CN102869931B - 电动机和系统控制器 - Google Patents

Abstract

一种饮料冷却器具有可由控制器辅助元件，例如照明（318），使用的一个低压DC电源（311），该DC电源还将供电电压提供给一个微处理器（313），该微处理器对与饮料冷却相关联的这些电动机（305，306，307）中至少一个进行电整流以便提供一个所要求的速度或负载。这种微处理器还响应于这些冷却器辅助元件并且控制它们，例如照明、温度和状态报告，由此允许减少元件数量。

Description

电动机和系统控制器

技术领域

本发明总体上涉及制冷系统和控制器。

更具体地本发明涉及用于控制电子整流(EC)的电动机的并且除对电动机进行控制之外还执行其他功能的制冷系统和控制器。

背景技术

饮料冷却器是在全世界使用的一种类型的制冷系统，它们在零售商店和其他公共分配点中被用来对可供消耗的产品提供有成本效益的储藏和输送。饮料冷却器利用冷却设备来将产品维持在低于环境温度的一个服务温度上。这些冷却设备如周知地典型地包括一个用来压缩制冷剂的压缩机、一个用来使制冷剂冷凝的冷凝器，以及一个用来使制冷剂蒸发的蒸发器。还可以提供内舱照明。

通常为分配舱室内部的冷凝器和蒸发器提供了多个风扇。用于冷凝器的风扇为制冷剂冷却过程提供冷却空气，蒸发器使得舱室内的空气冷却并且还将冷却的空气沿着一条所要求的路径来引导，例如引导过任何玻璃门面板以便移除凝结物或引导过该产品以便确保舱室内的低的温度梯度。

为了使这样的饮料冷却器的性能最大化并且功率消耗最小化，正在越来越普遍地采用一种电子系统控制器。这样的一个系统控制器典型地包括一个用户界面，来自一个或多个温度传感器的输入，以及用来控制压缩机、风扇电动机、和照明的运行的若干个继电器，所有这些都是由一个微处理器来控制的。此外，系统控制器可以包括用来从一个或多个活动检测器(例如门开关与移动传感器)接收输入的设备以及一个实时时钟，这样就允许了储藏温度自动地调节成在低使用率时间(例如关店时间段)最小化功率消耗，因而最小化了运行成本。这样的系统控制器是熟知的并且有多种不同的算法可供用于控制它们的行为。

为了进一步减少运行成本，正在变得普遍的是使用有能量效率的元件，例如高效率的风扇和压缩机电动机。这样的电动机典型地是永磁体电子整流(EC)类型的，为了运行它要求一个电子整流器。此外，还可以使用高效率LED照明，这也要求一个电子驱动器。

这些设备的这种组合导致了一个单一的饮料冷却器具有上至五个独立的电子器件单元。这就导致了元件部分的冗余并且会使得它们之间的通信复杂，并且因此导致过高的成本和降低的可靠性。

因此对用于饮料冷却器或饮料冷却器部件的、合并了若干个现有的离散控制系统的功能性的一种控制设备存在需求。

如上所述，已知的是提供一种中央设备，该中央设备可以控制多个其他设备，例如在美国专利说明书5764010中，该说明书阐述了用于车辆的一种多路复用节点控制器，但是仍然要求一个分开的控制器模块。

本发明提供了对于这个以及其他问题的解决方案，这个解决方案提供了超过现有技术的多个优点或者它至少提供给公众一种有用的选择。它阐述了一种用于EC电动机的控制器，该控制器包括对于饮料冷却器的系统控制能力，并且该控制器还可以合并用于在冷却器中的其他设备的驱动电子器件的一部分或者全部。

在本说明书中引述的引用材料，包括任何专利或者专利申请，通过引用结合于此。并非认可任何的引用都构成现有技术。对于引用材料的讨论阐明了其作者的所声称的内容，并且诸位申请人保留对于这些引述文献的准确性和相关性进行质疑的权利。应该清楚地理解的是，虽然在此引用了几个现有技术公开，但是这种引用并不构成对于以下情况的认同：这些文献中的任何文献形成在新西兰或者其他任何国家中的现有技术的公有知识的一部分。

