CN1685779A - 用于改进的马达控制器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种组合式马达控制器族包括壳体。从多个开关尺寸中选择一个固态开关用于控制所需的电压和电流范围。将开关安装在壳体中连接在交流电源线和马达端子之间用于控制对马达施加交流电源。将逻辑电路板安装在壳体中，它包括与所选的开关尺寸无关的用于控制固态开关操作的逻辑电路。从多个结构中选择一个接口电路板，将它安装在壳体中，它包括连接在逻辑电路和固态开关之间的接口电路。选择接口电路与按照所需电压和电流范围选择的开关尺寸对接。

Description

用于改进的马达控制器的系统和方法

对相关专利申请的互相参考

本美国专利申请与美国专利申请系列号No.10/252,636，题目为“用于有可反转壳体底板的马达控制器的系统和方法”(2002P14790US)，有至少一个共同的发明人，并同时在2002年9月23日向美国专利和商标局提交申请，将它的全部内容插入这里作为参考。

技术领域

这个发明涉及马达控制器，和特别是，用于改进马达控制器的系统和方法。

背景技术

已经发现固态起动器/控制器广泛应用于控制对交流感应马达施加电源。常规的起动器/控制器，下面简称为控制器，使用固态开关控制对马达施加交流线电压。该开关可以是可控硅整流器，如可控硅整流管(SCR)或三端双向可控硅开关。控制器通常包括与SCR相连的散热装置用于消散热量。一个壳体包围SCR。壳体可以支持承载电流进出控制器的一组母线。控制器有各种不同的结构，它们有不同尺寸的SCR和母线以便适应不同的电流需要。尺寸的差别与电流容量有关也和物理尺寸相关并一般要求不同的壳体部件以便装配每种不同的尺寸。

通过装设在电路板上的控制电路提供对SCR的控制。控制电路可以包括用于控制固态开关操作的逻辑电路和连接在逻辑电路和固态开关之间的接口电路。对所有不同的结构逻辑电路可以是相同的。而从一种结构到另一种结构软件可以变化。相反，对要驱动的SCR的电压和电流需求接口电路可以是独特的。因此，由于接口电路的不同对每种不同的结构就需要不同的电路板。结果，生产厂家一般设计多个不同的电路板，造成较高的成本和较高的存货需求。

另外，通常将使用的控制器安装在控制板。为了这样做，将片金属底板安装在散热装置。依次，可将片金属底板安装在控制板。还有，控制电路常常包括使用者可触动的开关用于控制器的配置操作。所有这些不同的设计结构都需要使用多种的部件，又增加了存货从而制造的成本。

本发明指向改进马达控制器的设计。

发明内容

按照本发明提供一种改进的马达控制器设计，它使制造成本降低和减少存货的需要。

按照本发明的一个方面公开一种包括固态开关的马达控制器。单元式的散热装置包括安装固态开关的板、从该板伸出的多个散热片、和可操作地与该板相连的安装脚，用于在使用中将马达控制器直接安装在外部的控制板。将壳体安装在散热装置上用于包围固态开关。

本发明的一个特征是散热装置包括伸长的铝散热装置。

本发明的另一个特征是安装脚从选择的一个散热片的外边缘向外伸出。

本发明还有一个特征是，散热装置包括多个平行的散热片，从与固态开关相对的板上垂直伸出，和其中安装脚从与板平行的最外边的一个散热片的外边缘向外伸出。

按照本发明的另一方面公开马达控制器包括壳体。在壳体中安装用于控制所需电压和电流范围的所选尺寸的固态开关。安装在壳体中的控制电路控制固态开关的操作。控制电路板包括第1电路板和第2电路板。第1电路板包括用于控制固态开关操作的逻辑电路。第2电路板包括连接在逻辑电路和固态开关之间的接口电路。选择接口电路以便对接按照所需电压和电流范围所选尺寸的固态开关。

