CN113374713A - 电动鼓风机的电机控制器 - Google Patents

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Abstract

本申请描述了一种电动鼓风机系统。鼓风机系统包括鼓风机、气流系统、传感器和电动机。电动机包括电动机控制器。电动机控制器被配置成以第一扭矩和第一速度运行电动机以产生第一气流，确定第一气流值，其中第一气流值、第一扭矩和第一速度限定第一基准数据点。电动机控制器还被配置成以第二扭矩和第二速度运行电动机以产生第二气流并确定第二气流值，其中第二气流值、第二扭矩和第二速度限定第二基准数据点。电动机控制器还被配置为生成鼓风机系统的运行曲线，该运行曲线限定了针对不同系统阻力的扭矩、速度和气流点。

Description

电动鼓风机的电机控制器
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年3月9日提交的第16/813,299号美国非临时专利申请的优先权，其全部公开内容通过引用整体结合于此。
技术领域
本公开的领域整体涉及一种用于电动机的电动机控制器，更具体地，涉及一种能够在电动鼓风机系统中实现恒定气流的电动机控制器。
背景技术
电动机通常在制造时进行扭矩校准，以确保电动机驱动轴的扭矩输出与指令扭矩相匹配。至少一些电动机，特别是驱动鼓风机的电动机，被进一步校准以在扭矩控制模式或速度控制模式下的运行期间产生恒定的气流。当驱动鼓风机时，这种校准量化了给定速度和扭矩输出下的气流输出。实际的气流输出可以根据鼓风机结构、导管或气流被导入的其他气流限制而变化。然而，校准电机以产生恒定的气流输出可能是一个耗时且劳动密集型的过程，需要使用和校准昂贵且复杂的设备。因此，需要对用于实现恒定空气流量的系统和方法进行改进。
发明内容
一方面，描述了一种电动鼓风机系统。电动鼓风机系统包括鼓风机、限定可变系统阻力的气流系统、连接到气流系统并被配置成测量通过气流系统的气流的传感器、以及连接到鼓风机的电动机。电动机被配置成转动鼓风机以产生通过气流系统的气流，并且包括电机控制器。电机控制器被配置成以第一扭矩和第一速度运行电动机以产生第一气流，基于从传感器接收的测量结果确定对应于电动机的第一速度和第一扭矩以及第一系统阻力的第一气流值，其中第一气流值、第一扭矩和第一速度限定第一基准数据点。电机控制器还被配置成以第二扭矩和第二速度运行电动机以产生第二气流，并基于从传感器接收的测量结果确定对应于电动机的第二速度和第二扭矩以及第二系统阻力的第二气流值，其中第二气流值、第二扭矩和第二速度限定第二基准数据点。电机控制器还被配置成至少从第一和第二基准数据点生成鼓风机系统的运行曲线，该运行曲线限定了针对不同系统阻力的扭矩、速度和气流点。
在另一方面，描述了一种用于校准鼓风机系统的方法。该方法包括运行电动机来转动鼓风机以产生进入气流系统的气流，该气流系统限定了第一系统阻力，并确定第一基准数据点，该第一基准数据点指示对应于第一系统阻力的第一扭矩和第一速度，其中第一气流速度比对于第一系统阻力而言是恒定的。该方法还包括将第一系统阻力调节到第二系统阻力，并确定第二基准数据点，第二基准数据点指示对应于第二系统阻力的第二扭矩和第二速度，其中第二气流速度比对于第二系统阻力而言是恒定的。该方法还包括从至少第一和第二基准数据点生成运行曲线，该运行曲线限定了针对不同系统阻力的扭矩、速度和气流点。
在又一方面，描述了一种气流系统。该恒定气流系统包括连接到鼓风机的电动机和连接到电动机的电机控制器，该鼓风机被配置成产生气流。电机控制器被配置成接收第一气流需求，并以第一速度和第一扭矩运行电动机以产生第一气流。电机控制器还被配置成基于第一速度和第一气流确定第一气流速度比，并检测对应于系统阻力变化的扭矩或速度变化。电机控制器还被配置成基于改变的扭矩或速度确定第二气流速度比，并基于第二气流速度比确定第二速度和第二扭矩中的至少一个，以针对改变的系统阻力产生第一气流。
附图说明
图1是示例性鼓风机系统的框图；
图2示出了在现场的示例性鼓风机系统的框图；
图3是示例方法的流程图，示出了用于图1和图2所示的鼓风机系统中的电动机的表征/校准；和
图4是以恒定气流模式运行电动机的示例方法的流程图。
具体实施方式
在此描述的电动机控制器和运行电动机的方法的实施例提供了基于电动机扭矩、电动机速度和气流的改进的和更有效的电动机校准。
至少一些已知的电机控制器被配置成使用多个校准点(即，速度-扭矩-气流数据点)来校准电机，以在宽的运行曲线上映射速度-扭矩-气流关系。然而，这些电机控制器通常需要相对较高的最小数量的校准点(例如，7或9个校准点)来校准电机。由于收集校准点所需的工作——如重新配置昂贵、复杂的气流测量系统，因此收集如此大量的校准点可能需要数小时，甚至数天。因此，收集这样的多个校准点是费时、费力的，并且由于与扭矩相关联的各种误差源而仍然容易出错。因此，在此描述的系统和方法的实施例只需要最少两个校准点，这可以在不使用上述昂贵、复杂的设备的情况下产生，从而减少校准或“表征”系统所需的时间、成本和劳动量。