在此理解的是术语‘包括’可以在不同的司法范围内被赋予排他性或者包含性的含义。出于本说明书的目的，并且除非另外说明，术语‘包括’应当具有一种包含性的含义，即采取这个术语应该意味着含有不只是它直接引用的这些罗列出的部件，而且还含有未说明的部件或元件。这种基本原理也将用在术语‘包括了’或‘包括着’与一种方法或过程的一个或多个步骤相关地使用时。

发明概述

在一个实例中，本发明包括一种制冷系统，该制冷系统含有至少一个电动机驱动的制冷剂压缩机、至少一个电动机驱动的风扇、至少一个温度传感器、以及一个制冷系统控制器，这些压缩机或风扇电动机中的至少一个是一个电子整流的电动机，并且该制冷系统控制器含有至少一个微处理器，该微处理器确定由该系统控制器驱动的这些电子整流电动机中的至少一个的整流作用并且确定在该制冷系统中的任何其他电动机的运行，该微处理器另外与该温度传感器输出相关地确定至少所述电子整流电动机的运行。

优选地，该微处理器从该制冷系统的其他辅助元件接收多个输入或者向它们提供多个输出。

优选地，该微处理器从多个门位置传感器、多个风扇速度传感器、以及多个其他环境传感器接收多个输入，并且从这些输入确定任何电动机的运行条件。

优选地，该系统控制器含有用来开和关任何电动机的装置，这些电动机并不是响应于来自温度感测装置的信号而由该系统控制器整流的。

优选地，控制这些电机以及任何其他外部设备的算法包括来自当前检测装置，例如门状态、震动、或运动检测，的多个输入。

优选地，控制这些电机以及任何其他外部设备的算法包括在至少一天的时间段上记录的当前数据的一个历史。

优选地，控制这些电机以及任何其他外部设备的算法包括接收自一个用户界面或其他编程装置的多个输入。

优选地，控制该压缩机的算法包括针对该电子整流电动机的运行状态的一个输入信息，该压缩机的行为被控制成在电子整流电动机的实际运行状态与所希望的状态不匹配的情况下避免系统损害。

优选地，该系统控制器还含有一个装置，该装置用来将市电电压输入功率转换成适合于驱动LED照明的一个或多个低压输出。优选地，该装置还将低压功率供应给该至少一个微处理器并且供应给该控制器中的其他低压电子器件。

