CN1777020B - 用于控制空调的风扇马达的速度的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制空调的风扇马达(HIM(混合感应马达))的速度的装置，其通过控制风扇马达的每分钟转数(RPM)来扩展空调的风扇马达的速度控制范围。为了扩展HIM的速度控制范围，基于与HIM电连接的开关器件的预设占空比来控制HIM的RPM。

Description

用于控制空调的风扇马达的速度的装置
技术领域
本发明涉及空调，并且更为具体的说，涉及用于控制空调的风扇马达的速度的装置。
背景技术
总的来说，单相感应马达用作空调的风扇马达。为了产生转动扭矩，单相感应马达提供产生转动场的磁化电流和从转子产生的感应电流给与外部电源端子连接的绕组。
单相感应马达因为定子的初级铜损和转子的次级铜损的缘故而具有提高效率的限制。
为了解决这个限制，近来，将如图1和2所示的HIM(混合感应马达)用作空调的风扇马达。
图1是根据现有技术的HIM的示意性截面图，而图2是沿着图1的HIM的B-B’线截取的示意性截面顶视图。
如图1和2所示，现有HIM100的托架104包括定子105和安装在定子105内侧的感应转子101。在定子105的内侧突出地形成多个槽108，并将用于施加电流的线圈103缠绕在槽108处。
将铝转子条112垂直插入在转子101的边缘处上/下方向上形成的多个空气间隙，并且铝的子条112由端环102连接。
将用于传送转子101的转动力到外侧的转动轴109安装在形成在感应转子101的中心处的空气间隙110中。转动轴109能够由安装在托架104处的不加油轴承107来转动。
将永磁体转子106安装在定子105和感应转子101之间，其用于在由从定子105产生的转动场转动的同时以强磁通量转动转子101。
当将AC电压加到现有HIM时，由加到定子105的线圈103的电流转动永磁体106，并且转动的永磁体转子106产生具有强磁通量的转动场，以转动感应转子101。同时，低惯性状态的永磁体转子106和风扇(没有示出)分开，并且因为定子105的转动场的缘故而转动，并且随着由于永磁体转子106的转动场而将产生磁通量的扭矩提供给感应转子101，使感应转子101转动。
换句话说，当永磁体转子106由从分布的绕组的定子产生的、椭圆形状的转动场转动时，永磁体转子106产生具有强磁通量的转动场，以使得感应转子101转动，使得HIM以高效率和低噪声工作。
下面将参考图3和4描述现有的用于控制空调的风扇马达和一般感应马达的速度的装置的电压特性。
图3是示出了现有HIM和一般感应马达的速度特性的视图。
如图3所示，当用于通过控制被通过一个三端双向可控硅开关元件加到风扇马达(HIM)的电压的相位来控制风扇马达的转动速度的装置应用于HIM时，根据电压的速度控制范围(也就是，790-880RPM(每分钟转数))被限定。即，因为永磁体转子106的缘故速度控制范围被限制在790-880RPM(880RPM-790RPM＝90RPM)。这造成的问题在于用于控制风扇马达的速度的现有装置不能应用于需要大于100RPM的速度控制范围的空调。
于2004年11月16日发布的U.S.专利No.6,819,026也公开了用作空调的风扇马达的感应马达。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于控制空调的风扇马达的速度的装置，其能够通过控制风扇马达的每分组转数(RPM)来扩展风扇马达的速度控制范围。
为实现本发明的这些和其它的优点，以及根据本发明的目的，如这里具体地和广泛地描述的，提供了一种用于控制HIM(混合感应马达)的速度的装置，其中为了扩展HIM的速度控制范围，基于与HIM电连接的开关器件的预设占空比来控制HIM的RPM。
为实现上述目的，还提供了一种用于控制空调的风扇马达的速度的装置，该空调具有的风扇马达具有定子、感应转子和被安装在定子和感应转子之间的永磁体转子，该装置包括：控制器，其用于产生对应于由用户输入的用于转动风扇马达的转动请求信号的预定占空比控制信号；以及开关器件，其用于通过根据占空比控制信号控制加到风扇马达的电压来控制风扇马达的RPM，其中该占空比控制信号控制开关器件的接通时间和断开时间。
通过下面结合附图的本发明的详细描述更为清楚地理解本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点。
附图说明
附图是为了能进一步了解本发明而包含的，并且被纳入本说明书中构成本说明书的一部分，这些附图示出了本发明的实施例，并用于与本说明书一起对本发明的原理进行说明。
在附图中：
图1是根据现有技术的HIM的示意性截面图；
图2是从图1的HIM的B-B’截取的示意性俯视图；
图3是示出了根据现有技术的HIM和一般感应马达的速度特性的曲线图；
图4是示出了根据本发明的用于控制空调的风扇马达的速度的装置的框图；以及
图5A和5B是示出了根据本发明的通过用于控制空调的风扇马达的速度的装置加到风扇马达的电压和转动速度的视图。
具体实施方式
多次的试用、失误和实验显示相比一般的感应马达，根据本发明的用于控制空调的风扇马达的速度的装置在其应用于HIM(混合感应马达)能够更为有效地扩展速度控制范围。
