CN110546877B - 多速交流电动机 - Google Patents

Abstract

一种多速交流(AC)电机电路用于具有第一侧和第二侧的AC电源。所述AC电机电路包括两对或更多对电源开关、一个或多个绕组以及控制电路，所述控制电路用于闭合一对电源开关以使电流从所述AC电源的第一侧通过所述一个或多个绕组流到所述AC电源的所述第二侧，并且闭合另一对电源开关以使电流从所述AC电源的所述第二侧通过所述一个或多个绕组流到所述AC电源的所述第一侧。

Description

多速交流电动机

技术领域

相关申请

本申请要求2017年3月29日提交的且标题为Multispeed Alternating CurrentMotor的美国申请号62/478,588的优先权，该申请的全部内容通过引用方式并入本文。

联邦政府资助的研究或开发

不适用。

光盘附录

不适用。

背景技术

鉴于环保法律日益增多，需要对各种类型的电动机进行改进。例如，商业和住宅制冷市场中使用的低瓦数范围(例如4至16瓦)的制冷风扇电动机在传统上效率较低，诸如效率约为12％至26％。希望提供技术来解决不同类型的电动机所需的改进。

发明内容

在一个方面，多速交流(AC)电机电路用于具有第一侧和第二侧的AC电源。AC电机电路包括两对或更多对电源开关、一个或多个绕组以及控制电路，该控制电路用于闭合一对电源开关以使电流从AC电源的第一侧通过一个或多个绕组流到AC电源的第二侧，并且闭合另一对电源开关以使电流从AC电源的第二侧通过一个或多个绕组流到AC电源的第一侧。

在另一方面，一种电路用于具有交流(AC)电源的电机，该交流(AC)电源具有第一侧(L1)和第二侧(L2)。该电路包括具有起始侧和结束侧的绕组、连接在第一侧和绕组起始侧之间的第一电源开关、连接在第二侧和绕组起始侧之间的第二电源开关、连接在第一侧和绕组结束侧之间的第三电源开关、连接在第二侧和绕组结束侧之间的第四电源开关以及控制电路。控制电路闭合第一电源开关和第四电源开关，并且断开第二电源开关和第三电源开关以使电流从第一侧流向第二侧；或者闭合第二电源开关和第三电源开关，并且断开第一电源开关和第四电源开关以使电流从第二侧流向第一侧。

在另一方面，一种电路用于具有交流(AC)电源的电机，该交流(AC)电源具有第一侧(L1)和第二侧(L2)。该电路包括具有第一起始侧和第一结束侧的第一绕组、具有第二起始侧和第二结束侧的第二绕组、连接在AC电源第一侧和第一绕组起始侧之间的第一电源开关、连接在AC电源第二侧和第一绕组起始侧之间的第二电源开关、连接在AC电源第一侧和第一绕组结束侧之间的第三电源开关、连接在AC电源第二侧和第一绕组结束侧之间的第四电源开关、连接在AC电源第一侧和第二绕组结束侧之间的第五电源开关、连接在AC电源第二侧和第二绕组结束侧之间的第六电源开关，以及控制电路。控制电路闭合第一电源开关和第六电源开关并断开第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关和第五电源开关，以使电流流过第一绕组和第二绕组以进行分数速度(fractional speed)操作；或者闭合第三电源开关和第四电源开关并断开第一电源开关、第二电源开关、第五电源开关和第六电源开关，以使电流流过第一绕组和第二绕组以进行分数速度操作；或者闭合第一电源开关和第五电源开关并断开第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关和第六电源开关，以使电流流过第一绕组以进行全速操作；或者闭合第二电源开关和第四电源开关，并且断开第一电源开关、第三电源开关、第五电源开关和第六电源开关，以使电流流过第一绕组以进行全速操作。

在另一方面，一种方法用于具有第一侧和第二侧的AC电源的多速交流(AC)电机电路。该方法包括提供两对或更多对电源开关、提供一个或多个绕组以及提供控制电路，该控制电路用于闭合一对电源开关以使电流从AC电源的第一侧通过一个或多个绕组流到AC电源的第二侧，并且闭合另一对电源开关以使电流从AC电源的第二侧通过一个或多个绕组流到AC电源的第一侧。该方法还包括为本文所述的控制电路提供部件并操作如本文所述的电路。

在另一方面，一种方法用于具有交流(AC)电源的电机的电路，该交流(AC)电源具有第一侧(L1)和第二侧(L2)。该方法包括提供具有起始侧和结束侧的绕组、提供连接在第一侧和绕组起始侧之间的第一电源开关、提供连接在第二侧和绕组起始侧之间的第二电源开关、提供连接在第一侧和绕组结束侧之间的第三电源开关、提供连接在第二侧和绕组结束侧之间的第四电源开关以及提供控制电路。控制电路闭合第一电源开关和第四电源开关，并且断开第二电源开关和第三电源开关以使电流从第一侧流向第二侧；或者闭合第二电源开关和第三电源开关，并且断开第一电源开关和第四电源开关以使电流从第二侧流向第一侧。该方法还包括为本文所述的控制电路提供部件并操作如本文所述的电路。

在另一方面，一种方法用于具有交流(AC)电源的电机的电路，该交流(AC)电源具有第一侧(L1)和第二侧(L2)。该方法包括提供具有第一起始侧和第一结束侧的第一绕组、提供具有第二起始侧和第二结束侧的第二绕组、提供连接在AC电源第一侧和第一绕组起始侧之间的第一电源开关、提供连接在AC电源第二侧和第一绕组起始侧之间的第二电源开关、提供连接在AC电源第一侧和第一绕组结束侧之间的第三电源开关、提供连接在AC电源第二侧和第一绕组结束侧之间的第四电源开关、提供连接在AC电源第一侧和第二绕组结束侧之间的第五电源开关、提供连接在AC电源第二侧和第二绕组结束侧之间的第六电源开关，以及提供控制电路。控制电路闭合第一电源开关和第六电源开关并断开第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关和第五电源开关，以使电流流过第一绕组和第二绕组以进行分数速度操作；或者闭合第三电源开关和第四电源开关并断开第一电源开关、第二电源开关、第五电源开关和第六电源开关，以使电流流过第一绕组和第二绕组以进行分数速度操作；或者闭合第一电源开关和第五电源开关并断开第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关和第六电源开关，以使电流流过第一绕组以进行全速操作；或者闭合第二电源开关和第四电源开关，并且断开第一电源开关、第三电源开关、第五电源开关和第六电源开关，以使电流流过第一绕组以进行全速操作。该方法还包括为本文所述的控制电路提供部件并操作如本文所述的电路。

在另一方面，分相绕组电路包括：电动机分相绕组；电源开关电路，该电源开关电路包括至少一个电源开关和直流(DC)供电电路，所有这些部件都在分开的电动机相绕组的中点处；以及非骤降(non-collapsing)DC电源部件，以防止当该至少一个电源开关导通并导电时DC电源骤降。非骤降DC电源部件可以包括例如以下中的一项或多项：电连接到DC电源的电动机分相绕组的抽头、连接到DC电源以给电源供电的次级相线圈绕组、分相绕组和电源开关电路之间的一个或多个电阻器、分相绕组和电源开关电路之间的一个或多个齐纳(Zener)二极管和/或用于在电动机分相绕组和电源开关电路之间产生压降从而当电源开关电路中的至少一个电源开关导通并导电时防止电源骤降的电气部件。

在一个实例中，用于电动机的相绕组电路包括形成电路的电动机相绕组的一半的至少两个相绕组和形成电路的电动机相绕组的另一半的至少两个其他相绕组。直流(DC)电源至少近似位于电动机相绕组的中点，以接收从相绕组的一个或多个传输的交流(AC)功率，并将AC功率转换成DC功率。第一级电源开关电路包括DC电源外部的至少一个电源开关，并且至少近似地在电路的每一半上的相绕组之间的中点处电连接。第二级电源开关电路包括DC电源外部的至少一个其他电源开关，并且至少近似地在分相绕组的中点处电连接，以从电动机分相绕组接收AC功率。当该至少一个电源开关或该至少一个其他电源开关导通并导电时，非骤降DC电源部件防止DC电源骤降。

在另一个实例中，用于电动机的电路包括形成电路的电动机相绕组的一半的至少两个相绕组和形成电路的电动机相绕组的另一半的至少两个其他相绕组。至少近似位于电动机相绕组的中点的直流(DC)电源接收从相绕组的一个或多个传输的交流(AC)功率，并将AC功率转换成DC功率。第一级电源开关电路包括DC电源外部的至少一个电源开关，并且至少近似地在电路的每一半上的相绕组的至少两个之间的中点处电连接。第二级电源开关电路包括DC电源外部的至少一个其他电源开关，并且至少近似地在相绕组的中点处电连接，以从电动机相绕组接收AC功率。电动机控制器控制第一级电源开关电路和第二级电源开关电路。电动机控制器在以下中的至少一者处电连接：(i)至少近似在相绕组的中点处，以及(ii)至少近似在电路的每一半上的相绕组的至少两个之间的中点处。非骤降DC电源部件连接到DC电源，以在该至少一个电源开关或该至少一个其他电源开关导通并导电时防止DC电源骤降。

在另一个实例中，电动机具有多个电动机相(即电动机相绕组)和通过这些相的供电线电压。电动机相分为四个部分(四分之一或四等分)，其中两个电动机相绕组形成电路的电动机相绕组的一半，并且另外两个电动机相绕组形成电路的电动机相绕组的另一半。用于电动机的电动机控制器和用于电动机的电力电子器件被放置在分相的两半之间的供电线电压的“中点”或“中心点”和/或电路的每一半上的分开的电动机相的两个之间的中点或中心(例如，“四分之一点”)。直流(DC)电源(例如，用于电动机控制器中使用的电子器件)也位于分相之间、分相的两半之间和/或电路的每一半上分开的电动机相的两个之间的中点或中心。电动机相提供电流限制和从线电压供电线到低压DC到DC电源的电压降，从而减少DC电源部件数量并允许针对DC电源和电动机控制器使用低压部件。

在另一个实例中，电动机相分为四个部分(四分之一或四等分)，其中两个电动机相绕组形成电路的电动机相绕组的一半，并且另外两个电动机相绕组形成电路的电动机相绕组的另一半。用于电动机的电动机控制器具有两级，其中电动机控制器的第一级位于分开的电动机相绕组的两半之间的供电线电压的“中点”或“中心点”，并且电动机控制器的第二级位于分开的电动机相绕组的两半之间的供电线电压的“中点”或“中心点”。用于电动机的电力电子器件具有两级，其中电力电子器件的第一级放置在电动机相绕组的每一半上的分开的电动机相绕组的两个之间的中点或中心(例如，“四分之一点”)，并且电力电子器件的第二级也位于分开的电动机相绕组的两半之间的供电线电压的“中点”或“中心点”。直流(DC)电源(例如，用于电动机控制器中使用的电子器件)也位于分开的电动机相绕组之间、分开的电动机相绕组的两半之间和/或电动机相绕组的每一半上的分开的电动机相绕组的两个之间的中点或中心处。

附图说明

图1描绘了用位于电动机相绕组中点的控制电路分开的电动机相绕组。

图2描绘了单相电子整流电动机(ECM)。

图3描绘了分相绕组电路。

图4描绘了分相绕组电路，其具有从分相绕组线圈到直流(DC)电源的抽头。

图5描绘了分相绕组电路，其具有在分相绕组和电源开关之间的电阻器。

图6描绘了具有次级线圈的分相绕组电路。

图7描绘了在启动和以低于同步速度连续操作期间分相绕组电路中相电流方向的控制。

图8描绘了在1800转/分钟(RPM)的同步速度下四极分相绕组电路中相电流方向的控制。

图9描绘了在3600转/分钟(RPM)的同步速度下两极分相绕组电路中相电流方向的控制。

图10描绘了DC电源存储电容器充电时段。

图11描绘了具有次级线圈和一个电源开关的分相绕组电路。

图12描绘了具有次级线圈和一个电源开关的分相绕组电路。

图13和图13A描绘了具有次级线圈和一个电源开关的分相绕组电路。

图14描绘了具有两个电源开关的分相绕组电路。

图15描绘了具有一个电源开关的分相绕组电路。

图16描绘了具有两个串联电源开关的分相绕组电路。

图17描绘了分相绕组电路，其具有从分相绕组线圈到直流(DC)电源的抽头和串联的两个电源开关。

图18描绘了具有两个并联的电源开关的分相绕组电路。

图19描绘了分相绕组电路，其具有从分相绕组线圈到直流(DC)电源的抽头和并联的两个电源开关。

图20描绘了具有分相绕组电路的电动机，该分相绕组电路具有初级AC相绕组和次级绕组，以产生非骤降DC电源。

图21描绘了具有分相绕组电路的电动机，该分相绕组电路具有初级AC相绕组和次级绕组，以产生仅在一个极上缠绕的非骤降DC电源。

图22描绘了具有分相绕组电路的电动机，该分相绕组电路具有分接的初级相绕组以产生非骤降DC电源。

图23描绘了具有分相绕组电路的电动机，该分相绕组电路具有电阻器以产生非骤降DC电源。

图24描绘了具有分相绕组电路的电动机，该分相绕组电路具有齐纳二极管以产生非骤降DC电源。

图25至图34描绘了具有四个线圈和用于电力电子器件的两个级的分相绕组电路。

图35描绘了用于电动机的多速交流(AC)电动机电路。

图36A描绘了用于电动机的多速交流(AC)电动机电路。

图36B描绘了用于电动机的多速交流(AC)电动机电路的AC极性检测器。

图37A至图37B描绘了具有用于电动机的多速交流(AC)电动机电路的霍尔效应装置的电动机。

图38至图42描绘了施加到用于电动机的多速交流(AC)电动机电路的绕组的电压。

图43描绘了用于电动机的具有六个开关的多速交流(AC)电动机电路。

图44描绘了用于电动机的具有六个开关的多速交流(AC)电动机电路。

图45描绘了用于电动机的具有四个开关的简化的多速交流(AC)电动机电路。

图46描绘了用于电动机的具有六个开关的简化的多速交流(AC)电动机电路。

图47描绘了用于电动机的具有八个开关的简化的多速交流(AC)电动机电路。

具体实施方式

公开了新的且有用的电路，其在控制同步无刷永磁电动机方面提供了优于现有技术的优点。本公开的一个实施方案包括用于电子整流电动机(ECM)的一个或多个电路。本公开的另一个实施方案包括用于罩极电动机的一个或多个电路。本公开的另一个实施方案包括用于其他类型的电动机的一个或多个电路。