本发明的一个特征是逻辑电路包括处理器和存储器电路。接口电路包括检测电路和缓冲电路。

按照本发明的另一方面公开包括壳体的模块式马达控制器族。从多个开关尺寸中选择一个固态开关用于控制所需电压和电流的范围。将开关安装在壳体中用于连接在交流线和马达端子之间，来控制对马达施加交流电源。安装在壳体中的逻辑电路板包括与所选开关尺寸无关用于控制固态开关操作的逻辑电路。在壳体中安装从多个结构中所选的一种接口电路板，它包括连接在逻辑电路和固态开关之间的接口电路。选择接口电路以便对接按照所需电压和电流范围所选的开关尺寸。

在本发明的一个方面逻辑电路包括使用者可触动的开关和壳体包括一个盖，盖有成整体的开关操作机构。该盖可以包括模制的塑料盖。

按照本发明的另一方面可在壳体安装无线接口组件用于连接到逻辑电路。无线接口组件包括一个两件式外壳，两件在结构上是相同的。每块外壳包括一脚以便防止将接口组件不适当地安装在壳体上和其中在将无线接口组件安装到壳体上之前将一块外壳上的脚卸下。

按照本发明还有一方面公开马达控制包括壳体和安装在壳体中的固态开关。将控制电路安装在壳体中用于控制固态开关的操作。将包括一个两件式外壳的无线接口组件可拆卸地安装在壳体用于连接控制电路。在结构上这两件是相同的。

从说明书和从附图将很容易弄清楚本发明别的特征和优点。

附图说明

图1是安装在控制板按照本发明的马达控制器的透视图；

图2-6顺序说明装配图1马达控制器的方法；

图7是图1马达控制器接口电路的方块图；

图8是图1马达控制器逻辑电路的方块图；

图9是图1马达控制器用的无线接口组件的方块图；

图10是说明图9无线接口组件装配的分解图；

图11是图9无线接口组件的底视图；

图12是说明将无线接口组件安装到马达控制器的分解图；

图13是部分切除的马达控制器壳体的细节图，说明无线接口组件用的口；和

图14是透视图说明无线接口组件安装在马达控制器上。

具体实施方式

最初参考图1，说明以固态起动器/控制器20形式的马达控制器20。特别是，按照本发明马达控制器20的设计减少了制造成本和存货需求。控制器20的一个应用是作为升降机起动器。可以使用马达控制器20驱动液压升降机的泵。每次升降机车厢运动的指令下达后，马达控制器20必须起动升降机马达直到它达到操作速度和接着操作在运行模式。如重力可以使用在下降方向一样这样的马达控制器20只可以使用在上升方向。

马达控制器20包括壳体22，它有壳体底座24，散热装置26和盖28。还参考图2，散热装置26包括平板30。马达控制器20包括多个可控硅整流器形式的固态开关32，如背对背连接的可控硅整流管对(SCR)，这里为了简化起见，将SCR对简称为SCR。也可以使用三端双向可控硅开关。将SCR 32安装到板30。SCR 32控制三相交流线电压加到三相马达。很清楚，可以使用不同数目的SCR 32来控制不同数目的相，对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，这是很清楚的。

打算使马达控制器满足不同的电流控制的要求。因此，SCR 32可以有不同的尺寸。尺寸的不同涉及电流容量还有实际的物理尺寸。不同尺寸SCR要求不同的母线尺寸用于连接电源线端子和马达端子。本申请涉及各种部件设计的改进，如下所述，使不同部件的使用达到最小化以便提供系列的马达控制器。

特别参考图2，散热装置26是单件的铝结构。在说明的本发明实施例中，散热装置26是由铝挤压成形制成。但很清楚，散热装置26也可由其它材料制成。板30包括上表面34和下表面36。上表面34是平的和接纳SCR 32。多个平行的散热片38从下表面向下伸出。安装脚40伸展在散热片38最外面一个的长度上和包括在下端的切口42及在上端的钥匙状开口44。如这里所用的，术语上和下指的是通常将马达控制器20安装在控制板上的方向。特别是，将用开口44安装散热装置26从而安装马达控制器20到控制板P的螺钉45上，然后向下滑动。用另一个螺钉插入到下端开口42中然后将各螺钉拧紧。如图示，板30向外伸展到相对的安装脚40的边缘。较短的散热片46从板30的相对两侧向下伸展。