优选地，在使用了多于一个的微处理器的情况下，所有的微处理器偏离一个共用的参考电压来运行并且是互连的以便进行数字通信而无需一个独立的通信总线。

优选地，在该系统控制器对多于一个电动机进行整流的情况下，所有被整流的电动机共享一个共用的高压DC电源。

对具有至少一个电子整流电动机和多个其他电辅助元件的一个制冷系统进行控制的一种方法，该方法通过：

提供一个微处理器来至少控制该电子整流电动机的整流作用；

将来自任何传感器的、与该制冷系统相关联的多个输入提供给该微处理器；

由该微处理器来控制向制冷控制器以及多个与该制冷系统相关联的其他电辅助元件的输出。

优选地，该方法包括使用该微处理器对任何冷却风扇电动机进行控制。

优选地，该方法包括使用该微处理器对任何失速的风扇电动机进行检测。

优选地，该方法包括由该微处理器来对制冷系统的多个灯进行控制。

优选地，该方法包括为该微处理器和该照明系统提供一个单一的低压电源。

优选地，该方法包括为由该系统整流的这些电动机提供一个高压DC供电。

优选地，该微处理器根据制冷温度来控制一个制冷系统压缩机。

在阅读以下详细说明和参看相关联的附图时将会清楚这些和其他的特征以及本发明以其为特征的多个优点。

附图简要说明

图1是已知的电子整流的制冷系统电动机控制器的一个框图。

图2是典型的已知的饮料冷却器系统控制器的一个框图。

图3是包括对三个电动机的电子整流控制和对LED照明和其他功能的控制的一种整合的制冷控制器的一个框图。

图4是用于这样的一个制冷控制器的初始化的一种可能的处理流程控制。

图5是本发明性的饮料冷却器的其他受控部分的一个处理流程图。

发明的详细说明

在图1中，一个典型的已知的电子整流的电动机控制器101的框图。这个控制器101包括到一个市电输入处理级103的市电输入102，它典型地包括电子噪声抑制、涌入电流抑制、保险、并且还可以包括功率因数修正。一个高压DC总线级104对市电进行整流并且提供了一个高压DC电源，该电源能够把为电动机供能的大电流提供到一个电动机控制器107，在这种情形下是蒸发器风扇电动机108。源于高压电源104的一个低压电源105将DC电压降低到一个适合的水平上以便为用于一个微处理器106的控制电子器件供能并且使其平滑到对于可靠的功能性而言的一个可接受的标准上。一个功率级在微处理器106的控制下将电流从高压电源给送至电动机并且可以将可以用来推断电动机状态参数(例如转子位置和速度)的多个信号递送给微处理器106。

替代的配置是可能的，例如该低压电源可以通过一种开关模式电源(SMPS)直接取自市电而不是取自高压DC总线，并且对于使用一种电流感测市电同步控制系统的电动机而言，这种DC总线本身可以是冗余的，因为这些电动机将由电动机控制107的AC驱动形式(但是总体的布局是典型的现有技术电动机控制)来供能。

图2中，示出了一个典型的已知的饮料冷却器制冷系统控制器的一个框图201。这包括用于与以上阐述的相类似的市电源202的一个市电输入处理级203、一个低压电源210、一个从实时时钟211取得输入的微处理器212、一个用户界面214、以及若干个外部传感器，例如温度传感器216或活动传感器215。所有这些输入都被用来计算何时将AC功率切换到电动机以及何时通过一组大电流继电器204来打开和关闭照明，它们或是直接地控制着电动机(如对于冷凝器风扇电动机207和制冷剂压缩机208而言)或是通过一个电动机控制器205来控制，例如通过参照图1阐述的。

在图3中，在此示出了由市电功率302供电的本发明控制器301。一个市电输入处理框303类似地在将市电供应给一个高压DC供电器304之前对市电进行清理，并且还对一个DC开关模式电源311形式的低压转换器进行供应。这种供电主要产生用于与照亮内部以及为饮料冷却器做广告相关联的LED照明318的电流，并且还用于为实时时钟312、微处理器313以及输入调节314供电。这种在314的输入调节作用接受来自多个温度传感器316以及活动传感器(例如门打开位置传感器和接近运动传感器)的、允许饮料分配器对其环境的改变进行应对的信息。

该微处理器提供了对于制冷系统的这些电动机控制功率级的控制，这些电动机控制功率级电整流这些电动机中一个或多个或者这些电动机控制功率级可以提供对于其余电动机的简单的开/关功率控制，这是通过功率控制级305、306、307分别对应地控制蒸发器风扇电动机、压缩机电动机或冷凝器风扇电动机实现的。并不需要改变304的HVDC供电，因为这会要求对于每一个电动机的独立的控制并且还要对电源的更加昂贵的零件进行多次重复。

多种不同辅助器材(如电动机)的规划控制以及对于这些不同的传感器的传感和响应要求对于微处理器软件的仔细的设计，因为重要的是，例如，微处理器313除了必须控制其他的电动机并对传感器和用户界面作出反应之外还要连续地产生这种用于蒸发器风扇电动机308的整流器控制。出于这个原因，控制被分割成对这些电动机进行控制的主要任务，以及监测传感器和对输入进行反应的次要任务。这些次要任务可以由一个低优先权循环来管理，这个地优先权循环调用多个低级别的子例程来控制电动机和系统控制的多个细节方面。这个循环及其子例程可以由涉及电动机控制的、对时间要求严格的方面的高优先权中断来中断。