在一个方面，电动机具有多个电动机相(即电动机相绕组)和通过这些相的供电线电压。电动机相被分成两半，并且电动机的电动机控制器和电动机的电力电子器件两者都位于分相之间的供电线电压的“中点”或“中心点”。直流(DC)电源(例如，用于电动机控制器中使用的电子器件)也位于分相之间。电动机相提供电流限制和从线电压供电线到低压DC到DC电源的电压降，从而减少DC电源部件数量并允许针对DC电源和电动机控制器使用低压部件。

现有系统使用齐纳二极管或与电源开关和电动机相串联的其他电压调节器，其将电动机的最大功率限制在齐纳二极管的最大瓦特值。本公开中的电路从用于电动机相的初级电流路径中消除了齐纳二极管电压调节器，使得齐纳二极管电压调节器不与电源开关和电动机相串联，这消除了否则要降低齐纳二极管所需瓦数规格的需要。相反，在本公开的一些实施方案中，齐纳二极管或其他电压调节器与电源开关并联。

在另一方面，电动机具有多个电动机相(即电动机相绕组)和通过这些电动机相的供电线电压。电动机相分为四个部分(四分之一或四等分)，其中两个电动机相绕组形成电路的电动机相绕组的一半，并且另外两个电动机相绕组形成电路的电动机相绕组的另一半。电动机的电动机控制器和电动机的电力电子器件位于分相的两半之间的供电线电压的“中点”或“中心点”和/或电路的每一半上的分开的电动机相的两个之间的中点或中心。直流(DC)电源(例如，用于电动机控制器中使用的电子器件)也位于分相之间、分相的两半之间和/或电路的每一半上分开的电动机相的两个之间的中点或中心。电动机相提供电流限制和从线电压供电线到低压DC到DC电源的电压降，从而减少DC电源部件数量并允许针对DC电源和电动机控制器使用低压部件。

在一个实例中，电动机相分为四个部分(四分之一或四等分)，其中两个电动机相绕组形成电路的电动机相绕组的一半，并且另外两个电动机相绕组形成电路的电动机相绕组的另一半。用于电动机的电动机控制器具有两级，其中电动机控制器的第一级位于分开的电动机相绕组的两半之间的供电线电压的“中点”或“中心点”，并且电动机控制器的第二级位于分开的电动机相绕组的两半之间的供电线电压的“中点”或“中心点”。用于电动机的电力电子器件具有两级，其中电力电子器件的第一级放置在电动机相绕组的每一半上的分开的电动机相绕组的两个之间的中点或中心(即“四分之一点”)，并且电力电子器件的第二级也位于分开的电动机相绕组的两半之间的供电线电压的“中点”或“中心点”。直流(DC)电源(例如，用于电动机控制器中使用的电子器件)也位于分开的电动机相绕组之间、分开的电动机相绕组的两半之间和/或电动机相绕组的每一半上的分开的电动机相绕组的两个之间的中点或中心处。

例如，当DC电源为位于“四分之一点”处的第一级电动机控制器供电时，DC电源位于第一级。然而，从概念上讲，DC电源可被认为处于电动机相绕组的“中点”，因为当第一级(1级)电力电子器件被激励而第二级(2级)电力电子器件未被激励时，DC电源位于激活线圈(激活电动机相绕组)的中间，而另外两个电动机相绕组(线圈)在该时间未激活。这两个激活线圈是限流的。当在第一级被激励时激励第二级时，第一级线圈与第二级中的线圈并联。

本公开中的电路消除了对光隔离器的需要以允许在电动机控制器的感测/控制电子器件和电动机控制器的电源开关之间进行切换。现有系统具有两个中性参考值，一个用于感测/控制电子器件，和一个用于电源开关。

本公开中的电路具有改进的线相位角检测，从而消除了对链接至光隔离器的输入端的精密电阻桥的需要。因此，该方面的电路具有更精确的线相位角检测。

本公开中的电路将电源开关和电动机控制器的不同电中性值减小到一个值。这保证了具有该方面的电路的电源开关将可靠地从完全“关断”转变为完全饱和。

包括两个开关的现有系统难以完全关断一个开关持续AC周期的一半时间。本公开中的电路将一个或多个开关置于DC电源和电动机控制器电路之外，从而导致适当的开关。

这些改进中的每一个不仅提高了电动机控制器的操作的可靠性，而且还用于提高组合的电动机/电动机控制器效率。

本公开中的分相绕组电路可用于各种电动机诸如DC无刷电动机/电子整流电动机(ECM)、罩极电动机、其他同步电动机、永久分相式电容器(PSC)电动机等。

例如，图1描绘了具有分开的电动机相绕组104、106的电动机102和位于分开的电动机相绕组中的中点110的电动机控制电路108。电动机102包括定子112和安装在轴116上的转子114。转子114安装成在芯结构诸如层叠芯结构或其他芯结构中旋转。转子114具有主体部分，其示出为圆柱形形状。围绕主体的外周是弧形永磁部分。磁性部分的北磁极与转子的外表面相邻，并且磁性部分的南磁极位于转子114的外周附近。一个或多个绕组或绕组对安装在芯结构的连接部分上。电动机102还包括霍尔效应开关装置，其一部分延伸到转子114的外周附近，用于响应于相应转子磁性部分的磁极性。在图示构造中，霍尔效应开关在转子114的每转的一半期间位于磁性部分的外周附近，并且在转子的每转的剩余一半期间邻近磁性部分的外周。

电动机102可以低于、等于或高于同步速度的速度操作。这是因为半周期的一部分可以流过相绕组的事实。

图1的分相绕组电路包括在操作期间连接到交流(AC)能量源诸如AC线电压的引线L1和L2上的输入连接。引线L1和L2跨接在串联电路上，该串联电路包括示出为串联连接横跨控制电路108的分相绕组104、106。例如，控制电路108可以包括串联连接到分相绕组104、106的全波二极管整流桥电路和具有连接到全波二极管整流桥电路的输出端的一个或多个开关或其他电源可控开关装置的电源开关电路。

分相绕组104、106可以是双线的或搭接缠绕的。交流电源的引线L1连接到第一绕组104的起始侧S1。绕组104的标记为F1的另一端连接到控制电路108的输入端的一个。控制电路108的另一个输入侧附接到第二分相绕组106的起始侧S2，并且相同分相绕组的标记为F2的终点侧附接到AC电源的输入引线L2。

又如，图2描绘了单相ECM 202，其中电动机相绕组被分开，并且电动机控制器(电动机控制电路)位于分开的电动机相绕组的中点。

图3公开了一种分相绕组电路302，该分相绕组电路用于将电动机的电动机相绕组304、306(本文也称为电动机相或相线圈)分成两半，并且将电动机的电动机控制器308和电动机的电力电子器件(包括DC电源310和具有一个或多个电源开关的电源开关电路312)两者置于分相304、306之间的供电线电压的“中点”或“中心点”314。在图3的实例中，电动机相绕组被分成两半。允许半分的一些变化，诸如在中间点的0和+/-20％之间。

图3的分相绕组电路302包括两个分相绕组304、306，每个分相绕组分别连接到AC线电压L1和L2。DC电源310电连接到分相绕组304、306，诸如在第一相绕组304的终点侧和第二相绕组306的起始侧。分相绕组304、306操作以将AC线电压降低到与DC电源310兼容的电压。因此，可以选择分相绕组304、306中的绕组的数量，以将在L1和L2处接收的AC线电压减小到由DC电源310接收的选定的较低电压。分相绕组304、306还操作用于过滤在L1和L2处接收的AC线电压的噪声。

DC电源310将从分相绕组304、306接收的低压AC功率转换为DC电压，该DC电压被配置为对分相绕组电路的DC供电部件(包括电动机控制器308)供电。然后，DC电源310向电动机控制器308供电。

电动机控制器308控制分相绕组电路302的启动和操作。例如，电动机控制器308控制启动，包括电动机是同步电动机的情况。电动机控制器308确定转子相对于定子的位置。电动机控制器308还确定和监测转子的速度诸如以每分钟转数(RPM)为单位，以确定电动机的操作参数诸如电动机何时达到同步速度，并且基于转子的位置和/或电动机的速度控制电动机。在一个实例中，电动机控制器308具有用于确定转子位置的霍尔效应开关和/或其他旋转确定装置和/或用于确定转子速度的旋转计数或速度确定装置。

电源开关电路312包括一个或多个电源开关，诸如一个或多个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、可控硅整流器(SCR)、晶体管或其他开关或开关装置。所述一个或多个开关导通或关断，或者一个导通，同时另一个关断。例如，在AC周期的一半周期，第一电源开关导通并导电，同时第二开关关断且不导电。在AC周期的另一半周期中，第二电源开关导通并导电，同时第一开关关断且不导电。在具有一个开关的电路中，在AC周期的一个或多个部分期间，开关可以导通并导电或关断且不导电。

电源开关电路312与DC电源310隔离(在其外部)，这使得分相绕组电路302比具有位于DC电源内(并且不与其隔离)的电源开关电路的电路更加稳定。

当电路的电源开关导通时，由于电源开关的较小电阻，电源开关上仅有轻微的电压降。因此，如果通过将DC电源引线连接到电源开关(或多个电源开关)两侧产生DC电源的输入电压，这将导致当电源开关处于‘导通’状态时DC电源骤降(即来自DC电源的DC电压降低到开关‘导通’电阻乘以通过电源开关的电流的电压电平或以下，接近为零)或无法接收电力并给电路的DC部件供电。

例如，如果电源开关直接跨接DC电源或跨接在桥式整流器的DC侧，并且如果没有一个或多个部件与电源开关串联，以在电源开关导电或‘导通’时产生电压降，则导电的电源开关‘短路’或将DC电源的桥式整流器的正负端子连接在一起，这使DC电压骤降(使得DC电压降低到电源开关‘导通’电阻乘以通过电源开关的电流的电平或以下，接近为零)。由于电源开关的‘导通’电阻极低或通常以毫欧计，DC电压非常接近零。

分相绕组电路302包括一个或多个非骤降DC电源部件316、318(该部件用于防止来自DC电源的DC电压降低到开关‘导通’电阻乘以通过电源开关的电流或以下，接近为零)，包括电压降部件或直接DC电源供电部件以产生非骤降DC电源。非骤降DC电源部件316、318的实例包括来自电连接到DC电源310的初级相绕组304、306的抽头、连接到DC电源以给电源供电的次级相线圈绕组、分相绕组和电源开关电路312之间的电阻器、分相绕组和电源开关电路之间的一个或多个齐纳二极管、分相绕组和电源开关电路312之间的非饱和半导体或其他电阻部件(其中电阻足够高以产生显著的电压降，并且其中当开关‘导通’时，该电压降导致DC电源)或者其他部件在初级分相绕组和电源开关电路之间产生电压降，以防止当电源开关电路中的电源开关导通并导电时DC电源骤降。因此，分相绕组电路302提供恒定的功率流，而不管电源开关电路是导通并导电还是关断且不导电。

许多电子控制的同步电动机具有检测施加到相绕组的AC电压的过零点的电路。该过零检测电路向电动机控制器308发送信号，以确定电动机何时处于同步速度。如果AC电源电压具有电噪声(通常是由于在相同电路上运行的其他设备)，则这种电噪声会导致过零检测器运行不正确，从而影响电动机的控制，这通常表现为电动机中的噪声。

在一个实例中，分相绕组电路302是同步电动机的一部分。同步电动机在L1和L2接收线功率(即具有电流和电压的AC功率)。使用分相绕组(使用本公开的关联电路)的同步电动机不依赖于检测所施加的AC电压的过零点来控制电动机，而是检测电压的极性，即极性L2高于还是低于L1，从而即使在AC电源中存在电噪声时也允许安静运行。

图3中的DC电源310直接电连接到分相绕组304、306。因此，无论电源开关电路312的状态如何，DC电源310都由分相绕组304、306供电。

图4公开了另一种分相绕组电路402，该分相绕组电路用于将电动机的电动机相绕组404、406分成两半，并且将电动机的电动机控制器408和电动机的电力电子器件(包括DC电源410和具有一个或多个电源开关的电源开关电路412)两者置于分相之间的供电线电压的“中点”或“中心点”414。图4的分相绕组电路402包括来自初级分相绕组404、406的抽头416、418，所述抽头电连接到DC电源410，以产生非骤降DC电源(一种DC电源，其中DC电压不降低到电源开关电路‘导通’电阻乘以通过电源开关电路的电流或以下(接近为零))。

在一些电路中，当电动机达到同步速度时，所述一个或多个电源开关关断，从而使低压功率停止流向电动机控制器。在一个实例中，诸如以同步速度下，从一个分相绕组通过电源开关到另一个分相绕组的路径被短路。这导致DC电源和电动机控制器不再接收来自相绕组的低电源电压，诸如在短路期间没有电容器保持电荷或者存在的电容器不够大以在短路期间保持足够电荷的情况下。

图4的电路402包括从相绕组404、406的线圈到DC电源410的抽头416、418，使得低压电源直接从相绕组流到DC电源，绕过电动机控制器408(“分开的电动机相控制器”)的电源开关。因此，图4的电路402保证低压电源例如在同步速度下提供给DC电源410。