如图2中箭头整体表示的那样，将壳体底座24定位在散热装置上表面34上。因此，壳体底座24包围SCR 32，在壳体底座24中形成的沟槽50内接纳接口电路板48。如下所述，接口电路板48包括接口电路用于与SCR 32对接。特别是，如同时提交的共同待审的申请中描述的那样，从多个开关尺寸中选择一个SCR 32的规格，共同待审的申请的说明书在上文中插入作为参考。选择接口电路板48上的接口电路使之与按照所需电压和电流范围选择的开关尺对接。

参考图3，它说明上面相对图2描述的子装配体已在装配好的状态。图3进一步说明母线52的装配，每根母线使用带螺纹的紧固件54固定到一个SCR 32的一端。特别是，母线52在上端是直接紧固在SCR上，并被支持在可调换的壳体底座24上。母线52在下端也是直接紧固在SCR 32上和在通过接口电路板48上的各个电流互感器56之后被支持在壳体底座24上。跨接电缆58将3个SCR 32连接到接口电路板48。

图4说明上面相对图3描述的装配程序已经完成的子装配体。图4进一步说明通过支持杆62将逻辑电路板60安装到可调换的壳体底座24。接地的导电支持64提供从逻辑板60到散热装置26的接地。跨接线66将逻辑电路板60连接到接口电路板48。使用紧固件70将LCD显示器68连接到逻辑电路板60。逻辑电路板60还包括4个使用者可触动的开关72，如下所述，用于安装在逻辑电路板60上的逻辑电路的配置操作。

图5说明盖28下侧的透视图。盖28是单件模制塑料结构。盖28包括外周边侧壁74和上壁76。4个开关起动器元件78从上壁76向下伸出和包围每个元件的上壁有锁眼槽80以便限定大致圆形的按钮82，见图6。很清楚，对按钮82加压使起动器78向下移动。4个起动器78的定位紧挨着逻辑电路板开关72的上面以便起动这些开关。如在图6中所示盖28和壳体底座24使用带螺纹的紧固件82固定到散热装置26。图6还说明箱式终端84，它安装在壳体底座24上的接头86，它有开口88，如在图1中整体表示的那样母线52通过开口88伸出。标签90固定在盖上壁76叠加在按钮82上。

参考图7，接口电路板48有接口电路100，它包括通过跨接线66连接到逻辑板60的连接器102。装设较小的连接器104用于通过跨接线58连接到SCR 32。还有一个电路连接器106通过引线108接受从电流互感器56来的信号。通过母线52将SCR 32连接到线端子L1、L2和L3用于连接到交流电源线，和连接到马达端子T1、T2和T3用于连接到马达。接口电路100包括电流检测电路110用于连接到电流互感器56来检测马达电流。将检测到的电流供给逻辑电路板60。为每个SCR 32装设缓冲电路112。缓冲电路112还包括电压检测电路和光隔离用于操作SCR 32。缓冲电路112在特性上一般可以是常规的。

按照本发明，在缓冲电路112中所用的各种组件的尺寸是按照所选的SCR 32的尺寸而变的。因此，生产厂家可以提供多种不同的接口电路板48，每个包括对所选的SCR 32尺寸定制的缓冲电路。因此，每个接口板48对要驱动的SCR 32的电压和电流是唯一的。

参考图8，说明逻辑电路120的方块图。逻辑电路120装设在图4的逻辑电路板60上。逻辑电路120包括数字信号处理器(DSP)122和相连的存储器124。将LCD组件68电气连接到DSP 122。请参见图4，连接器126通过跨接线66连接到接口电路板48。连接在连接器126和DSP 122之间的是电气连接到接口圈100的电流检测电路110的电流检测电路128，用于连接图7驱动SCR 32的缓冲电路112的光-三端双向可控硅开关驱动器电路130，和连接到缓冲电路112的电压检测电路的电压检测电路132。另外，接口电路100包括组件数目检测电路134，它识别接口电路板48的结构。检测电路132包括检测接口电路板48的组件数目的电路以便确定所用的接口板48的类型。DSP 122使用这个按照电流和电压的要求来控制SCR 32的操作。

