CN106533321A - 电机控制电路及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机控制电路及使用方法。提供了一种电机控制电路，其包括第一电路、第二电路以及微控制器。所述第一电路被配置为传导模拟转速计输出信号。所述第二电路被配置为传导模拟控制输入信号。所述微控制器耦合到所述第一电路和所述第二电路，并且被配置为在包括所述第一电路和所述第二电路的串行通道上传送和接收串行数据。

Description

电机控制电路及使用方法

技术领域

本发明的领域一般涉及电动机，以及更具体地，涉及促进串行通信的电机控制电路。

背景技术

电动机用于在各种行业中操作的各种系统。例如，电动机用于电力产品，诸如在供暖通风与空气调节(HVAC)中使用的风扇。在HVAC应用中使用的许多直流(DC)电机通常使用5-线接口用于供电、控制和电机反馈。

在至少一些已知的系统中，在另外的通道上向/从电机传送/接收另外的数据。该另外的数据包含例如电机电流、电机电压、故障情况、估计的流量、估计的压力、以及估计的过滤器堵塞。通过添加用于模拟或数字电路的适当线缆，将另外的通道添加到接口。

发明内容

在一个方面中，提供了一种电机控制电路。所述电机控制电路包括第一电路、第二电路以及微控制器。所述第一电路被配置为传导模拟转速计输出信号。所述第二电路被配置为传导模拟控制输入信号。所述微控制器耦合到所述第一电路和所述第二电路，并且被配置为在包括所述第一电路和所述第二电路的串行通道上传送和接收串行数据。

在另一个方面中，提供了一种操作电机的方法。所述方法包括从模拟输入电路接收模拟控制输入信号。所述方法还包括根据所述控制输入信号操作所述电机。所述方法还包括将模拟转速计输出信号传送给模拟输出电路，所述模拟转速计输出信号指示所述电机的操作速度。所述方法还包括在包括所述模拟输入电路和所述模拟输出电路的串行通道上接收串行数据。所述方法还包括在所述串行通道上传送串行数据。

在再一个方面中，提供了一种电机。所述电机包括定子、转子、布线接口以及电机控制器。所述转子被配置为在所述定子内转动。所述布线接口包括模拟输入电路和模拟输出电路。所述电机控制器耦合到所述布线接口并被配置为根据在所述模拟输入电路上接收的模拟控制输入信号来使得所述转子转动。所述电机控制器还被配置为在所述模拟输出电路上传送模拟转速计输出信号，所述模拟转速计输出信号指示所述电机的操作速度。所述电机控制器还被配置为在包括所述模拟输入电路和所述模拟输出电路的串行通道上传送和接收串行数据。

附图说明

图1是示例性电气系统的框图；

图2是用于图1中示出的电气系统的示例性电机控制电路的框图；以及

图3是操作图2中示出的电机的示例性方法的流程图。

具体实施方式

本文中描述的方法和系统促进了智能电机技术。如本文中描述的，电机控制电路促进了在电机处的串行数据的传输和接收而没有将导体添加到电机控制接口。模拟输入和输出通道(典型地用于电机控制输入和转速计输出)还用于在电机控制器与远程控制器之间建立串行通道。在模拟通道上传送串行数据，使得电机控制电路能够以使用模拟电机控制输入和模拟转速计输出的模拟模式，或以使用串行数据的串行模式，来操作电机。

本文中描述的方法和系统的技术效果包含以下至少之一：(a)可选择地以模拟模式或串行模式来操作电机；(b)以串行模式来操作电机，该串行模式与模拟模式使用公共布线接口；(c)在没有在布线接口中的添加的导体的情况下，使用串行数据；(d)通过将能够以模拟模式和串行模式操作的电机包含在单个电机控制套件(package)中，简化现场安装和维护；以及(e)促进电机操作的模拟模式或串行模式的自动选择。

图1是示例性电气系统100的框图。电气系统100包含：电机110和电机控制器120。电机110能够由电机控制器120来控制，电机控制器120通常位于电机110上或接近电机110。电机110是电动机以及可以以AC或DC电源来运行。在某些实施例中，电机110是HVAC系统中的DC电机以及使将空气移动通过过滤器和管道的风扇或吹风机转动。

电机控制器120包含：运行用于控制电机110的程序的微控制器或其它合适的处理器。电机控制器120调节提供给电机110的电力，以及进一步控制电机速度。电机控制器120还收集和传播智能电机数据，包含例如电机速度、电机转矩、电压、以及电流。在某些实施例中，其中电机110使将空气移动通过过滤器的风扇或吹风机转动，电机控制器120收集和传播过滤器堵塞数据。