在存在多于一个的EC电动机控制器微处理器的情况下，这些控制器可以通过微处理器之间的一种简单的连接而不是一种标准通信协议总线来同步。

图4示出了用于这种低优先权循环的一个可能的控制系统处理流程，其中在步骤401，该微处理器以开动电源来启动系统，并且然后在步骤402进入一个低优先权初始化序列，其中在步骤403，它检查例如储藏温度的多个设置，这些设置可能已经通过用户界面被输入。在步骤404，它检查人们打开饮料冷却器的当前历史，并且在步骤405它由此计算位置状态，也就是说，在当前以及较近的未来时间是否可以预期冷却器所在的位置会经历高、低、或零活动。由这些，在步骤406可以实现从这些统设置来计算该位置的如下参数，这些参数像包括一个设定温度、所希望的照明状态、以及基于存储状态和这些用户设置的最大风扇速度。例如，如果系统计算了店铺已经关闭了多于1小时，就可以提高设定温度并且减少风扇速度，因为饮料不再需要稳定地保持在所希望的饮用温度上，并且显示照明可以被关闭，而广告照明可以取决于用户设置而保持为开或关。

在步骤407和408，这种照明被关闭或打开或者调为昏暗以便与在步骤406中计算的这些设置相匹配，并且在步骤409从一个温度传感器测量了温度并且与在步骤406计算的设定点相比较。在步骤410，计算出并且设定用于风扇和压缩机电动机的电动机速度和/或转矩目标值，以便最快地并且最经济地使温度接近目标值。现在就完成了参数的一般初始化。

框411包含了对每一个电动机而言对电动机的运行状态的总体系统合理性检查算法的一个简化版本，这个算法是在一种计时的中断驱动的基础上执行的，但也遵循初始化。在步骤412，该系统检查是否这个具体的电动机应该运转并且如果它当前是关则该系统在步骤413返回。在步骤414检测了该电动机的状态，因为一个速度传感器测量该电动机是否是实际正在运转，并且如果是如此，则在步骤415检查这个速度和正在耗用的电流是如所预期的。如果它们是的话，那么在步骤416对设定的任何例外标记进行重置并且在步骤417该系统进入或再次进入主控制循环。

如果在步骤414发现这些电动机中的该至少一个电动机不应该运转，那么在步骤418检查先前尝试启动的数目，并且如果超过的话这种饮料冷却器压缩机在步骤419被关机并且发出一个总体的警报。如果仍然留有重启的尝试，则在步骤420尝试启动。这样的一个启动在下文中通过参照图5的框510来说明。在步骤421检测到的启动失败会在步骤423添加至失败启动的记数并且在返回主控制循环之前抛出一个例外。这种过程将最终再一次返回在步骤403的检查。

在步骤415的这种速度/电流检查在失败时导致了将在步骤424处存在的这些条件与对应于饮料冷却器门正被打开时的那些条件进行一种比较，因为这导致了舱室内的空气流动模式的一种改变以及随着在门处的空气模式相对于门在关闭时的稳定情况被扰乱而产生的电动机负载上的改变。这些瞬时改变可以通过微处理器来检测出并且相对于人的出现，这允许在步骤425设定“门打开”标记并且在步骤426更新所记录的当前历史以便示出一次访问。它还可以被用来修改该机器的运行，以便应对这种“门打开”条件。当门被再次关闭时，风扇电动机会反转至其原始的运转条件，并且该门会被记录成是关闭的。

如果这种在速度或电流中的改变不是一个“门打开”事件，在步骤427就会尝试将其分类成另一个已知的类型的改变，例如一个由于阻塞的冷凝器造成的改变。在这样的情形中，在步骤428设定了一个适当的标记并且控制返回到主循环。否则，在步骤429分析这种条件是否是有害的或者是可接受的，如果是有害的(例如如果该压缩机电动机超压)，在步骤419该系统被关闭以便避免损害，或者在步骤430被标记成一个警报状况。