在一个实例中，用于分开的电动机相控制器的DC电源410由齐纳二极管和存储电容器形成，该存储电容器在交流(AC)周期的电源开关关断时的部分期间接收功率。当电动机以同步速度操作时，电源开关持续导电。因此，提供给DC电源的电压量等于开关上的电压降，这在使用低导通电阻(RDS(导通))功率MOSFET时可能导致低电压。

图5公开了另一种分相绕组电路502，该分相绕组电路用于将电动机的电动机相绕组504、506分成两半，并且将电动机的电动机控制器508和电动机的电力电子器件(包括DC电源510和具有一个或多个电源开关的电源开关电路512)两者置于分相之间的供电线电压的“中点”或“中心点”514。图5的电路502包括电动机相绕组504、506和电源开关电路512之间的电阻器R1和R2，以承受并因此保持从相绕组提供给DC电源510的低压电源，并且产生非骤降DC电源(一种DC电源，其中DC电压不降低到电源开关电路‘导通’电阻乘以通过电源开关电路的电流或以下(接近为零))。因此，图5的电路例如在同步速度下将低压电源保持在DC电源510。

图6公开了另一种分相绕组电路602，该分相绕组电路用于将电动机的电动机相绕组604、606分成两半，并且将电动机的电动机控制器608和电动机的电力电子器件(包括DC电源610和具有一个或多个电源开关的电源开关电路612)两者置于分相之间的供电线电压的“中点”或“中心点”614。初级分相绕组604、606限制可以流到DC电源610的电流，从而消除了对浪费功率的限流部件的需要。图6的分相绕组电路602包括次级相绕组616、618，所述次级相绕组电连接到DC电源610，以产生非骤降DC电源(一种DC电源，其中DC电压不降低到电源开关‘导通’电阻乘以通过电源开关的电流或以下(接近为零))。

在一个实例中，电源开关电路612包括并联的齐纳二极管或其他电压调节器和电源开关。然而，现有系统包括与其他部件串联的电源电路。由于电源开关与齐纳二极管并联而非串联，因此其可以始终导通。然而，如果电源开关关断，电流仍然可以流过齐纳二极管。

图6的电路包括一个或多个次级线圈(也称为次级绕组)616、618，其向DC电源610提供低压电源，诸如当电动机处于启动时。所述一个或多个次级线圈616、618还用作高频噪声滤波器，以从提供给DC电源610的低电源电压滤除高频噪声。

次级绕组616、618可以分布在任何地方，诸如均匀地分布在第一分相绕组604和第二分相绕组606之间，全部位于一个极上，或者不均匀地分布在第一分相绕组和第二分相绕组之间，诸如一个次级绕组上的匝数或线圈数多于另一个次级绕组。

在图6的实例中，分相绕组电路602可以在电动机启动且处于同步速度时关断DC电子器件，包括电动机控制器608。因此，分相绕组电路602的电动机控制器608确定电动机的速度以及电动机是否处于同步速度。例如，1800RPM可以是具有四个定子极(两个北极定子极和两个南极定子极)的电动机的同步速度。每半个AC周期，功率被供应给磁极中的一个。因此，需要两个周期为四个磁极提供功率。因此，如果电动机与线路AC同步，则同步速度为1800RPM。类似地，八极定子的同步速度为900RPM。

图7描绘了在启动和以低于同步速度连续操作期间分相绕组电路702中相电流方向的控制。

如图7所示，电流将始终沿相同方向流过分相绕组704、706和电源开关电路708两者。与电源开关电路708串联的分相绕组704、706表示一个绕组，该绕组具有置于分相绕组之间的中点或中心点处的电源开关电路708。施加到分相绕组的电流和电压将始终在相同方向上通过两个线圈，并且分相绕组的磁极性同样相同。

如下所述，控制电路可以包括二极管整流桥电路，其输出端连接到一个或多个电源开关。如图7所示，当引线L1上的电压为正时，如果电源开关电路708的二极管桥式整流器的输出端子短接，则电流将仅沿一个方向流过绕组704、706，但采用半周期增量。如果引线L1和L2上的电压持续60个周期，则只有当引线L1为正时，控制电路中二极管桥式整流器电路的输出端才会短接，并且电流只会沿一个方向流动并且持续8毫秒。在交替的半周期上，无电流流动持续8毫秒。然后电流将流动另外8毫秒，依此类推。如果在引线L2为正时控制电路的二极管桥接电路的输出端短接，则功率将以相同的方式流动。如果电桥输出端的短接是选择性地实现的，即基于磁性转子的角位置，则将产生连续的电动机动作。如果控制电路中的二极管桥式整流器电路输出端如上所述基于磁性转子的角位置选择性地短接半周期的一部分(并且仅当引线L1为正时)，则可以实现任何期望的速度，包括高于同步速度的速度。这种电动机的特性类似于具有施加到输入端的脉动电流的DC电动机。然而，分相绕组电路利用交流电流结合一个电源开关部件可以实现开关的事实，而不是具有多个电源开关部件实现分相绕组的开关。

图8描绘了在1800转/分钟(RPM)的同步速度下四极分相绕组电路中相电流方向的控制的实例。在同步速度下，受控相与AC线路输入同步。

图9描绘了在3600转/分钟(RPM)的同步速度下两极分相绕组电路中相电流方向的控制。在同步速度下，受控相与AC线路输入同步。

图10描绘了分相绕组电路中的DC电源存储电容器充电时段的实例。注意与图7的波形的相关性。

图11描绘了具有次级线圈1104、1106和一个电源开关1108的分相绕组电路1102。初级分相绕组1110、1112限制可以流到DC电源的电流。

控制电路1114基于输入频率和转子位置的定时控制电源开关电路1115的开关。控制电路1114控制分相绕组电路的启动和操作。例如，控制电路1114控制启动，包括电动机是同步电动机的情况。控制电路1114确定转子相对于定子的位置。控制电路1114还确定和监测转子的速度诸如以每分钟转数(RPM)为单位，以确定电动机的操作参数诸如电动机何时达到同步速度，并且基于转子的位置和/或电动机的速度控制电动机。在一个实例中，控制电路1114具有用于确定转子位置的霍尔效应开关和/或其他旋转确定装置和/或用于确定转子速度的旋转计数或速度确定装置。

在一个实例中，电源开关电路1115包括并联的齐纳二极管1116或其他电压调节器和电源开关1108。然而，现有系统包括与其他部件串联的电源开关。由于电源开关1108与齐纳二极管1116并联而非串联，因此其可以始终导通。然而，如果电源开关关断，电流仍然可以流过齐纳二极管。

图11的电路包括一个或多个次级线圈(也称为次级绕组)1104、1106，其向DC电源提供低压电源，诸如当电动机处于启动时。所述一个或多个次级线圈1104、1106还用作高频噪声滤波器，以从提供给DC电源的低电源电压滤除高频噪声。

次级绕组1104、1106可以分布在任何地方，诸如均匀地分布在第一分相绕组1110和第二分相绕组1112之间，全部位于一个极上，或者不均匀地分布在第一分相绕组和第二分相绕组之间，诸如一个次级绕组上的匝数或线圈数多于另一个次级绕组。

线圈经由二极管桥式整流器1118连接到电路的方式允许电流在任何给定时间仅沿着一个方向流过线圈。

对该电动机和控制器进行的改进极大地改善了DC逻辑电源，从而实现了更可靠的逻辑控制电路。次级线圈1104、1106以一种方法与电动机线圈缠绕，该方法使用电动机线圈作为初级线圈1110、1112来产生变压器。图11的实例使用20:1的比率。图11的实例包括缠绕在相同定子极上的每个电动机初级线圈1000匝和每个次级线圈50匝。然而，可以使用更高或更低的其他匝数比。初级电动机线圈1110、1112和次级线圈1104、1106之间的比率可以随AC输入功率和/或DC功率要求而变化。该电路不仅将所有DC电路与来自线路的高压隔离，而且当向输入端L1和L2供电时还向控制电路1114产生不可骤降的DC电源。

除了MOSFET电源开关1108之外，电源开关电路1115还具有全波桥式整流器1118。全波桥式整流器1118保证不会将负电压提供给电源开关1108的漏极(顶部)。全波桥式整流器1118还保证不向电源开关1108的源极(底部)提供正电压，使得当经由电阻器R1被电源开关1108的栅极上的正电压偏置时，电流只能从电源开关1108的漏极流到源极。同时，当在电源开关1108的漏极处存在正整流AC电源时，电源开关1108经由电阻器R1被相同电压信号偏置。二极管1116通过保证电源开关1108的栅极上的任何电压将大于-0.7VDC保护电源开关1108的栅极，因为任何小于该值的电压都可能损坏或破坏电源开关1108。电阻器R11和电容器C5用作“缓冲器”以滤除瞬变或高频噪声。R11和C5为MOSFET电源开关1108提供额外的保护，特别是在噪声环境中。

图12描绘了具有次级线圈1104、1106和一个电源开关1108的分相绕组电路1202。图12的电路包括图11的相同电源开关电路和相同次级线圈1104、1106。另外，图12的控制电路1114A包括控制电动机操作的逻辑控制电路1204(包括通过同步速度)，控制电源开关电路何时关断的逻辑控制切断电路1206，以及向逻辑控制电路和逻辑控制切断电路提供DC电源的非骤降DC电源1208。逻辑控制电路1204和逻辑控制切断电路1206可被配置作为单个逻辑控制电路。

在一个实施方案中，分相绕组电路1202的一个目的是允许电动机与AC电源线频率同步运行(例如，对于4极电动机，60Hz＝1800rpm并且50Hz＝1500rpm)。在没有任何控制电路的情况下，电源开关电路将允许电流流动，就像线圈对L1和L2通过电源开关电路短接在一起一样。控制电路关断电源开关电路，直到转子与线电压相比处于适当的位置。因此，在一个方面，电源开关电路的额定电压为AC电源线电压。控制电路部件都可以处于逻辑电平电压(VCC)。

逻辑电源由次级线圈1104、1106提供，所述次级线圈缠绕在与初级电动机线圈1110、1112相同极上。只要次级电源满足逻辑电源要求，次级线圈1104、1106即可以缠绕在任意数量的极上。在一个实例中，仅需要控制电路以启动电动机并使其达到同步速度，并且可选地包括逻辑控制切断电路以切断主控制电路。逻辑控制切断电路是可选的。通过切断控制电路，电源开关电路将允许到电动机的全线路功率减去电源开关电路中的任何损耗。这将提高总效率和部件寿命，尤其是在电动机长时间运行时。

图13和图13A描绘了具有次级线圈和一个电源开关的分相绕组电路。该电路具有两个AC电源线输入端L1和L2，所述AC电源线输入端在电动机操作期间连接到AC电源。

电源开关电路

电源开关电路具有全波桥式整流器BR1和MOSFET电源开关Q1。全波桥式整流器BR1保证不会将负电压提供给电源开关Q1的漏极(顶部)。全波桥式整流器BR1还保证不向电源开关Q1的源极(底部)提供正电压，使得当经由电阻器R1被电源开关Q1的栅极上的正电压偏置时，电流只能从电源开关Q1的漏极流到源极。在电源开关Q1的漏极处存在正整流AC电源，电源开关Q1经由电阻器R1被相同电压信号偏置。二极管D5通过保证电源开关Q1的栅极上的任何电压将大于-0.7VDC保护电源开关Q1的栅极，因为任何小于该值的电压都可能损坏或破坏电源开关Q1。电阻器R11和电容器C5用作“缓冲器”以滤除瞬变或高频噪声。R11和C5为MOSFET电源开关Q1提供额外的保护，特别是在噪声环境中。

DC电源

一旦向电动机供电并且电流流过电动机相绕组(电动机初级线圈)，次级绕组(次级线圈)就会以与变压器操作相同的方式通电。次级线圈上的电压的值与输入电压和初级线圈/次级线圈匝数比成正比。使用图11中的实例，如果初级线圈的输入电压为120VAC且初级线圈与次级线圈的匝数比为20:1，则次级线圈上的电压将计算为大约6VAC减去任何损耗。来自次级线圈的功率直接从次级线圈提供给DC电源。全波桥式整流器BR2对来自次级线圈的低压AC电源进行整流。全波桥式整流器BR2可以是基于DC供电要求的低功率部件。

齐纳二极管Z1和Z2彼此串联连接(阳极接阳极)，并且每个阴极连接到全波桥式整流器BR2的AC电源输入端。该方法用于保护全波桥式整流器BR2免受可能超过部件最大额定值的AC电源输入的影响。全波桥式整流器BR2的负输出端连接到电路接地，电路接地也连接到与电源开关块相同的接地。全波桥式整流器BR2的正输出端连接到低压降调节器LDO1和电容器C1。电容器C1用于平滑化流向低压降调节器LDO1的输入端的整流AC电源信号。旁路电容器C7可用于低压降调节器LDO1的输出端上，以帮助降低正DC轨(VCC)上的噪声。而且，可以在低压降调节器LDO1的输出端上使用更大电容器C10，以平滑化正DC轨并确保某些低压情况期间的功率。C7和C10不是必需的，但是提供C7和C10以增加低压DC部件的可靠性和保护，特别是在噪声环境中。

逻辑控制电路/电动机控制器

逻辑控制电路(电动机控制器)基于AC供电线输入频率和转子位置的定时控制电源开关电路的开关。使用由双极结型晶体管(BJT)Q2和Q3以及二极管D6和D7组成的AC缓冲器感测AC供电线输入频率的定时。流至AC缓冲器输入端的电流受高值电阻器R3的限制。二极管D6确保AC缓冲器输入不大于正DC电源电压。二极管D7确保AC缓冲器输入大于-0.7伏(以DC电源接地为参考)。