如果其他系统属性——如气流限制——保持不变，气流的变化通常与鼓风机速度的变化成正比。因此，电动机速度-气流关系的至少一部分基本上是线性的。如本文所用，气流限制或阻力是定义鼓风机的气流输出的一组参数(例如，导管尺寸、导管几何形状等)。
在此描述的用于恒定气流系统的电机控制器和运行电动鼓风机电机的方法的实施例通过仅需要两个可以在相对简单的系统中测量的扭矩-速度-气流数据点(或“基准”数据点)，提供了基于电动机扭矩、电动机速度和气流的电动鼓风机电机的表征过程的改进。例如，在扭矩控制的实施方式中，本文所述的电机控制器和方法中体现的特征为恒定气流系统产生至少两个扭矩-速度-气流数据点。然后，用于恒定气流系统的运行曲线通过将电动机扭矩(T)定义为电动机速度(N)和气流速率需求(Q)的函数的多项式、气流算法或公式来近似。同样，在速度控制的实施方式中，例如，在此描述的电机控制器和方法中体现的特征再次为恒定气流系统产生至少两个扭矩-速度-气流数据点。然后，恒定气流系统的运行曲线由将电动机速度(N)定义为电动机扭矩(T)和气流速率需求(Q)的函数的多项式、气流算法或公式来近似。在此描述的表征产生了缩放多项式的各代数项的各系数的值。该多项式有时被称为恒定气流算法。然而，通常理解的是，由于恒定气流系统和气流被导入的导管的环境和物理特性中的许多误差源和可变性，由这种使用恒定气流算法的恒定气流系统产生的实际气流仅近似于所需的气流。
在下述电机控制器的现场运行之前，电机控制器接收来自对电机和鼓风机的表征/校准数据的分析的常数值。在一些实施例中，表征/校准数据可以在电机和电机控制器的现场运行期间生成。这些常数对应于存储在电动机控制器的存储器中并且在运行期间可由处理器执行的选定的恒定气流算法内的可编程变量。在某些实施例中，恒定气流算法或替代恒定气流算法的某些其他常数可以被定义并存储在例如非易失性存储器如电可擦可编程只读存储器中。在某些实施例中，可以通过有线或无线通信信道从外部设备(例如，外部系统控制器或其他设备)——例如用户计算设备——接收常数的值。在一些实施例中，当安装电机控制器时，技术人员或安装人员可以将常数的值编程到电机控制器中。
在现场运行期间，电机控制器以第一气流运行，并检测在电机处测量的电动机扭矩(T)和电动机速度(N)之一的变化。电动机扭矩(T)和电动机速度(N)之一的变化会导致气流的变化。需要恒定的气流，因此电动机扭矩(T)和电动机速度(N)中的另一个被改变以再次实现管道中的第一气流。在扭矩控制实施例的一个例子中，气流速度需求(Q)存储在电机控制器的存储器中，并且电机控制器基于测量的电动机速度计算电动鼓风机电机的待命令的电动机扭矩。电动机速度(N)可以通过例如来自传感器的测量结果来确定。在其他实施例中，电动机速度(N)可由电动机控制器基于不同的测量值或以其他方式确定的值(例如，供应给电动机的电流)来确定。电机控制器然后可以检测由例如导管中的阻力变化引起的电动机速度的变化。因此，电动机控制器被配置成改变电动机扭矩(T)，以便电动机产生第一气流(即，保持气流恒定)。
同样，在速度控制的实施例中，气流速度需求(Q)存储在电机控制器的存储器中，并且电机控制器基于测量的电动机扭矩(T)计算电动鼓风机电机的待命令的电动机速度(N)。如上文关于电动机速度(N)所述，电动机扭矩(T)可由提供给定子绕组的电流信号确定，或者可替代地，可由传感器直接测量。然后，电机控制器可以检测由例如管道中的阻力变化引起的电动机扭矩的变化。因此，电动机控制器被配置成改变电动机速度(N)，以便电动机产生第一气流(即，保持气流恒定)。
图1是示例性鼓风机系统100的框图。系统100包括导管102、鼓风机104、电动机106、电动机控制器108(包括处理器110、存储器112和通信接口114)、传感器系统116和外部设备118。在其他实施例中，系统100可以包括额外的、更少的或替代的组件，包括本文其他地方描述的组件。在示例性实施例中，鼓风机系统100被配置成产生用于校准电动机106的至少两个校准点。
鼓风机104被配置成产生被引导通过导管102的气流120。在至少一些实施例中，鼓风机104是向前弯曲的离心式鼓风机。在其他实施例中，鼓风机104是不同类型的鼓风机或风扇，例如径向向后弯曲的鼓风机，或轴流式或叶片式风扇。导管102被配置成引导气流在例如建筑物、车辆或其他结构内循环和分配。导管102限定了影响鼓风机104的气流输出的气流限制。气流限制基于可能影响系统100内气流的各种参数，例如但不限于导管102的内部尺寸、打开或关闭的风门、导管102内的污染物(例如灰尘)、导管102的几何形状等。