图5在框501示出了主控制循环502。典型地这是一个空转循环，起作用以接受中断驱动的例程，这种例程实际控制这这些电动机并且监测这些状况。在这样的中断包括框503的事件驱动的中断和框504的时间驱动的中断。在前者中可能包括像“电动机失速”标记的检测这样的事情，而后者可以是饮料温度在该位置的营业时间之外升高或者是在框505的对于环境设置和传感器的常规检查。在再次进入电动机检查例程之前，一个设置和环境检查在步骤506绕道至图4的步骤403。

图5在框510处示出了一个典型的子例程，该子例程管理电动机启动的细节。在这个例程中，该子例程是从步骤418调用的，在步骤511接收了一个用于电动机启动的请求。在步骤512针对该电动机是否是实际可持续地旋转的(换言之该电动机足够快速地转动而被认为是启动的)作出了一个检查，并且如果不是的话，在步骤513针对是否已经尝试了过多数目的先前的启动作出一个检查。如果是，则明显在电动机上的负载存在错误，所以在步骤514该电动机被标注成失速的并且在步骤515控制返回到主循环，其中设定了一个失速的例外标记。在还没有尝试先前的启动的情况下，在步骤516该电动机被校准到一个已知的位置上，通常这是通过在一个延长的时间段上对一个相位施加电流来实现的。在步骤517预先确定的一个时间段和在步骤518计时之后，电流然后在519步进到下一个相位，并且这在衰减时间段上是通过步骤520来重复的，由此来改变在电极处的相位并且在一个打开循环时间段上使得电动机加速，直到速度足够高以至于通过到步骤512的循环而在这种非致动相位上检测到一个EMF。如果检测到这个点EMF，例程通过在步骤515离开而结束，并且电动机整流如常，受控于中断驱动的开关例程。如果未检测到EMF，可以将这种周期重复若干次直至实现成功的启动或者确定了这个电动机是失速的。这个例程可以使用不同的参数来重复地调用，以便按顺序启动多个电动机。

图5示出了一个典型的中断驱动的例程，以便处理对时间要求严格的任务，在这种情形下是对电动机进行整流。在这些电动机被检测为对于所要求的整流而言旋转得过快的任何时候都会调用这个例程。在一个相位转换步骤531进入这个例程，并且在步骤532计算距离上一次整流的时间，由此可以推断出瞬时电动机速度。如果这显示电动机速度过低的话，就在步骤533增加相位电流设置以便使得电动机加速。如果过高，就在步骤534减小相位电流设置来使得电动机减慢。功率然后在步骤535被切换到新的相位上，并且在退出该例程之前实施这些新的电流设置。

一个类似的较低优先权例程可以是对一个打开的门进行检测的辅助任务，以便允许平衡负载或者允许对人打开这个门进行一些干预。检测到门的打开可以是通过一个压力启用的门开关实现，然而同样还可以通过检测在饮料冷却器内的蒸发器风扇电动机上的负载变化来实现，因为这将在门打开时随着空气循环而改变。因此在风扇电动机速度或电流消耗中简单地检测到由于不同流动模式造成的改变可以导致检测饮料冷却器门的打开。还可以感测其他条件(例如震动)并且在出现不期望的值时采取某些特定的动作。

多中断驱动的例程(例如以上的这种)可以被用来管理运行一个电动机或多个电动机中的、或者读入输入中的对时间要求严格的任务，因为每一个例程都设计成具有足够小的持续时间以至于不会可察觉到地影响主系统控制循环。通过多个这样的中断的累积可以响应于环境、客户的使用以及电动机状况而减慢这种设置机器条件的控制循环，它可以在不影响整体系统性能的情况下相对于未中断的速度被减慢若干个数量级，因为在整个系统中时间常量具有分钟的量级而非毫秒的量级。