当AC缓冲器的输入为逻辑高时，BJT Q2被偏置，并且AC缓冲器的输出也为逻辑高。当AC缓冲器的输入为逻辑低时，BJT Q3被偏置，并且AC缓冲器的输出为逻辑低。AC缓冲器的输出端连接到由电容器C6和电阻器R13组成的滤波器。滤波器不是必需的，但在噪声环境中提供保护和可靠性。

使用霍尔效应开关IC1感测转子磁体极性。但是，可以使用另一个开关或感测装置感测转子磁体极性和/或转子位置和/或确定速度和/或确定转子旋转。霍尔效应开关IC1是集电极开路输出，并且因此需要上拉到正DC轨(VCC)。电阻器R2提供集电极开路输出所需的上拉。

使用单个电路逻辑XOR IC2比较霍尔效应开关IC1的输出和AC缓冲器的输出。XORIC2的输出是霍尔效应开关IC1和AC缓冲器之间的差异，其将偏置电源开关电路的MOSFET电源开关Q1。当霍尔效应开关IC1的输出为逻辑低时，只有当电动机的AC电源输入L1为负时，电源开关Q1才会被偏置。当霍尔效应开关IC1的输出为逻辑高时，只有当电动机的AC电源输入L1为正时，电源开关Q1才会被偏置。在电动机启动期间，可以存在多个输入AC周期，其中仅来自AC电源输入L1的正输入或仅负输入将通过电源开关Q1。

使用电源开关Q1，当电源开关Q1的漏极和栅极电压高于偏置电压时，可以随时“斩断”或切断波形。例如，参见图7。当XOR IC2的输出为逻辑高时，通过偏置BJT Q4使电源开关Q1的栅极保持逻辑低。当BJT Q4被偏置时，从电阻器R1流出的任何电流都将绕过电源开关Q1的栅极，并且通过BJT Q4从集电极流到发射极从而将电源开关Q1的栅极电连接到其源极，并且将切断电源开关Q1。

当霍尔效应开关IC1的频率与输入AC电源的频率匹配时，电动机同步运行。如果电动机同步运行，则在电动机失去同步或电动机停止并重新启动之前不需要控制电路。当电压调节器IC3从霍尔效应开关IC1感测到同步速度或更高时，XOR IC2的输出经由电压调节器IC3的集电极开路输出保持逻辑低。当电压调节器IC3感测到小于输入AC电源的速度的速度时，电压调节器IC3的集电极开路输出关断，这将使XOR IC2的输出不受影响。

该方法确保当电动机以同步速度运行时，电源开关Q1不会被逻辑控制切断。但是，如果电动机减速到同步速度以下，则逻辑控制器将像启动那样控制电动机定时。使用这种方法提高了整体电动机效率和电路中的部件的预期寿命。

使用外部部件设置电压调节器IC3的定时。电阻器R4、R5、R6和R7可以是1％容差，以便电压调压器IC3在精确的参数范围内操作。电容器C1结合电阻器R6和R7一起操作，以设置电压调节器IC3的集电极开路输出将导通的频率。电容器C3用于电压调节器IC3中的内部电荷泵。电容器C4用于将输入AC耦合到电压调节器IC3，因为电压调节器IC3将仅检测具有电压过零点的频率。电阻器R8限制到电压调节器IC3的输入端处的AC耦合电容器C4的电流。

图14描绘了具有两个电源开关的分相绕组电路。

图15描绘了具有一个电源开关的分相绕组电路。

图16描绘了具有两个串联电源开关的分相绕组电路。二极管D1和D2是1N4003二极管，并且二极管D3和D4是1N914二极管。晶体管Q3和Q4是2N3904。IC1是霍尔效应开关/传感器。如果相电流超过内部二极管正向电流额定值，则二极管D5和D6用于增加开关Q1和Q2中内部二极管(d1和d2)的电流容量。根据霍尔开关/传感器IC1的装置选择，如果需要，使用电容器C2和C3为开关Q1和Q2产生‘导通’延迟，以增加电容器C1的额外充电时间，从而确保霍尔开关/传感器IC1的稳定3.3VDC或5VDC电源。在现有系统中，需要5VDC来接通逻辑电平功率MOSFET开关。在一个实施方案中，电容器C2和C3是可选的。

二极管D1、D2、d1和d2针对用于霍尔开关/传感器IC1的DC电源执行AC功率的整流。

齐纳二极管ZD1为霍尔开关/传感器IC1的DC电源提供压力调节器。

RL为DC电源提供电流限制。在一个实例中，将其设置为将电流近似地限制为10mA。霍尔开关/传感器IC1使用6mA的DC电流，包括用于内部开路集电极输出晶体管的基极驱动电流。额外的DC电流将用于导通开关Q3，并且通过上拉电阻R3提供。开关Q3的集电极-发射极电流和开关Q4的基极和集电极-发射极电流不由DC电源提供，而是由通过电动机相绕组的电流提供。优选确保晶体管Q3和Q4在适当的时间完全‘关断’。在一个实施方案中，开关在适当的时间完全‘导通’或饱和，以获得最大操作效率。

图17描绘了分相绕组电路，其具有从分相绕组线圈到直流(DC)电源的抽头和串联的两个电源开关。

图18描绘了具有两个并联的电源开关的分相绕组电路。

图19描绘了分相绕组电路，其具有从分相绕组线圈到直流(DC)电源的抽头和并联的两个电源开关。

图20描绘了具有分相绕组电路的电动机2002，该分相绕组电路具有初级AC相绕组2004和次级绕组2006(即一个或多个次级线圈)，以产生非骤降DC电源。在图20的电动机中，次级绕组2006缠绕在所有极上。然而，次级绕组2006可以仅缠绕在一个极、两个极、三个极或其他数量的极上。次级绕组与图20的电动机2002中的初级相绕组2004串联连接。然而，次级绕组2006也可以并联连接或者以串联和并联方式两者的组合连接。图20的电动机是四极永磁同步电动机。当在60Hz AC下操作时，电动机的同步速度为1800RPM。

图21描绘了具有分相绕组电路的电动机2102，该分相绕组电路具有初级AC相绕组2104和次级绕组2106(即一个或多个次级线圈)，以产生仅缠绕在一个极上的非骤降DC电源。图21的电动机2102是四极永磁同步电动机。当在60Hz AC下操作时，电动机的同步速度为1800RPM。

图22描绘了具有分相绕组电路的电动机2202，该分相绕组电路具有分接的初级相绕组以产生非骤降DC电源。图22的电动机2202是四极永磁同步电动机。当在60Hz AC下操作时，电动机的同步速度为1800RPM。

电动机具有带有4个极2206-2212的定子2204和带有4个面向定子的磁体N、S、N、S2216-2222的转子2214。电动机2202具有轴(中心圆)2224和转子背铁(轴和磁体之间的区域)2226。初级分相绕组2228、2230分别连接到L1和L2处的AC电源。次级绕组2232、2234连接到DC电源2236。

图23描绘了具有分相绕组电路2302的电动机，其中在分相绕组2308、2310和电源开关电路2312之间具有电阻器2304、2306，以产生非骤降DC电源。图23的电动机是四极永磁同步电动机。当在60Hz AC下操作时，电动机的同步速度为1800RPM。

图24描绘了具有分相绕组电路2402的电动机，其中在分相绕组2408、2410和电源开关电路2412之间具有齐纳二极管2404、2406，以产生非骤降DC电源。图24的电动机是四极永磁同步电动机。当在60Hz AC下操作时，电动机的同步速度为1800RPM。

图25至图34的电路描绘了可以与一个或多个电动机诸如本文所述的一个或多个电动机一起使用的分相绕组电路。这些电路包括电动机的电动机相绕组，所述电动机相绕组被分成四个部分，其中两个电动机相绕组形成电路的电动机相绕组的一半，并且另外两个电动机相绕组形成电路的电动机相绕组的另一半。通过根据电动机控制器/电动机控制电路在每一半电动机相绕组中的两个电动机相绕组(线圈)之间增加连接，电动机可以仅使用4个线圈中的2个操作来启动。这对于启动是有益的，因为其降低了整体电动机线圈阻抗，这将增加电流并增加转矩。由于电流上升，效率可以降低到等于或低于选定的可接受百分比。在一些实施方案中，分相绕组电路在低输入电压下提供启动转矩。

参考图25的电路，分相绕组电路2502具有四个分开的电动机相绕组2504-2510。电动机相绕组中的两个2504-2506形成电路2502的电动机相绕组的一半2512，并且另外两个电动机相绕组2508-2510形成电路的电动机相绕组的另一半2514。用于电动机的电动机控制器2516具有两级，其中电动机控制器的第一级(1级)2518位于分开的电动机相绕组2504-2510的两半2512-2514之间的供电线电压的“中点”或“中心点”2520，并且电动机控制器的第二级(2级)2522位于分开的电动机相绕组的两半之间的供电线电压的“中点”或“中心点”。

电动机的电力电子器件具有两级，其中第一级(1级)电源开关电路/电力电子器件2524置于分别位于电动机相绕组的每一半2512-2514上的分开的电动机相绕组中的两个(2504-2506和2608-2610)之间的中点或中心2526、2528处(即“四分之一点”)。1级电源开关电路激活第一(L1)和第四(L4)线圈2504、2510。1级电源开关电路2524可以是例如一个或多个开关诸如一个或多个MOSFET或其他开关，并且由1级电动机控制器2518控制。

第二级(2级)电源开关电路/电力电子器件2530置于分开的电动机相绕组2504-2510的两半2512、2514之间的供电线电压的“中点”2520处。2级电源开关电路2530激活第二(L2)和第三(L3)线圈2506-2508。2级电源开关电路2530可以是例如一个或多个开关诸如一个或多个固态继电器(SSR)、四固态继电器(QSSR)或其他开关，并且由2级电动机控制器2518控制。直流(DC)电源2532(例如，用于电动机控制器中使用的电子器件)也位于分开的电动机相绕组2504-2510之间、分开的电动机相绕组的两半2512-2514之间和/或电动机相绕组的每一半2512、2514上的分开的电动机相绕组中的两个2504-2506或2508-2510之间的中点或中心2526-2528处。

分相绕组电路2502包括一个或多个非骤降DC电源部件2534、2536(该部件用于防止来自DC电源的DC电压降低到开关‘导通’电阻乘以通过电源开关的电流或以下，接近为零)，包括电压降部件或直接DC电源供电部件以产生非骤降DC电源。非骤降DC电源部件2534、2536的实例包括来自电连接到DC电源2532的初级相绕组2504-2510的一个或多个的抽头，来自电连接到DC电源2532的外部初级分相绕组(线圈L1和线圈L4)2504和2510的抽头，连接到DC电源以给电源供电的次级相线圈绕组，从外部初级分相绕组(线圈L1和线圈L4)2504和2510电连接到DC电源2532的次级相线圈，分相绕组和电源开关电路的一个或多个之间的电阻器，第一分相绕组和第二分相绕组(线圈L1和线圈L2)之间的一个或多个电阻器，以及第三分相绕组和第四分相绕组(线圈L3和线圈L4)2506和2508之间的一个或多个电阻器(其中DC电源还在一侧电连接在第一分相绕组和第二分相绕组(线圈L1和线圈L2)之间，并且在另一侧电连接在第三分相绕组和第四分相绕组(线圈L3和线圈L4)之间)，分相绕组和电源开关电路的一个或多个之间的一个或多个齐纳二极管，第一分相绕组和第二分相绕组(线圈L1和线圈L2)之间的一个或多个齐纳二极管，以及第三分相绕组和第四分相绕组(线圈L3和线圈L4)之间的一个或多个齐纳二极管(其中DC电源还在一侧电连接在第一分相绕组和第二分相绕组(线圈L1和线圈L2)之间，并且在另一侧电连接在第三分相绕组和第四分相绕组(线圈L3和线圈L4)之间)，分相绕组和电源开关电路的一个或多个之间的非饱和半导体或其他电阻部件(例如，代替上面的一个或多个电阻器或二极管)(其中电阻足够高以产生显著的电压降，并且其中当开关‘导通’时，该电压降导致DC电源)，或其他部件，以在初级分相绕组和电源开关电路的一个或多个之间产生电压降，从而防止当电源开关电路中的电源开关导通并导电时DC电源骤降。因此，分相绕组电路2502提供恒定的功率流，而不管电源开关电路是导通并导电还是关断且不导电。

图26和图27描绘了分相绕组电路2602和2702的实例，其中一个或多个次级线圈(也称为次级绕组)电连接到DC电源以给DC电源供电并产生非骤降DC电源(一种DC电源，其中DC电压不降低到开关‘导通’电阻乘以通过电源开关的电流或以下(接近为零))。所述一个或多个次级线圈向DC电源2632提供低压电源，诸如当电动机处于启动时。所述一个或多个次级线圈还用作高频噪声滤波器，以从提供给DC电源的低电源电压滤除高频噪声。

参考图26，分相绕组电路2602具有四个分开的电动机相绕组2604-2610。电动机相绕组中的两个2604-2606形成电路2602的电动机相绕组的一半2612，并且另外两个电动机相绕组2608-2610形成电路的电动机相绕组的另一半2614。用于电动机的控制逻辑/电动机控制器2616具有两级，其中电动机控制器的第一级(1级)2618位于分开的电动机相绕组2604-2610的两半2612-2614之间的供电线电压的“中点”或“中心点”2620，并且电动机控制器的第二级(2级)2622还位于分开的电动机相绕组的两半之间的供电线电压的“中点”或“中心点”。

电动机的电力电子器件具有两级，其中第一级(1级)电源开关电路/电力电子器件2624置于分别位于电动机相绕组的每一半2612-2614上的分开的电动机相绕组的两个(2604-2606和2608-2610)之间的中点或中心2626、2628处(即“四分之一点”)。1级电源开关电路2618激活第一(L1)和第四(L4)线圈2604、2610。1级电源开关电路2624可以是例如一个或多个开关诸如一个或多个MOSFET或其他开关，并且由1级电动机控制器2218控制。在一个实例中，1级电源开关电路2618包括并联的一个或多个齐纳二极管或其他电压调节器和电源开关。然而，现有系统包括与其他部件串联的电源电路。由于电源开关与所述一个或多个齐纳二极管并联而非串联，因此其可以始终导通。然而，如果电源开关关断，电流仍然可以流过齐纳二极管。

