternada (CA) multivelocidade para um motor com seis comutadores.

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13/81 [0047] A Figura 44 representa um circuito de motor de corrente alternada (CA) multivelocídade para um motor com seis comutadores.

[0048] A Figura 45 representa um circuito de motor de corrente alternada (CA) multivelocídade simplificado para um motor com quatro comutadores.

[0049] A Figura 46 representa um circuito de motor de corrente alternada (CA) multivelocídade simplificado para um motor com seis comutadores.

[0050] A Figura 47 representa um circuito de motor de corrente alternada (CA) multivelocídade simplificado para um motor com oito comutadores.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0051] Sâo divulgados circuitos novos e úteis que proporcionam vantagens sobre a técnica anterior para controlar motores magnéticos permanentes sem escova síncronos. Uma modalidade da presente Invenção inclui um ou mais circuitos para um motor eletronicamente comutado (ECM). Outra modalidade da presente invenção inclui um ou mais circuitos para um motor de polo sombreado. Outra modalidade da presente invenção inclui um ou mais circuitos para outros tipos de motores.

[0052] Em um aspecto, um motor tem múltiplas fases de motor (ou seja, enrolamentos de fase de motor) e uma voltagem na linha de alimentação através das fases. As fases de motor são divididas pela metade e tanto o controlador de motor para o motor quanto os componentes eletrônicos de potência para o motor são colocados em um “ponto médio” ou “ponto central” na voltagem de linha de alimentação entre as fases divididas. A fonte de alimentação de corrente contínua (CC) (por exemplo, para os componentes eletrônicos usados no controlador de motor) também está localizada entre as fases divididas. As fases de motor fornecem limitação de corrente e a queda de voltagem das linhas de

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14/81 alimentação de voltagem de linha para CC de baixa voltagem à fonte de alimentação CC, reduzindo assim a contagem de componentes de fonte de alimentação CC e permitindo o uso de componentes de baixa voltagem para a fonte de alimentação CC e para o controlador de motor.

[0053] Os sistemas anteriores usavam um diodo Zener ou outro regulador de voltagem localizado em série com um comutador de potência e as fases de motor, o que limitava a potência máxima do motor ao valor máximo de wattagem do diodo Zener. Os circuitos na presente invenção eliminam o regulador de voltagem de diodo Zener da trajetória de corrente primária para as fases de motor de modo que um regulador de voltagem de diodo Zener não esteja localizado em série com um comutador de potência e as fases de motor, o que elimina a necessidade de diminuir a especificação de wattagem que, caso contrário, seria necessário para um diodo Zener. Em vez disso, o diodo Zener ou outro regulador de voltagem está localizado em paralelo com o(s) comutador(es) de energia em algumas modalidades da presente invenção.

[0054] Em outro aspecto, um motor tem múltiplas fases de motor (ou seja, enrolamentos de fase de motor) e uma voltagem na linha de alimentação através das fases de motor. As fases de motor são divididas em quatro partes (quartos), com dois enrolamentos de fase de motor formando uma metade dos enrolamentos de fase de motor do circuito e dois outros enrolamentos de fase de motor formando a outra metade dos enrolamentos de fase de motor do circuito. O controlador de motor para o motor e os componentes eletrônicos de potência do motor são colocados em um “ponto médio” ou “ponto central” na voltagem da linha de alimentação entre as duas metades das fases divididas e/ou em um ponto médio ou central entre duas das fases de motor divididas em cada metade do circuito. A fonte de alimentação de corrente contínua (CC) (por exemplo, para os componentes eletrônicos usados no controlador de motor) também está localizada entre as fases divididas, entre as

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15/81 duas metades das fases divididas e/ou em um ponto médio ou centrai entre duas das fases de motor divididas em cada metade do circuito. As fases de motor fornecem limitação de corrente e a queda de voltagem das linhas de alimentação de voltagem de linha para CC de baixa voltagem à fonte de alimentação CC, reduzindo assim a contagem de componentes de fonte de alimentação CC e permitindo o uso de componentes de baixa voltagem para a fonte de alimentação CC e para o controlador de motor.

[0055] Em um exemplo, as fases de motor são divididas em quatro partes (quartos), com dois enrolamentos de fase de motor formando uma metade dos enrolamentos de fase de motor do circuito e dois outros enrolamentos de fase de motor formando a outra metade dos enrolamentos de fase de motor do circuito. O controlador de motor para o motor tem dois estágios, com um primeiro estágio do controlador de motor colocado em um “ponto médio ou “ponto central” na voltagem de linha de alimentação entre as duas metades dos enrolamentos de fase dividida de motor, e um segundo estágio do controlador de motor colocado em um “ponto médio” ou “ponto central” na voltagem da linha de alimentação entre as duas metades dos enrolamentos de fase dividida de motor. Os componentes eletrônicos de potência para o motor têm dois estágios, com um primeiro estágio dos componentes eletrônicos de potência colocado em um ponto médio ou central entre dois dos enrolamentos de fase dividida de motor em cada metade dos enrolamentos de fase de motor (ou seja, quarto de ponto) e um segundo estágio dos componentes eletrônicos de potência também colocados em um ponto médio ou ponto central na voltagem de linha de alimentação entre as duas metades dos enrolamentos de fase dividida de motor. A fonte de alimentação de corrente contínua (CC) (por exemplo, para os componentes eletrônicos usados no controlador de motor) também está localizada entre os enrolamentos de fase dividida de motor, entre as duas metades

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16/81 dos enrolamentos de fase dividida de motor e/ou em um ponto médio ou central entre dois dos enrolamentos de fase dividida de motor em cada metade dos enrolamentos de fase dividida de motor.

[0056] Por exemplo, a fonte de alimentação CC está localizada com o primeiro estágio quando a fonte de alimentação CC alimenta o controlador de motor de primeiro estágio no “quarto de ponto.” No entanto, a fonte de alimentação CC conceitualmente pode ser considerada como um “ponto médio” dos enrolamentos de fase de motor porque quando os componentes eletrônicos de potência de primeiro estágio (estágio 1) são energizados e os componentes eletrônicos de potência de segundo estágio (estágio 2) não são energizados, a fonte de alimentação CC está no meio das bobinas ativas (enrolamentos de fase de motor ativos) e os outros dois enrolamentos de fase de motor (bobinas) nâo estão ativos naquele momento. As duas bobinas ativas são limitadoras de corrente. Quando o segundo estágio é energizado enquanto o primeiro estágio é energizado, as bobinas de primeiro estágio estão em paralelo com as bobinas no segundo estágio.

[0057] Os circuitos na presente invenção eliminam a necessidade de um optoisolador para permitir a comutação entre componentes eletrônicos de detecção/controle de um controlador de motor e um comutador de potência do controlador de motor. Os sistemas anteriores tinham dois valores de referência neutros, um para componentes eletrônicos de detecção/controle e um para um comutador de potência.

[0058] Os circuitos na presente invenção melhoraram a detecção de ângulo de fase de linha, eliminando a necessidade de uma ponte de resistência de precisão ligada à entrada de um optoisolador. Assim, os circuitos desse aspecto têm uma detecção de ângulo de fase de linha mais precisa.

[0059] Os circuitos na presente invenção reduzem diferentes valores neutros elétricos para os comutadores de potência e controlador de

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17/81 motor para um valor. Isso garante que o(s) comutador(es) de potência dos circuitos com esse aspecto façam uma transição confiável de completamente desligado para totalmente saturado.

[0060] Os sistemas anteriores que incluíam dois comutadores têm dificuldade em desligar completamente um comutador durante metade de um ciclo CA. Os circuitos na presente invenção colocam um ou mais comutadores fora de uma fonte de alimentação CC e circuito de controlador de motor, resultando na comutação apropriada.

[0061] Cada uma dessas melhorias não só aumenta a confiabilidade da operação do controlador de motor, mas também serve para melhorar a eficiência do controlador de motor/motor combinado.

[0062] Os circuitos de enrolamentos de fase dividida na presente invenção podem ser usados em uma variedade de motores, tais como motores sem escova CC/motores eletronicamente comunicados (ECMs), motores de polos sombreados, outros motores síncronos, motores de condensador dividido permanentemente (PSC), etc.

[0063] Por exemplo, a Figura 1 representa um motor 102 com enrolamentos de fase dividida de motor 104, 106 e um circuito de controle 108 localizado em um ponto médio 110 dos enrolamentos de fase de motor. O motor 102 inclui um estator 112 e um rotor 114 montado em um eixo 116. O rotor 114 é montado para rotação em estrutura de núcleo, tal como uma estrutura de núcleo laminado ou outra estrutura de núcleo. O rotor 114 tem uma porção de corpo, que é mostrada com formato cilíndrico. Em torno da periferia do corpo estão localizadas porções magnéticas permanentes em forma de arco. A porção magnética tem o seu polo magnético norte adjacente à superfície externa do rotor, e a porção magnética tem o seu polo magnético sul localizado adjacente à periferia externa do rotor 114. Um ou mais enrolamentos ou pares de enrolamentos são montados na porção de conexão da estrutura de núcleo. O motor 102 também inclui um dispositivo de comutação de Efeito

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Hall, uma porção da qual se estende para adjacente à periferia do rotor 114 para responder à polaridade magnética das respectivas porções magnéticas de rotor. Na construção conforme mostrado, o comutador de efeito Hall está localizado adjacente à periferia externa da porção magnética durante metade de cada rotação do rotor 114 e adjacente à periferia externa da porção magnética durante a metade restante de cada rotação do rotor.

[0064] O motor 102 pode operar abaixo, a, ou acima de velocidades síncronas. Isso é devido ao fato de que frações de meio ciclos podem fluir através dos enrolamentos de fase.

[0065] O circuito de enrolamento de fase dividida da FIG. 1 inclui conexões de entrada nos condutores L1 e L2 conectados a uma fonte de alimentação de corrente alternada (CA) durante a operação, tal como a voltagem de linha CA. Os condutores L1 e L2 são conectados através de um circuito em série que inclui enrolamentos de fase dividida 104, 106 mostrados conectados em série através de um circuito de controle 108. Por exemplo, o circuito de controle 108 pode incluir um circuito de ponte retificadora de diodo de onda completa conectado em série aos enrolamentos de fase dividida 104, 106 e um circuito de comutador(es) de potência com um ou mais comutadores ou outros dispositivos de comutação controláveis de potência conectados à saída do circuito da ponte retificadora de diodos de onda completa.

[0066] Os enrolamentos de fase dividida 104,106 podem enrolados em volta ou bifilares. A fonte de energia de corrente alternada tem o seu condutor L1 conectado ao lado de partida S1 do primeiro enrolamento 104. A outra extremidade do enrolamento 104, rotulado F1, está conectada a uma das entradas do circuito de controle 108. O outro lado de entrada do circuito de controlo 108 está fixado ao lado de partida S2 do segundo enrolamento de fase dividida 106, e o lado de chegada do

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19/81 mesmo enrolamento de fase dividida, rotulado F2, está fixado ao condutor de entrada L2 da fonte de energia CA.

[0067] Como outro exemplo, a Figura 2 representa um ECM de fase única 202 no qual os enrolamentos de fase de motor são divididos, e um controlador de motor (circuito de controle de motor) está localizado em um ponto médio nos enrolamentos de fase dividida de motor.

[0068] A Figura 3 divulga um circuito de enrolamento de fase dividida 302 para dividir os enrolamentos de fase de motor 304, 306 (também referidos como fases de motor ou bobinas de fase neste documento) de um motor pela metade e colocar tanto um controlador de motor 308 para o motor quanto componentes eletrônicos de potência para o motor, incluindo a fonte de alimentação CC 310 e um circuito de comutador(es) de potência 312 com um ou mais comutadores de potência, em um ponto médio ou ponto central 314 na voltagem de linha de alimentação entre as fases divididas 304, 306. No exemplo da Figura 3, o enrolamento de fase de motor é dividido pela metade. Alguma variação da meia divisão é permitida, tal como entre zero e mais/menos 20% do ponto médio.

[0069] O circuito de enrolamento de fase dividida 302 da Figura 3 inclui dois enrolamentos de fase dividida 304, 306, cada um conectado à voltagem de linha CA L1 e L2, respectivamente. Uma fonte de alimentação CC 310 está eletricamente conectada aos enrolamentos de fase dividida 304, 306, tal como no lado de chegada do primeiro enrolamento de fase 304 e no lado de partida do segundo enrolamento de fase 306. O enrolamento de fase dividida 304, 306 opera para diminuir a voltagem de linha CA para uma voltagem compatível com a fonte de alimentação CC 310. Assim, o número de enrolamentos no enrolamento de fase dividida 304, 306 pode ser selecionado para reduzir a voltagem de linha CA recebida em L1 e L2 a uma voltagem mais baixa selecionada a ser

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20/81 recebida pela fonte de alimentação CC 310. O enroiamento de fase dividida 304, 306 também opera para filtrar o ruído da voltagem de linha CA recebida em L1 e L2.

[0070] A fonte de alimentação CC 310 converte a potência CA de baixa voltagem recebida dos enrolamentos de fase dividida 304, 306 para uma voltagem CC configurada para alimentar os componentes alimentados por CC do circuito de enrolamento de fase dividida, incluindo o controlador de motor 308. A fonte de alimentação CC 310 então fornece potência ao controlador de motor 308.

[0071] O controlador de motor 308 controla o arranque e operação do circuito de enrolamento de fase dividida 302. Por exemplo, o controlador de motor 308 controla o arranque, incluindo onde o motor é um motor síncrono. O controlador de motor 308 determina a localização do rotor em relação ao estator. O controlador de motor 308 também determina e monitora a velocidade do rotor, tal como em rotações por minuto (RPMs), para determinar os parâmetros operacionais do motor, tal como quando o motor atingiu a velocidade síncrona, e controla o motor com base na localização do rotor e/ou velocidade do motor. Em um exemplo, o controlador de motor 308 tem um comutador de efeito Hall e/ou outro dispositivo de determinação de rotação para determinar a posição do rotor e/ou contagem de rotação ou dispositivo de determinação de velocidade para determinar a velocidade do rotor.

[0072] O circuito de comutador(es) de potência 312 inclui um ou mais comutadores de potência, tal como um ou mais transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFETs), retificadores controlados por silício (SCRs), transistores, ou outros comutadores ou dispositivos de comutação. Um ou mais comutadores estão ligados ou desligados ou um está ligado enquanto o outro está desligado. Por exemplo, em um meio ciclo de um cicio de CA, um primeiro comutador

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21/81 de potência está ligado e em funcionamento enquanto o segundo comutador está desligado e nâo está em funcionamento. No outro meio ciclo do ciclo de CA, o segundo comutador de potência está ligado e em funcionamento enquanto o primeiro comutador está desligado e não está em funcionamento. Em circuitos com um comutador, o comutador pode estar ligado e em funcionamento ou desligado e não estando em funcionamento durante uma ou mais porções do ciclo CA.

[0073] O circuito de comutador(es) de potência 312 é isolado (fora) da fonte de alimentação CC 310, o que toma o circuito de enrolamento de fase dividida 302 mais estável do que os circuitos com o circuito de comutador(es) de potência dentro (e não isolado) da fonte de alimentação CC.

[0074] Quando o(s) comutador(es) de potência de um circuito liga(m), há apenas uma ligeira queda de voltagem através do(s) comutador(es) de potência devido à menor resistência do(s) comutador(es) de energia. Portanto, se a voltagem de entrada para a fonte de alimentação CC for desenvolvida conectando~se os condutores de fonte de alimentação CC a ambos os lados de um comutador de potência (ou comutadores de potência), isso resultaria no colapso da fonte de alimentação CC (ou seja, a fonte de alimentação CC reduzindo a um nível de voltagem na ou abaixo da resistência “on” de comutador vezes a corrente através do(s) comutador(es) de potência, que é próximo de zero) quando o comutador de potência está em um estado “on” ou não pode receber potência e alimentar os componentes CC do circuito.

[0075] Por exemplo, se o comutador de potência estiver conectado diretamente através da fonte de alimentação CC ou através do lado CC de um retificador em ponte e se não houver um ou mais componentes em série com o comutador de potência para criar uma queda de voltagem quando o comutador de potência estiver em funcionamento ou “on”, o comutador de potência em funcionamento tem um 'curto circuito' ou

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22/81 conecta os terminais positivo e negativo do retificador em ponte para a fonte de alimentação CC, o que causa um colapso na voltagem CC (faz a voltagem CC ser reduzida a um nível igual ou menor à resistência “on” do comutador de potência vezes a corrente através do comutador de potência, que é próximo de zero). Visto que a resistência “on” do comutador de potência é extremamente baixa ou tipicamente no miliohms, a voltagem CC é muito próxima de zero.