使用一个微处理器系统允许了检查多种状况的其他组合，例如蒸发器风扇的负载随时间减少很可能推断出需要清洁风扇或蒸发器，并且可以发出一个报警来对此进行警告。因此虽然以上说明示出了带有多个实例处理流程的一个实例控制系统，但是这些实际处理流程和控制系统可以采取许多形式，前提是这种控制系统将任何整流电动机的控制作为第一优先权提供并且将对其他输入和控制要求的相应作为较低的优先权提供。

应当理解的是，即便已经在前文中说明了本发明的这些不同实施方案的许多特征和优点以及本发明的多个不同实施方案的结构和功能方面的细节，但本披露也仅仅是展示性的，并且只要本发明的功能未受不利的影响就可以在细节方面作出改变。例如，在不改变本发明的精神和范围的情况下，该控制系统的具体元件可以根据其具体应用而变化。

另外，虽然在此阐述的这些优选实施方案针对的是一种在饮料冷却器系统中使用的控制系统，但本领域的技术人员应当理解，在所附权利要求的范围内可能有多种变体和修改。

行业应用能力

本发明的这种控制器被使用在制冷行业采用的电动机和附属元件的控制中。本发明因此是可行业应用的。

Claims (9)

1.一种制冷系统，含有

至少一个电动机驱动的制冷剂压缩机(309)，

至少一个风扇电动机(308，310)，

至少一个温度传感器(316)，以及

一个制冷系统控制器(301)，

这些压缩机(309)或风扇电动机(308，310)中的至少一个是电子整流的电动机，并且

该制冷系统控制器(301)含有至少一个微处理器(313)，该微处理器确定由该制冷系统控制器驱动的这些电子整流的电动机中的至少一个的整流作用、确定在该制冷系统中的任何其他电动机的运行、以及从该制冷系统的其他辅助元件接收多个输入或者向所述制冷系统的其他辅助元件提供多个输出，

该微处理器(313)另外地确定与至少该温度传感器的输出相关的至少所述电子整流的电动机的运行，

其特征在于，所述电子整流的电动机的控制是该微处理器的主要任务且监测传感器和对输入进行反应是该微处理器的次要任务。

2.如权利要求1所述的制冷系统，其中，该微处理器(313)从多个门位置传感器、多个风扇速度传感器、以及多个其他环境传感器(317)接收多个输入，并且从这些输入确定任何电动机的运行状况。

3.如权利要求1所述的制冷系统，其中，该制冷系统控制器含有用来开和关任何电动机的装置，这些电动机并不是响应于来自该温度传感器的信号而由该制冷系统控制器整流的。

4.如权利要求1所述的制冷系统，其中，控制该压缩机的算法包括针对该电子整流的电动机的运行状态的一个输入信息，该压缩机的行为被控制成在该电子整流的电动机的实际运行状态与所希望的状态不匹配的情况下避免系统损害。

5.如权利要求1所述的制冷系统，其中，该制冷系统控制器还含有一个转换器，该转换器用来将市电电压输入功率转换成适合于驱动LED照明(318)的一个或多个低压输出。

6.一种对具有至少一个电子整流的电动机和多个其他电辅助元件的制冷系统进行控制的方法，该方法通过：

提供一个微处理器(313)来至少控制该电子整流的电动机的整流作用；

将来自与该制冷系统相关联的任何传感器(316，317)的多个输入提供给该微处理器；

其特征在于，由该微处理器来控制向一个制冷控制器以及多个与该制冷系统相关联的其他电辅助元件的任何输出，所述电子整流的电动机的控制是该微处理器的主要任务且监测传感器和对输入进行反应是该微处理器的次要任务。

7.如权利要求6所述的对制冷系统进行控制的方法，其中，该方法包括使用该微处理器(313)对任何冷却风扇电动机(308，310)进行控制。

8.如权利要求6所述的对制冷系统进行控制的方法，其中，该方法包括使用该微处理器(313)对任何失速的风扇电动机进行检测。

9.如权利要求6所述的对制冷系统进行控制的方法，其中，该方法包括为该微处理器和照明系统提供一个单一的低压电源(311)。