第二级(2级)电源开关电路/电力电子器件2630置于分开的电动机相绕组2604-2610的两半2612、2614之间的供电线电压的“中点”2620处。2级电源开关电路2630电连接到内部初级分相绕组(第二线圈L2和第三线圈L3)2606和2608，并且2级电源开关电路激活第二线圈(L2)和第三线圈(L3)。2级电源开关电路2630可以是例如一个或多个开关诸如一个或多个固态继电器(SSR)、四固态继电器(QSSR)或其他开关，并且由2级电动机控制器2618控制。

在图26的一个实例中，当电动机启动并且处于同步速度时，分相绕组电路2602可以关断DC电子器件的一个或多个诸如电动机控制器的1级2618。因此，电动机控制器的1级2618确定电动机的速度以及电动机是否处于同步速度。例如，1800RPM可以是具有四个定子极(两个北极定子极和两个南极定子极)的电动机的同步速度。每半个AC周期，功率被供应给磁极中的一个。因此，需要两个周期为四个磁极提供功率。因此，如果电动机与线路AC同步，则同步速度为1800RPM。类似地，八极定子的同步速度为900RPM。

直流(DC)电源2632(例如，用于电动机控制器中使用的电子器件)也位于分开的电动机相绕组2604-2610之间、分开的电动机相绕组的两半2612-2614之间和/或电动机相绕组的每一半2612、2614上的分开的电动机相绕组中的两个2604-2606或2608-2610之间的中点或中心2626-2628处。初级分相绕组2604-2610限制可以流到DC电源2632的电流，从而消除了对浪费功率的限流部件的需要。

图26的分相绕组电路2602包括从外部初级分相绕组(线圈L1和线圈L4)2604和2610电连接到DC电源2632或电连接在外部初级分相绕组和DC电源之间的次级线圈2634、2636(也称为次级绕组或次级相绕组)，以产生非骤降DC电源(一种DC电源，其中DC电压不降低到开关‘导通’电阻乘以通过电源开关的电流或以下(接近为零))。次级相绕组2634、2636的线圈向DC电源2632提供低压电源，诸如当电动机处于启动时。所述一个或多个次级线圈2634、2636还用作高频噪声滤波器，以从提供给DC电源2632的低电源电压滤除高频噪声。次级线圈2634、2636可以分布在任何地方，诸如均匀地分布在第一分相绕组2604和第四分相绕组2610之间，位于第一分相绕组、第二分相绕组、第三分相绕组和第四分相绕组2604-2610中的一个或多个上，全部位于一个极上，或者不均匀地分布在第一分相绕组和第二分相绕组之间，诸如一个次级绕组上的匝数或线圈数多于另一个次级绕组。

图27描绘了类似于图6的分相绕组电路2602的分相电路2702。然而，图27的分相电路2702描绘了1级电源开关电路2624A的全桥式整流器、MOSFET开关和二极管。分相电路2702还描绘了一些部件的特定值，包括针对分相绕组(线圈)2604A-2610A为435匝，30AWG；针对次级线圈2634A-2336A则为70匝，30AWG。

仍然参考图26和图27，在一个方面，1级电源开关电路2630仅在启动期间操作。当电动机达到同步速度时，控制逻辑/电动机控制器2616关断1级电源开关电路2624并导通2级电源开关电路2630。1级电动机控制器2618基于转子位置控制电流沿着哪个方向流过线圈。在一个实例中，更精确的开关时间是启动的因素。2级电源开关电路2630导通或关断，并且不使用转子位置确定电流的方向。

如图26和图27中的实例所示，1级电源开关电路2624在电路一侧2512连接在外部相绕组(线圈L1)2504和内部相绕组(线圈L2)2506之间，并且在电路一侧2514连接在另一外部相绕组(线圈L5)2510和其他内部相绕组(线圈L3)2508之间。1级电源开关电路2624闭合两个外部相绕组(线圈L1和线圈L4)2604、2610的电流路径。相绕组2604、2610可以以若干种不同方式配置以适应电动机应用的需要。1级电源开关电路2624还可以被配置为激励相绕组2604-2610中的三个或仅激励相绕组中的一个以满足启动转矩和功率要求。

当1级电源开关电路2624关断并且2级电源开关电路2630导通时，所有四个相绕组2604-2610的电流路径闭合。由于2级电源开关电路2630在启动时具有比1级电源开关电路2624更慢的开关速度，因此诸如继电器或固态继电器的部件可以用于2级电源开关电路，并且与将电源开关如MOSFET用于2级电源开关电路的情况相比需要更少零件。

如果低成本是目标，则使用更便宜的分立部件构建等效电路可能是有益的。在下面描述的电路之一中，分立部件的使用在电压范围、电流范围、电压降和开关速度方面表现良好。与满足相同功率要求的固态继电器相比，它的构建成本还可能相同或更低。

图28和图29描绘了1级和2级电源开关电路的激活元件的实例。对于1级(启动)，1级电源开关电路2602A的激活元件在图28中示出并且包括全波桥式整流器2802和MOSFET2804。1级电源开关电路2602A还具有与MOSFET2804并联的齐纳二极管2806。当MOSFET 2804导通和关断时，电流流过齐纳二极管2806。1级(图28)的相绕组(线圈)2604A、2610A连接到全波桥式整流器2802，使得电动机将平衡运行。为两个相邻的相绕组(线圈)供电可能会将转子更用力地拉向一侧，并且可能会对电路、电动机结构或两者造成过大的应力。根据极的缠绕方式以及极如何与转子对准，可能需要配置不同的线圈用于启动，因为启动时存在最大转矩。在最高电动机转矩下采用不平衡配置连接的相绕组(线圈)可能会对电路、电动机结构或两者造成过大的应力。对于2级，2级电源开关电路2630A的激活元件在图29中示出并且包括SSR或QSSR。但是，可以使用另一个继电器或其他开关。

图30A至图30B以示意图的形式描绘了用于电动机的分相绕组电路3002、3002A的另一个实例。该电路具有两个线路输入端LI1或Line_in1和LI2或Line_in2，它们在电动机运行期间连接到AC电源。与图25至图29的电路类似，图30A至图30B的电路包括分成四部分的电动机相绕组，其中两个电动机相绕组L1、L2形成电路的电动机相绕组的一半3004，并且另外两个电动机相绕组L3、L4形成电路的电动机相绕组的另一半3006。

它还包括一个或多个次级相线圈绕组L1-1、L4-1(图30A)或L1-1、L3-1(图30B)，所述一个或多个次级相线圈绕组电连接到DC电源以给电源供电并产生非骤降DC电源(一种DC电源，其中DC电压不降低到开关‘导通’电阻乘以通过电源开关的电流或以下(接近为零))。所述一个或多个次级相绕组(线圈)(也称为次级绕组)向DC电源提供低压电源，诸如当电动机处于启动时。所述一个或多个次级相绕组(线圈)还用作高频噪声滤波器，以从提供给DC电源的低电源电压滤除高频噪声。次级绕组可以分布在任何地方，诸如均匀地分布在第一分相绕组(L1)和第四分相绕组(L4)之间，全部位于一个极上，或者不均匀地分布在第一分相绕组(L1)和第四分相绕组(L4)之间，诸如一个次级绕组上的匝数或线圈数多于另一个次级绕组。次级绕组可以均匀或不均匀地分布在第一分相绕组(L1)、第二分相绕组(L2)、第三分相绕组(L3)和第四分相绕组(L4)任一个之间的任何地方。

1级电源开关电路

电源开关块具有全波桥式整流器BR1和MOSFET Q1。全波桥式整流器BR1保证不向MOSFET Q1的漏极(顶部)提供负电压，并且保证不向MOSFETQ1的源极(底部)提供正电压，因此当经由电阻器R1或单独的栅极驱动器电路被MOSFET Q1的栅极上的正电压偏置时，电流只能从MOSFET Q1的漏极流向源极。在图31的实例中，同时当MOSFET Q1的漏极处存在正整流AC电压时，MOSFET Q1经由电阻器R1被相同的电压信号偏置。二极管D1通过保证MOSFETQ1栅极上的任何电压将大于-0.7VDC保护MOSFET Q1的栅极，因为任何小于该值的电压都可能损坏或破坏或劣化MOSFET Q1。在上述实例中，栅极基本上由漏极电压驱动。在上述类型的配置中，当MOSFET Q1被激励时，其使栅极驱动信号骤降，使得MOSFET Q1像在从漏极到源极的最高电阻(Rds(导通))下一样操作。由于电阻较高，MOSFET Q1上的电压降也较高，其直接来自于至电动机分相绕组(线圈)(L1-L4)的功率。添加简单的栅极驱动器电路会增加MOSFET Q1栅极的电压并降低Rds(导通)。使用如本文所述的分立部件的栅极驱动器的实例在图32中示出。电阻器R1和R12、齐纳二极管Z1以及二极管D1和D2组成简单的栅极驱动器。

再次参考图30A至图30B，电容器可以从MOSFET Q1的栅极连接到MOSFET Q1的源极，以帮助保持DC电压电平。由于栅极驱动器的输入端连接到电动机分相绕组(线圈)的另一侧，因此存在大致等于(电压线路输入)/(激活线圈数量)的电压差。在图32的实例中，如果线路输入是120VAC，由于存在具有相等值的2个激活线圈，因此栅极驱动器的每个输入端处的电压约为120/2＝60伏。

齐纳二极管Z1将调节更高的电压，并且应该是MOSFET正常操作范围内的值。齐纳二极管Z1将调节等于齐纳二极管额定电压的电压量；高于额定齐纳二极管电压的电压跨越齐纳二极管下降。齐纳二极管Z1可用作电压调节器。在这种情况下，电压被调节到MOSFETQ1的操作电压内。

在类似于图31的实例的配置中，MOSFET Q1上的电压降可以是大约5伏或刚好足以保持MOSFET Q1偏置。在图32的实例中，MOSFET Q1上的电压降可小于1伏。

2级电源开关电路

2级电源开关电路的目的是以尽可能最有效的方式运行电动机。由于很少需要2级在1个输入周期内关断和导通或导通和关断，因此其可以设计成非常简单进行操作。1级控制逻辑/电动机控制器所需的唯一输入是同步关断输入SYNC SD。SYNC SD输入用于通过将其栅极拉至其源极关断1级MOSFET Q1。只要电动机速度与输入频率同步运行，SYNC SD输入也用于导通2级电源开关电路。在图30A至图30B的示例性电路中，SYNC SD输入是用于启动的逻辑高。当引脚1上的压力调节器IC2的输入端上的频率的周期时间与电容器C4和电阻器R7设置的时间常数匹配时，SYNC SD输入通过开路集电极输出拉至逻辑低。只要电压调节器IC2感测到同步速度，SYNC SD输入即为逻辑低。如果电动机负载过重或由于某个其他原因导致电动机“失去同步”，则SYNC SD输入将从逻辑低切换回逻辑高。2级(例如，2级电源开关电路)将切断，并且1级(例如，1级电源开关电路)将操作直到感测到同步速度。由于1级需要SYNCSD输入上的逻辑高进行操作，并且2级需要SYNC SD输入上的逻辑低进行操作，因此在图30A至图30B的实例中1级和2级不能同时激励。

图33描绘了使用隔离输入、三端双向可控硅开关元件输出、固态继电器(SSR)SSR1的2级电源开关电路的一种形式。该配置仅需要2个部件。SSR输入LED的阳极通过限流电阻器R2连接到正电压VCC。SSR输入LED的阴极连接到SYNC SD输入。当SYNC SD输入切换到逻辑低时，通过输入LED闭合电流路径，并且SSR导通。同样，当SYNC SD输入为逻辑高时，没有通过输入LED的电流路径，并且SSR关断。

图34描绘了使用分立部件替换电源开关电路的SSR的电路。图34的电路以非常类似于1级电源开关电路的方式操作。一个不同之处在于电源开关电路对于2级通常是常闭的，因为高值电阻器R14连接在开关Q2的漏极和开关Q6的基极之间。当开关Q2的漏极上存在正电压时，开关Q6受到激励，使开关Q2的栅极短路到其源极，从而使开关Q2关断。另一个不同之处在于经由隔离器ISO1隔离到电源开关电路的输入。隔离器ISO1的输入与前面描述的SSR(SSR1)的输入类似地工作，并且输出是开路集电极。当SYNC SD输入切换到逻辑低时，隔离器ISO1的输出受到激励，将开关Q6的基极切换到其发射极，从而关断开关Q6。当开关Q6关断时，当开关Q2的栅极上存在高于阈值的正电压时，开关Q2将操作。另一个不同之处在于电容器C2可以是更高值，因为2级电源开关电路不需要快速的开关。增加电容器C2的值将允许更简单版本的栅极驱动器电路(二极管D1和电阻器R6)。

在其他实施方案中，交流(AC)驱动的同步电动机以及用于AC同步电动机的关联控制电路和电源开关电路在多个固定速度(包括完全同步速度和该同步速度的分数)下实现非常高的效率。完全同步速度由交流电源的频率和电动机的转子极数和定子极数确定。电动机定子包括至少一个相绕组。然而，电动机定子可以具有多个相绕组，诸如在上述实施方案中。可以添加一个或多个附加相绕组和控制电路的附加控制电路，以优化一个或多个选定分数速度或其他分数速度下的性能。