DSP 122还连接到使用者可触动开关72和通过连接器134和136连接到下述的无线接口组件150。装设端子块138用于连接外部装置，如为逻辑电路120提供电源，如通过输入电路142接受编程信息或类似的信息，和通过继电电路144提供状态信息。

按照本发明，逻辑电路120对不同结构的马达控制器120是通用的，不管所使用的SCR 32的尺寸和接口电路板28的类型。因此，可以大量和较低成本生产逻辑电路板。以较大数量生产逻辑电路板60是特别成本有效的，因为逻辑电路板60使用比较昂贵的组件。

参考图9，说明用于无线接口组件150的方块图。在说明的本发明实施例中，无线接口组件150包括红外组件。组件150是可选的附件，通过它使用者可以使用膝上型计算机或个人数字助理(PDA)或类似设备的红外接口与马达控制器20进行通讯。组件150包括电路板164。电路板164支持连接器152，用于插入到逻辑板连接器136中，见图8，如箭头157所指的那样。组件150还包括红外收发机158用于与外部装置进行通讯。红外收发机158连接到红外编码器160，它依次连接到逻辑电路162。

参考图10，将电路板164安装在包括第1壳体块166和第2壳体块168的壳体165中。按照本发明，第1壳体块166和第2壳体块168在结构上是相同的。这减小了刀具加工成本和使用两倍的部件数量。电路板164整体成L形。每个壳体部件170整体成E形其一半有外周边壁而另一半没有，因此当反向时两个一半166和168可以互相配合在一起。由于壳体一半166和168的E形和电路板164的L形，所以可将电路板164的终端在任一个方向插入到任一个壳体的一半。连接器156露出在每个壳体一半的中间腿部172。中间腿部包括在一侧的向上伸出的腿174，它有向外伸出的脚176。

参考图12和13，马达控制器盖28包括用于接纳无线红外组件150的口180。口180包括3个凹槽182、183和184用于接纳E形组件150的三条腿。但是，为了保证组件150精确地插入，中间凹槽183包括斜切的角185。结果，对壳体一半166和168中的一个，必须切掉腿174的脚176。在图10中在壳体一半166上用断裂线186大致表示这种情况。图11表示中间腿172仅有一个脚176而角176由于脚切掉了没有翼片。这保证当组件150安装在口180时组件150合适的取向，如在图14所示的那样。

公开的在马达控制器20设计中的改进可以降低制造成本和减小存货需求。

因此可以理解已经描述了用于改进马达控制器设计的新的和新颖的系统和方法。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，将能理解，对这里给予的建议，将可以看到存在无数的代替和等价的方案能结合到公开的本发明中。因此，本发明并不局限于上述示范性的实施例，而是根据下面的权利要求书。

Claims (23)

1.一种马达控制器包括：

连接在交流电源线和马达端子之间的固态开关，用于控制对马达施加交流电源；

单元式的散热装置，它包括安装固态开关的板、从该板伸出的多个散热片、和可操作地与该板相连的安装脚，用于在使用中将马达控制器直接安装在外部的控制板；

安装在散热装置上的壳体，用于包围固态开关。

2.如权利要求1所述的马达控制器，其特征在于散热装置包括伸长的铝散热装置。

3.如权利要求1所述的马达控制器，其特征在于安装脚从选择的一个散热片的外边缘向外伸出。

4.如权利要求1所述的马达控制器，其特征在于散热装置包括多个平行的散热片，从固态开关相反的板上垂直伸出，和其特征在于安装脚从与板平行的最外边的一个散热片的外边缘向外伸出。