电气系统100还包含远程控制器130，远程控制器130与电机控制器120通信地耦合。尽管电机控制器120位于电机110上或接近电机110，但是远程控制器130被放置在远离电机110的地方以及通过电机控制器120与电机110通信。远程控制器130通过至电机控制电路的布线接口与电机控制器120通信。至电机控制电路的布线接口包含模拟输入电路和模拟输出电路。远程控制器130通过布线接口传送和接收智能电机数据，以及控制数据和来自电机110的输出数据。

在某些实施例中，电机控制电路可以包含电力电子设备和输入/输出电路。模拟输入电路促进了从远程控制器130至电机控制器120的模拟控制输入信号的传输。模拟输出电路促进了从电机110和电机控制器120至远程控制器130的模拟输出信号的传输。

在某些实施例中，至电机控制电路的布线接口包含：接地导体、电机电源电压输入导体、以及控制电源电压输入导体。这些另外的导体用于向电机110提供电力。

图2是用于电气系统100(在图1中示出)的示例性电机控制电路200的框图。电机控制电路200包含电机110和电机控制器120(在图1中示出)。电机110包含定子202，转子204在定子202内转动。电机控制器120通过传导电力和数据的电机接口206电耦合到电机110。电机控制电路200通信地耦合到用于远程控制器130(在图1中示出)的布线接口208。

电机控制电路200包含模拟输入电路210和模拟输出电路212，每个电路耦合在电机控制器120与布线接口208之间。模拟输入电路210将在布线接口208上由远程控制器130传送的模拟控制输入信号传导给电机控制器120。在某些实施例中，模拟控制输入信号是速度控制信号，诸如例如，指示针对电机110的速度设定点的0-6伏DC信号。

模拟输出电路212将从电机控制器传送的模拟输出信号传导给远程控制器130。在某些实施例中，模拟输出信号是指示电机110的被测量速度的转速计输出信号，诸如例如，可变频率脉冲信号。

电机控制器120被配置为使用模拟输入电路210和模拟输出电路212一起作为串行通道，该串行通道用于通过布线接口208传送和接收如在电机控制器120与远程控制器130之间的串行数据之类的智能电机数据。在某些实施例中，电机控制器120包含微控制器和非暂时性存储器，在该非暂时性存储器上存储可执行指令。当执行可执行指令时，该可执行指令使得微控制器确定以模拟模式来操作还是以串行模式来操作，以及进一步促进微控制器相应地操作电机110。

在模拟模式中，电机控制器120使用模拟输入电路210和模拟输出电路212以根据模拟控制输入信号来操作电机110，以及报告返回模拟输出信号，诸如模拟转速计信号。

在串行模式中，电机控制器120使用由模拟输入电路210和模拟输出电路212形成的串行通道以传送和接收串行数据。在某些实施例中，串行数据包含速度控制输入和转速计输出。在某些实施例中，串行数据包含电机电压、电流、以及转矩。在一个实施例中，串行通道包含如接收(RX)线之类的模拟输入电路210，以及如传送(TX)线之类的模拟输出电路212。

在某些实施例中，电机控制器120以模拟模式来操作，直到通过布线接口和由模拟输入电路210和模拟输出电路212形成的串行通道接收到有效串行消息。一旦接收到有效串行消息，则电机控制器120切换到串行模式。在某些实施例中，电机控制器120停留在串行模式中，直到手动地切换回模拟模式，或直到电源被循环(cycled)。

电机控制电路200包含：用于向电机110提供电力的电机电源电压输入电路214、控制电源电压输入电路216、以及地218。

图3是操作电机110和电机控制电路200(在图2中示出)的示例性方法300的流程图。方法300始于开始步骤310。在控制输入步骤320，通过模拟输入电路210在电机控制器120处接收模拟控制输入信号。在操作步骤330，根据所接收的模拟控制输入信号来操作电机110。在转速计输出步骤340，通过模拟输出电路212从电机控制器120来传送模拟转速计输出信号，该模拟转速计输出信号指示电机110正在转动的速度。

在串行接收步骤350，在由模拟输入控制电路210和模拟输出电路212形成的串行通道上接收串行数据。所接收的串行数据可以包含例如速度设定点。

在串行传送步骤360，在串行通道上传送串行数据。所传送的串行数据可以包含例如电机速度、电机转矩、电压、以及电流。在某些实施例中，所传送的串行数据包含过滤器堵塞信息。方法300在结束步骤370结束。

本文中描述的系统和方法促进了在电机控制电路中使用串行数据。本文中详细地描述了和/或例示了方法和系统的示例性实施例。所述方法和系统不限于本文中描述的特定实施例，而是，每个系统的组件，以及每个方法的步骤，可以与本文中描述的其它组件和步骤独立地和分别地被使用。每个组件，以及每个方法步骤，也可以与其它组件和/或方法步骤组合使用。