[0076] O circuito de enrolamento de fase dividida 302 inclui um ou mais componentes de fonte de alimentação CC sem colapso 316, 318 (componentes para evitar que a voltagem CC da fonte de alimentação CC seja reduzida para ou abaixo da resistência “on” de comutador vezes a corrente através do(s) comutador(es) de potência, que é próximo de zero), incluindo componentes de queda de voltagem ou componentes de alimentação direta de fonte de alimentação CC para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso. Os exemplos de componentes de fonte de alimentação CC sem colapso 316, 318 incluem uma derivação do enrolamento primário de fase 304, 306 eletricamente conectado à fonte de alimentação CC 310, um enrolamento secundário de bobina de fase conectado à fonte de alimentação CC para alimentar a fonte de alimentação, resistores entre os enrolamentos de fase dividida e o circuito de comutador(es) de potência 312, um ou mais diodos Zener entre os enrolamentos de fase dividida e o circuito de comutador(es) de potência, um semicondutor não saturado ou outro componente resistivo entre os enrolamentos de fase dividida e o circuito de comutador(es) de potência 312 onde a resistência é alta o suficiente para criar uma queda de voltagem significativa e onde essa queda de voltagem faz a fonte de alimentação CC quando o comutador está “on”, ou outros componentes criarem uma queda de voltagem entre os enrolamentos primários de fase dividida e o circuito de comutador(es) de potência para evitar o co

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23/81 lapso da fonte de alimentação CC quando o(s) comutador(es) de potência no circuito de comutador(es) de potência está/estão ligado(s) e em funcionamento. O circuito de enrolamento de fase dividida 302, portanto, fornece um fluxo constante de potência, independentemente de o circuito de comutador(es) de potência estar ligado e em funcionamento ou desligado e não estando em funcionamento.

[0077] Muitos motores síncronos controlados eletronicamente têm circuitos que detectam o cruzamento zero da voltagem CA aplicada aos enrolamentos de fase. Esse circuito de detecção de cruzamento zero envia um sinal ao controlador de motor 308 para determinar quando o motor está em velocidade síncrona. Se a voltagem de alimentação CA estiver com ruído elétrico percorrendo, geralmente devido a outros equipamentos operando no mesmo circuito, esse ruído elétrico pode fazer o detector de cruzamento zero funcionar incorretamente, afetando o controle do motor, que normalmente aparece como ruído acústico no motor. [0078] Em um exemplo, o circuito de enrolamento de fase dividida 302 é parte de um motor síncrono. O motor síncrono recebe potência de linha (ou seja, potência CA com uma corrente e voltagem) em L1 e L2. Um motor síncrono usando um enrolamento de fase dividida usando o circuito associado da presente invenção não tem base na detecção do cruzamento zero da voltagem CA aplicada para controlar o motor, mas sim detecta a polaridade da voltagem, ou seja, se a polaridade L2 é maior ou menor que L1, permitindo uma operação silenciosa, mesmo quando o ruído elétrico está presente na fonte CA.

[0079] A fonte de alimentação CC 310 na Figura 3 está elétrica e diretamente conectada aos enrolamentos de fase dividida 304, 306. Assim, a fonte de alimentação CC 310 é alimentada pelos enrolamentos de fase dividida 304, 306, independentemente do estado do circuito de comutador(es) de potência 312.

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24/81 [0080] A Figura 4 divulga um circuito de enroiamento de fase dividida 402 para dividir os enrolamentos de fase de motor 404, 406 de um motor pela metade e colocar tanto um controlador de motor 408 para o motor quanto componentes eletrônicos de potência para o motor, incluindo a fonte de alimentação CC 410 e um circuito de comutador(es) de potência 412 com um ou mais comutadores de potência, em um ponto médio ou ponto central 414 na voltagem de linha de alimentação entre as fases divididas. O circuito de enroiamento de fase dividida 402 da Figura 4 inclui uma derivação 416, 418 do enroiamento primário de fase dividida 404, 406 eletricamente conectado à fonte de alimentação CC 410 para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso (uma fonte de alimentação CC na qual a voltagem CC não é reduzida para ou abaixo da resistência “on” de circuito de comutador(es) de potência vezes a corrente através do circuito de comutador(es) de potência, que é próximo de zero).

[0081 ] Em alguns circuitos, quando o motor atinge a velocidade síncrona, o um ou mais comutador(es) de potência são desligados e, desse modo, fazem a potência de baixa voltagem parar de fluir ao controlador de motor. Em um exemplo, o caminho de um enroiamento de fase dividida através do(s) comutador(es) de potência para outro enroiamento de fase dividida está em curto, tal como na velocidade síncrona. Isso resulta na fonte de alimentação CC e no controlador de motor não mais recebendo a baixa voltagem de fonte de alimentação dos enrolamentos de fase, tal como no caso de não haver capacitor para manter uma carga durante o curto ou um capacitor presente não for grande o suficiente para manter carga suficiente durante o curto. O circuito 402 da Figura 4 inclui uma derivação 416, 418 das bobinas dos enrolamentos de fase 404, 406 para a fonte de alimentação CC 410 de modo que a fonte de alimentação de baixa voltagem flua diretamente dos enrolamentos de fase à fonte de alimentação CC, desviando o comutador(es) de potência

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25/81 para o controlador de motor 408 (“controlador de fase dividida de motor”). O circuito 402 da Figura 4 garante assim que a fonte de alimentação de baixa voltagem seja fornecida à fonte de alimentação CC 410, por exemplo, na velocidade síncrona.

[0082] Em um exemplo, uma fonte de alimentação CC 410 para um controlador de fase dividida de motor é formada por um diodo Zener e um capacitor de armazenamento que recebe potência durante uma porção de um ciclo de corrente alternada (CA) quando o(s) comutador(es) de potência está(ão) desligado(s). Quando o motor está operando em velocidade síncrona, o(s) comutador(es) de potência está(ão) continuamente em funcionamento. Portanto, a quantidade de voltagem que sendo fornecida à fonte de alimentação CC é igual à queda de voltagem através do(s) comutador(es), o que pode resultar em uma baixa voltagem ao usar MOSFETs de potência de baixa resistência (RDS (on)).

[0083] A Figura 5 divulga um circuito de enrolamento de fase dividida 502 para dividir os enrolamentos de fase de motor 504, 506 de um motor pela metade e colocar tanto um controlador de motor 508 para o motor quanto componentes eletrônicos de potência para o motor, incluindo a fonte de alimentação CC 510 e um circuito de comutador(es) de potência 512 com um ou mais comutadores de potência, em um ponto médio ou ponto central 514 na voltagem de linha de alimentação entre as fases divididas. O circuito 502 da Figura 5 inclui resistores R1 e R2 entre os enrolamentos de fase de motor 504, 506 e o circuito de comutador(es) de potência 512 para segurar e, portanto, manter a fonte de alimentação de baixa voltagem dos enrolamentos de fase à fonte de alimentação CC 510 e criar uma fonte de alimentação CC sem colapso (uma fonte de alimentação CC na qual a voltagem CC nâo é reduzida para ou abaixo da resistência “on” de circuito de comutador(es) de potência vezes a corrente através do circuito de comutador(es) de potência, que é próximo de zero). O circuito da Figura 5, desse modo, mantém

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26/81 a fonte de alimentação de baixa voltagem à fonte de alimentação CC 510, por exemplo, na velocidade síncrona.

[0084] A Figura 6 divulga um circuito de enrolamento de fase dividida 602 para dividir os enrolamentos de fase de motor 604, 606 de um motor pela metade e colocar tanto um controlador de motor 608 para o motor quanto componentes eletrônicos de potência para o motor, incluindo a fonte de alimentação CC 610 e um circuito de comutador(es) de potência 612 com um ou mais comutadores de potência, em um ponto médio ou ponto central 614 na voltagem de linha de alimentação entre as fases divididas. O enrolamento primário de fase dividida 604, 606 limita a corrente que pode fluir à fonte de alimentação CC 610, eliminando assim a necessidade de componentes limitadores de corrente que desperdiçam potência. O circuito de enrolamento de fase dividida 602 da Figura 6 inclui um enrolamento secundário de fase 616, 618 eletricamente conectado à fonte de alimentação CC 610 para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso (uma fonte de alimentação CC na qual a voltagem CC não é reduzida para ou abaixo da resistência “on” de comutador(es) de potência vezes a corrente através do comutador(es) de potência, que é próximo de zero).

[0085] Em um exemplo, o circuito de comutador(es) de potência 612 inclui um diodo Zener ou outro regulador de voltagem e um comutador de potência em paralelo. Já os sistemas anteriores Incluíam o circuito de potência em série com outros componentes. Como o comutador de potência está em paralelo com o diodo Zener e não em série, o mesmo pode estar sempre ligado. No entanto, se o comutador de potência estiver desligado, a corrente ainda pode fluir através do diodo Zener.

[0086] O circuito da Figura 6 inclui uma ou mais bobinas secundárias (também referidas como um enrolamento secundário) 616, 618 que fornecem uma fonte de alimentação de baixa voltagem à fonte de alimentação CC 610, tal como quando o motor está no arranque. A uma

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27/81 ou mais bobinas secundárias 616, 618 também atuam como um filtro de ruído de alta frequência para filtrar o ruído de alta frequência da baixa voltagem de potência fornecida à fonte de alimentação CC 610.

[0087] O enrolamento secundário 616, 618 pode ser distribuído em qualquer lugar, tal como uniformemente entre o primeiro e o segundo enrolamentos de fase dividida 604, 606, todos em um polo, ou desigualmente entre o primeiro e o segundo enrolamentos de fase dividida, tal como um maior número de voltas ou bobinas em um enrolamento secundário do que outro enrolamento secundário.

[0088] No exemplo da Figura 6, o circuito de enrolamento de fase dividida 602 pode desligar os componentes eletrônicos CC, incluindo o controlador de motor 608, quando o motor está ligado e em velocidade síncrona. Assim, o controlador de motor 608 do circuito de enrolamento de fase dividida 602 determina a velocidade do motor e se o motor está ou não na velocidade síncrona. Por exemplo, 1800 RPM pode ser a velocidade síncrona para um motor com quatro polos de estator (dois polos do estator norte e dois polos do estator sul). A cada meio ciclo CA, a potência é fornecida a um dos polos magnéticos. Portanto, são necessários dois ciclos para fornecer potência aos quatro polos magnéticos. Assim, a velocidade síncrona é 1800 RPM, se o motor estiver sincronizado com a linha CA. Da mesma forma, a velocidade síncrona para um estator de oito polos seria de 900 RPMs.

[0089] A Figura 7 representa um controle da direção de corrente de fase durante a inicialização e operação contínua abaixo das velocidades síncronas em um circuito de enrolamento de fase dividida 702.

[0090] Conforme mostrado na Figura 7, a corrente fluirá sempre através de tanto os enrolamentos de fase dividida 704, 706 quanto o circuito de comutador(es) de potência 708 na mesma direção. Os enrolamentos de fase dividida 704, 706, estando em série com o circuito de comutador(es) de potência 708, representam um enrolamento com o

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28/81 circuito de comutador(es) de potência 708 colocado no ponto médio ou ponto central entre os enrolamentos de fase dividida. A corrente e a voltagem aplicadas aos enrolamentos da fase dividida estarão sempre na mesma direção através de ambas as bobinas, e a polaridade magnética dos enrolamentos da fase dividida será igualmente a mesma.

[0091] Conforme discutido abaixo, o circuito de controle pode incluir um circuito de ponte retificadora de diodo cuja saída está conectada a um ou mais comutadores de potência. Conforme mostrado na Figura 7, se os terminais de saída do retificador de ponte de diodos do circuito de comutador(es) de potência 708 estiverem em curto quando a voltagem no condutor L1 for positiva, a corrente fluirá somente através do enrolamento 704, 706 em uma direção, mas em incrementos de meio ciclo. Se a voltagem através dos condutores L1 e L2 for de 60 ciclos, então as saídas do circuito retificador de ponte de diodos no circuito de controle estarão em curto somente quando o condutor L1 for positivo e a corrente fluirá somente em uma direção e durante 8 milissegundos. Nenhuma corrente fluirá durante 8 milissegundos nos meio ciclos alternados. Então, a corrente fluiría durante mais 8 milissegundos e assim por diante. Se a saída do circuito da ponte de diodos do circuito de controle estiver em curto quando o condutor L2 for positivo, então a potência fluirá da mesma maneira. Se o curto da saída da ponte for realizado seletivamente, isso é baseado na posição angular do rotor magnético, a ação contínua do motor será produzida. Se a saída do circuito retificador de ponte de diodos no circuito de controle estiver em curto com uma fração de meio ciclo seletivamente baseada na posição angular do rotor magnético conforme descrito acima, e somente quando o condutor L1 for positivo, então qualquer velocidade desejada pode ser alcançada incluindo velocidades mais altas que a velocidade síncrona. As características de tal motor seriam semelhantes a um motor CC com corrente pul

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29/81 sante aplicada às entradas, No entanto, em vez de ter múltiplos componentes de comutação de potência realizando a comutação dos enrolamentos de fase dividida, o circuito de enrolamento de fase dividida faz uso do fato de que a corrente alternada em conjunção com um componente de comutação de potência pode realizar a comutação.

[0092] A Figura 8 representa um exemplo de controle de direção de corrente de fase a uma velocidade síncrona de 1800 rotações por minuto (RPM) em um circuito de enrolamento de fase dividida em quatro polos. Na velocidade síncrona, a fase controlada é sincronizada com a entrada de linha CA.

[0093] A Figura 9 representa um controle de direção de corrente de fase a uma velocidade síncrona de 3600 rotações por minuto (RPM) em um circuito de enrolamento de fase dividida em dois polos. Na velocidade síncrona, a fase controlada é sincronizada com a entrada de linha CA.

[0094] A Figura 10 representa um exemplo de períodos de carga de capacitor de armazenamento de fonte de alimentação CC em um circuito de enrolamento de fase dividida. Observe a correlação com a forma de onda da Figura 7.

[0095] A Figura 11 representa um circuito de enrolamento de fase dividida 1102 com uma bobina secundária 1104, 1106 e um comutador de potência 1108. O enrolamento primário de fase dividida 1110, 1112 limita a corrente que pode fluir à fonte de alimentação CC.

[0096] O circuito de controle 1114 controla a comutação para o circuito de comutador(es) de potência 1115 com base na temporização da frequência de entrada e posição do rotor. O circuito de controle 1114 controla o arranque e operação do circuito de enrolamento de fase dividida. Por exemplo, o circuito de controle 1114 controla o arranque, incluindo onde o motor é um motor síncrono, O circuito de controle 1114 determina a localização do rotor em relação ao estator. O circuito de

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30/81 controle 1114 também determina e monitora a velocidade do rotor, tal como em rotações por minuto (RPMs), para determinar os parâmetros operacionais do motor, tal como quando o motor atingiu a velocidade sincrona, e controla o motor com base na localização do rotor e/ou velocidade do motor. Em um exemplo, o circuito de controle 1114 tem um comutador de efeito Hall e/ou outro dispositivo de determinação de rotação para determinar a posição do rotor e/ou contagem de rotação ou dispositivo de determinação de velocidade para determinar a velocidade do rotor.

[0097] Em um exemplo, o circuito de comutador(es) de potência 1115 inclui um diodo Zener 1116 ou outro regulador de voltagem e um comutador de potência 1108 em paralelo. Já os sistemas anteriores incluíam o comutador de potência em série com outros componentes. Como o comutador de potência 1108 está em paralelo com o diodo Zener 1116 e não em série, o mesmo pode estar sempre ligado. No entanto, se o comutador de potência estiver desligado, a corrente ainda pode fluir através do diodo Zener.

[0098] O circuito da Figura 11 inclui uma ou mais bobinas secundárias (também referidas como um enrolamento secundário) 1104, 1106 que fornecem uma fonte de alimentação de baixa voltagem à fonte de alimentação CC, tal como quando o motor está no arranque. A uma ou mais bobinas secundárias 1104, 1106 também atuam como um filtro de ruído de alta frequência para filtrar o ruído de alta frequência da baixa voltagem de potência fornecida à fonte de alimentação CC.

[0099] O enrolamento secundário 1104, 1106 pode ser distribuído em qualquer lugar, tal como uniformemente entre o primeiro e o segundo enrolamentos de fase dividida 1110, 1112, todos em um polo, ou desigualmente entre o primeiro e o segundo enrolamentos de fase dividida, tal como um maior número de voltas ou bobinas em um enrolamento secundário do que outro enrolamento secundário.

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31/81 [00100] A maneira como as bobinas são conectadas ao circuito através do retificador de ponte de diodos 1118 permite que a corrente flua através das bobinas em apenas uma direção a qualquer momento.

[00101] As melhorias que foram feitas nesse motor e controlador melhoram muito a fonte de alimentação lógica CC que permite um circuito de controle lógico mais confiável. As bobinas secundárias 1104, 1106 são enroladas com as bobinas de motor em um método que cria um transformador usando as bobinas de motor como as bobinas primárias 1110, 1112. O exemplo da Figura 11 usa uma proporção de 20:1. O exemplo da Figura 11 inclui 1000 voltas por bobina primária de motor e 50 voltas por bobina secundária que são enroladas no mesmo polo de estator. No entanto, outras proporções de volta podem ser usadas, maiores ou menores. A proporção entre as bobinas primárias de motor 1110, 1112 e as bobinas secundárias 1104, 1106 pode mudar com a potência de entrada CA e/ou os requisitos de potência CC. Esse circuito nâo apenas isola todos os circuitos CC a partir de altas tensões da linha, mas também cria uma fonte de alimentação CC sem colapso ao circuito de controle 1114 quando a potência é aplicada às entradas L1 e L2.