图35至图47描绘了电机的多速交流(AC)电路的实例，该电机包括电动机和发电机。图35至图42的实例包括单个绕组(W)。但是，两个、三个或更多个绕组可用于多速AC电机电路。例如，图43至图44描绘了两个绕组的实例。在另一个实例中，图45描绘了具有一个绕组的简化电路的实例。在另一个实例中，图46描绘了具有两个绕组的简化电路的实例。在另一个实例中，图47描绘了具有三个绕组的简化电路的实例。

图35描绘了单绕组多速AC电机电路3502的实例。多速AC电机电路3502具有四个电源开关Q1、Q2、Q3和Q4、一个定子绕组Wa、交流(AC)电源3504(具有位于引线L1的第一线电压侧L1和位于引线L2的第二线电压侧L2)和控制电路3506。

定子绕组Wa在绕组的一侧上(在点A 3508处)连接在多速AC电机电路3502的一侧上的两个电源开关Q1和Q2之间，并且在绕组的另一侧上(在点B3510处)连接在多速AC电机电路另一侧上的其他两个电源开关Q3和Q4之间。点A 3508是绕组Wa的起始侧，并且点B3510是绕组的结束侧。

在图35的实例中，电源开关Q1、Q2、Q3和Q4是允许电流从L1流向L2或从L2流向L1的双向电源开关。电源开关Q1将点A 3508连接到L1，并且电源开关Q3将点A连接到L2。电源开关Q2将点B 3510连接到L1，并且电源开关Q4将点B连接到L2。电源开关成对操作(Q1/Q4和Q2/Q3)，以控制流过绕组Wa的电流方向。

在图35的实例中，电源开关Q1、Q2、Q3和Q4是高速SSR(QSSR)，其包括MOSFET并且每个分别具有四个二极管3512-3518、3520-3526、3528-3534和3536-3542。二极管3512-3542被配置作为全波桥式整流器，其中MOSFET将整流器的正输出端短路到负输出端。二极管3512-3542通过阻止电流沿错误的方向流动确保电流沿正确的方向流过电源开关。当MOSFET受到激励时，AC电流从整流器的一个AC输入端流向整流器的输出端(另一个AC侧)。例如，二极管3512和3518、3520和3526、3528和3534以及3536和3542分别允许电流通过电源开关Q1、Q2、Q3和Q4从L2流到L1。二极管3514和3516、3522和3524、3530和3532以及3538和3540分别允许电流通过电源开关Q1、Q2、Q3和Q4从L1流到L2。其他类型的电源开关可用于其他实例中，诸如允许开关交流的开关装置或开关装置的组合，包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、可控硅整流器(SCR)或被配置为作为AC开关操作的晶体管(例如，当与二极管沿相反方向串联安置时)或继电器或可被配置为开关交流的开关的任何其他组合。

控制电路3506控制多速AC电机电路3502的操作。控制电路3506确定闭合电源开关Q1、Q2、Q3和/或Q4中的哪一个或多个以获得通过多速AC电机电路3502中的一个或多个绕组的电流的正确方向。在一个实例中，控制电路3506断开电源开关Q1和Q4并闭合电源开关Q2和Q3以使电流从L1流到L2。在另一个实例中，控制电路3506断开电源开关Q2和Q3并闭合电源开关Q1和Q4以使电流从L2流到L1。

在一个实例中，控制电路3506包括硬件处理器，其具有执行存储在非暂时性计算机可读存储介质上的一个或多个指令的软件。在另一个实例中，控制电路3506包括数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列信号(FPGA)或其他可编程逻辑装置(PLD)、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或经设计以执行本文中所述功能的上述组合。

图36A描绘了用于多速AC电机电路3502的控制电路3506A的实例。控制电路3506A包括直流(DC)电源3602、交流(AC)极性检测器3604、霍尔效应装置3606和电动机控制器3608。可以用与电动机控制器具有相同部件的电机控制器代替电动机控制器3608，以控制发电机。

DC电源3602将输入AC功率转换为DC电压，该DC电压被配置为为控制电路3506A中的DC供电部件诸如霍尔效应装置3606和电动机控制器3608供电。然后，DC电源3602向控制电路3506A中的DC供电部件诸如霍尔效应装置3606和电动机控制器3608供电。在一个实例中，DC电源3602包括降压拓扑中的IC离线转换器，以将来自输入AC功率的功率转换为低压DC功率。这种低压DC功率用于为控制电路3506A中的一个或多个DC供电的装置供电并提供给所述一个或多个DC供电的装置，诸如霍尔效应装置3606和电动机制器3608。

AC极性检测器3604检测L1或L2处的电压是否较高，并且输出指示L1或L2中的哪一个具有较高电压的极性信号，诸如指示L1处的电压高于还是低于L2处的电压。在一个实例中，如果AC极性检测器3604检测到L1处的电压高于L2处的电压，则AC极性检测器输出高极性信号，表示L1上的电压高于L2。如果AC极性检测器3604检测到L1处的电压低于L2处的电压，则AC极性检测器输出低极性信号，表示L1上的电压小于L2上的电压。

在一个实例中，如图36B所示，AC极性检测器3604包括两个电阻器3610和3612以及齐纳二极管3614。第一电阻器3610在第一电阻器的一侧上连接到L1，并且在第一电阻器的另一侧上连接到齐纳二极管3614的阴极。齐纳二极管3614的阳极连接到第二电阻器3612的一侧，并且第二电阻器的另一侧连接到L2。使用该配置，当L1上的电压高于齐纳二极管3614的击穿电压时，齐纳二极管导电，在齐纳二极管上留下等于齐纳二极管击穿电压的电压降。这导致高且对应于L1上的电压的极性信号。当L1上的电压小于齐纳二极管3614的击穿电压时，齐纳二极管上的电压降更接近零。这导致低且对应于L1上的电压的极性信号。在另选实施方案中，使用运算放大器代替AC极性检测器3604的两个电阻器3610和3612以及齐纳二极管3614。

霍尔效应装置3606感测转子相对于定子的位置，并且输出指示转子相对于定子的位置的一个或多个霍尔效应信号。在一个实例中，霍尔效应装置3606感测转子的磁体相对于定子齿的极性。在该实例中，霍尔效应装置3606输出由其感测的磁极的极性确定的高霍尔效应信号或低霍尔效应信号。在该实例中，霍尔效应装置3606输出(1)指示北磁极面向定子的高霍尔效应信号；或者(2)指示南磁极面向定子的低霍尔效应信号。

在一个实例中，当电动机的反电动势(BEMF)为高时，霍尔效应装置3606相对于定子的位置提供高输出。然后霍尔效应装置3606在BEMF上前进36度电角度。BEMF通过旋转的转子上的转子磁体组合通过具有绕组的定子齿产生。在一个实例中，BEMF由转子的速度和每个极上的匝数确定。

电动机控制器3608确定闭合电源开关Q1、Q2、Q3和/或Q4中的哪一个或多个以获得通过多速AC电机电路3502中的一个或多个绕组的电流的正确方向。在一个实例中，电动机控制器3608断开电源开关Q1和Q4并闭合电源开关Q2和Q3以使电流从L1流到L2。在另一个实例中，电动机控制器3608断开电源开关Q2和Q3并闭合电源开关Q1和Q4以使电流从L2流到L1。

在一个实例中，电动机控制器3608从AC极性检测器3604和霍尔效应装置3606接收信号，以确定闭合电源开关Q1、Q2、Q3和/或Q4中的哪一个或多个以获得通过多速AC电机电路3502中的一个或多个绕组的电流的正确方向。在该实例中，当霍尔效应信号为高时，电流应流过绕组Wa从点A 3508到达点B 3510。

如果霍尔效应信号为高且AC极性检测信号为高，表示L1上的电压高于L2上的电压，则电动机控制器3608将传输信号到电源开关对Q2/Q3以断开电源开关对Q2/Q3，并且传输信号到电源开关对Q1/Q4以闭合电源开关对Q1/Q4。在这种情况下，较高的电压施加到绕组Wa的点A 3508，并且较低的电压施加到绕组Wa的点B 3510，以产生通过绕组Wa从点A3508到点B 3510的电流。

如果霍尔效应信号为高且AC极性检测信号为低，表示L1上的电压低于L2上的电压，则电动机控制器3608将传输信号到电源开关对Q1/Q4以断开电源开关对Q1/Q4，并且传输信号到电源开关对Q2/Q3以闭合电源开关对Q2/Q3。这仍然将较高的电压施加到绕组Wa的点A 3508，并且将较低电压施加到绕组Wa的点B 3510以产生从左到右通过绕组的电流，这是当霍尔效应信号为高时的正确流动方向。

如果霍尔效应信号为低且AC极性检测信号为高，表示L1上的电压高于L2上的电压，则电动机控制器3608将传输信号到电源开关对Q1/Q4以断开电源开关对Q1/Q4，并且传输信号到电源开关对Q2/Q3以闭合电源开关对Q2/Q3。在这种情况下，较高的电压施加到绕组Wa的点B 3510，并且较低的电压施加到绕组Wa的点A 3508，以产生通过绕组Wa从点B3510到点A 3508的电流，这是当霍尔效应信号为低时的正确流动方向。

如果霍尔效应信号为低且AC极性检测信号为低，表示L1上的电压低于L2上的电压，则电动机控制器3608将传输信号到电源开关对Q2/Q3以断开电源开关对Q2/Q3，并且传输信号到电源开关对Q1/Q4以闭合电源开关对Q1/Q4。这仍然将较高的电压施加到绕组Wa的点B 3510，并且将较低的电压施加到绕组Wa的点A 3508，以产生通过绕组Wa从点B 3510到点A 3508的电流，这是当霍尔效应信号为低时的正确流动方向。

在一个实例中，电动机控制器3608包括硬件处理器，其具有执行存储在非暂时性计算机可读存储介质上的一个或多个指令的软件。在该实例中，处理器处理霍尔效应信号和AC极性信号，并且基于霍尔效应信号和AC极性信号中的每一个是高还是低创建一个或多个驱动逻辑信号，并且电动机控制器将所述一个或多个驱动逻辑信号传输到电源开关(如上所述)以断开和闭合电源开关。在一个实例中，电动机控制器3608包括逻辑，其中霍尔效应信号和AC极性信号一起进行XOR运算，以基于霍尔效应信号和AC极性信号中的每一个是高还是低创建一个或多个驱动逻辑信号，并且电动机控制器将所述一个或多个驱动逻辑信号传输到电源开关(如上所述)以断开和闭合电源开关。

在另一个实例中，电动机控制器3608包括数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列信号(FPGA)或其他可编程逻辑装置(PLD)、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或经设计以执行本文中所述功能的上述组合。硬件处理器可以是微处理器、可商购获得的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以实现为两个计算部件的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP内核的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

图37A至图37B描绘了电动机3702的控制电路3506A的霍尔效应装置3606的放置的实例。电动机3702具有转子3704和定子3706。三脚架3708将后轴承/轴3710保持就位。霍尔效应装置保持器或底座3712安装到三脚架3708，并且霍尔效应装置3606安装在霍尔效应装置底座上。

转子磁体3714-3724通过磁体的中心被径向磁化。顶部带有标记的转子磁体3714、3718和3722在外径(OD)上具有北极，并且在内径(ID)上具有南极。没有标记的转子磁体3716、3720和3724在外径(OD)上具有南极，并且在内径(ID)上具有北极。

在图37A至图37B的实例中，霍尔效应装置3606放置在转子磁体3714-3724的内边缘处，因此其检测转子磁体的与面向定子3706的磁极相对的磁极。在该实例中，霍尔效应装置3606具有两个输出信号：(1)指示北磁极面向定子3706的高输出信号；或者(2)指示南磁极面向定子的低输出信号。

参考图35至图42，多速AC电机电路3502可以以三种不同的模式操作：起动模式、完全同步速度模式和分数速度模式。

起动模式用于启动使用多速AC电机电路3502的电动机。起动模式可以以多种不同方式操作，包括脉冲宽度调制、具有零电流切断的延迟点火角或使用第二绕组。不同起动模式用于限制起动电流和转矩，以提供平滑稳定的操作。

脉冲宽度调制(PWM)模式可以用于例如具有一个绕组Wa(例如，如图35所示)、或两个、三个或更多个绕组的多速AC电机电路3502中。脉冲宽度调制(PWM)模式用于通过在多速AC电机电路3502中通过绕组(例如，绕组Wa)以高频接通和关闭电压从而降低施加到绕组的RMS电压，从而限制起动电流和转矩。为了操作PWM模式，控制电路3506闭合一对电源开关：(a)Q1和Q4或(b)Q2和Q3，以将电压施加到绕组例如绕组Wa。

控制电路3506具有微控制器，所述微控制器向电源开关Q1、Q2、Q3和/或Q4的一个或多个产生一个或多个PWM信号。PWM信号断开或闭合电源开关Q1、Q2、Q3和/或Q4中的一个或多个。例如，控制电路3506将PWM信号传输到如本文所述的电源开关对Q1/Q4或Q2/Q3，以断开或闭合电源开关对Q1/Q4或Q2/Q3。

PWM信号具有占空比，该占空比例如可以基于起动电动机所需的起动转矩/电流量。例如，压缩机电动机需要比风扇电动机更高的占空比/起动转矩才能起动。控制电路3506连续确定实际占空比值并将实际占空比值与期望占空比值进行比较。在该实例中，当达到期望占空比时，如果电源开关对Q1/Q4闭合且AC极性检测信号为高，指示电流从L1流过绕组Wa从点A 3508流向点B3510流出到L2，则控制电路3506断开电源开关Q4并闭合电源开关Q2。这将绕组Wa的点A 3508和点B 3510两者连接到L1。由于绕组Wa的两侧连接到相同的电压源，因此没有差分电压施加到绕组。这允许电流继续以相同的方向流过绕组Wa，同时在达到下一个PWM周期之前没有电压施加到绕组Wa。然后，控制电路3506断开电源开关Q2并闭合电源开关Q4，从而再次向绕组施加电压。或者，如果当AC极性检测信号3604为低，指示电流从L2通过绕组Wa从点B 3510流向点A 3508并流出到L1，并且达到期望的占空比时电源开关对Q1/Q4闭合，则控制电路3506将断开电源开关Q1并闭合电源开关Q3。这允许电流在没有电压施加到绕组Wa的情况下继续沿着相同的方向流过绕组Wa。电流必须始终具有在没有切断尖峰的情况下操作PWM的流动路径。PWM也可以用于其他操作模式以限制峰值电流。