5.一种马达控制器包括：

壳体；

安装在壳体中用于控制所需电压和电流范围的所选尺寸的固态开关，连接在交流电源线和马达端子之间用于控制对马达施加交流电源；

安装在壳体中用于控制固态开关操作的控制电路，该控制电路包括第1电路板和第2电路板，第1电路板包括用于控制固态开关操作的逻辑电路，和第2电路板包括连接在逻辑电路和固态开关之间的接口电路，选择接口电路以便按照所需电压和电流范围对接所选尺寸的固态开关。

6.如权利要求5所述的马达控制器，其特征在于逻辑电路包括处理器和存储器电路。

7.如权利要求5所述的马达控制器，其特征在于接口电路包括检测电路和缓冲电路。

8.一种组合式马达控制器族包括：

壳体；

从多个开关尺寸中选择的一个固态开关用于控制所需电压和电流的范围，开关安装在壳体中用于连接在交流电源线和马达端子之间，来控制对马达施加交流电源；

安装在壳体中的逻辑电路板，它包括与所选开关尺寸无关用于控制固态开关操作的逻辑电路；

安装在壳体中从多个结构中选择的一种接口电路板，它包括连接在逻辑电路和固态开关之间的接口电路，选择接口电路以便按照所需电压和电流范围对接所选的开关尺寸。

9.如权利要求8所述的组合式马达控制器，其特征在于逻辑电路包括处理器和存储器电路。

10.如权利要求8所述的组合式马达控制器，其特征在于接口电路包括检测电路和缓冲电路。

11.如权利要求8所述的组合式马达控制器，其特征在于逻辑电路包括使用者可触动的开关和壳体包括一个盖，盖有成整体的开关操作机构。

12.如权利要求11所述的组合式马达控制器，其特征在于该盖包括模制的塑料盖。

13.如权利要求8所述的组合式马达控制器，还包括可安装在壳体用于连接到逻辑电路的无线接口组件。

14.如权利要求13所述的组合式马达控制器，其特征在于无线接口组件包括一个两件式外壳，两件在结构上是相同的。

15.如权利要求14所述的组合式马达控制器，其特征在于每件外壳包括一脚以便防止将接口组件不适当地安装在壳体上和其中在将无线接口组件安装到壳体上之前将其中一件外壳上的脚卸下。

16.如权利要求8所述的组合式马达控制器还包括单元式的散热装置，它包括安装固态开关的板、从该板伸出的多个散热片、和可操作地与该板相连的安装脚，用于在使用中将马达控制器直接安装在外部的控制板。

17.一种马达控制器，包括：

壳体；

安装在壳体中连接在交流电源线和马达端子之间的固态开关，用于控制对马达施加交流电源，

安装在壳体中用于控制固态开关操作的控制电路；和

可拆卸地安装在壳体用于连接到控制电路的无线接口组件，包括一个两件式外壳，两件在结构上是相同的。

18.如权利要求17所述的马达控制器，其特征在于每块外壳包括一脚以便防止将接口组件不适当地安装在壳体上和特征在于在将无线接口组件安装到壳体上之前将一块外壳上的脚卸下以便防止不正确的安装取向。

19.如权利要求17所述的马达控制器，其特征在于控制电路包括使用者可触动的开关和壳体包括一个盖，盖有成整体的开关操作机构。

20.如权利要求19所述的组合式马达控制器，其特征在于该盖包括模制的塑料盖。

21.一种升降机起动器包括：

壳体；

选择尺寸用于控制所需电压和电流范围，安装在壳体中连接在交流电源线和起动器马达端子之间的固态开关，用于控制对起动器施加交流电源；

安装在壳体中用于控制固态开关操作的控制电路，控制电路包括第1电路板和第2电路板，第1电路板包括用于控制固态开关操作的逻辑电路，和第2电路板包括连接在逻辑电路和固态开关之间的接口电路，选择接口电路去对接按照所需电压和电流选择尺寸的固态开关。

22.如权利要求21所述的升降机起动器，其特征在于逻辑电路包括处理器和存储器电路。

23.如权利要求21所述的升降机起动器，其特征在于接口电路包括检测电路和缓冲电路。

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