[00102] O circuito de comutador(es) de potência 1115 tem um retificador de ponte de onda completa 1118 ademais ao comutador de potência MOSFET 1108. O retificador de ponte de onda completa 1118 garante que nenhuma voltagem negativa será fornecida ao dreno (topo) do comutador de potência 1108. O retificador de ponte de onda completa 1118 também garante que nenhuma voltagem positiva será fornecida à fonte (fundo) do comutador de potência 1108 de modo que a corrente possa fluir apenas do dreno à fonte do comutador de potência 1108 quando polarizado por uma voltagem positiva na porta do comutador de potência 1108 através do resistor R1. Simultaneamente, como uma fonte de alimentação CA retificada positiva está presente no dreno

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32/81 do comutador de potência 1108, o comutador de potência 1108 é polarizado pelo mesmo sinal de voltagem através do resistor R1. O diodo 1116 protege a porta do comutador de potência 1108, garantindo que qualquer voltagem na porta do comutador de potência 1108 será maior que -0,7 VDC, pois se for menor pode danificar ou destruir o comutador de potência 1108. O resistor R11 e o capacitor C5 são usados como um “snubber” para filtrar transientes ou ruído de alta frequência. R11 e C5 fornecem proteção adicional para o comutador de potência MOSFET 1108, especialmente em ambientes ruidosos.

[00103] A Figura 12 representa um circuito de enrolamento de fase dividida 1202 com uma bobina secundária 1104, 1106 e um comutador de potência 1108. O circuito da Figura 12 inclui o mesmo circuito de comutador(es) de potência da Figura 11 e as mesmas bobinas secundárias 1104, 1106. Além disso, o circuito de controle 1114A da Figura 12 inclui um circuito de controle lógico 1204 para controlar a operação do motor, incluindo através de velocidade síncrona, um circuito de desligamento de controle lógico 1206 para controlar quando o comutador(es) de potência é desligado e uma fonte de alimentação CC sem colapso 1208 para fornecer potência CC ao circuito de controle lógico e ao circuito de desligamento de controle de login. O circuito de controle lógico 1204 e o circuito de desligamento de controle lógico 1206 podem ser configurados como um circuito de controle lógico único.

[00104] Em uma modalidade, um propósito do circuito de enrolamentos de fase dividida 1202 é permitir que um motor execute sincronicamente com a frequência de linha de fonte de alimentação CA (por exemplo, para um motor de 4 polos, 60Hz ™ 1800 rpm e 50Hz 1500 rpm). Sem qualquer circuito de controle, o circuito de comutador(es) de potência permitiría que a corrente fluísse como se os pares de bobina L1 e L2 estivessem em curto através do circuito de comutador(es) de potência.

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Os circuitos de controle desligam o circuito de comutador(es) de potência até que o rotor esteja na posição apropriada em comparação com a voltagem de linha. Por esse motivo, em um aspecto, o circuito de comutador(es) de potência é classificado para a voltagem de linha de fonte de alimentação CA. Os componentes de circuitos de controle podem estar todos na voltagem de nível lógico (VDC).

[00105] A potência lógica é fornecida pelas bobinas secundárias 1104, 1106 que são enroladas nos mesmos polos que as bobinas primárias de motor 1110, 1112. As bobinas secundárias 1104, 1106 poderíam ser enroladas em qualquer número de polos, desde que a potência secundária atenda aos requisitos de potência lógica. Em um exemplo, o circuito de controle é necessário apenas para dar partida no motor e levá-lo a uma velocidade síncrona, e o circuito de desligamento de controle lógico opcionalmente é incluído para desligar o circuito de controle principal. O circuito de desligamento de controle lógico é opcional. Ao desligar o circuito de controle, o circuito de comutador(es) de potência permitirá a potência de linha completa ao motor, menos quaisquer perdas no circuito de comutador(es) de potência. Isso aumentará a eficiência total e a vida útil dos componentes, especialmente quando o motor executar por longos períodos.

[00106] As Figuras 13 e 13A representam um circuito de enrolamento de fase dividida com uma bobina secundária e um comutador de potência. O circuito tem duas entradas de linha de alimentação CA L1 e L2, que são conectadas a uma fonte de energia CA durante a operação do motor.

Circuito de Comutadores de Potência [00107] O circuito de comutador(es) de potência tem um retificador de ponte de onda completa BR1 e um comutador de potência MOSFET Q1. O retificador de ponte de onda completa BR1 garante que nenhuma

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34/81 voltagem negativa será fornecida ao dreno (topo) do comutador de potência Q1. O retificador de ponte de onda completa BR1 também garante que nenhuma voltagem positiva será fornecida à fonte (fundo) do comutador de potência Q1 de modo que a corrente possa fluir apenas do dreno à fonte do comutador de potência Q1 quando polarizado por uma voltagem positiva na porta do comutador de potência Q1 através do resistor R1. Uma fonte de alimentação CA retificada positiva está presente no dreno do comutador de potência Q1, o comutador de potência Q1 é polarizado pelo mesmo sinal de voltagem através do resistor R1. O diodo D5 protege a porta do comutador de potência Q1, garantindo que qualquer voltagem na porta do comutador de potência Q1 será maior que -0,7 VDC, pois se for menor pode danificar ou destruir o comutador de potência Q1. O resistor R11 e o capacitor C5 são usados como um “snubber” para filtrar transientes ou ruído de alta frequência. R11 e C5 fornecem proteção adicional para o comutador de potência MOSFET Q1, especialmente em ambientes ruidosos.

Fonte de Alimentação CC [00108] Assim que a potência é aplicada ao motor e a corrente flui através dos enrolamentos de fase de motor (bobinas primárias de motor), há potência nos enrolamentos secundários (bobinas secundárias) da mesma maneira que a operação de um transformador. O valor da voltagem nas bobinas secundárias é diretamente proporcional à voltagem de entrada e à proporção de contagem de voltas entre as bobinas primárias e as bobinas secundárias. Usando o exemplo na Fig. 11, se a voltagem de entrada para as bobinas primárias é de 120VAC e a proporção de contagem de voltas das bobinas primárias para as bobinas secundárias é 20:1, então a voltagem nas bobinas secundárias seria calculada para aproximadamente 6VAC menos quaisquer perdas. A potência das bobinas secundárias é fornecida diretamente das bobinas secundárias para a fonte de alimentação CC. O retificador de ponte de

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35/81 onda completa BR2 retifica a fonte de alimentação CA de baixa voltagem das bobinas secundárias. O retificador de ponte de onda completa BR2 pode ser um componente de baixa potência com base nos requisitos de fornecimento CC.

[00109] Os diodos Zener Z1 e Z2 são conectados em série um com o outro de ânodo a ânodo, e cada cátodo é conectado às entradas da fonte de alimentação CA do retificador de ponte de onda completa BR2. Este método é usado para proteger o retificador de ponte de onda completa BR2 das entradas da fonte de alimentação CA que poderíam exceder as classificações máximas para o componente. A saída negativa do retificador de ponte de onda completa BR2 é conectada à terra do circuito, que também é conectada à mesma terra que o bloco de comutador de potência. A saída positiva do retificador de ponte de onda completa BR2 é conectada ao regulador de baixa queda LDO1 e ao capacitor C1. O capacitor C1 é fornecido para suavizar o sinal da fonte de alimentação CA retificada indo para a entrada do regulador de baixa queda LDO1. Um capacitor de desvio C7 pode ser usado na saída do regulador de baixa queda LDO1 para ajudar a reduzir o ruído no trilho CC positivo (VDC). Além disso, um capacitor C10 maior podería ser usado na saída do regulador de baixa queda LDO1 para suavizar o trilho CC positivo e assegurar a potência durante algumas situações de baixa voltagem. C7 e C10 não são exigidos, mas são fornecidos para adicionar confiabilidade e proteção para componentes CC de baixa voltagem, especialmente em um ambiente ruidoso.

Circuito de Controle Lógico/Controlador de Motor [00110] O circuito de controle lógico (controlador de motor) controla a comutação para o circuito de comutador(es) de potência com base na temporização da frequência de entrada de linha de alimentação CA e posição do rotor. A temporização da frequência de entrada da iinha de alimentação CA é detectada usando um tampão CA que consiste em

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36/81 transistores de junção bipolar (BJTs) Q2 e Q3 e diodos D6 e D7. A corrente para a entrada do tampão CA é limitada por um resistor de alto valor R3. O diodo D6 garante que a entrada do tampão CA não seja maior que a voltagem de alimentação CC positiva. O diodo D7 garante que a entrada do tampão CA seja maior que -0,7 volts referentes à terra de alimentação CC.

[00111] Quando a entrada para o tampão CA é lógica alta, o BJT Q2 é polarizado e a saída do tampão CA também é lógica alta. Quando a entrada para o tampão CA é lógica baixa, o BJT Q3 é polarizado e a saída do tampão CA é lógica baixa. A saída do tampão CA é conectada a um filtro que consiste no capacitor C6 e no resistor R13. O filtro não é exigido, mas fornece proteção e confiabilidade em ambientes ruidosos. [00112] A polaridade do ímã do rotor é detectada usando o comutador de efeito Hall IC1. No entanto, outro comutador ou dispositivo de detecção pode ser usado para detectar a polaridade do ímã do rotor e/ou a posição do rotor e/ou determinar a velocidade e/ou determinar as rotações do rotor. O comutador de efeito Hall IC 1 é uma saída de coletor aberto e, portanto, requer um pull-up para o trilho CC positivo (VDC). O resistor R2 fornece o pull-up necessário para a saída do coletor aberto. [00113] A saída do comutador de efeito Hall IC1 e a saída do tampão CA são comparadas usando uma lógica de circuito único XOR IC2. A saída do XOR IC2 é a diferença entre o comutador de efeito Hall IC 1 e o tampão CA, que polarizará o comutador de potência MOSFET Q1 do circuito de comutador(es) de potência. Quando a saída do comutador de efeito Hall IC1 for lógica baixa, o comutador de potência Q1 será apenas polarizado quando a entrada de alimentação CA L1 ao motor for negativa. Quando a saída do comutador de efeito Hall IC1 for lógica alta, o comutador de potência Q1 será apenas polarizado quando a entrada de alimentação CA L1 ao motor for positiva. Durante a inicialização do motor, podem existir múltiplos ciclos CA de entrada, em que apenas as

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37/81 entradas positivas ou apenas as entradas negativas da entrada de alimentação CA L1 passarão através do comutador de potência Q1.

[00114] Usando o comutador de potência Q1, as formas de onda podem ser “cortadas” ou desligadas a qualquer momento quando a voltagem de dreno e de porta do comutador de potência Q1 está acima da voltagem de polarização. Por exemplo, veja a Figura 7. A porta do comutador de potência Q1 é mantida com lógica baixa quando a saída do XOR IC2 é lógica alta ao polarizar o BJT Q4. Quando o BJT Q4 é polarizado, qualquer corrente que flua do resistor R1 irá desviar da porta do comutador de potência Q1 e fluir através do BJT Q4 do coletor ao emissor conectando eletricamente a porta do comutador de potência Q1 à fonte do mesmo e desligará o comutador de potência Q1.

[00115] Quando a frequência do comutador de efeito Hall IC1 coincide com a frequência da alimentação CA de entrada, o motor executa de modo síncrono. Se o motor estiver executando de modo síncrono, o circuito de controle não é necessário até que o motor fique fora de sincronia ou o motor seja parado e reiniciado. Quando o regulador de voltagem IC3 detecta velocidade síncrona ou maior a partir do comutador de efeito Hall IC 1, a saída do XOR IC2 é mantida com lógica baixa através da saída de coletor aberto do regulador de voltagem IC3. Quando o regulador de voltagem IC3 detecta uma velocidade que é menor que a da alimentação CA de entrada, a saída de coletor aberto do regulador de voltagem IC3 está desligada, o que deixará a saída do XOR IC2 inalterada.

[00116] Este método assegura que quando o motor estiver executando a uma velocidade síncrona, o comutador de potência Q1 não é desligado pelo controle lógico. Mas, se o motor desacelera abaixo das velocidades síncronas, então o controlador lógico controlará a temporização do motor conforme faz para o arranque. O uso desse método

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38/81 melhora a eficiência geral do motor e a vida útil esperada dos componentes no circuito.

[00117] Os componentes externos são usados para ajustar a temporização do regulador de voltagem IC3. Os resistores R4, R5, R6 e R7 podem ter tolerância de 1%, de modo que o regulador de voltagem IC3 opere dentro de parâmetros precisos. O capacitor C1 opera em conjunção com os resistores R6 e R7 para ajustar a frequência na qual a saída de coletor aberto do regulador de voltagem IC3 será ligada. O capacitor C3 é usado para uma bomba de carga interna no regulador de voltagem IC3. O capacitor C4 é usado para o acoplamento CA da entrada ao regulador de voltagem IC3, visto que o regulador de voltagem IC3 só detectará frequências que tenham um cruzamento de voltagem zero. O resistor R8 limita a corrente ao capacitor de acoplamento CA C4 na entrada do regulador de voltagem IC3.

[00118] A Figura 14 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com dois comutadores de potência.

[00119] A Figura 15 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com um comutador de potência.

[00120] A Figura 16 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com dois comutadores de potência em série. Os diodos D1 e D2 são diodos 1N4003 e os diodos D3 e D4 são diodos 1N914. Os transistores Q3 e Q4 são 2N3904. IC1 é um comutador/sensor de efeito Hall. Os diodos D5 e D6 são usados para aumentar a capacidade de corrente para os diodos internos nos comutadores Q1 e Q2 (d 1 e d2) se a corrente de fase exceder a classificação de corrente direta dos diodos internos. Os capacitores C2 e C3 são usados para criar um atraso de ativação para os comutadores Q1 e Q2 para adicionar tempo de carga adicional para o capacitor C1, se necessário, para assegurar uma alimentação sólida de 3,3 VDC ou 5 VDC para o comutador/sensor Hall IC1, dependendo do dispositivo escolhido para o comutador/sensor Hall

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IC1. Nos sistemas anteriores, era necessário 5 VDC para ligar o comutador MOSFET de potência de nível lógico. Os capacitores C2 e 03 são opcionais em uma modalidade.

[00121] Os diodos D1, D2, d1 e d2 realizam a retificação da potência CA para a fonte de alimentação CC para o comutador/sensor Hall IC 1. [00122] O diodo Zener ZD1 fornece o regulador de voltagem para a fonte de alimentação CC do comutador/sensor Hall IC1.

[00123] RL fornece limitação de corrente para a fonte de alimentação CC. Em um exemplo, o mesmo é ajustado para limitar a corrente a aproximadamente 10 mA. O comutador/sensor Hall IC1 usa 6 mA de corrente CC, incluindo a corrente de acionamento de base para o transistor interno de saída de coletor aberto. A corrente CC adicional será usada para ligar o comutador Q3 e é fornecida através do resistor pull-up R3. O coletor para corrente de emissor para o comutador Q3 e a base e coletor para corrente de emissor para o comutador Q4 não é fornecido pela fonte de alimentação CC, mas é fornecido pela corrente através dos enrolamentos de fase de motor. É preferencial assegurar que os transistores Q3 e Q4 se desliguem completamente nos momentos apropriados. Em uma modalidade, os comutadores ficam totalmente ligados ou em saturação nos tempos apropriados para máxima eficiência operacional.

[00124] A Figura 17 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com uma derivação da bobina de enrolamento de fase dividida à fonte de alimentação de corrente contínua (CC) e dois comutadores de potência em série.

[00125] A Figura 18 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com dois comutadores de potência em paralelo.

[00126] A Figura 19 representa um circuito de enrolamento de fase dividida com uma derivação da bobina de enrolamento de fase dividida à fonte de alimentação de corrente contínua (CC) e dois comutadores

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40/81 de potência em paralelo.

[00127] A Figura 20 representa um motor 2002 com um circuito de enrolamento de fase dividida com um enrolamento primário de fase CA 2004 e um enrolamento secundário 2006 (ou seja, uma ou mais bobinas secundárias) para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso. No motor da figura 20, o enrolamento secundário 2006 é enrolado em todos os polos. No entanto, o enrolamento secundário 2006 pode ser enrolado em apenas um polo, dois polos, três polos ou outro número de polos. O enrolamento secundário é conectado em série com o enrolamento primário de fase 2004 no motor 2002 da Figura 20. No entanto, o enrolamento secundário 2006 também pode ser conectado em paralelo ou com uma combinação de tanto em série quanto em paralelo. O motor da Figura 20 é um motor síncrono de ímã permanente de quatro polos. A velocidade síncrona para o motor quando operando a 60 Hz CA é de 1800 RPM.