在同步速度模式下，电动机以同步速度操作。每分钟同步速度转速(RPM)可以通过以赫兹为单位的线路频率除以转子极对数(1个北极和1个南极等于1个极对)并乘以60(即一分钟的秒数)来确定。例如，在60Hz电源上运行的六极电动机(3个北极和3个南极)将具有1200RPM的同步速度，因为60Hz/3极对*60秒＝1200RPM。在完全同步速度模式下，一对电源开关Q1/Q4或Q2/Q3始终保持闭合，并且另一对Q2/Q3或Q1/Q4始终保持断开，从而允许连续交流电流流过绕组Wa。

具有零电流切断模式的延迟点火角可以用于起动模式以限制起动电流/转矩并且也用于分数速度模式，如图42所示。具有零电流切断的延迟点火角需要等待直到AC电压的正弦波超过某一点才能闭合任何电源开关。例如，一旦电压处于正弦波的峰值，电源开关对Q1/Q4或电源开关对Q2/Q3的任一者可以闭合以允许电流流过绕组Wa。一旦流过绕组Wa的电流为零，电动机控制器3608将断开所有电源开关并等待直到达到正弦波的下一个峰值，然后电动机控制器才闭合任何电源开关。在这个实例中，所施加电压的有效RMS值将减小到线电压的50％，因为只有正弦波电压的后半部分被施加到绕组Wa。在该模式下施加到绕组Wa的有效RMS电压可以通过施加到绕组的正弦波电压的多少来调节。

当电动机以低于完全同步速度操作时，使用分数速度模式。电动机控制器3608可以以多种方式操作分数速度模式，包括使用具有零电流切断的延迟点火角调节施加到绕组Wa的功率或添加附加绕组以及使用简化电路以固定分数速度操作，如图44所示。利用图44所示的简化电路，附加绕组增加了BEMF，以降低电流消耗并提高性能。电动机控制器3608基于霍尔效应装置3606控制电源开关对Q1/Q6和Q3/Q4，同时保持电源开关Q2/Q5始终断开。当霍尔效应装置3606具有高输出时，电动机控制器闭合电源开关对Q1/Q6并断开电源开关对Q3/Q4，从而允许电流从L1流过绕组Wa和Wb到L2。在这种情况下不需要零电流切断，因为一旦电流达到零，电源开关二极管阻止电流从L2通过绕组Wa和Wb到L1反向流动。如果来自霍尔效应装置3606的霍尔效应信号为低，则电动机控制器3608断开电源开关对Q1/Q6并闭合电源开关对Q3/Q4，从而允许电流从L1流过绕组Wa和Wb到L2。简化电路有效地产生了降低频率的电源，其操作频率为线路频率的一半，如图41所示。PWM模式也可以用于分数速度模式，但由于高频开关而具有额外的损耗。

图38至图43描绘了在操作模式下施加到绕组Wa的电压。

图38描绘了输入AC电压可如何施加到以低(分数)速度的绕组Wa的实例。施加到绕组Wa的电压可以基于所使用的起动模式(例如，脉冲宽度调制、具有零电流切断的延迟点火角或者使用第二绕组)而变化。

图39描绘了当电动机接近同步速度时可施加到绕组Wa的可用电压的实例。控制电路3506可以通过延迟导通线电压或者在零电流切断线电压(如在具有零电流切断模式的延迟点火角模式中)滤除斩波波形，直到达到电动机的同步速度。在该图的实例中，基于BEMF极性将所有可用电压施加到绕组。

图40描绘了当电动机以同步速度运行时施加到绕组Wa的电压。根据电动机上的负载，多速AC电机电路3502可以在完全同步模式下操作，其中一对电源开关Q1/Q4或Q2/Q3始终保持闭合而另一对电源开关Q2/Q3或Q1/Q4始终保持断开。对于需要比在完全同步模式下施加的更小转矩的负载的操作，可以通过延迟点火角、使用PWM或相对于转子位置调整电压施加的相位角来限制电流，这类似于起动模式。

图41描绘了分数速度模式下的操作的实例。控制电路选择性地跳过AC输入电压的半周期或半周期的一部分，以便产生到一个或多个电动机绕组(例如，绕组Wa)的有效降低频率的交流电压，从而以降低的速度提供电动机的稳定操作。结果是以最少开关实现非常有效的操作。

图42描绘了使用具有零电流切断的延迟点火角以2/3的完全同步速度操作的电动机的电动机电流和AC输入电压的测量结果。为了改善较低速下的操作，可以在多速AC电机电路3502中增加一个或多个附加绕组，以增加较低速下的BEMF，降低峰值电流消耗，并提高功率因数和效率。

图43描绘了具有附加绕组Wb和两个附加电源开关的多速AC电机电路3502的一个实例。图43的实例包括连接在点B 3510和点C 4302之间的第二定子绕组Wb。点C是第二绕组的端侧。当电动机以完全同步速度操作时，使用第一定子绕组Wa。第二绕组Wb在电动机启动或以包括半速在内的分数速度操作时使用。

图43的实例还包括将绕组连接到L1或L2的任一者的六个电源开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6。开关Q1将点A连接到L1，并且开关Q4将点A连接到L2。开关Q2将点B连接到L1，并且开关Q5将点B连接到L2。开关Q3将点C连接到L1，并且开关Q6将点C连接到L2。开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6是允许电流从L1流向L2或从L2流向L1的双向开关。开关Q5包括高速SSR(QSSR)，其包括具有被配置作为全波桥式整流器的二极管4304-4310的MOSFET。开关Q6也包括高速SSR(QSSR)，其包括具有被配置作为全波桥式整流器的二极管4312-4318的MOSFET。

在图43的实例中，电流传感器4320置于点A 3508和电源开关对Q1/Q4之间。由于电流始终流过绕组Wa，因此该位置处的单个电流传感器4320将提供通过绕组Wa和Wb的精确电流测量结果。该电流测量结果从电流传感器4320传输到控制电路3506B。该电流测量结果可用于感测电流过零点或检测过电流情况并由控制电路3506B使用，例如用于如本文所述的启动和其他操作。

在一个操作实例中，如图43所示，控制电路3506B通过向开关对Q1/Q6和开关对Q3/Q4传输信号以断开/闭合开关对Q1/Q6并且断开/闭合开关对Q3/Q4，以激活(闭合)开关对Q1/Q6或开关对Q3/Q4，从而串联使用绕组Wa和Wb两者来启动电动机进行低速或分数速度操作。电流仍然可以通过绕组Wa和Wb两者从L1到L2或从L2到L1。对于全速操作，控制电路3506B激活(闭合)开关对Q1/Q5或开关对Q2/Q4，以仅使用绕组Wa而不使任何电流通过绕组Wb。控制电路将信号传输到开关对Q1/Q5和开关对Q2/Q4，以断开/闭合开关对Q1/Q5并断开/闭合开关对Q2/Q4。

在另一个操作实例中，如图44所示，电流将仅通过两组绕组Wa和Wb从L1流向L2，用于启动或分数速度操作。如果来自霍尔效应装置3606的转子位置信号为高，则开关Q1和Q6等于来自霍尔效应装置3606的霍尔效应信号，并且开关Q3和Q4等于霍尔效应信号的反相。例如，如果L1为高并且霍尔效应信号为高，则电流将从L1流过开关Q1、通过绕组Wa和Wb两者并且从开关Q6流出至L2。如果霍尔效应信号为低，则开关Q1和Q6将断开，而开关Q3和Q4将闭合，从而允许仍然从L1流向L2的电流沿着相反的方向通过线圈。在该实例中，当使用绕组Wa和Wb两者时，电流可以仅从L1流到L2。将存在两个始终导通的开关用于防止切断尖峰。当AC检测信号为低时，二极管阻止电流沿着错误的方向流动，同时仍然允许线圈中的能量回到线电压。在仅使用绕组Wa的全速模式下，电流仍可沿任一方向通过，从L1到L2或从L2到L1沿任一方向通过线圈。

在全速设置的操作和由多速AC电机电路3502进行的操作的一个实例中，启动模式仅在低于400RPM的速度下使用，并且使用绕组Wa和Wb两者。一旦电动机运动速度超过400RPM，则不再使用绕组Wb。如上所述，使用脉冲宽度调制限制该点之后的电流。霍尔效应信号和AC极性信号由控制电路3506B一起进行XOR运算，以产生驱动逻辑信号。一旦电动机达到全速，霍尔效应信号即如上所述移位。霍尔效应信号在过转状况下延迟，并且在欠转状况下提前。霍尔效应信号在100微秒窗口之外的每个传感器周期移位。霍尔效应信号基于在窗口以外的程度移位不同的量。

在该实例中，对于全速同步模式，存在1微秒窗口，传感器时间段必须在其中持续5秒电路才尝试同步。一旦电动机在此窗口内稳定持续5秒钟，软件将确定哪两个电源开关持续导通最多，然后将它们保持导通。除非检测到过电流情况或检测到速度变化，否则不再发生开关。

在该实例中，对于半速，一旦实现600rpm，电路将继续随着霍尔信号开关，但仅在AC检测信号为高时。然后在软件中移位传感器以使电动机稳定在600rpm。它在过转状况下被延迟，并且在需要更多功率时被提前。传感器永远不会前进超过其实际位置。

图44描绘了具有四个双向电源开关和两个单向电源开关的多速AC电机电路3502的实例。电源开关Q1、Q2、Q4和Q5是允许电流从L1流向L2或从L2流向L1的双向电源开关。电源开关Q3和Q6是单向电源开关。电流只能从L1流入电源开关Q3，并且电流只能流入电源开关Q6并流出到L2。

图45描绘了简化的多速AC电机电路3502D的实例。图45的电源开关可以是除上述开关之外的其他类型的开关，诸如允许开关交流的开关装置或开关装置的组合，包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、可控硅整流器(SCR)或被配置为作为AC开关操作的晶体管(例如，当与二极管沿相反方向串联安置时)或继电器或可被配置为开关交流的开关的任何其他组合。但是，图45的电路与上述图35、图36和图43一样操作。可以使用部件的其他配置，其有效地将一个或多个绕组直接或间接地连接到输入AC电压。

图46描绘了简化的多速AC电机电路3502E的实例。图46描绘的电路具有附加绕组，用于分数速度优化，和简化Q3和Q6用于有限数量的分数速度。在半同步速度，电源开关对Q1/Q6或Q3/Q4可以保持导通，以允许电流流回线路，同时基于转子位置交替激励的开关对。图46的电源开关可以是除上述开关之外的其他类型的开关，诸如允许开关交流的开关装置或开关装置的组合，包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、可控硅整流器(SCR)或被配置为作为AC开关操作的晶体管(例如，当与二极管沿相反方向串联安置时)或继电器或可被配置为开关交流的开关的任何其他组合。

图47描绘了简化的多速AC电机电路3502F的另一个实例。图47的电源开关可以是除上述开关之外的其他类型的电源开关，诸如允许开关交流的开关装置或开关装置的组合，包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、可控硅整流器(SCR)或被配置为作为AC开关操作的晶体管(例如，当与二极管沿相反方向串联安置时)或继电器或可被配置为开关交流的开关的任何其他组合。但是，图47的电路与上述图35、图36和图43一样操作。然而，附加绕组和两个附加电源开关Q7和Q8能够在不同速度或负载要求下进一步优化。增加附加绕组会增加BEMF、绕组的总电阻和绕组的阻抗。例如，可以在附加绕组上使用不同的线规，以在小负载下运行大型电动机时提高效率，从而实质上在较大的电动机内部产生较小的电动机。

在其他实施方案中，本公开包括用于为电机(包括为电动机或发电机)提供本文描述的部件的方法。

在一个方面，多速交流(AC)电机电路用于具有第一侧和第二侧的AC电源。AC电机电路包括两对或更多对电源开关、一个或多个绕组以及控制电路，该控制电路用于闭合一对电源开关以使电流从AC电源的第一侧通过一个或多个绕组流到AC电源的第二侧，并且闭合另一对电源开关以使电流从AC电源的第二侧通过一个或多个绕组流到AC电源的第一侧。

在另一方面，一种电路用于具有交流(AC)电源的电机，该交流(AC)电源具有第一侧(L1)和第二侧(L2)。该电路包括具有起始侧和结束侧的绕组、连接在第一侧和绕组起始侧之间的第一电源开关、连接在第二侧和绕组起始侧之间的第二电源开关、连接在第一侧和绕组结束侧之间的第三电源开关、连接在第二侧和绕组结束侧之间的第四电源开关以及控制电路。控制电路闭合第一电源开关和第四电源开关，并且断开第二电源开关和第三电源开关以使电流从第一侧流向第二侧；或者闭合第二电源开关和第三电源开关，并且断开第一电源开关和第四电源开关以使电流从第二侧流向第一侧。