例如，为了确定第一校准点，使用导管102中的第一气流限制。为了确定第二校准点，使用导管102中的第二气流限制(例如，通过关闭和/或打开风门)。为了确定进一步的校准点，可以进一步使用导管102中的气流限制。值得注意的是，在本文所述的校准过程中，导管102可以在其正常运行环境(即，现场)中使用。
电动机106被配置成驱动鼓风机104以产生进入导管102的气流。在至少一些实施例中，电动机106是被配置成将电能转换成机械能的电动机。在一个示例中，电动机106联接到鼓风机104的轮子(未示出)上，并且构造成旋转该轮子。
在示例性实施例中，电动机106被配置成在多个扭矩输出水平下运行，以增加或降低相应的电动机速度(即，扭矩控制)。在其他实施例中，电动机106被配置成以多个速度运行，以增加或减少相应的电动机扭矩(即，速度受控)。增加或减少电动机106的速度和/或扭矩导致电动机106驱动鼓风机104产生相应的气流。鼓风机104产生的气流至少部分与电机106的电动机速度和导管102的气流限制相关。在一些实施例中，电动机106与鼓风机104集成在一起。
电动机控制器108可通信地连接到电动机106以运行电动机106。更具体地，电动机控制器108向电动机106传输控制信号以运行电动机106。在示例性实施例中，通过调节控制信号，电动机控制器108被配置成控制电动机106的扭矩，从而便于控制电动机106的速度。在其他实施例中，电动机控制器108可以通信地连接到与电动机106相关联的另一个控制器(例如，外部设备118)。在这样的实施例中，电动机控制器108可以被配置成允许另一个电动机控制器运行电动机106。在示例性实施例中，电动机控制器108与电动机106分离。在一个示例中，电动机控制器108位于一个单元(未示出)内，该单元可以包括安装在导管102内的鼓风机104和/或电动机106。在另一个例子中，电动机控制器108是外部控制器，例如恒温器系统或连接到鼓风机系统100的系统控制器。或者，电动机控制器108可以与电动机106集成在一起。
在示例性实施例中，电动机控制器108包括处理器110、通信连接到处理器110的存储器112和通信接口114。电机控制器108也通信连接到传感器系统116。处理器110被配置成执行存储在存储器112中的指令，以使电动机控制器108如本文所述起作用。此外，存储器112被配置成存储数据，以便于校准电动机106。在一些实施例中，电动机控制器108可以包括多个处理器110和/或存储器112。在其他实施例中，存储器112可以与处理器110集成在一起。在一个示例中，存储器112包括多个数据存储设备，以存储如本文所述的指令和数据。通信接口114可以包括一个或多个有线或无线硬件接口，例如通用串行总线(USB)、RS232或其他串行总线、控制器局域网总线、以太网、近场通信(NFC)、无线网络、蓝牙或用于建立一个或多个通信信道的任何其他合适的数字或模拟接口。所建立的通信信道可以包括例如电机控制器108和外部设备118之间的信道。通信接口114还包括软件或固件接口，用于接收一个或多个电机控制参数并将它们写入例如存储器112。在某些实施例中，通信接口114包括例如软件应用编程接口或命令集，用于为恒定气流算法提供一个或多个系数值。在这样的实施例中，值(例如，扭矩、速度和/或气流值)与至少一个恒定气流算法一起存储在存储器112中，用于在电动机106运行期间由处理器110随后执行。
传感器系统116包括一个或多个被配置成监控电动机106和/或导管102的传感器。传感器系统116可以监控导管102中的气流。在一些实施例中，传感器系统116可以监控与电动机106相关联的数据，例如但不限于电动机速度、扭矩、功率等。气流也可以基于不同的测量值来计算，例如空气速度、校准喷嘴上的压降、温度变化、湿度变化和空气密度变化。在一些实施例中，传感器系统116和本文描述的其他传感器系统可以包括一个以上的传感器。在某些实施例中，传感器系统116被配置成监控鼓风机104的气流输出。在一些实施例中，传感器系统116从电机控制器108监控电机106。在这样的实施例中，传感器系统116可以与处理器110集成在一起。在其他实施例中，传感器系统116的至少一些传感器可以安装在电动机106上，并将传感器数据传输回电动机控制器108。
外部设备118可以是可以被配置成与电动机控制器108通信的用户计算设备(例如，智能手机、笔记本电脑、平板电脑等)。例如，外部设备118可以被配置成将期望的扭矩、速度和/或气流传输到电动机控制器108。外部设备118还可以被配置成从电动机控制器108接收关于鼓风机系统100的扭矩、速度和/或气流数据。在一些实施例中，外部设备118可以是不同于电动机控制器108的控制器。作为示例，外部设备118可以是用于暖通空调(HVAC)系统或智能恒温器的系统控制器。