[00128] A Figura 21 representa um motor 2102 com um circuito de enrolamento de fase dividida com um enrolamento primário de fase CA 2104 e um enrolamento secundário 2106 (ou seja, uma ou mais bobinas secundárias) para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso enrolada em apenas um polo. O motor 2102 da Figura 21 é um motor síncrono de ímã permanente de quatro polos. A velocidade síncrona para o motor quando operando a 60 Hz CA é de 1800 RPM.

[00129] A Figura 22 representa um motor 2202 com um circuito de enrolamento de fase dividida com um enrolamento primário de fase derivada para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso. O motor 2202 da Figura 22 é um motor síncrono de ímã permanente de quatro polos. A velocidade síncrona para o motor quando operando a 60 Hz CAéde 1800 RPM.

[00130] O motor tem um estator 2204 com 4 polos 2206-2212 e um rotor 2214 com 4 ímãs N, S, N, S 2216-2222 voltados para o estator. O

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41/81 motor 2202 tem um eixo (círculo central) 2224 e ferro traseiro de rotor (a área entre o eixo e os ímãs) 2226. Os enrolamentos primários de fase dividida 2228, 2230 são conectados a uma fonte de alimentação CA em L1 e L2, respectivamente. Um enrolamento secundário 2232, 2234 é conectado à fonte de alimentação CC 2236.

[00131] A Figura 23 representa um motor com um circuito de enrolamento de fase dividida 2302 com os resistores 2304, 2306 entre os enrolamentos de fase dividida 2308, 2310 e o circuito de comutador(es) de potência 2312 para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso. O motor da Figura 23 é um motor síncrono de ímã permanente de quatro polos. A velocidade síncrona para o motor quando operando a 60 Hz CA é de 1800 RPM.

[00132] A Figura 24 representa um motor com um circuito de enrolamento de fase dividida 2402 com diodos Zener 2404, 2406 entre os enrolamentos de fase dividida 2408, 2410 e o circuito de comutador(es) de potência 2412 para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso. O motor da Figura 24 é um motor síncrono de ímã permanente de quatro polos. A velocidade síncrona para o motor quando operando a 60 Hz CAéde 1800 RPM.

[00133] Os circuitos das Figuras 25-34 representam circuitos de enrolamento de fase dividida que podem ser usados com um ou mais motores, tais como um ou mais motores descritos neste documento. Esses circuitos incluem enrolamentos de fase de motor para um motor que são divididos em quatro partes, com dois enrolamentos de fase de motor formando uma metade dos enrolamentos de fase de motor do circuito e dois outros enrolamentos de fase de motor formando a outra metade dos enrolamentos de fase de motor do circuito. Ao adicionar uma conexão entre dois enrolamentos de fase de motor (bobinas) em cada metade dos enrolamentos de fase de motor do controlador de motor/circuito

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42/81 de controle de motor, o motor pode operar usando apenas 2 das 4 bobinas para o arranque. Isso é benéfico para o arranque porque diminui a impedância geral da bobina de motor, o que aumentará a corrente e aumentará o torque. Uma vez que a corrente aumenta, a eficiência pode ser reduzida a ou abaixo de uma percentagem aceitável selecionada. Os circuitos de enrolamento de fase dividida fornecem, em algumas modalidades, torque de arranque a baixas voltagens de entrada.

[00134] Referente ao circuito da Figura 25, o circuito de enrolamento de fase dividida 2502 tem quatro enrolamentos de fase dividida de motor 2504-2510. Dois dos enrolamentos de fase de motor 2504-2506 formam uma metade 2512 dos enrolamentos de fase de motor do circuito 2502, e dois outros enrolamentos de fase de motor 2508-2510 formam a outra metade 2514 dos enrolamentos de fase de motor do circuito. O controlador de motor 2516 para o motor tem dois estágios, com um primeiro estágio (estágio 1) 2518 do controlador de motor colocado em um “ponto médio” ou “ponto central” 2520 na voltagem de linha de alimentação entre as duas metades 2512-2514 dos enrolamentos de fase dividida de motor 2504-2510 e um segundo estágio (estágio 2) 2522 do controlador de motor colocado em um “ponto médio” ou “ponto central” na voltagem de linha de alimentação entre as duas metades dos enrolamentos de fase dividida de motor.

[00135] Os componentes eletrônicos de potência para o motor têm dois estágios, com um primeiro estágio (estágio 1) de circuito de comutador(es) de potência/componentes eletrônicos de potência 2524 colocado em um ponto médio ou central 2526, 2528 entre dois dos enrolamentos de fase dividida de motor 2504-2506 e 2608-2610, respectivamente, em cada metade 2512-2514 dos enrolamentos de fase de motor (ou seja, quarto de ponto). O circuito de comutador(es) de potência do estágio 1 ativa a primeira (L1) e quarta (L4) bobinas 2504, 2510. O circuito de comutador(es) de potência do estágio 1 2524 pode ser, por

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43/81 exemplo, um ou mais comutadores, tal como um ou mais MOSFETs ou outros comutadores, e é controlado pelo controlador de motor do estágio 1 2518.

[00136] Um circuito de comutador(es) de potência/componentes eletrônicos de potência do segundo estágio (estágio 2) 2530 é colocado em um ponto médio 2520 na voltagem de linha de alimentação entre as duas metades 2512, 2514 dos enrolamentos de fase dividida de motor 2504-2510. O circuito de comutador(es) de potência do estágio 2 2530 ativa a segunda (L2) e terceira (L3) bobinas 2506-2508. O circuito de comutador(es) de potência do estágio 2 2530 pode ser, por exemplo, um ou mais comutadores, tal como um ou mais relés de estado sólido (SSRs), relés quádruplos de estado sólido (QSSRs) ou outros comutadores, e é controlado pelo controlador de motor do estágio 2 2518. A fonte de alimentação de corrente continua (CC) 2532 (por exemplo, para os componentes eletrônicos usados no controlador de motor) também está localizada entre os enrolamentos de fase dividida de motor 25042510, entre as duas metades 2512-2514 dos enrolamentos de fase dividida de motor e/ou em um ponto médio ou central 2526-2528 entre dois dos enrolamentos de fase dividida de motor 2504-2506 ou 25082510 em cada metade 2512, 2514 dos enrolamentos de fase dividida de motor.

[00137] O circuito de enroiamento de fase dividida 2502 inclui um ou mais componentes de fonte de alimentação CC sem colapso 2534,2536 (componentes para evitar que a voltagem CC da fonte de alimentação CC seja reduzida para ou abaixo da resistência “on” de comutador vezes a corrente através do(s) comutador(es) de potência, que é próximo de zero), incluindo componentes de queda de voltagem ou componentes de alimentação direta de fonte de alimentação CC para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso. Os exemplos de componentes de

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44/81 fonte de alimentação CC sem colapso 2534, 2536 incluem uma derivação de um ou mais dentre os enrolamentos primários de fase 2504-2510 eletricamente conectada à fonte de alimentação CC 2532, uma derivação dos enrolamentos primários externos de fase dividida (bobina L1 e bobina L4) 2504 e 2510 eletricamente conectada à fonte de alimentação CC 2532, um enrolamento secundário de bobina de fase conectado à fonte de alimentação CC para alimentar a fonte de alimentação, uma bobina secundária de fase eletricamente conectada dos enrolamentos primários externos de fase dividida (bobina L1 e bobina L4) 2504 e 2510 à fonte de alimentação CC 2532, resistores entre os enrolamentos de fase dividida e um ou mais dentre os circuitos de comutador(es) de potência, um ou mais resistores entre o primeiro e segundo enrolamentos de fase dividida (bobina L1 e L2 de bobina) e um ou mais resistores entre o terceiro e quarto enrolamentos de fase dividida (bobina L3 e bobina L4) 2506 e 2508 onde a fonte de alimentação CC também é eletricamente conectada em um lado entre o primeiro e segundo enrolamentos de fase dividida (bobina L1 e bobina L2) e em um outro lado, entre o terceiro e quarto enrolamentos de fase dividida (bobina L3 e bobina L4), um ou mais diodos Zener entre os enrolamentos de fase dividida e um ou mais dentre os circuitos de comutador(es) de potência, um ou mais diodos Zener entre o primeiro e segundo enrolamentos de fase dividida (bobina L1 e bobina L2) e um ou mais diodos Zener entre o terceiro e quarto enrolamentos de fase dividida (bobina L3 e bobina L4) onde a fonte de alimentação CC também é eletricamente conectada em um lado e entre o primeiro e segundo enrolamentos de fase dividida (bobina L1 e bobina L2) e em um outro lado, entre o terceiro e quarto enrolamentos de fase dividida (bobina L3 e bobina L4), um semicondutor não saturado ou outro componente resistivo entre os enrolamentos de fase dividida e um ou mais dentre os circuitos de comutador(es) de potência (por exemplo, no lugar do um ou mais resistores ou diodos

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45/81 acima) onde a resistência é alta o suficiente para criar uma queda de voltagem significativa e onde essa queda de voltagem faz a fonte de alimentação CC quando o comutador está “on”, ou outros componentes criarem uma queda de voltagem entre os enrolamentos primários de fase dividida e um ou mais dentre os circuitos de comutador(es) de potência para evitar o colapso da fonte de alimentação CC quando o(s) comutador(es) de potência no circuito de comutador(es) de potência está/estão lígado(s) e em funcionamento. O circuito de enrolamento de fase dividida 2502, portanto, fornece um fluxo constante de potência, independentemente de o circuito de comutador(es) de potência estar ligado e em funcionamento ou desligado e não estando em funcionamento.

[00138] As Figuras 26 e 27 representam exemplos de circuitos de enrolamento de fase dividida 2602 e 2702 com uma ou mais bobinas secundárias (também referidas como um enrolamento secundário) eletricamente conectadas à fonte de alimentação CC para alimentar a fonte de alimentação CC e criar uma fonte de alimentação CC sem colapso (uma fonte de alimentação CC na qual a voltagem CC não é reduzida para ou abaixo da resistência “on” de comutador(es) vezes a corrente através do comutador(es) de potência, que é próximo de zero). A uma ou mais bobinas secundárias fornecem uma fonte de alimentação de baixa voltagem à fonte de alimentação CC 2632, tal como quando o motor está no arranque. A uma ou mais bobinas secundárias também atuam como um filtro de ruído de alta frequência para filtrar o ruído de alta frequência da baixa voltagem de potência fornecida à fonte de alimentação CC.

[00139] Referente à Figura 26, o circuito de enrolamento de fase dividida 2602 tem quatro enrolamentos de fase dividida de motor 26042610. Dois dos enrolamentos de fase de motor 2604-2606 formam uma metade 2612 dos enrolamentos de fase de motor do circuito 2602, e

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46/81 dois outros enrolamentos de fase de motor 2608-2610 formam a outra metade 2614 dos enrolamentos de fase de motor do circuito. A lógica de controle/controlador de motor 2616 para o motor tem dois estágios, com um primeiro estágio (estágio 1) 2618 do controlador de motor colocado em um “ponto médio” ou “ponto central” 2620 na voltagem de linha de alimentação entre as duas metades 2612-2614 dos enrolamentos de fase dividida de motor 2604-2610 e um segundo estágio (estágio 2) 2622 do controlador de motor também colocado em um “ponto médio” ou “ponto central” na voltagem de linha de alimentação entre as duas metades dos enrolamentos de fase dividida de motor.

[00140] Os componentes eletrônicos de potência para o motor têm dois estágios, com um primeiro estágio (estágio 1) de circuito de comutador(es) de potência/componentes eletrônicos de potência 2624 colocado em um ponto médio ou central 2626, 2628 entre dois dos enrolamentos de fase dividida de motor 2604-2606 e 2608-2610, respectivamente, em cada metade 2612-2614 dos enrolamentos de fase de motor (ou seja, quarto de ponto). O circuito de comutador(es) de potência do estágio 1 2618 ativa a primeira (L1) e quarta (L4) bobinas 2604, 2610. O circuito de comutador(es) de potência do estágio 1 2624 pode ser, por exemplo, um ou mais comutadores, tal como um ou mais MOSFETs ou outros comutadores, e é controlado pelo controlador de motor do estágio 1 2218. Em um exemplo, o circuito de comutador(es) de alimentação do estágio 1 2618 inclui um ou mais diodos Zener ou outro regulador de voltagem e um comutador de alimentação em paralelo. Já os sistemas anteriores incluíam o circuito de potência em série com outros componentes. Como o comutador de alimentação está em paralelo com o um ou mais diodos Zener e não em série, o mesmo pode estar sempre ligado. No entanto, se o comutador de potência estiver desligado, a corrente ainda pode fluir através do diodo Zener.

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47/81 [00141] Um circuito de comutador(es) de potência/componentes eletrônicos de potência do segundo estágio (estágio 2) 2630 é colocado em um ponto médio 2620 na voltagem de linha de alimentação entre as duas metades 2612, 2614 dos enrolamentos de fase dividida de motor 2604-2610. O circuito de comutador(es) de potência do estágio 2 2630 é eletricamente conectado aos enrolamentos primários internos de fase dividida (segunda bobina L2 e terceira bobina L3) 2606 e 2608, e o circuito de comutador(es) de potência do estágio 2 ativa a segunda (L2) e terceira (L3) bobinas. O circuito de comutador(es) de potência do estágio 2 2630 pode ser, por exemplo, um ou mais comutadores, tal como um ou mais relés de estado sólido (SSRs), relés quádruplos de estado sólido (QSSRs) ou outros comutadores, e é controlado pelo controlador de motor do estágio 2 2618.

[00142] Em um exemplo da Figura 26, o circuito de enrolamento de fase dividida 2602 pode desligar um ou mais dentre os componentes eletrônicos CC, tal como o estágio 1 do controlador de motor 2618, quando o motor está ligado e em velocidade síncrona. Assim, o estágio 1 do controlador de motor 2618 determina a velocidade do motor e se o motor está ou não na velocidade síncrona. Por exemplo, 1800 RPM pode ser a velocidade síncrona para um motor com quatro polos de estator (dois polos do estator norte e dois polos do estator sul). A cada meio ciclo CA, a potência é fornecida a um dos polos magnéticos. Portanto, são necessários dois ciclos para fornecer potência aos quatro polos magnéticos. Assim, a velocidade síncrona é 1800 RPM, se o motor estiver sincronizado com a linha CA. Da mesma forma, a velocidade síncrona para um estator de oito polos seria de 900 RPMs.

[00143] A fonte de alimentação de corrente contínua (CC) 2632 (por exemplo, para os componentes eletrônicos usados no controlador de motor) também está localizada entre os enrolamentos de fase dividida

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48/81 de motor 2604-2610, entre as duas metades 2612-2614 dos enrolamentos de fase dividida de motor e/ou em um ponto médio ou central 26262628 entre dois dos enrolamentos de fase dividida de motor 2604-2606 ou 2608-2610 em cada metade 2612, 2614 dos enrolamentos de fase de motor dividida. O enrolamento primário de fase dividida 2604-2610 limita a corrente que pode fluir à fonte de alimentação CC 2632, eliminando assim a necessidade de componentes limitadores de corrente que desperdiçam potência.

[00144] O circuito de enrolamento de fase dividida 2602 da Figura 26 inclui bobinas secundárias 2634, 2636 (também referidas como um enrolamento secundário ou enrolamento secundário de fase) eletricamente conectadas a partir de ou entre os enrolamentos primários externos de fase dividida (bobina L1 e bobina L4) 2604 e 2610 à fonte de alimentação CC 2632 para criar uma fonte de alimentação CC sem colapso (uma fonte de alimentação CC na qual a voltagem CC não é reduzida para ou abaixo da resistência “on” de comutador(es) vezes a corrente através do comutador(es) de potência, que é próximo de zero). As bobinas dos enrolamentos secundários de fase 2634, 2636 fornecem uma fonte de alimentação de baixa voltagem à fonte de alimentação CC 2632, tal como quando o motor está no arranque. A uma ou mais bobinas secundárias 2634, 2636 também atuam como um filtro de ruído de alta frequência para filtrar o ruído de alta frequência da baixa voltagem de potência fornecida à fonte de alimentação CC 2632. As bobinas secundárias 2634, 2636 podem ser distribuídas em qualquer lugar, tal como uniformemente entre o primeiro e quarto enrolamentos de fase dividida 2604, 2610, em um ou mais dentre o primeiro, segundo e quarto enrolamentos de fase dividida 2604-2610, todos em um polo, ou desigualmente entre o primeiro e o segundo enrolamentos de fase dividida, tal como um maior número de voltas ou bobinas em um enrolamento secundário do que outro enrolamento secundário.

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49/81 [00145] A Figura 27 representa um circuito de fase dividida 2702 semelhante ao circuito de enrolamento de fase dividida 2602 da Figura 6. No entanto, o circuito de fase dividida 2702 da Figura 27 representa um retificador de ponte completo, comutador MOSFET e diodo para o circuito de comutador(es) de potência do estágio 1 2624A. O circuito de fase dividida 2702 também representa valores particulares para alguns componentes, incluindo 435 voltas, 30AWG para os enrolamentos de fase dividida (bobinas) 2604A-2610A e 70 voltas, 30AWG para as bobinas secundárias 2634A-2336A.