在另一方面，一种电路用于具有交流(AC)电源的电机，该交流(AC)电源具有第一侧(L1)和第二侧(L2)。该电路包括具有第一起始侧和第一结束侧的第一绕组、具有第二起始侧和第二结束侧的第二绕组、连接在AC电源第一侧和第一绕组起始侧之间的第一电源开关、连接在AC电源第二侧和第一绕组起始侧之间的第二电源开关、连接在AC电源第一侧和第一绕组结束侧之间的第三电源开关、连接在AC电源第二侧和第一绕组结束侧之间的第四电源开关、连接在AC电源第一侧和第二绕组结束侧之间的第五电源开关、连接在AC电源第二侧和第二绕组结束侧之间的第六电源开关，以及控制电路。控制电路闭合第一电源开关和第六电源开关并断开第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关和第五电源开关，以使电流流过第一绕组和第二绕组以进行分数速度操作；或者闭合第三电源开关和第四电源开关并断开第一电源开关、第二电源开关、第五电源开关和第六电源开关，以使电流流过第一绕组和第二绕组以进行分数速度操作；或者闭合第一电源开关和第五电源开关并断开第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关和第六电源开关，以使电流流过第一绕组以进行全速操作；或者闭合第二电源开关和第四电源开关，并且断开第一电源开关、第三电源开关、第五电源开关和第六电源开关，以使电流流过第一绕组以进行全速操作。

在另一方面，一种方法用于具有第一侧和第二侧的AC电源的多速交流(AC)电机电路。该方法包括提供两对或更多对电源开关、提供一个或多个绕组以及提供控制电路，该控制电路用于闭合一对电源开关以使电流从AC电源的第一侧通过一个或多个绕组流到AC电源的第二侧，并且闭合另一对电源开关以使电流从AC电源的第二侧通过一个或多个绕组流到AC电源的第一侧。该方法还包括为本文所述的控制电路提供部件并操作如本文所述的电路。

在另一方面，一种方法用于具有交流(AC)电源的电机的电路，该交流(AC)电源具有第一侧(L1)和第二侧(L2)。该方法包括提供具有起始侧和结束侧的绕组、提供连接在第一侧和绕组起始侧之间的第一电源开关、提供连接在第二侧和绕组起始侧之间的第二电源开关、提供连接在第一侧和绕组结束侧之间的第三电源开关、提供连接在第二侧和绕组结束侧之间的第四电源开关以及提供控制电路。控制电路闭合第一电源开关和第四电源开关，并且断开第二电源开关和第三电源开关以使电流从第一侧流向第二侧；或者闭合第二电源开关和第三电源开关，并且断开第一电源开关和第四电源开关以使电流从第二侧流向第一侧。该方法还包括为本文所述的控制电路提供部件并操作如本文所述的电路。

在另一方面，一种方法用于具有交流(AC)电源的电机的电路，该交流(AC)电源具有第一侧(L1)和第二侧(L2)。该方法包括提供具有第一起始侧和第一结束侧的第一绕组、提供具有第二起始侧和第二结束侧的第二绕组、提供连接在AC电源第一侧和第一绕组起始侧之间的第一电源开关、提供连接在AC电源第二侧和第一绕组起始侧之间的第二电源开关、提供连接在AC电源第一侧和第一绕组结束侧之间的第三电源开关、提供连接在AC电源第二侧和第一绕组结束侧之间的第四电源开关、提供连接在AC电源第一侧和第二绕组结束侧之间的第五电源开关、提供连接在AC电源第二侧和第二绕组结束侧之间的第六电源开关，以及提供控制电路。控制电路闭合第一电源开关和第六电源开关并断开第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关和第五电源开关，以使电流流过第一绕组和第二绕组以进行分数速度操作；或者闭合第三电源开关和第四电源开关并断开第一电源开关、第二电源开关、第五电源开关和第六电源开关，以使电流流过第一绕组和第二绕组以进行分数速度操作；或者闭合第一电源开关和第五电源开关并断开第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关和第六电源开关，以使电流流过第一绕组以进行全速操作；或者闭合第二电源开关和第四电源开关，并且断开第一电源开关、第三电源开关、第五电源开关和第六电源开关，以使电流流过第一绕组以进行全速操作。该方法还包括为本文所述的控制电路提供部件并操作如本文所述的电路。

本领域技术人员将理解，本发明涵盖了上文公开的具体实施方案的变型。本发明不应限于上述实施方案，而应由以下权利要求限定。

Claims (31)

1.一种用于具有交流(AC)电源的电机的电路，所述交流(AC)电源具有第一侧(L1)和第二侧(L2)，所述电路包括：

具有起始侧和结束侧的绕组；

连接在所述第一侧和所述绕组起始侧之间的第一电源开关；

连接在所述第一侧和所述绕组结束侧之间的第二电源开关；

连接在所述第二侧和所述绕组起始侧之间的第三电源开关；

连接在所述第二侧和所述绕组结束侧之间的第四电源开关；以及

电动机控制器，所述电动机控制器用于：

接收来自AC极性检测器的信号和来自霍尔效应装置的另一信号，并且基于所述信号和所述另一信号确定断开或闭合所述电源开关中的哪个以获得流过所述绕组的电流的正确方向；

闭合所述第一电源开关和所述第四电源开关，并且断开所述第二电源开关和所述第三电源开关以使电流从所述第一侧流向所述第二侧；或者

闭合所述第二电源开关和所述第三电源开关，并且断开所述第一电源开关和所述第四电源开关以使电流从所述第二侧流向所述第一侧。

2.如权利要求1所述的电路，其中：

所述电路包括所述AC极性检测器和所述霍尔效应装置；

所述AC极性检测器输出极性信号作为所述信号；

所述霍尔效应装置输出霍尔效应信号作为所述另一信号。

3.如权利要求1所述的电路，其中：

所述电路包括所述AC极性检测器和所述霍尔效应传感器；

所述AC极性传感器输出极性信号作为所述信号，所述极性信号具有高值或低值；

所述霍尔效应装置输出霍尔效应信号作为所述另一信号，所述霍尔效应信号具有高值或低值；

所述电动机控制器从所述AC极性检测器和所述霍尔效应装置接收的信号包括所述极性信号和所述霍尔效应信号；并且

所述电动机控制器：

当所述霍尔效应信号为高并且所述AC极性检测信号为高时，断开所述第二电源开关和所述第三电源开关，并且闭合所述第一电源开关和所述第四电源开关；

当所述霍尔效应信号为高并且所述AC极性检测信号为低时，断开所述第一电源开关和所述第四电源开关，并且闭合所述第二电源开关和所述第三电源开关；

当所述霍尔效应信号为低并且所述AC极性检测信号为高时，断开所述第一电源开关和所述第四电源开关，并且闭合所述第二电源开关和所述第三电源开关；以及

当所述霍尔效应信号为低并且所述AC极性检测信号为低时，断开所述第二电源开关和所述第三电源开关，并且闭合所述第一电源开关和所述第四电源开关。

4.如权利要求1所述的电路，还包括直流(DC)电源，所述直流(DC)电源用于接收从所述交流(AC)电源传输的交流(AC)功率，将所述交流(AC)功率转换为DC功率，并且将所述DC功率传输到所述电路的一个或多个部件。

5.如权利要求1所述的电路，其中每个电源开关包括被配置作为全波桥式整流器的四个二极管。

6.如权利要求1所述的电路，其中所述电动机控制器包括处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)信号、可编程逻辑装置(PLD)和晶体管逻辑中的至少一个。

7.根据权利要求6所述的电路，其中所述晶体管逻辑包括门逻辑。

8.如权利要求1所述的电路，其中每个电源开关包括MOSFET。

9.如权利要求1所述的电路，其中每个电源开关包括高速SSR和被配置作为全波桥式整流器的多个二极管。

10.如权利要求1所述的电路，其中所述电机包括电动机。

11.如权利要求1所述的电路，其中从所述AC极性检测器接收的所述信号指示所述第一侧(L1)或所述第二侧(L2)中的哪一个具有较高的电压。

12.如权利要求11所述的电路，其中从所述AC极性检测器接收的所述信号在所述第一侧(L1)上的电压高于所述第二侧(L2)上的电压时具有高值，并且在所述第一侧(L1)上的电压低于所述第二侧(L2)上的电压时具有低值。

13.如权利要求1所述的电路，其中从所述霍尔效应装置接收的所述另一信号指示所述电机的转子相对于所述电机的定子的位置。

14.如权利要求13所述的电路，其中从所述霍尔效应装置接收的所述另一信号通过指示所述转子的磁体相对于所述定子的定子齿的极性来指示所述位置。

15.如权利要求13所述的电路，其中从所述霍尔效应装置接收的所述另一信号包括：

当所述转子的磁体的北磁极面向所述定子时的高值；以及

当所述转子的磁体的南磁极面向所述定子时的低值。

16.如权利要求2所述的电路，其中所述极性信号指示所述第一侧(L1)或所述第二侧(L2)中的哪一个具有较高的电压。

17.如权利要求16所述的电路，其中所述极性信号在所述第一侧(L1)上的电压高于所述第二侧(L2)上的电压时具有高值，并且在所述第一侧(L1)上的电压低于所述第二侧(L2)上的电压时具有低值。

18.如权利要求2所述的电路，其中所述霍尔效应信号指示所述电机的转子相对于所述电机的定子的位置。

19.如权利要求18所述的电路，其中所述霍尔效应装置感测所述转子的磁体相对于所述定子的定子齿的极性，并基于所述磁体相对于所述定子齿的极性输出所述霍尔效应信号的值。

20.如权利要求18所述的电路，其中所述霍尔效应装置：

感测所述转子的磁体相对于所述定子的极性；

当所述转子的磁体的北磁极面向所述定子时输出所述霍尔效应信号的高值；并且

当所述转子的磁体的南磁极面向所述定子时输出所述霍尔效应信号的低值。

21.一种用于具有交流(AC)电源的电机的电路，所述交流(AC)电源具有第一侧(L1)和第二侧(L2)，所述电路包括：

具有第一起始侧和第一结束侧的第一绕组；

具有第二起始侧和第二结束侧的第二绕组；

连接在所述交流(AC)电源第一侧和所述第一绕组起始侧之间的第一电源开关；

连接在所述交流(AC)电源第一侧和所述第一绕组结束侧之间的第二电源开关；

连接在所述交流(AC)电源第一侧和所述第二绕组结束侧之间的第三电源开关；

连接在所述交流(AC)电源第二侧和所述第一绕组起始侧之间的第四电源开关；

连接在所述交流(AC)电源第二侧和所述第一绕组结束侧之间的第五电源开关；

连接在所述交流(AC)电源第二侧和所述第二绕组结束侧之间的第六电源开关；以及

控制电路，所述控制电路用于：

闭合所述第一电源开关和所述第六电源开关并断开所述第二电源开关、所述第三电源开关、所述第四电源开关和所述第五电源开关，以使电流流过所述第一绕组和所述第二绕组以进行分数速度操作；或者

闭合所述第三电源开关和所述第四电源开关并断开所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第五电源开关和所述第六电源开关，以使电流流过所述第一绕组和所述第二绕组以进行分数速度操作；或者

闭合所述第一电源开关和所述第五电源开关并断开所述第二电源开关、所述第三电源开关、所述第四电源开关和所述第六电源开关，以使电流流过所述第一绕组以进行全速操作；或者

闭合所述第二电源开关和所述第四电源开关，并且断开所述第一电源开关、所述第三电源开关、所述第五电源开关和所述第六电源开关，以使电流流过所述第一绕组以进行全速操作。

22.如权利要求21所述的电路，其中所述控制电路包括：

用于输出极性信号的AC极性检测器；

用于输出霍尔效应信号的霍尔效应装置；以及

电动机控制器，所述电动机控制器用于接收所述极性信号和所述霍尔效应信号，并且基于所述极性信号的值和霍尔效应信号的值断开或闭合一个或多个电源开关。

23.如权利要求21所述的电路，其中所述控制电路包括电动机控制器，所述电动机控制器接收来自AC极性检测器和霍尔效应装置的信号，并基于所述信号确定断开或闭合所述电源开关中的哪个以获得流过所述绕组的电流的正确方向。

24.如权利要求21所述的电路，其中所述分数速度操作是在低于完全同步速度的速度下的操作。

25.一种用于具有交流(AC)电源的电机的电路，所述交流(AC)电源具有第一侧(L1)和第二侧(L2)，所述电路包括：

两对或更多对电源开关；

一个或多个绕组；以及

控制电路，所述控制电路用于：

闭合一对电源开关以使电流从所述交流(AC)电源的第一侧通过所述一个或多个绕组流到所述交流(AC)电源的所述第二侧；以及

闭合另一对电源开关以使电流从所述交流(AC)电源的所述第二侧通过所述一个或多个绕组流到所述交流(AC)电源的所述第一侧；

其中所述控制电路包括：

用于输出极性信号的AC极性检测器；

用于输出霍尔效应信号的霍尔效应装置；以及

电动机控制器，所述电动机控制器用于接收所述极性信号和所述霍尔效应信号，并且基于所述极性信号的值和霍尔效应信号的值断开或闭合一个或多个电源开关。

26.如权利要求25所述的电路，其中所述控制电路包括电动机控制器，所述电动机控制器接收来自AC极性检测器的信号和来自霍尔效应装置的另一信号，并基于所述信号和所述另一信号确定断开或闭合所述电源开关中的哪个以获得流过所述一个或多个绕组的电流的正确方向。

27.如权利要求26所述的电路，其中从所述AC极性检测器接收的所述信号指示所述第一侧(L1)或所述第二侧(L2)中的哪一个具有较高的电压。

28.如权利要求27所述的电路，其中从所述AC极性检测器接收的所述信号在所述第一侧(L1)上的电压高于所述第二侧(L2)上的电压时具有高值，并且在所述第一侧(L1)上的电压低于所述第二侧(L2)上的电压时具有低值。

29.如权利要求26所述的电路，其中从所述霍尔效应装置接收的所述另一信号指示所述电机的转子相对于所述电机的定子的位置。

30.如权利要求29所述的电路，其中从所述霍尔效应装置接收的所述另一信号通过指示所述转子的磁体相对于所述定子的定子齿的极性来指示所述位置。

31.如权利要求29所述的电路，其中从所述霍尔效应装置接收的所述另一信号包括：

当所述转子的磁体的北磁极面向所述定子时的高值；以及

当所述转子的磁体的南磁极面向所述定子时的低值。

Images