在示例性实施例中，如本文所述，校准过程至少部分由电机控制器108执行，以校准电机106。在校准过程中，电动机控制器108被配置成以第一扭矩和第一速度运行电动机106，以产生第一气流。在一些实施例中，第一扭矩、速度和/或气流值可以在电动机控制器108处从外部设备118接收作为输入。在示例性实施例中，电动机控制器108接收并以从外部设备118接收的第一扭矩值(例如，50％扭矩，或电动机106的最大扭矩的任何百分比)运行电动机106。电机106以第一扭矩运行，导致电机106以第一速度运行。电机106以第一扭矩和第一速度运行，而导管102具有第一系统阻力，从而在导管102中产生由传感器系统116测量的第一气流。当管道102具有第一系统阻力时，在此描述的校准过程的示例性实施例使用存储器112中的至少一个速度、扭矩和气流值中的最小值(存储为例如基准数据点)。根据第一速度、第一扭矩和第一气流，为具有第一系统阻力的系统100定义第一气流速度比。然后，在例如用于生成限定第一系统线的多个扭矩-速度-气流点的回归分析中，电动机控制器108使用已知在对应于第一系统阻力的第一系统线上恒定的第一气流速度比以及第一基准数据点。在一些实施例中，在回归分析之前，可以在第一系统阻力处测量一个以上的扭矩-速度-气流点，由此展示了本文所述的系统和方法的灵活性。例如，虽然在执行回归分析之前只需要一个扭矩-速度-气流点，但是如果在回归分析之前测量了一个以上的扭矩-速度-气流点，则所得的系统线可以是系统100在第一阻力下的更精确的表示。
在示例实施例中，第一系统阻力然后被改变为第二系统阻力。值得注意的是，这是唯一的改变，并且该改变可以像调节导管102中的喷嘴或风门一样简单，并且不需要当前用于校准电动机的复杂设备。系统阻力的这种变化甚至可以“在现场”进行，并且不需要在安装系统100之前进行(即，在电机106和电机控制器108安装在现场之前，不需要在实验室中校准电机106)。
在第一系统阻力变为第二系统阻力后，电动机控制器108被配置成以第二速度运行电动机106。在示例性实施例中，在从第一系统阻力到第二系统阻力的变化期间，扭矩保持大致恒定。在一些实施例中，扭矩可能不保持恒定。然后在导管102处测量第二气流，以限定第二气流值。第二速度、第二气流和可以与第一扭矩相同的第二扭矩为具有第二系统阻力的系统100限定第二气流速度比和第二基准数据点。该第二气流速度比随后存储在存储器112中，并由处理器110与第二基准数据点一起使用，以产生限定第二系统线的多个第二扭矩-速度-气流点。
在一些实施例中，第一和第二系统线可由处理器110扩展，以产生系统100的恒定气流曲线或运行曲线，从而限定代表变化的系统阻力的多个系统线。例如，如上所述，为恒定气流系统定义了至少两个扭矩-速度-气流数据点。在扭矩控制的实施例中，然后通过对将电动机扭矩定义为电动机速度和气流速率需求的函数的多项式、气流算法或公式近似来确定运行曲线。处理器110可以使用该曲线来生成恒定气流方程的常数。
在一些实施例中，处理器110利用具有在如上所述的校准过程中定义的常数的至少一个恒定气流方程来确定保持导管102中的第一气流基本恒定的导管102的阻力所需的扭矩或速度。在检测到电动机106的扭矩或速度的变化时，电动机控制器108被配置成使用变化的扭矩或速度值从至少一个恒定气流方程产生新的设定点，以确定再次产生第一气流所需的新的扭矩或速度。电机控制器108然后基于恒定气流方程的结果命令电机106，使得第一气流再次在导管102中产生。
在至少一些实施例中，电动机控制器108被配置成响应于请求电动机106校准的命令而启动校准过程。在其他实施例中，电动机控制器108可以被配置成确定电动机106是否被校准，并且当电动机控制器108确定电动机106未校准时自动开始校准过程。
图2示出了现场鼓风机系统200的框图。在示例性实施例中，鼓风机系统200和鼓风机系统200的部件与鼓风机系统100一致，并且被配置成彼此基本相似。鼓风机系统200包括导管202、鼓风机204、电机206、电机控制器208和传感器系统216，电机控制器208包括处理器210、存储器212、通信接口214。在一些实施例中，传感器系统216被配置成进行除气流测量之外的测量。在一些实施例中，鼓风机系统200的部件可以不同于鼓风机系统100的部件。
如上所述，鼓风机系统200表示已经执行两点表征/校准过程之后的鼓风机系统200的框图。换句话说，鼓风机系统200代表已经校准的鼓风机系统，并且至少两个气流速度比存储在存储器212中。然而，在图2所示的示例性实施例中，没有如上所述确定或校准恒定气流方程或曲线。相反，基于至少两个气流速度比，鼓风机系统200被配置成在不使用如上所述的恒定气流算法的情况下以恒定气流动态运行。