[00146] Referente ainda às Figuras 26 e 27, em um aspecto, o circuito de comutador(es) de potência do estágio 1 2630 é operacional apenas durante o arranque. Quando o motor atinge a velocidade síncrona, o controle de lógica/controlador de motor 2616 desliga o circuito de comutador(es) de potência do estágio 1 2624 e liga o circuito de co~ mutador(es) de potência do estágio 2 2630. O controlador de motor do estágio 1 2618 controla qual direção a corrente flui através das bobinas com base na posição do rotor. Em um exemplo, o tempo de comutação mais preciso é um fator para o arranque. O circuito de comutador(es) de potência do estágio 2 2630 está ligado ou desligado e não usa a posição do rotor para determinar a direção do fluxo de corrente.

[00147] Conforme mostrado no exemplo nas Figuras 26 e 27, o circuito de comutador(es) de potência do estágio 1 2624 é conectado entre um enrolamento externo de fase (bobina L1) 2504 e enrolamento interno de fase (bobina L2) 2506 em um lado 2512 do circuito e entre o outro enrolamento externo de fase (bobina L5) 2510 e outro enrolamento interno de fase (bobina L3) 2508 em um lado 2514 do circuito. O circuito de comutador(es) de potência do estágio 1 2624 completa um caminho de corrente para os dois enrolamentos externos de fase (bobina L1 e bobina L4) 2604, 2610. Os enrolamentos de fase 2604, 2610 podem ser

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50/81 configurados de várias maneiras diferentes para atender às necessidades da aplicação do motor. O circuito de comutador(es) de potência do estágio 1 2624 também pode ser configurado para energizar três dos enrolamentos de fase 2604-2610 ou apenas um dos enrolamentos de fase para atender aos requisitos de potência e de torque de arranque.

[00148] Quando o circuito de comutador(es) de potência do estágio

2624 desliga e o circuito de comutador(es) de potência do estágio 2 2630 liga, o caminho de corrente para todos os quatro enrolamentos de fase 2604-2610 é completado. Visto que o circuito de comutador(es) de potência do estágio 2 2630 tem uma velocidade de comutação mais lenta que o circuito de comutador(es) de potência do estágio 1 2624 no arranque, um componente tal como um relê ou um relé de estado sólido pode ser usado para o circuito de comutador(es) de potência do estágio e exigir menos peças do que se um comutador de potência como o MOSFET for usado para o circuito de comutador(es) de potência do estágio 2.

[00149] Se o baixo custo for uma meta, pode ser benéfico construir um circuito equivalente usando componentes mais baratos discretos. Em um dos circuitos descritos abaixo, o uso de componentes discretos funciona bem em faixa de voltagem, faixa de corrente, queda de voltagem e velocidade de comutação. O mesmo também pode ser construído por um custo Igual ou menor do que um relé de estado sólido que atenda aos mesmos requisitos de potência.

[00150] As Figuras 28 e 29 representam exemplos de elementos ativos para os circuitos de comutador(es) de potência do estágio 1 do estágio 2. Para o estágio 1 (arranque), os elementos ativos para o circuito de comutador(es) de potência do estágio 1 (2602A) estão representados na Fig. 28 e incluem um retificador de ponte de onda completa 2802 e um MOSFET 2804. O circuito de comutador(es) de potência do está

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51/81 gio 1 2602A também tem um diodo Zener 2806 em paralelo com o MOSFET 2804. A corrente flui através do diodo Zener 2806 quando o MOSFET 2804 está ligado e desligado. Os enrolamentos de fase (bobinas) 2604A, 2610A para o estágio 1 (Figura 28) são conectados ao retificador de ponte de onda completa 2802 para que o motor execute de modo equilibrado. Alimentar dois enrolamentos de fase adjacentes (bobinas) pode puxar o rotor com mais força para um lado e isso podería causar tensão excessiva no circuito, na estrutura do motor ou em ambos. Dependendo de como os polos estão enrolados e de como os polos se alinham ao rotor, pode ser necessário configurar diferentes bobinas para o arranque, visto que o maior torque está presente no arranque. Os en~ roiamentos de fase (bobinas) conectados em uma configuração desequilibrada no maior torque do motor podem causar tensão excessiva no circuito, na estrutura do motor ou em ambos. Para o estágio 2, os elementos ativos para o circuito de comutador(es) de potência do estágio 2 2630A estão representados na Fig. 29 e incluem um SSR ou QSSR. Porém, outro relé ou outro comutador pode ser usado.

[00151] As Figuras 30A-30B representam outro exemplo de um circuito de enrolamento de fase dividida 3002, 3002A para um motor de forma esquemática. O circuito tem duas entradas de linha LI1 ou Llnejnl e LI2 ou Linejn2, que são conectadas a uma fonte de energia CA durante a operação do motor. Como os circuitos das Figuras 25-29, os circuitos das Figuras 30A-30B incluem enrolamentos de fase de motor que são divididos em quatro partes, com dois enrolamentos de fase de motor L1, L2 formando uma metade 3004 dos enrolamentos de fase de motor do circuito e dois outros enrolamentos de fase de motor L3, L4 formando a outra metade 3006 dos enrolamentos de fase de motor do circuito.

[00152] O mesmo também inclui um ou mais enrolamentos secundários de bobina de fase L1-1, L4-1 (Fig. 30A) ou L1-1, L3-1 (Fig. 30B)

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52/81 eletricamente conectados à fonte de alimentação CC para alimentar a fonte de alimentação e criar uma fonte de alimentação CC sem colapso (uma fonte de alimentação CC na qual a voltagem CC não é reduzida para ou abaixo da resistência “on” de comutador(es) vezes a corrente através do comutador(es) de potência, que é próximo de zero). O um ou mais enrolamentos secundários de fase (bobinas) (também referidas como um enrolamento secundário) fornecem uma fonte de alimentação de baixa voltagem à fonte de alimentação CC, tal como quando o motor está no arranque. O um ou mais enrolamentos secundários de fase (bobinas) também atuam como um filtro de ruído de alta frequência para filtrar o ruído de alta frequência da baixa voltagem de potência fornecida à fonte de alimentação CC. O enrolamento secundário pode ser distribuído em qualquer lugar, tal como uniformemente entre o primeiro (L1) e o quarto (L4) enrolamentos de fase dividida, todos em um polo, ou desigualmente entre o primeiro (L1) e o quarto (L4) enrolamentos de fase dividida, tal como um maior número de voltas ou bobinas em um enrolamento secundário do que outro enrolamento secundário. O enrolamento secundário pode ser distribuído em qualquer lugar, uniformemente ou não, entre qualquer um dentre o primeiro (L1), segundo (L2), terceiro (L3) e quarto (L4) enrolamentos de fase dividida.

[00153] Circuito de Comutador(es) de Potência do Estágio 1 [00154] O bloco de Comutador de Potência tem um retificador de ponte de onda completa BR1 e um MOSFET Q1. O retificador de ponte de onda completa BR1 garante que nenhuma voltagem negativa será fornecida ao dreno (topo) do MOSFET Q1 e garante que nenhuma voltagem positiva será fornecida à fonte (fundo) do MOSFET Q1 de modo que a corrente possa fluir apenas do dreno à fonte do MOSFET Q1 quando polarizado por uma voltagem positiva na porta do MOSFET Q1 através de um resistor R1 ou um circuito acionador de porta separado.

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No exemplo da Figura 31, simultaneamente como a voltagem CA retificada positiva está presente no dreno do MOSFET Q1, o MOSFET Q1 é polarizado pelo mesmo sinal de voltagem através do resistor R1. O diodo D1 protege a porta do MOSFET Q1, garantindo que qualquer voltagem na porta do MOSFET Q1 será maior que -0,7 VDC, pois se for menor pode danificar ou destruir ou degradar o MOSFET Q1. No exemplo descrito acima, a porta é essencialmente acionada por voltagem de dreno. Nesse tipo de configuração acima, quando o MOSFET Q1 é energlzado, o mesmo colapsa o sinal de acionamento da porta, fazendo com que o MOSFET Q1 opere como se estivesse na maior resistência do dreno à fonte (Rds (on)). Visto que a resistência é maior, a queda de voltagem no MOSFET Q1 também é maior, que é tirada diretamente da potência aos enrolamentos de fase dividida de motor (bobinas) (L1-L4). Adicionar um circuito acionador de porta simples aumenta a voltagem para a porta do MOSFET Q1 e diminui Rds (on). Um exemplo de um acionador de porta usando componentes discretos conforme descrito neste documento é mostrado na Figura 32. Os resistores R1 e R12, o diodo Zener Z1 e os diodos D1 e D2 formam um acionador de porta simples.

[00155] Referente novamente às Figuras 30A-30B, um capacitor podería ser conectado da porta do MOSFET Q1 à fonte do MOSFET Q1 para ajudar a manter um nível de voltagem CC. Visto que as entradas do acionador de porta estão conectadas ao outro lado dos enrolamentos de fase dividida de motor (bobinas), há uma diferença na voltagem que é aproximadamente igual a (entrada de Linha de Voltagem) / (número de bobinas ativas). No exemplo da Figura 32, se a Entrada de Linha for 120 VAC, visto que existem 2 bobinas ativas que têm valores iguais, a voltagem nas entradas do acionador de porta é de aproximadamente 120/2 “· 60 voits cada.

[00156] O diodo Zener Z1 regulará voltagens mais altas e deveria ser

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54/81 um valor dentro da faixa de operação normal do MOSFET. O diodo Zener Z1 regulará a quantidade de voltagem igual à classificação de voltagem do diodo Zener; voltagens mais altas do que a voltagem do diodo Zener classificada são descartadas através do diodo Zener. O diodo Zener Z1 pode atuar como um regulador de voltagem. Nesse caso, a voltagem é regulada para estar dentro da voltagem de operação do MOSFET Q1.

[00157] Em uma configuração como o exemplo da Figura 31, uma queda de voltagem através do MOSFET Q1 pode ser de cerca de 5 volts ou apenas o suficiente para manter o MOSFET Q1 polarizado. No exemplo da Figura 32, a queda de voltagem através do MOSFET Q1 pode ser menor que 1 volt.

[00158] Circuito de Comutador(es) de Potência do Estágio 2 [00159] O propósito do circuito de comutador(es) de potência do estágio 2 é executar o motor da maneira mais eficiente possível. Visto que o estágio 2 raramente é necessário para desligar e ligar ou ligar e desligar dentro de 1 ciclo de entrada, o mesmo pode ser projetado para operar de maneira muito simples. A única entrada necessária a partir da lógica de controle/controlador de motor do estágio 1 é uma entrada de encerramento síncrono, SYNC SD. A entrada SYNC SD é usada para encerrar o MOSFET Q1 do estágio 1 puxando a porta do mesmo para sua fonte. A entrada SYNC SD também é usada para ligar o circuito de comutador(es) de potência do estágio 2 enquanto a velocidade do motor estiver executando em sincronia com a frequência de entrada. No circuito exemplificativo nas Figuras 30A-30B, a entrada SYNC SD é uma lógica alta para arranque. Quando o tempo de ciclo para a frequência na entrada ao regulador de voltagem IC2 no pino 1 corresponde à constante de tempo ajustada pelo capacitor C4 e resistor R7, a entrada SYNC SD é puxada a uma lógica baixa através de uma saída de coletor aberto. Enquanto a velocidade síncrona é detectada pelo regulador de

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55/81 voltagem IC2, a entrada SYNC SD é lógica baixa. Se o motor for sobrecarregado ou, por algum outro motivo, o motor “ficar fora de sincronia”, a entrada SYNC SD mudará da lógica baixa para a lógica alta. O Estágio 2 (por exemplo, o circuito de comutador(es) de potência do estágio 2) será encerrado e o Estágio 1 (por exemplo, o circuito de comutador(es) de potência do estágio 1) irá operar até que a velocidade síncrona seja detectada. Visto que o Estágio 1 necessita de uma lógica alta na entrada SYNC SD para operar, e o Estágio 2 necessita de uma lógica baixa na entrada SYNC SD para operar, o Estágio 1 e Estágio 2 não podem ser energizados simultaneamente nos exemplos das Figuras 30A-30B.

[00160] A Figura 33 representa uma versão do circuito de comutador(es) de potência do estágio 2 que usa uma entrada isolada, uma saída triac, um relê de estado sólido (SSR) SSR1. Essa configuração requer apenas 2 componentes. O ânodo do LED de entrada SSR é conectado a uma voltagem positiva VDC através de um resistor limitador de corrente R2. O catodo do LED de entrada do SSR é conectado à entrada SYNC SD. Quando a entrada SYNC SD muda para uma lógica baixa, um caminho para a corrente é completado através do LED de entrada, e o SSR é ligado. Da mesma forma, quando a entrada SYNC SD é uma lógica alta, não há caminho para a corrente através do LED de entrada, e o SSR é desligado.

[00161] A Figura 34 representa um circuito que substitui um SSR do circuito de comutador(es) de potência usando componentes discretos. O circuito da Figura 34 opera de maneira muito semelhante ao circuito de comutador(es) de potência do estágio 1. Uma diferença é que o circuito de comutador(es) de potência está normalmente desligado para o estágio 2, visto que um resistor de alto valor R14 é conectado entre o dreno do comutador Q2 e a base do comutador Q6. Quando há uma voltagem positiva no dreno do comutador Q2, o comutador Q6 é energizado, o que causa um curto na porta do comutador Q2 à fonte do

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56/81 mesmo, desligando o comutador Q2. Outra diferença é a entrada isolada ao circuito de comutador(es) de potência através do isolador I S01. A entrada para o isolador IS01 funciona da mesma forma que a entrada para o SSR (SSR1) descrita anteriormente, e a saída é um coletor aberto. Quando a entrada SYNC SD muda para uma lógica baixa, a saída do isolador ISO1 é energizada, o que muda a base do comutador Q6 para o emissor do mesmo, desligando o comutador Q6. Quando o comutador Q6 está desligado, o comutador Q2 irá operar quando houver uma voltagem positiva acima do limiar na porta do comutador Q2. Outra diferença é que o capacitor C2 pode ter um valor mais alto, visto que o circuito de comutador(es) de potência do estágio 2 não requer uma comutação tão rápida. Aumentar o valor do capacitor C2 permitirá uma versão mais simples de um circuito acionador de porta (diodo D1 e resistor R6).

[00162] Em outras modalidades, os motores síncronos acionados por corrente alternada (CA) e circuitos de controle associados e circuitos de comutador(es) de potência para os motores síncronos CA atingem uma eficiência multo alta a múltiplas velocidades fixas, Incluindo velocidade totalmente síncrona e frações dessa velocidade síncrona. A velocidade totalmente síncrona é determinada pela frequência da fonte de energia de corrente alternada e pelo número de polos de rotor e polos de estator do motor. O estator de motor inclui pelo menos um enrolamento de fase. No entanto, o estator de motor pode ter múltiplos enrolamentos de fase, tal como nas modalidades acima. Um ou mais enrolamentos de fase adicionais e circuitos de controle adicionais para o circuito de controle podem ser adicionados para otimizar o desempenho em uma ou mais velocidades fracionárias selecionadas ou outras velocidades fracionárias.

[00163] As Figuras 35-47 representam exemplos de um circuito de corrente alternada (CA) muitiveiocidade para uma máquina, em que a

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57/81 máquina inclui um motor e um gerador. O exemplo das Figuras 35-42 inclui um único enrolamento (W). No entanto, dois, três ou mais enrolamentos podem ser usados para o circuito de máquina CA multivelocidade. Por exemplo, as Figuras 43-44 representam um exemplo de dois enrolamentos. Em outro exemplo, a Figura 45 representa um exemplo de um circuito simplificado com um enrolamento. Em outro exemplo, a Figura 46 representa um exemplo de um circuito simplificado com dois enrolamentos. Em outro exemplo, a Figura 47 representa um exemplo de um circuito simplificado com três enrolamentos.

[00164] A Figura 35 representa um exemplo de um circuito de máquina CA multivelocidade de enrolamento único 3502. O circuito de máquina CA multivelocidade 3502 tem quatro comutadores de potência Q1, Q2, Q3 e Q4, um enrolamento de estator Wa, uma fonte de corrente alternada (CA) 3504 com um primeiro lado de voltagem de linha L1 no condutor L1 e um segundo lado de voltagem de linha L2 no condutor L2 e um circuito de controle 3506.

[00165] O enrolamento de estator Wa está conectado (no ponto A 3508) em um lado do enrolamento entre dois comutadores de potência Q1 e Q2 em um lado do circuito de máquina CA multivelocidade 3502 e (no ponto B 3510) no outro lado do enrolamento entre os outros dois comutadores de potência Q3 e Q4 no outro lado do circuito de máquina CA multivelocidade. O ponto A 3508 é o lado de partida do enrolamento Wa e o ponto B 3510 é o lado de término do enrolamento.