当介绍本文中描述和/或例示的方法和系统的元素/组件/等时，冠词“一个”、“一种”、“该”、以及“所述”旨在意指存在该元素(多个)/组件(多个)/等中的一个或多个。词语“包括”、“包含”、以及“具有”旨在是包含性的以及意指可以有除了所列出的元素(多个)/组件(多个)/等之外的另外的元素(多个)/组件(多个)/等。

此书面描述使用示例来公开本发明(包含最佳模式)，以及还使得本领域的技术人员能够实践本发明，包含制作和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明的可专利的范围由权利要求书来限定，以及可以包含本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求书的文字语言相同的结构元素，或如果它们包含与权利要求书的文字语言没有实质上不同的等同结构元素，则此类其它示例旨在在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种电机控制电路，该电机控制电路包括：

第一电路，其被配置为传导模拟转速计输出信号；

第二电路，其被配置为传导模拟控制输入信号；以及

微控制器，其耦合到所述第一电路和所述第二电路，所述微控制器被配置为在包括所述第一电路和所述第二电路的串行通道上传送和接收串行数据。

2.根据权利要求1所述的电机控制电路，该电机控制电路还包括电源电路，所述电源电路包括接地导体、电机电源电压输入导体、以及控制电源电压输入导体。

3.根据权利要求1所述的电机控制电路，其中所述串行数据包括电机速度和电机转矩。

4.根据权利要求1所述的电机控制电路，其中所述模拟控制输入信号代表速度控制电压输入。

5.根据权利要求1所述的电机控制电路，其中所述微控制器还被配置为在所述第二电路上接收所述串行数据。

6.根据权利要求1所述的电机控制电路，其中所述微控制器还被配置为在所述第一电路上传送所述串行数据。

7.根据权利要求1所述的电机控制电路，其中所述微控制器还被配置为：当在所述串行通道上接收到有效串行命令时，从模拟模式切换到串行模式。

8.一种操作电机的方法，所述方法包括：

从模拟输入电路接收模拟控制输入信号；

根据所述控制输入信号操作所述电机；

将模拟转速计输出信号传送给模拟输出电路，所述模拟转速计输出信号指示所述电机的操作速度；

在包括所述模拟输入电路和所述模拟输出电路的串行通道上接收串行数据；以及

在所述串行通道上传送串行数据。

9.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括：使用接地导体、电机电源电压输入导体、以及控制电源电压输入导体来为所述电机提供电力。

10.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括：确定在使用所述模拟控制输入信号和所述模拟转速计输出信号的模拟模式与使用所述串行通道的串行模式中的一者中进行操作。

11.根据权利要求10所述的方法，其中确定在所述模拟模式与所述串行模式中的一者中进行操作包括：

使用所述模拟输入电路作为串行接收线路来检测有效串行命令；以及

从所述模拟模式切换到所述串行模式。

12.根据权利要求8所述的方法，其中在所述串行通道上传送串行数据包括：

生成包括电机速度的串行数据；以及

使用所述模拟输出电路作为串行传送线路来传送所述串行数据。

13.根据权利要求8所述的方法，其中在所述串行通道上传送串行数据包括：

生成包括电机转矩的串行数据；以及

使用所述模拟输出电路作为串行传送线路来传送所述串行数据。

14.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括：

在耦合到所述串行通道的微控制器上执行电机控制程序；以及

根据接收到的串行数据和所述电机控制程序来操作所述电机。

15.一种电机，该电机包括：

定子；

转子，其被配置为在所述定子内转动；

布线接口，其包括：

模拟输入电路；以及

模拟输出电路；

电机控制器，其耦合到所述布线接口并被配置为：

根据在所述模拟输入电路上接收的模拟控制输入信号来使得所述转子转动；

在所述模拟输出电路上传送模拟转速计输出信号，所述模拟转速计输出信号指示所述电机的操作速度；以及

在包括所述模拟输入电路和所述模拟输出电路的串行通道上传送和接收串行数据。

16.根据权利要求15所述的电机，其中所述布线接口包括五根导线，所述五根导线包括：

所述模拟输入电路；

所述模拟输出电路；

接地导体；

电机电源电压输入导体；以及

控制电源电压输入导体。

17.根据权利要求15所述的电机，其中所述电机控制器包括微控制器。

18.根据权利要求15所述的电机，其中所述电机控制器还被配置为接收包括串行速度控制输入的串行数据。

19.根据权利要求15所述的电机，其中所述电机控制器还被配置为传送包括串行转速计输出的串行数据。

20.根据权利要求15所述的电机，其中所述电机控制器还被配置为：当在所述串行通道上接收到有效串行命令时，从使用所述模拟控制输入信号和所述模拟转速计输出信号的模拟模式切换到使用所述串行通道的串行模式。