为了在恒定气流下运行，电动机控制器208被配置成在与至少两个气流速度比之一一致的第一扭矩-速度-气流点下运行电动机206。在其他实施例中，仅当前气流速度比是已知的，并且第一扭矩由速度的多项式函数近似。因此，第一扭矩、气流和速度都是由电动机控制器208已知的。电动机控制器208还被配置成检测速度或扭矩的变化，从而指示阻力和气流的变化，因此需要速度或扭矩的进一步变化以产生第一气流。
例如，电机控制器208可以检测速度的变化。新速度(Ncurr)由电机控制器208或传感器系统216测量。在该实施例中，扭矩保持大致相同。当扭矩保持不变时，空气流量(Q)对速度(N)的方程存储在存储器212中，并由处理器210用来确定当前空气流量(Qcurr):
Qcurr＝C1 x Ncurr+C2
其中C1和C2是存储在存储器212中的已知常数。当扭矩保持不变时，可以确定C1和C2，例如，通过用不同的Q和N值求解上述方程，并为两个未知数(C1和C2)求解这些方程中的两个。电动机206的当前速度(Ncurr)和常数(C1和C2)是已知的，并且处理器210确定由电动机206产生的当前气流(Qcurr)。在一些实施例中，例如速度控制实施例中，可以使用不同的等式。为了保持气流恒定，电动机控制器108被配置成确定运行电动机206的新速度，以便产生第一气流，但是具有第二系统阻力(例如，由导管202的变化引起)。如上所述，对于具有相同阻力的系统，气流速度比是恒定的。因此，当系统200具有第二阻力时，系统200的气流速度比是恒定的。因此，期望气流(Qdes)与第一气流相同，并且处理器210被配置成例如通过使用存储在存储器212中的以下等式来确定期望速度(Ndes):
Qcurr/Ncurr＝Qdes/Ndes
或者，重写后:
Ndes＝Qdes/(Qcurr/Ncurr)
其中Qdes、Qcurr和Ncurr如上所述都是已知的。因此，电动机控制器208的处理器210被配置为在Ndes运行电动机206，使得再次在导管202中产生第一气流(即Qdes)。
在一些实施例中，电机控制器208可以使用Tdes来运行电机206。在这些实施例中，在如上所述确定Ndes后，Tdes可以由Ndes的多项式函数来近似。在确定Tdes后，电动机控制器208被配置为在Tdes运行电动机206，以在导管202中产生第一气流(即Qdes)。
在一些实施例中，不是检测速度的变化，而是可以由电动机控制器208检测扭矩的变化。在这些实施例中，处理器210执行与上述过程类似的过程，以确定期望的扭矩Tdes。例如，期望扭矩(Tdes)可由以下等式确定:
Tdes＝Tcurr*(Qdes/Qcurr)2
然后，电动机控制器208被配置成在Tdes下运行电动机206，使得在导管202中产生第一气流。同样类似于上述过程，电动机控制器208可以使用期望的速度Ndes来运行电动机206。因此，在确定了Tdes之后，处理器210可以采取进一步的步骤来确定Ndes。电机控制器208被配置成然后命令电机206以Ndes运行，使得在导管202中产生第一气流(即Qdes)。
在一些实施例中，电动机控制器208可被配置成以小于速度变化或扭矩变化的预定阈值的速率来改变速度(例如，从Ncurr到Ndes)或扭矩(例如，Tcurr到Tdes)。例如，过快地改变电动机206的速度或扭矩会导致电动机206和鼓风机系统200的其余部分出现问题。因此，扭矩变化和速度变化的预定阈值可存储在存储器212中，并且可由处理器210访问，使得当电动机控制器208命令电动机206的速度或扭矩变化时，电动机控制器208命令电动机206以小于速度变化或扭矩变化的预定阈值的变化率来改变速度或扭矩。
在一些实施例中，电动机控制器208可以被配置成在改变电动机的运行速度或扭矩之前允许扭矩或速度的微小变化。例如，速度或扭矩的预定阈值可存储在存储器212中，并且可由处理器210访问，使得在电动机206的运行期间的微小变化不满足速度或扭矩变化的预定阈值并且不指示足够显著的变化来启动以上关于图2描述的过程。
图3是根据本公开的示例方法300的流程图，示出了诸如电机106的电机的表征/校准。方法300包括运行302电动机106来转动鼓风机104，以产生进入气流系统的导管102的气流120，气流系统限定第一系统阻力。确定304第一基准数据点，指示对应于第一系统阻力的第一扭矩和第一速度。对于第一系统阻力，第一气流速度比是恒定的。将第一系统阻力调节306到第二系统阻力，其中确定308第二基准数据点，指示对应于第二系统阻力的第二扭矩和第二速度。对于第二系统阻力，第二气流速度比是恒定的。然后，至少基于第一和第二基准数据点生成310运行曲线。在一些实施例中，方法300包括在不同于第一扭矩和第二扭矩的扭矩下产生运行曲线。在一些实施例中，运行曲线存储在存储器112中。