[00166] No exemplo da Figura 35, os comutadores de potência Q1, Q2, Q3 e Q4 são comutadores de potência bidirecionais que permitem que a corrente flua de L1 a L2 ou de L2 a L1. O comutador de potência Q1 conecta o ponto A 3508 a L1 e o comutador de potência Q3 conecta o ponto A ao L2. O comutador de potência Q2 conecta o ponto B 3510 a L1 e o comutador de potência Q4 conecta o ponto B a L2. Os comu

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58/81 tadores de potência são operados em pares, Q1/Q4 e Q2/Q3, para controlar a direção do fluxo de corrente através do enrolamento Wa.

[00167] No exemplo da Figura 35, os comutadores de potência Q1, Q2, Q3 e Q4 são SSRs de Alta Velocidade (QSSRs) que incluem um MOSFET e cada um tem quatro diodos 3512-3518, 3520-3526, 35283534 e 3536-3542, respectivamente. Os diodos 3512-3542 são configurados como um retificador de ponte de onda completa com o MOSFET causando curto na saída positiva do retificador para a saída negativa. Os diodos 3512-3542 garantem que a corrente flua na direção correta através dos comutadores de potência, impedindo que a corrente flua na direção errada. Quando o MOSFET é energizado, a corrente CA flui de uma entrada CA do retificador à saída (outro lado CA) do retificador. Por exemplo, os diodos 3512 e 3518, 3520 e 3526, 3528 e 3534, e 3536 e 3542, permitem que a corrente flua de L2 a L1 através dos comutadores de potência Q1, Q2, Q3 e Q4, respectivamente. Os diodos 3514 e 3516, 3522 e 3524, 3530 e 3532 e 3538 e 3540, permitem que a corrente flua de L1 a L2 através dos comutadores de potência Q1, Q2, Q3 e Q4, respectivamente. Outros tipos de comutadores de potência podem ser usados em outros exemplos, tal como um dispositivo de comutação ou combinação de dispositivos de comutação que permitem a comutação de corrente alternada, incluindo transistores de efeito de campo de metal™ óxido-semicondutor (MOSFETs), retificadores controlados por silício (SCRs), ou transistores configurados para operar como comutadores CA, por exemplo, quando colocados em série em direções opostas com diodos, ou relés ou qualquer outra combinação de comutadores que possa ser configurada para comutar corrente alternada.

[00168] O circuito de controle 3506 controla a operação do circuito de máquina CA multivelocldade 3502. O circuito de controle 3506 determina qual dentre um ou mais dos comutadores de potência Q1, Q2, Q3 e/ou Q4 fechar para obter a direção apropriada do fluxo de corrente

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59/81 através de um ou mais enrolamentos no circuito de máquina CA multivelocidade 3502. Em um exemplo, o circuito de controle 3506 abre os comutadores de potência Q1 e Q4 e fecha os comutadores de potência Q2 e Q3 para fazer a corrente fluir de L1 a L2. Em outro exemplo, o circuito de controle 3506 abre os comutadores de potência Q2 e Q3 e fecha os comutadores de potência Q1 e Q4 para fazer a corrente fluir de L2 a L1.

[00169] Em um exemplo, o circuito de controle 3506 inclui um processador de hardware com software executando uma ou mais instruções armazenadas em um meio de armazenamento legível por computador não transitório. Em outro exemplo, o circuito de controle 3506 inclui um processador de sinal digital (DSP), um circuito integrado específico de aplicação (ASIC), um sinal de matriz de portas de campo programáveis (FPGA) ou outro dispositivo lógico programável (PLD), porta discreta ou lógica de transistor, componentes de hardware discretos, ou combinações dos mesmos projetados para desempenhar as funções descritas neste documento.

[00170] A Figura 36A representa um exemplo de um circuito de controle 3506A para um circuito de máquina CA multivelocidade 3502. O circuito de controle 3506A inclui uma fonte de alimentação de corrente contínua (CC) 3602, um detector de polaridade de corrente alternada (CA) 3604, um dispositivo de efeito Hall 3606 e um controlador de motor 3608. O controlador do motor 3608 pode ser substituído por um controlador de máquina com os mesmos componentes que o controlador do motor para controlar um gerador.

[00171] A fonte de alimentação CC 3602 converte a potência CA recebida para uma voltagem CC configurada para alimentar os componentes alimentados por CC no circuito de controle 3506A, tal como o dispositivo de efeito Hall 3606 e o controlador de motor 3608. A fonte de

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60/81 alimentação CC 3602 então fornece potência aos componentes alimentados por CC no circuito de controle 3506A, tal como o dispositivo de efeito Hall 3606 e o controlador de motor 3608. Em um exemplo, a fonte de alimentação CC 3602 inclui um Conversor Offline IC em uma topologia buck para converter a potência da potência CA recebida em potência CC de baixa voltagem. Essa potência CC de baixa voltagem é usada para alimentar e fornecer a um ou mais dispositivos alimentados por CC no circuito de controle 3506A, tal como o dispositivo de efeito Hall 3606 e o controlador de motor 3608.

[00172] O detector de polaridade CA 3604 detecta se a voltagem é maior em L1 ou L2 e emite um sinal de polaridade indicando qual de L1 ou L2 tem a voltagem mais alta, tal como indicando se a voltagem em L1 é maior ou menor que a voltagem em L2. Em um exemplo, se o detector de polaridade CA 3604 detectar que a voltagem em L1 é maior que a voltagem em L2, o detector de polaridade CA emitirá um sinal de polaridade que é alto, significando que a voltagem em L1 é maior que L2. Se o detector de polaridade CA 3604 detectar que a voltagem em L1 é menor que a voltagem em L2, o detector de polaridade CA emitirá um sinal de polaridade que é baixo, significando que a voltagem em L1 é menor que a voltagem em L2.

[00173] Em um exemplo, conforme mostrado na Figura 36B, o detector de polaridade CA 3604 inclui dois resistores 3610 e 3612 e um díodo Zener 3614. Um primeiro resistor 3610 é conectado a L1 em um lado do primeiro resistor e conectado ao cátodo do díodo Zener 3614 no outro lado do primeiro resistor. O ânodo do díodo Zener 3614 é conectado a um lado do segundo resistor 3612, e o outro lado do segundo resistor está conectado a L2. Com esta configuração, quando a voltagem em L1 é maior do que a voltagem de ruptura do díodo Zener 3614, o díodo Zener conduz, deixando uma queda de voltagem através do díodo Zener que é equivalente à voltagem de ruptura do diodo Zener. Isso resulta

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61/81 em um sinal de polaridade que é alto e que corresponde à voltagem em L1. Quando a voltagem em L1 é menor do que a voltagem de ruptura do diodo Zener 3614, a queda de voltagem através do diodo Zener é mais próxima de zero. Isso resulta em um sinal de polaridade que é baixo e que corresponde à voltagem em L1. Em uma modalidade alternativa, um amplificador operacional é usado no lugar dos dois resistores 3610 e 3612 e um diodo Zener 3614 para o detector de polaridade CA 3604.

[00174] O dispositivo de efeito Hall 3606 detecta a posição do rotor em relação ao estator e emite um ou mais sinais de efeito Hall, indicando a posição do rotor em relação ao estator. Em um exemplo, o dispositivo de efeito Hall 3606 detecta uma polaridade de um ímã do rotor em relação a um dente de estator. Nesse exemplo, o dispositivo de efeito Hall 3606 emite um sinal alto de Efeito Hall ou um sinal baixo de Efeito Hall que é determinado pela polaridade do polo magnético que está detectando. Nesse exemplo, o dispositivo de efeito Hall 3606 emite (1) um sinal alto de Efeito Hall indicando que um polo magnético norte está voltado para o estator ou (2) um sinal baixo de efeito Hall indicando que um polo sul está voltado para o estator.

[00175] Em um exemplo, a localização do dispositivo de efeito Hall 3606 em relação ao estator fornece uma saída alta quando a força eletromotriz de retomo (BEMF) do motor é alta. O dispositivo de efeito Hall 3606 é então deslocado 36 graus elétricos avançados no BEMF. O BEMF é gerado pela combinação dos ímãs do rotor no rotor giratório passando pelos dentes de estator com os enrolamentos. O BEMF é determinado, em um exemplo, pela velocidade do rotor e pelo número de voltas em cada polo.

[00176] O controlador de motor 3608 determina qual dentre um ou mais dos comutadores de potência Q1, Q2, Q3 e/ou Q4 fechar para obter a direção apropriada do fluxo de corrente através de um ou mais

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62/81 enrolamentos no circuito de máquina CA multivelocidade 3502. Em urn exemplo, o controlador de motor 3608 abre os comutadores de potência Q1 e Q4 e fecha os comutadores de potência Q2 e Q3 para fazer a corrente fluir de L1 a L2. Em outro exemplo, o controlador de motor 3608 abre os comutadores de potência Q2 e Q3 e fecha os comutadores de potência Q1 e Q4 para fazer a corrente fluir de L2 a L1.

[00177] Em um exemplo, o controlador de motor 3608 recebe sinais do detector de polaridade CA 3604 e do dispositivo de efeito Hall 3606 para determinar qual dentre um ou mais dos comutadores de potência Q1, Q2, Q3 e/ou Q4 fechar para obter a direção apropriada do fluxo de corrente através de um ou mais enrolamentos no circuito de máquina CA multivelocidade 3502. Nesse exemplo, quando o sinal de Efeito Hall é alto, a corrente deve fluir através do enroiamento Wa do ponto A 3508 ao ponto B 3510.

[00178] Se o sinal de Efeito Hall for alto e o sinal de detecção de polaridade CA for alto, significando que a voltagem em L1 é maior que a voltagem em L2, o controlador de motor 3608 transmitirá sinais ao par de comutadores de potência Q2/Q3 para abrir o par de comutadores de potência Q2/Q3 e transmitir sinais ao par de comutadores de potência Q1/Q4 para fechar o par de comutadores de potência Q1/Q4. Nesse caso, a voltagem mais alta é aplicada ao ponto A 3508 do enroiamento Wa, e a voltagem mais baixa é aplicada ao ponto B 3510 do enroiamento Wa para criar fluxo de corrente do ponto A 3508 ao ponto B 3510 através do enroiamento Wa.

[00179] Se o sinal de Efeito Hall for alto e o sinal de detecção de polaridade CA for baixo, significando que a voltagem em L1 é menor que a voltagem em L2, o controlador de motor 3608 transmitirá sinais ao par de comutadores de potência Q1/Q4 para abrir o par de comutadores de potência Q1/Q4 e transmitir sinais ao par de comutadores de potência Q2/Q3 para fechar o par de comutadores de potência Q2/Q3.

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Isso ainda aplica a voltagem mais alta ao ponto A 3508 do enrolamento Wa e a menor voltagem ao ponto B 3510 do enrolamento Wa para criar fluxo de corrente da esquerda para a direita através do enrolamento, que é a direção correta do fluxo quando o sinal de efeito Hall é alto. [00180] Se o sinal de Efeito Hall for baixo e o sinal de detecção de polaridade CA for alto, significando que a voltagem em L1 é maior que a voltagem em L2, o controlador de motor 3608 transmitirá sinais ao par de comutadores de potência Q1/Q4 para abrir o par de comutadores de potência Q1/Q4 e transmitir sinais ao par de comutadores de potência Q2/Q3 para fechar o par de comutadores de potência Q2/Q3. Nesse caso, a voltagem mais alta é aplicada ao ponto B 3510 do enrolamento Wa, e a voltagem mais baixa é aplicada ao ponto A 3508 do enrolamento Wa para criar fluxo de corrente do ponto B 3510 ao ponto A 3508 através do enrolamento Wa, que é a direção correta de fluxo quando o sinal de efeito Hall é baixo.

[00181] Se o sinal de Efeito Hall for baixo e o sinal de detecção de polaridade CA for baixo, significando que a voltagem em L1 é menor que a voltagem em L2, o controlador de motor 3608 transmitirá sinais ao par de comutadores de potência Q2/Q3 para abrir o par de comutadores de potência Q2/Q3 e transmitir sinais ao par de comutadores de potência Q1/Q4 para fechar o par de comutadores de potência Q1/Q4. Isso ainda aplica a voltagem mais alta ao ponto B 3510 do enrolamento Wa e a menor voltagem ao ponto A 3508 do enrolamento Wa para criar fluxo de corrente do ponto B 3510 ao ponto A 3508 através do enrolamento Wa, que é a direção correta do fluxo quando o sinal de efeito Hall é baixo.

[00182] Em um exemplo, o controlador de motor 3608 inclui um processador de hardware com software executando uma ou mais instruções armazenadas em um meio de armazenamento legível por computador não transitório. Nesse caso, o processador processa o sinal de

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64/81 efeito Hall e o sinal de polaridade CA e cria um ou mais sinais lógicos de acionamento com base no fato de cada um dentre o sinal de efeito Hall e o sinal de polaridade CA ser alto ou baixo, e o controlador de motor transmite o um ou mais sinais lógicos de acionamento aos comutadores de potência (conforme descrito acima) para abrir e fechar os comutadores de potência. Em um exemplo, o controlador de motor 3608 inclui lógica na qual o sinal de efeito Hall e o sinal de polaridade CA fazem uma operação lógica de XOR juntos para criar um ou mais sinais lógicos de acionamento com base no fato de cada um dentre o sinal de efeito Hall e o sinal de polaridade CA ser alto ou baixo, e o controlador de motor transmite o um ou mais sinais lógicos de acionamento aos comutadores de potência (conforme descrito acima) para abrir e fechar os comutadores de potência.

[00183] Em outro exemplo, o controlador de motor 3608 inclui um processador de sinal digital (DSP), um circuito integrado específico de aplicação (ASIC), um sinal de matriz de portas de campo programáveis (FPGA) ou outro dispositivo lógico programável (PLD), porta discreta ou lógica de transistor, componentes de hardware discretos, ou combinações dos mesmos projetados para desempenhar as funções descritas neste documento. Um processador de hardware pode ser um microprocessador, processador comercialmente disponível, controlador, microcontrolador ou máquina de estado. Um processador também pode ser implementado como uma combinação de dois componentes de computação, por exemplo, uma combinação de um DSP e um microprocessador, uma pluralidade de microprocessadores, um ou mais microprocessadores em conjunto com um núcleo DSP, ou qualquer outra configuração.

[00184] As Figuras 37A-37B representam um exemplo de uma colocação de um dispositivo de efeito Hall 3606 de um circuito de controle

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3506A para um motor 3702. O motor 3702 tem um rotor 3704 e um estator 3706. Um tripé 3708 mantém um mancal/eixo traseiro 3710 no lugar. Um sustentador ou suporte de dispositivo de efeito Hall 3712 é montado ao tripé 3708, e o dispositivo de efeito Hall 3606 é montado no suporte do dispositivo de efeito Hall.

[00185] Os ímãs do rotor 3714-3724 são magnetizados radialmente através do centro do ímã. Os ímãs do rotor 3714, 3718 e 3722 com a marca no topo têm um polo norte no diâmetro externo (OD) e um polo sul no diâmetro interno (ID). Os ímãs do rotor 3716, 3720 e 3724 sem marcação têm um polo sul no diâmetro externo (OD) e um polo norte no diâmetro interno (ID).

[00186] No exemplo das Figuras 37A-37B, o dispositivo de efeito Hall 3606 é colocado em uma aresta interior dos ímãs do rotor 3714-3724, de modo que detecte um polo magnético dos ímãs do rotor que seja oposto ao polo magnético voltado para o estator 3706. Nesse exemplo, o dispositivo de efeito Hall 3606 tem dois sinais de saída: (1) um sinal alto de saída indicando que um polo magnético norte está voltado para o estator 3706 ou (2) um sinal baixo de saída indicando que um polo sul está voltado para o estator.

[00187] Referente às Figuras 35-42, o circuito de máquina CA multivelocidade 3502 pode operar em três modos diferentes: modo de partida, modo de velocidade totalmente síncrona e modo de velocidade fracionária.

[00188] O modo de partida é usado para o arranque do motor no qual o circuito de máquina CA multivelocidade 3502 é usado. O modo de partida pode ser operado de múltiplas maneiras diferentes, incluindo modulação de largura de pulso, ângulo de disparo atrasado com encerramento de corrente zero, ou usando um segundo enrolamento. Os diferentes modos de partida são usados para limitar a corrente de partida e o torque para fornecer uma operação suave e estável.

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66/81 [00189] O modo de modulação de largura de pulso (PWM) pode ser usado, por exemplo, em um circuito de máquina CA multivelocidade 3502 com um enrolamento Wa, conforme visto na Figura 35, ou dois, três ou mais enrolamentos. O modo de modulação de largura de pulso (PWM) é usado para limitar a corrente de partida e o torque reduzindo a voltagem RMS aplicada ao(s) enrolamento(s), ligando e desligando a voltagem a uma alta frequência através do(s) enrolamento(s), por exemplo, o enrolamento Wa no circuito de máquina CA multivelocidade 3502. Para operar o modo PWM, o circuito de controle 3506 fecha um par de comutadores de potência, (a) Q1 e Q4 ou (b) Q2 e Q3, para aplicar voltagem ao(s) enrolamento(s), por exemplo, o enrolamento Wa.

[00190] O circuito de controle 3506 tem um microcontrolador que gera um ou mais sinais PWM para um ou mais dentre os comutadores de potência Q1, Q2, Q3 e/ou Q4. Os sinais PWM abrem ou fecham um ou mais dentre os comutadores de potência Q1, Q2, Q3 e/ou Q4. Por exemplo, o circuito de controle 3506 transmite os sinais PWM aos pares de comutadores de potência Q1/Q4 ou Q2/Q3, conforme descrito neste documento, para abrir ou fechar os pares de comutadores de potência Q1/Q4 ou Q2/Q3.

[00191] O sinal PWM tem um ciclo de trabalho, que por exemplo pode ser baseado na quantidade de torque/corrente de partida necessária para dar partida no motor. Por exemplo, um motor compressor exigiría um ciclo de trabalho/torque de partida maior do que um motor de ventilador para iniciar. O circuito de controle 3506 determina continuamente o valor real do ciclo de trabalho e compara o valor real do ciclo de trabalho com um valor de ciclo de trabalho desejado. Nesse exemplo, quando o ciclo de trabalho desejado é atingido, se o par de comutadores de potência Q1/Q4 estiver fechado e o sinal de detecção de polaridade CA for alto, indicando que a corrente está fluindo de L1 através do enrolamento Wa do ponto A 3508 ao ponto B 3510 até L2, o circuito de

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67/81 controle 3506 abre o comutador de potência Q4 e fecha o comutador de potência Q2. Isso conecta tanto o ponto A 3508 quanto o ponto B 3510 do enrolamento Wa a L1. Visto que ambos os lados do enrolamento Wa são conectados à mesma fonte de voltagem, não há voltagem diferencial aplicada ao enrolamento. Isso permite que a corrente continue a fluir através do enrolamento na mesma direção Wa, enquanto nenhuma voltagem é aplicada ao enrolamento Wa até que o próximo ciclo PWM seja atingido. Então, o circuito de controle 3506 abre o comutador de potência Q2 e fecha o comutador de potência Q4, aplicando assim a voltagem aos enrolamentos novamente. Altemativamente, se o par de comutadores de potência Q1/Q4 estiver fechado quando o sinal de detecção de polaridade CA 3604 for baixo, indicando que a corrente estava fluindo de L2 através do enrolamento Wa do ponto B 3510 ao ponto A 3508 e até L1, e o ciclo de trabalho desejado for atingido, o circuito de controle 3506 abre o comutador de potência Q1 e fecha o comutador de potência Q3. Isso permite que a corrente continue a fluir através do enrolamento Wa na mesma direção sem nenhuma voltagem aplicada ao enrolamento Wa. A corrente deve sempre ter um caminho para fluir para operar o PWM sem picos de encerramento. O PWM também pode ser usado nos outros modos de operação para limitar as correntes de pico.

[00192] No modo de velocidade síncrona, o motor está operando em velocidade síncrona. As rotações síncronas de velocidade por minuto (RPM) podem ser determinadas tirando a frequência de linha em Hertz dividida pelo número de pares de polos do rotor (1 polo norte e 1 polo sul é igual a 1 par de polos) e multiplicado por 60, o número de segundos em um minuto. Por exemplo, um motor de seis polos (3 polos norte e 3 polos sul) executando em uma alimentação de 60 Hz feria uma velocidade síncrona de 1200 RPM, porque 60Hz / 3 pares de polos * 60 seg. 1200RPM. No modo de velocidade totalmente síncrona, um par de comutadores de potência Q1/Q4 ou Q2/Q3 é deixado sempre fechado

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68/81 e o outro par Q2/Q3 ou Q1/Q4 é deixado sempre aberto, permitindo um fluxo contínuo de corrente alternada através do enrolamento Wa.

[00193] O ângulo de disparo atrasado com o modo de encerramento de corrente zero pode ser usado no modo de partida para limitar a cor·· rente/torque de partida e também no modo de velocidade fracionária, conforme mostrado na Figura 42. O ângulo de disparo atrasado com encerramento de corrente zero implica esperar até que a onda senoidal da voltagem CA passe de um certo ponto antes de fechar quaisquer comutadores de potência. Por exemplo, uma vez que a voltagem está no pico da onda senoidal, tanto o par de comutadores de potência Q1/Q4 quanto o par de comutadores de potência Q2/Q3 podem ser fechados para permitir o fluxo de corrente através do enrolamento Wa. Uma vez que o fluxo de corrente através do enrolamento Wa esteja em zero, o controlador de motor 3608 irá abrir todos os comutadores de potência e aguardar até que o próximo pico da onda senoidal seja atingido antes do controlador de motor fechar quaisquer comutadores de potência. Nesse exemplo, o valor RMS efetivo da voltagem aplicada será reduzido para 50% da voltagem de linha, porque apenas a segunda metade da voltagem da onda senoidal é aplicada ao enrolamento Wa. A voltagem RMS efetiva aplicada ao enrolamento Wa nesse modo pode ser ajustada por quanto da voltagem da onda senoidal é aplicada ao enrolamento.

[00194] O modo de velocidade fracionária é usado quando o motor está operando a uma velocidade menor que a velocidade totalmente síncrona. O modo de velocidade fracionária pode ser operado de múltiplas maneiras pelo controlador de motor 3608, incluindo o uso do ângulo de disparo atrasado com encerramento de corrente zero para ajustar a potência aplicada ao enrolamento Wa ou adicionar enrolamentos adicionais e usar um circuito simplificado, conforme visto na Figura 44, para operar a uma velocidade fracionária fixa. Com o circuito simplificado

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69/81 mostrado na Figura 44, o enrolamento adicional aumenta o BEMF para reduzir o consumo de corrente e melhorar o desempenho. O controlador de motor 3608 controla os pares de comutadores de potência Q1/Q6 e Q3/Q4 com base no dispositivo de efeito Hall 3606 enquanto deixa os comutadores de potência Q2/Q5 sempre abertos. Quando o dispositivo de efeito Hall 3606 tem uma saída alta, o controlador de motor fecha o par de comutadores de potência Q1/Q6 e abre o par de comutadores de potência Q3/Q4, permitindo que a corrente flua de L1 através dos enrolamentos Wa e Wb a L2. Nenhum encerramento de corrente zero é necessário nesse exemplo, porque uma vez que o fluxo de corrente atinge zero, os diodos de comutador de potência interrompem o fluxo de corrente vindo da direção reversa, de L2 através dos enrolamentos Wa e Wb a L1. Se o sinal de Efeito Hall do dispositivo de efeito Hall 3606 for baixo, o controlador de motor 3608 abre o par de comutadores de potência Q1/Q6 e fecha o par de comutadores de potência Q3/Q4, permitindo o fluxo de corrente de L1 através dos enrolamentos Wa e Wb a L2. O circuito simplificado efetivamente cria uma alimentação de frequência reduzida que opera na metade da frequência de linha, conforme visto na Figura 41. O modo PWM também pode ser usado para o modo de velocidade fracionária, mas tem perdas adicionais devido à comutação de alta frequência.

[00195] A Figura 38-43 representa a voltagem aplicada ao enrolamento Wa nos modos operacionais.

[00196] A Figura 38 mostra um exemplo de como a voltagem CA de entrada pode ser aplicada ao enrolamento Wa em velocidade baixa (fracionária). A voltagem aplicada ao enrolamento Wa pode variar com base no modo de partida usado (por exemplo, modulação de largura de pulso, ângulo de disparo atrasado com encerramento de corrente zero, ou usando um segundo enrolamento).

[00197] A Figura 39 representa um exemplo da voltagem disponível

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70/81 que pode ser aplicada ao enrolamento Wa quando o motor se aproxima da velocidade síncrona. O circuito de controle 3506 pode filtrar as formas de onda cortadas atrasando a ativação da voltagem de linha ou desligamento da voltagem de linha na corrente zero, como no modo de ângulo de disparo atrasado com o modo de encerramento de corrente zero, até a velocidade síncrona para o motor ser atingida. No exemplo dessa figura, toda a voltagem disponível está sendo aplicada ao(s) enrolamento(s) com base na polaridade BEMF.

[00198] A Figura 40 representa a voltagem aplicada ao enrolamento Wa enquanto o motor está executando em velocidade síncrona. Dependendo da carga do motor, o circuito de máquina CA multivelocldade 3502 pode operar em um modo totalmente síncrono onde um par de comutadores de potência Q1/Q4 ou Q2/Q3 é deixado sempre fechado e o outro par Q2/Q3 ou Q1/Q4 é deixado sempre aberto. Para operação com cargas que requerem menos torque do que é aplicado no modo totalmente síncrono, a corrente pode ser limitada atrasando o ângulo de disparo, usando PWM ou ajustando o ângulo de fase que a voltagem é aplicada em relação à posição do rotor, que é semelhante ao modo de partida.

[00199] A Figura 41 mostra um exemplo de operação no modo de velocidade fracionária. O circuito de controle pula seletivamente meio ciclos ou porções de meio ciclos da voltagem de entrada CA a fim de gerar uma voltagem alternada de frequência reduzida efetiva a um ou mais enrolamentos de motor, por exemplo, o enrolamento Wa, para fornecer operação estável do motor a uma velocidade reduzida. O resultado é uma operação muito eficiente com comutação mínima.

[00200] A Figura 42 representa uma medição da corrente de motor e da voltagem de entrada CA para um motor operando a 2/3 da velocidade totalmente síncrona usando o ângulo de disparo atrasado com o encerramento de corrente zero. Para uma operação melhorada a velocidades

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71/81 mais baixas, podem ser adicionados um ou mais enrolamentos adicionais ao circuito de máquina CA multivelocidade 3502 para aumentar o BEMF a velocidades mais baixas, reduzir o consumo de corrente de pico e melhorar o fator e eficiência de potência.

[00201] A Figura 43 representa um exemplo de um circuito de máquina CA multivelocidade 3502 com um enrolamento adicional Wb e dois comutadores de potência adicionais. O exemplo da Figura 43 inclui um segundo enrolamento de estator Wb conectado entre o ponto B 3510 e o ponto C 4302. O ponto C é o lado de término do segundo enrolamento. O primeiro enrolamento do estator Wa é usado quando o motor está operando em velocidade totalmente síncrona. O segundo enrolamento Wb é usado quando o motor está operando no arranque ou a uma velocidade fracionária, incluindo a metade da velocidade.

[00202] O exemplo da Figura 43 também inclui seis dos comutadores de potência Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 e Q6 que conectam os enrolamentos a L1 ou L2. O comutador Q1 conecta o Ponto A ao L1 e o comutador Q4 conecta o Ponto A ao L2. O comutador Q2 conecta o Ponto B a L1 e o comutador Q5 conecta o Ponto B a L2. O comutador Q3 conecta o Ponto C a L1 e o comutador Q6 conecta o Ponto C a L2. Os comutadores Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 e Q6 são comutadores bidirecionais que permitem que a corrente flua de L1 a L2 ou de L2 a L1. O comutador Q5 inclui um SSR de Alta Velocidade (QSSR) que inclui um MOSFET com diodos 43044310 configurado como um retificador de ponte de onda completa. O comutador Q6 também inclui um SSR de Alta Velocidade (QSSR) que inclui um MOSFET com diodos 4312-4318 configurado como um retificador de ponte de onda completa.

[00203] No exemplo da Figura 43, um sensor de corrente 4320 é colocado entre o Ponto A 3508 e o do par de comutadores de potência Q1/Q4. Visto que a corrente está sempre fluindo através do enrolamento Wa, um sensor de corrente única 4320 nessa localização fornecerá uma

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72/81 medição de corrente precisa através dos enrolamentos Wa e Wb. A medição de corrente é transmitida do sensor de corrente 4320 ao circuito de controle 3506B. Essa medição de corrente pode ser usada para detectar cruzamentos de corrente zero ou detectar situações de corrente excessiva e usada pelo circuito de controle 3506B, por exemplo, para o arranque e outra operação, conforme descrito neste documento.

[00204] Em um exemplo de operação, conforme mostrado na Figura 43, o circuito de controle 3506B ativa (fecha) o par de comutadores Q1/Q6 ou o par de comutadores Q3/Q4 para usar ambos os enrolamentos Wa e Wb em série para o arranque do motor para operação de velocidade fracionária ou baixa, transmitindo sinais ao par de comutadores Q1/Q6 e o par de comutadores Q3/Q4 para abrir/fechar o par de comutadores Q1/Q6 e abrir/fechar o par de comutadores Q3/Q4. A corrente pode ainda ser passada de L1 a L2 ou de L2 a L1 através de ambos os enrolamentos Wa e Wb. Para a operação a velocidade total, o circuito de controle 3506B ativa (fecha) o par de comutadores Q1/Q5 ou o par de comutadores Q2/Q4 para usar apenas o enrolamento Wa enquanto não passa qualquer corrente através do enrolamento Wb. O circuito de controle transmite sinais ao par de comutadores Q1/Q5 e o par de comutadores Q2/Q4 para abrir/fechar o par de comutadores Q1/Q5 e para abrir/fechar o par de comutadores Q2/Q4.

[00205] Em outro exemplo de operação, conforme mostrado na Figura 44, a corrente fluirá apenas de L1 a L2 através de ambos os conjuntos de enrolamentos Wa e Wb para a operação de arranque ou de velocidade fracionária. Se o sinal de posição do rotor do dispositivo de efeito Hall 3606 for alto, os comutadores Q1 e Q6 são iguais ao sinal de efeito Hall do dispositivo de efeito Hall 3606 e os comutadores Q3 e Q4 são Iguais ao Inverso do sinal de efeito Hall. Por exemplo, se L1 estiver alto e o sinal de efeito Hall for alto, a corrente fluirá de L1 através do comutador Q1, através dos enrolamentos Wa e Wb, e até o comutador

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Q6 a L2. Se o sinal de efeito Hall for baixo, os comutadores Q1 e Q6 serão abertos enquanto os comutadores Q3 e Q4 serão fechados, permitindo que a corrente que ainda está fluindo de L1 a L2 passe na direção oposta através das bobinas. Nesse exemplo, ao usar ambos os enrolamentos Wa e Wb, a corrente só pode fluir de L1 a L2. Haverá dois comutadores sempre ligados para evitar picos de encerramento. Os diodos impedem que a corrente flua na direção errada quando o sinal de detecção CA é baixo, enquanto ainda permite que a energia nas bobinas volte à voltagem de linha. A corrente pode ainda ser passada em qualquer direção, de L1 a L2 ou de L2 a L1, através das bobinas em qualquer direção no modo de velocidade total usando apenas o enrolamento Wa. [00206] Em um exemplo de operação de uma operação e ajuste de velocidade total pelo circuito de máquina CA multivelocidade 3502, o modo de arranque é usado apenas a velocidades menores que 400 RPM e ambos os enrolamentos Wa e Wb são usados. Uma vez que o motor se move mais rápido que 400 RPMs, o enrolamento Wb não é mais usado. A modulação de largura de pulso é usada, conforme descrito acima, para limitar a corrente após esse ponto. O sinal de efeito de Hall e o sinal de polaridade CA fazem uma operação lógica de XOR juntos pelo circuito de controle 3506B para criar um sinal lógico de acionamento. Quando o motor atinge a velocidade total, o sinal de efeito Hall é deslocado conforme descrito acima. O sinal de efeito Hall é retardado para uma condição de excesso de rotação e avançado para condição de baixa rotação. O sinal de efeito Hall é deslocado para cada período de sensor que esteja fora de uma janela de 100 microssegundos. O sinal de efeito Hall desloca diferentes quantidades com base em quão longe está fora da janela.

[00207] Nesse exemplo, para o modo de velocidade totalmente síncrona, há uma janela de 1 microssegundo na qual o período de tempo do sensor deve estar dentro durante 5 segundos antes do circuito tentar

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74/81 se tornar síncrono. Uma vez que o motor tenha ficado estável dentro dessa janela durante 5 segundos, o software determina quais dos 2 comutadores de potência esteve ligado mais tempo e os deixa ligados. Nenhuma comutação adicional ocorre, a menos que uma situação de corrente excessiva seja detectada ou uma alteração na velocidade seja detectada.

[00208] Nesse exemplo, para a metade da velocidade, uma vez que 600 rpm são alcançados, o circuito continuará a mudar com o hall, mas apenas quando o sinal de detecção CA for alto. O sensor é então deslocado no software para que o motor se estabilize a 600 rpm. O mesmo é retardado para uma condição de excesso de rotação e avançado se mais potência for necessária. O sensor nunca avança além de sua localização real.

[00209] A Figura 44 representa um exemplo de um circuito de máquina CA multivelocidade 3502 com quatro comutadores de potência bidirecionais e dois comutadores de potência unidirecionais. Os comutadores de potência Q1, Q2, Q4 e Q5 são comutadores de potência bidirecionais que permitem que a corrente flua de L1 a L2 ou de L2 a L1. Os comutadores de potência Q3 e Q6 são comutadores de potência unidirecionais. A corrente só pode fluir de L1 para o comutador de potência Q3, e a corrente só pode fluir para o comutador de potência Q6 e até L2.