在一些实施例中，方法300还包括向外部设备118或存储器112传输运行曲线。在一些实施例中，方法300包括从包括用户界面的用户计算设备接收第一扭矩或第一速度。在方法300的一些实施例中，第一扭矩和第二扭矩相同，而在方法300的其他实施例中，第一扭矩和第二扭矩不同。
图4是根据本发明的以恒定气流模式运行电动机206的示例方法400的流程图。接收402第一气流需求，并且以第一速度和第一扭矩运行404电机206以产生第一气流。基于第一速度和第一气流确定406第一气流速度比。检测408对应于系统阻力变化的扭矩或速度变化，并基于变化的扭矩或速度确定410第二气流速度比。基于第二气流速度比确定412第二速度和第二扭矩中的至少一个，以针对改变的系统阻力产生第一气流。
在一些实施例中，方法400包括当扭矩或速度的变化大于各自的扭矩预定阈值或速度预定阈值时，确定第二气流速度比。在一些实施例中，方法400包括调节电动机的速度，使得电动机的速度以小于速度变化预定阈值的速率变化，直到电动机的速度是第二速度。在一些实施例中，方法400包括调节电动机的扭矩，使得电动机的扭矩以小于扭矩变化预定阈值的速率变化，直到电动机的扭矩是第二扭矩。在一些实施例中，方法400包括在确定第二气流速度比之前允许电动机速度的微小变化，或者在确定第二气流速度比之前允许电动机扭矩的微小变化。
在此描述的系统和方法可以使用计算机编程或工程技术来实现，包括计算机软件、固件、硬件或其任意组合或子集，其中技术效果可以包括以下至少一个:(a)消除对用于校准电机的复杂实验室设备的需要；(b)将必要校准点的最少数量减少到两个；(c)减少校准时间，从而减少校准对电机运行的影响；和(d)改善恒定气流模式下电机的运行。
在前述说明书和随后的权利要求中，引用了许多具有以下含义的术语。
如在此所使用的，以单数形式叙述并且以单词“一”或“一个”开头的元件或步骤应该被理解为不排除多个元件或步骤，除非明确叙述了这种排除。此外，对本公开的“示例性实施方式”或“一种实施方式”的引用不旨在被解释为排除也包含所述特征的附加实施方式的存在。
“可选”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且描述包括事件发生的情况和不发生的情况。
在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可用于修饰任何定量表示，所述定量表示可允许变化而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由诸如“大约”、“近似”和“基本上”等一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在此，以及贯穿说明书和权利要求书，范围限制可以组合或互换。除非上下文或语言另有说明，否则这些范围被标识并包括其中包含的所有子范围。
一些实施例涉及使用一个或多个电子处理或计算设备。如在此所使用的，术语“处理器”和“计算机”以及相关术语，例如，“处理设备”、“计算设备”和“控制器”并非仅限于本领域中称为计算机的那些集成电路，而是广义地指处理器、处理设备、控制器、通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、精简指令集计算机(RISC)处理器、现场可编程门阵列(FPGA)，数字信号处理设备(DSP)、专用集成电路(ASIC)以及能够执行在此描述的功能的其他可编程电路或处理设备，并且这些术语在在此可以互换使用。上述实施例仅是示例，因此不旨在以任何方式限制术语处理器、处理设备和相关术语的定义或含义。
在在此描述的实施例中，存储器可以包括但不限于非暂时性计算机可读介质，例如闪存、随机存取存储器、只读存储器、可擦除可编程只读存储器、电可擦除可编程只读存储器和非易失性随机存取存储器。如本文所使用的，术语“非暂时性计算机可读介质”旨在代表任何有形的计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机存储设备，包括但不限于易失性和非易失性介质，以及可移动和不可移动介质，例如固件、物理和虚拟存储器、光盘、数字视盘和任何其他数字源，例如网络或互联网，以及有待开发的数字手段，唯一的例外是暂时性传播信号。或者，也可以使用软盘、光盘只读存储器、磁光盘(MOD)、数字多功能光盘(DVD)或以任何方法或技术实现的任何其他基于计算机的设备，用于信息的短期和长期存储，例如计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块或其他数据。因此，在此描述的方法可以被编码为可执行指令，例如“软件”和“固件”，包含在非暂时性计算机可读介质中。此外，如在此所使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器中由个人计算机、工作站、客户端和服务器执行的任何计算机程序。当由处理器执行时，这样的指令使得处理器执行在此描述的方法的至少一部分。