[00210] A Figura 45 representa um exemplo de circuitos de máquina CA multivelocidade simplificados 3502D. Os comutadores de potência da Figura 45 podem ser outros tipos de comutadores além dos descritos acima, tal como um dispositivo de comutação ou combinação de dispositivos de comutação que permitem a comutação de corrente alternada, incluindo transistores de efeito de campo de metal-óxido-semicondutor (MOSFETs), retificadores controlados por silício (SCRs), ou transistores configurados para operar como comutadores CA, por exemplo, quando

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75/81 colocados em série em direções opostas com diodos, ou relés ou qualquer outra combinação de comutadores que possa ser configurada para comutar corrente alternada. Mas, o circuito da Figura 45 funciona como as Figuras 35, 36 e 43 descritas acima. Outras configurações de componentes podem ser usadas para conectar efetivamente um ou mais enrolamentos direta ou indiretamente à voltagem CA recebida.

[00211] A Figura 46 representa um exemplo de circuitos de máquina CA multivelocidade simplificados 3502E. O circuito da Figura 46 representa um enrolamento adicional para otimização de velocidade fracionária e simplificação de Q3 e Q6 para um número limitado de velocidades fracionárias. À metade da velocidade síncrona, os pares de comutadores de potência Q1/Q6 ou Q3/Q4 podem ser deixados ligados para permitir o fluxo de corrente de volta à linha enquanto alterna o par energizado com base na posição do rotor. Os comutadores de potência da Figura 46 podem ser outros tipos de comutadores além dos descritos acima, tal como um dispositivo de comutação ou combinação de dispositivos de comutação que permitem a comutação de corrente alternada, incluindo transistores de efeito de campo de metal-óxido-semicondutor (MOSFETs), retificadores controlados por silício (SCRs), ou transistores configurados para operar como comutadores CA, por exemplo, quando colocados em série em direções opostas com diodos, ou relés ou qualquer outra combinação de comutadores que possa ser configurada para comutar corrente alternada.

[00212] A Figura 47 representa outro exemplo de um circuito de máquina CA multivelocidade simplificado 3502F. Os comutadores de potência da Figura 47 podem ser tipos de comutadores além dos descritos acima, tal como um dispositivo de comutação ou combinação de dispositivos de comutação que permitem a comutação de corrente alternada, incluindo transistores de efeito de campo de metal-óxido-semicondutor (MOSFETs), retificadores controlados por silício (SCRs), ou transistores

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76/81 configurados para operar como comutadores CA, por exemplo, quando colocados em série em direções opostas com diodos, ou relés ou qualquer outra combinação de comutadores que possa ser configurada para comutar corrente alternada. Mas, os circuitos da Figura 47 funcionam como as Figuras 35, 36 e 43 descritas acima. No entanto, o enrolamento adicional e dois comutadores de potência adicionais Q7 e Q8 permitem otimização adicional em diferentes velocidades ou requisitos de carga. A adição de enrolamentos adicionais aumenta o BEMF, a resistência total dos enrolamentos e a impedância dos enrolamentos. Por exemplo, diferentes calibres de fio podem ser usados nos enrolamentos adicionais para aumentar a eficiência ao executar um motor grande com carga pequena, criando essencialmente um motor menor dentro de um motor maior.

[00213] Em outras modalidades, a divulgação neste documento inclui métodos para fornecer os componentes descritos neste documento para uma máquina, incluindo para um motor ou um gerador.

[00214] Em um aspecto, um circuito de máquina de corrente alternada (CA) multivelocidade é para uma fonte de energia CA com um primeiro lado e um segundo lado. O circuito de máquina CA inclui dois ou mais pares de comutadores de potência, um ou mais enrolamentos e um circuito de controle para fechar um par de comutadores de potência para fazer a corrente fluir de um primeiro lado da fonte de energia CA, através do um ou mais enrolamentos, ao segundo lado da fonte de energia CA e para fechar o outro par de comutadores de potência para fazer a corrente fluir do segundo lado da fonte de energia CA, através de um ou mais enrolamentos, ao primeiro lado da fonte de energia CA.

[00215] Em outro aspecto, um circuito é para uma máquina com fonte de energia de corrente alternada (CA) com um primeiro lado (L1) e um segundo lado (L2). O circuito compreende um enrolamento com um lado de partida e um lado de término, um primeiro comutador de potência

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77/81 conectado entre o primeiro lado e o lado de partida do enrolamento, um segundo comutador de potência conectado entre o segundo lado e o lado de partida de enrolamento, um terceiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado e o lado de término de enrolamento, um quarto comutador de potência conectado entre o segundo lado e o lado de término de enrolamento, e um circuito de controle. O circuito de controle fecha o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência e abre o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência para fazer a corrente fluir do primeiro lado ao segundo lado ou fecha o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência e abre o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência para fazer a corrente fluir do segundo lado ao primeiro lado.

[00216] Em outro aspecto, um circuito é para uma máquina com fonte de energia de corrente alternada (CA) com um primeiro lado (L1) e um segundo lado (L2). O circuito compreende um primeiro enrolamento com um primeiro lado de partida e um primeiro lado de término, um segundo enrolamento com um segundo lado de partida e um segundo lado de término, um primeiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de partida de enrolamento, um segundo comutador de potência conectado entre o segundo lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de partida de enrolamento, um terceiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de término de enrolamento, um quarto comutador de potência conectado entre o segundo lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de término de enrolamento, um quinto comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o segundo lado de término de enrolamento, um sexto comutador de potência conectado entre o segundo lado da fonte de energia CA e o segundo lado de término de enrolamento e um circuito de controle. O

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78/81 circuito de controle fecha o primeiro comutador de potência e o sexto comutador de potência e abre o segundo comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quarto comutador de potência e o quinto comutador de potência para fazer a corrente fluir pelo primeiro enrolamento e o segundo enrolamento para operação de velocidade fracionária ou fecha o terceiro comutador de potência e o quarto comutador de potência e abre o primeiro comutador de potência, o segundo comutador de potência, o quinto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer a corrente fluir pelo primeiro enrolamento e o segundo enrolamento para operação de velocidade fracionária ou fecha o primeiro comutador de potência e o quinto comutador de potência e abre o segundo comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quarto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer a corrente fluir pelo primeiro enrolamento para operação de velocidade máxima ou fecha o segundo comutador de potência e o quarto comutador de potência e abre o primeiro comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quinto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer a corrente fluir através do primeiro enrolamento para operação de velocidade máxima.

[00217] Em outro aspecto, um método é para um circuito de máquina de corrente alternada (CA) multivelocidade para uma fonte de energia CA com um primeiro lado e um segundo lado. O método inclui fornecer dois ou mais pares de comutadores de potência, fornecer um ou mais enrolamentos e fornecer um circuito de controle para fechar um par de comutadores de potência para fazer a corrente fluir de um primeiro lado da fonte de energia CA, através do um ou mais enrolamentos, ao segundo lado da fonte de energia CA e para fechar o outro par de comutadores de potência para fazer a corrente fluir do segundo lado da fonte de energia CA, através de um ou mais enrolamentos, ao primeiro lado

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79/81 da fonte de energia CA. O método inclui adicionalmente fornecer componentes para o circuito de controle descrito neste documento e operar o circuito conforme descrito neste documento.

[00218] Em outro aspecto, um método é para um circuito para uma máquina com fonte de energia de corrente alternada (CA) com um primeiro lado (L1) e um segundo lado (L2). O circuito compreende um enrolamento com um lado de partida e um lado de término, um primeiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado e o lado de partida do enrolamento, um segundo comutador de potência conectado entre o segundo lado e o lado de partida de enrolamento, um terceiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado e o lado de término de enrolamento, um quarto comutador de potência conectado entre o segundo lado e o lado de término de enrolamento, e um circuito de controle. O circuito de controle fecha o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência e abre o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência para fazer a corrente fluir do primeiro lado ao segundo lado ou fecha o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência e abre o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência para fazer a corrente fluir do segundo lado ao primeiro lado. O método inclui adicionalmente fornecer componentes para o circuito de controle descrito neste documento e operar o circuito conforme descrito neste documento.

[00219] Em outro aspecto, um método é para um circuito para uma máquina com fonte de energia de corrente alternada (CA) com um primeiro lado (L1) e um segundo lado (L2). O método compreende fornecer um primeiro enrolamento com um primeiro lado de partida e um primeiro lado de término, fornecer um segundo enrolamento com um segundo lado de partida e um segundo lado de término, fornecer um primeiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de partida de enrolamento, fornecer um

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80/81 segundo comutador de potência conectado entre o segundo lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de partida de enrolamento, fornecer um terceiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de término de enrolamento, fornecer um quarto comutador de potência conectado entre o segundo lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de término de enrolamento, fornecer um quinto comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o segundo lado de término de enrolamento, fornecer um sexto comutador de potência conectado entre o segundo lado de fonte de energia CA e o segundo lado de término de enrolamento e fornecer um circuito de controle. O circuito de controle fecha o primeiro comutador de potência e o sexto comutador de potência e abre o segundo comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quarto comutador de potência e o quinto comutador de potência para fazer a corrente fluir pelo primeiro enrolamento e o segundo enrolamento para operação de velocidade fracionária ou fecha o terceiro comutador de potência e o quarto comutador de potência e abre o primeiro comutador de potência, o segundo comutador de potência, o quinto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer a corrente fluir pelo primeiro enrolamento e o segundo enrolamento para operação de velocidade fracionária ou fecha o primeiro comutador de potência e o quinto comutador de potência e abre o segundo comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quarto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer a corrente fluir pelo primeiro enrolamento para operação de velocidade máxima ou fecha o segundo comutador de potência e o quarto comutador de potência e abre o primeiro comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quinto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer a corrente fluir através do primeiro enrolamento para operação de velocidade máxima. O método inclui adicionalmente fornecer

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81/81 componentes para o circuito de controle descrito neste documento e operar o circuito conforme descrito neste documento.

[00220] Aqueles versados na técnica observarão que variações de diferentes modalidades divulgadas acima são contempladas pela invenção. A invenção não deve ser restrita às modalidades acima, mas deve ser medida pelas reivindicações seguintes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Circuito para uma máquina com fonte de energia de corrente alternada (CA) com um primeiro lado (L1) e um segundo lado (L2), caracterizado pelo fato de que o circuito compreende:

um enrolamento com um lado de partida e um lado de término;

um primeiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado e o lado de partida do enrolamento;

um segundo comutador de potência conectado entre o segundo lado e o lado de partida do enrolamento;

um terceiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado e o lado de término do enrolamento;

um quarto comutador de potência conectado entre o segundo lado e o lado de término do enrolamento; e um circuito de controle para:

fechar o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência e abrir o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência para fazer com que a corrente flua do primeiro lado ao segundo lado; ou fechar o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência e abrir o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência para fazer com que a corrente flua do segundo lado para o primeiro lado.
2. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle compreende:

um detector de polaridade CA para emitir um sinal de polaridade;

um dispositivo de efeito Hall para emitir um sinal de efeito Hall; e um controlador de motor para receber o sinal de polaridade

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2/7 e o sinal de efeito Hall e, com base em um valor do sinal de polaridade e um valor de sinal de efeito Hall:

fechar o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência e abrir o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência para fazer com que a corrente flua do primeiro lado ao segundo lado; ou fechar o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência e abrir o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência para fazer com que a corrente flua do segundo lado para o primeiro lado.
3. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle compreende:

um detector de polaridade CA para emitir um sinal de polaridade, em que o sinal de polaridade tem um valor alto ou um valor baixo;

um dispositivo de efeito Hall para emitir um sinal de efeito Hall, em que o sinal de efeito Hall tem um valor alto ou um valor baixo; e um controlador de motor para:

receber o sinal de polaridade e o sinal de efeito Hall;

quando o sinal de efeito Hall for alto e o sinal de detecção de polaridade CA for alto, abrir o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência e fechar o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência;

quando o sinal de efeito Hall for alto e o sinal de detecção de polaridade CA for baixo, abrir o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência e fechar o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência;

quando o sinal de efeito Hall for baixo e o sinal de detecção de polaridade CA for alto, abrir o primeiro comutador de potência e o

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3/7 quarto comutador de potência e fechar o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência; e quando o sinal de efeito Hall for baixo e o sinal de detecção de polaridade CA for baixo, abrir o segundo comutador de potência e o terceiro comutador de potência e fechar o primeiro comutador de potência e o quarto comutador de potência.
4. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle compreende um controlador de motor que recebe sinais de um detector de polaridade CA e um dispositivo de efeito Hall para determinar qual dentre os comutadores de potência fechar para obter uma direção apropriada do fluxo de corrente através do enroiamento.
5. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle compreende uma fonte de alimentação de corrente contínua (CC) para receber potência de corrente alternada (CA) transferida da fonte de energia CA, converter a potência CA para potência CC e transferir a potência CC para um ou mais componentes do circuito de controle.
6. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada comutador de potência compreende quatro diodos configurados como um retificador de ponte de onda completa.
7. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle compreende um controlador de motor, e o controlador de motor compreende pelo menos um dentre um processador, um circuito integrado específico de aplicação (ASIC), um sinal de matriz de portas de campo programáveis (FPGA), um dispositivo lógico programável (PLD), lógica de porta e lógica de transistor.
8. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comutador de potência compreende um MOSFET.
9. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado

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4/7 pelo fato de que o comutador de potência compreende um SSR de alta velocidade e uma pluralidade de diodos configurados como um retificador de ponte de onda completa.
10. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a máquina compreende um motor.
11. Circuito para uma máquina com fonte de energia de corrente alternada (CA) com um primeiro lado (L1) e um segundo lado (L2), sendo o circuito caracterizado pelo fato de que compreende:

um primeiro enrolamento com um primeiro lado de partida e um primeiro lado de término;

um segundo enrolamento com um segundo lado de partida e um segundo lado de término;

um primeiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de partida do enrolamento;

um segundo comutador de potência conectado entre o segundo lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de partida do enrolamento;

um terceiro comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de término do enrolamento;

um quarto comutador de potência conectado entre o segundo lado da fonte de energia CA e o primeiro lado de término do enrolamento;

um quinto comutador de potência conectado entre o primeiro lado da fonte de energia CA e o segundo lado de término do enrolamento;

um sexto comutador de potência conectado entre o segundo lado da fonte de energia CA e o segundo lado de término do enrolamento; e

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5/7 um circuito de controle para:

fechar o primeiro comutador de potência e o sexto comutador de potência e abrir o terceiro comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quarto comutador de potência e o quinto comutador de potência para fazer com que a corrente flua do primeiro enrolamento e o segundo enrolamento para operação de velocidade fracionária; ou fechar o terceiro comutador de potência e o quarto comutador de potência e abrir o primeiro comutador de potência, o segundo comutador de potência, o quinto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer com que a corrente flua do primeiro enrolamento e o segundo enrolamento para operação de velocidade fracionária; ou fechar o primeiro comutador de potência e o quinto comutador de potência e abrir o terceiro comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quarto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer com que a corrente flua do primeiro enrolamento para operação de velocidade total; ou fechar o segundo comutador de potência e o quarto comutador de potência e abrir o primeiro comutador de potência, o terceiro comutador de potência, o quinto comutador de potência e o sexto comutador de potência para fazer com que a corrente flua do primeiro enrolamento para operação de velocidade total.
12. Circuito, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle compreende:

um detector de polaridade CA para emitir um sinal de polaridade;

um dispositivo de efeito Hall para emitir um sinal de efeito Hall; e um controlador de motor para receber o sinal de polaridade e o sinal de efeito Hall e fechar um ou mais comutadores de potência

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Q/7 com base em urn valor do sinal de polaridade e urn valor de sinal de efeito Hall.
13. Circuito, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle compreende um controlador de motor que recebe sinais de um detector de polaridade CA e um dispositivo de efeito Hall para determinar qual dentre os comutadores de potência fechar para obter uma direção apropriada do fluxo de corrente através do enrolamento.
14. Circuito para uma máquina com fonte de energia de corrente alternada (CA) com um primeiro lado (L1) e um segundo lado (L2), sendo o circuito caracterizado pelo fato de que compreende:

dois ou mais pares de comutadores de potência;

um ou mais enrolamentos; e um circuito de controle para:

fechar um par de comutadores de potência para fazer com que a corrente flua de um primeiro lado da fonte de energia CA, através do um ou mais enrolamentos, ao segundo lado da fonte de energia CA; e fechar outro par de comutadores de potência para fazer com que a corrente flua do segundo lado da fonte de energia CA, através do um ou mais enrolamentos, ao primeiro lado da fonte de energia CA.
15. Circuito, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle compreende:

um detector de polaridade CA para emitir um sinal de polaridade;

um dispositivo de efeito Hall para emitir um sinal de efeito Hall; e um controlador de motor para receber o sinal de polaridade e o sinal de efeito Hall e fechar um ou mais comutadores de potência com base em um valor do sinal de polaridade e um valor de sinal de

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7/7 efeito Hall.
16. Circuito, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle compreende um controlador de motor que recebe sinais de um detector de polaridade CA e um dispositivo de efeito Hall para determinar qual dentre os comutadores de potência fechar para obter uma direção apropriada do fluxo de corrente através do enrolamento.