此外，在本文描述的实施例中，附加输入通道可以是但不限于与运行者接口相关联的计算机外围设备，例如鼠标和键盘。或者，也可以使用其他计算机外围设备，包括例如但不限于扫描仪。此外，在示例性实施例中，附加输出通道可以包括但不限于运行员界面监视器。
在此描述的系统和方法不限于在此描述的具体实施例，而是，系统的组件和/或方法的步骤可以独立于在此描述的其他组件和/或步骤来使用。
尽管本公开的各种实施例的具体特征可能在一些附图中示出而在其他附图中未示出，但这仅仅是为了方便。根据本公开的原理，附图的任何特征可以结合任何其他附图的任何特征来引用和/或要求保护。
本书面描述使用示例来提供关于本公开的细节，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种电动鼓风机系统，包括:
鼓风机；
限定可变系统阻力的气流系统；
连接到所述气流系统并被配置成测量通过所述气流系统的气流的传感器；
连接到所述鼓风机并被配置成转动所述鼓风机以产生通过所述气流系统的气流的电动机，所述电动机包括:
电机控制器，所述电机控制器被配置为:
以第一扭矩和第一速度运行所述电动机以产生第一气流；
基于从所述传感器接收的测量结果，确定对应于所述电动机的第一速度和第一扭矩以及第一系统阻力的第一气流值，其中第一气流值、第一扭矩和第一速度限定了第一基准数据点；
以第二扭矩和第二速度运行所述电动机以产生第二气流；
基于从所述传感器接收的测量结果，确定对应于所述电动机的第二速度和第二扭矩以及第二系统阻力的第二气流值，其中第二气流值、第二扭矩和第二速度限定了第二基准数据点；和
从至少第一和第二基准数据点生成限定了针对不同系统阻力的扭矩、速度和气流点的所述电动鼓风机系统的运行曲线。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电机控制器还被配置成基于第一速度与第一气流的第一比率和第二速度与第二气流的第二比率来生成运行曲线。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电机控制器还被配置成将运行曲线存储在存储器中。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电动机控制器被配置成在不同于第一扭矩和第二扭矩的扭矩以及不同于第一速度和第二速度的速度下生成运行曲线。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电机控制器还被配置为生成对应于第一系统阻力的多个第一数据点，以及对应于第二系统阻力的多个第二数据点。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一扭矩和所述第二扭矩不同。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一扭矩和所述第二扭矩相同。
8.一种用于校准电动鼓风机系统的方法，该方法包括:
运行电动机以转动鼓风机，从而产生进入气流系统的气流，该气流系统限定了第一系统阻力；
确定指示对应于第一系统阻力的第一扭矩和第一速度的第一基准数据点，其中，对于第一系统阻力，第一气流速度比是恒定的；
将第一系统阻力调节到第二系统阻力；
确定指示对应于第二系统阻力的第二扭矩和第二速度的第二基准数据点，其中，对于第二系统阻力，第二气流速度比是恒定的；和
从至少第一和第二基准数据点生成限定了针对不同系统阻力的扭矩、速度和气流点的运行曲线。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括在存储器中存储与第一和第二系统阻力相关联的气流速度比。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括将所述运行曲线传输到存储器。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，产生所述运行曲线包括在不同于所述第一扭矩和所述第二扭矩的扭矩下产生多个数据点。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括向外部设备传输所述运行曲线。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一扭矩和所述第二扭矩不同。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一扭矩和所述第二扭矩相同。
15.一种气流系统，包括:
连接到鼓风机的电动机，所述鼓风机被配置成产生气流；和
连接到所述电动机的电机控制器，所述电机控制器被配置为:
接收第一气流需求；
以第一速度和第一扭矩运行电动机以产生第一气流；
基于第一速度和第一气流确定第一气流速度比；
检测对应于系统阻力变化的扭矩或速度变化；
基于改变的扭矩或速度确定第二气流速度比；和
基于第二气流速度比确定第二速度和第二扭矩中的至少一个，以针对改变的系统阻力产生第一气流。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述电动机控制器被配置成当扭矩或速度的变化大于相应的扭矩预定阈值或速度预定阈值时确定第二气流速度比。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述电机控制器被配置为调节所述电动机的速度，使得所述电动机的速度以小于速度变化预定阈值的速率变化，直到所述电动机的速度是第二速度。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述电机控制器被配置成调节所述电动机的扭矩，使得所述电动机的扭矩以小于扭矩变化预定阈值的速率变化，直到所述电动机的扭矩是第二扭矩。
19.根据权利要求16所述的系统，其中，所述电机控制器被配置成在确定第二气流速度比之前允许所述电动机的速度的微小变化。
20.根据权利要求16所述的系统，其中，所述电机控制器被配置成在确定第二气流速度比之前允许所述电动机的扭矩的微小变化。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5736823A (en) 1994-05-27 1998-04-07 Emerson Electric Co. Constant air flow control apparatus and method
US6994620B2 (en) * 2003-04-30 2006-02-07 Carrier Corporation Method of determining static pressure in a ducted air delivery system using a variable speed blower motor
US7567049B2 (en) 2006-04-21 2009-07-28 Emerson Electric Co. Fluid flow control for fluid handling systems
US20100256821A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-07 Sntech Inc. Constant airflow control of a ventilation system
WO2014024359A1 (ja) 2012-08-09 2014-02-13 パナソニック株式会社 モータ制御装置、モータ制御方法および送風装置
US9625172B2 (en) 2012-09-13 2017-04-18 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Motor control device and motor control method
CN103809437B (zh) * 2012-11-13 2016-06-29 中山大洋电机股份有限公司 一种电机的恒风量控制方法
US9732976B2 (en) 2014-01-28 2017-08-15 Zhongshan Broad-Ocean Motor Co., Ltd. Direct power control for constant airflow control with advanced motor system modeling
CN105629814B (zh) * 2014-10-29 2018-03-02 中山大洋电机股份有限公司 一种具有抽风或者送风功能的电器设备的恒风量控制方法
US20200141606A1 (en) * 2017-06-09 2020-05-07 Carrier Corporation Hvac indoor blower comissioning to match ducted application using a smart device
US10731889B2 (en) * 2019-01-08 2020-08-04 Regal Beloit America, Inc. Motor controller for electric blowers

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