用于控制空调的风扇马达的速度的装置能够通过控制用于控制空调的风扇马达的平均RPM(每分钟转数)来扩展风扇马达(HIM)的速度控制范围，将参考图4和5详细描述该根据本发明优选实施例的装置。
图4是示出了根据本发明的用于控制空调的风扇马达的速度的装置的结构的框图。
如图4所示，用于控制空调的风扇马达的速度的装置包括：控制器201，其用于产生对应于由用户输入的用于转动风扇马达(HIM)204的转动请求信号的预定的占空比控制信号；以及三端双向可控硅开关元件203，其用于通过根据占空比控制信号来控制加到风扇马达的电压来控制风扇马达的RPM，以扩展风扇马达204的速度控制范围。
优选地，将用于存储预定占空比控制信号的存储器202和控制器201连接，其中预定占空比控制信号用于控制风扇马达204的RPM。
在本发明中，能够使用比如反相器的开关器件来代替三端双向可控硅开关元件203。
占空比控制信号是用于控制三端双向可控硅开关元件203在一个周期期间的接通时间和断开时间的比率的信号。即，占空比控制信号在第一预设时间期间接通三端双向可控硅开关元件203，并且在第二预设时间期间断开三端双向可控硅开关元件203。
换句话说，计算根据多种占空比控制信号的HIM204的RPM的平均值，并且在存储器202中存储对应于计算的平均值的占空比控制信号，并且之后，基于存储的占空比控制信号控制风扇马达204的RPM的平均值，由此扩展风扇马达204的速度控制范围。
当输入用于增加风扇马达204的RPM的转动请求信号时，控制器201产生用于加长三端双向可控硅开关元件203的接通时间和缩短断开时间的占空比控制信号。优选地，断开时间不超过1秒。
同时，当输入用于降低风扇马达的RPM的转动请求信号时，控制器产生用于缩短三端双向可控硅开关元件203的接通时间和加长断开时间的占空比控制信号。优选地，三端双向可控硅开关元件203的接通时间不超过1秒。
下面将参考图5A和5B详细描述根据本发明的用于控制空调的风扇马达的速度的装置的工作。
图5A和5B是示出了根据本发明的通过用于控制空调的风扇马达的速度的装置加到风扇马达的电压和转动速度的曲线图。
首先，当由用户输入用于转动风扇马达204的转动请求信号时，控制器201输出对应于转动请求信号的占空比控制信号给三端双向可控硅开关元件203。
参考图5A，当由用户输入用于以750RPM(W1)转动风扇马达204的转动请求信号时，控制器201输出对应于该转动请求信号的预定占空比控制信号(例如，占空比1/(1+0.5))给三端双向可控硅开关元件203。例如，控制器201接通三端双向可控硅开关元件203一秒种(间隔S1)以施加电压到风扇马达204。在这里，当在初始的一秒钟内接通三端双向可控硅开关元件203时，HIM204以最大880RPM速度转动。
然后，控制器201将三端双向可控硅开关元件203断开0.5秒钟(间隔S2)，以不将电压施加到HIM204。在这个情况下，因为在0.5秒钟内不将电压Vac提供给HIM204，该HIM204的RPM在0.5秒钟内被减少。在这里，0.5秒意味着考虑HIM204的惯性和机械时间常数，对于HIM不会停止转动的时间。通过实验测量，在间隔S2期间HIM204的平均RPM(最小RPM)是620RPM。
控制器201再次接通三端双向可控硅开关元件203一秒种(间隔S3)以将电压施加到HIM204一秒种。在这时，因为HIM204根据惯性以平均620RPM转动，HIM204变为以平均880RPM转动。在间隔S3期间通过实验测量的HIM204的平均RPM(最大RPM)是880RPM。
因此，当根据占空比控制信号(1/(1+0.5))操作用于控制速度的装置时，因为通过实验测量的HIM204的最小RPM(也就是，在将三端双向可控硅开关元件203断开0.5秒时的平均RPM)是620RPM，以及通过实验测量的HIM204的最大RPM(也就是，在将三端双向可控硅开关元件203接通1秒时的平均RPM)是880RPM，所以风扇马达(HIM)204的RPM的平均值是750RPM(620RPM+880RPM/2)。
参考图5B，当由用户输入用于以560RPM(W2)转动风扇马达204的转动请求信号时，控制器201输出对应于转动请求信号的预定占空比控制信号(例如，占空比1/(1+1))给三端双向可控硅开关元件203。即，控制器201接通三端双向可控硅开关元件203一秒种(间隔S4)以施加电压到HIM 204。在这个情况下，当接通三端双向可控硅开关元件203初始的一秒钟时，该HIM 204以最大880RPM转动。
然后，控制器201将三端双向可控硅开关元件203断开一秒钟(间隔S5)，以便不将电压加到HIM204一秒种。然后，因为在一秒钟内不将电压Vac施加给HIM204，该HIM 204的RPM在一秒钟内减少(HIM由惯性转动)。在这里，1秒意味着考虑HIM 204的惯性和机械时间常数，对于HIM不会停止转动的时间。通过实验测量，在间隔S5期间HIM 204的平均RPM(最小RPM)是300RPM。
然后，控制器201将三端双向可控硅开关元件203接通一秒钟(间隔S6)，以将电压施加到HIM 204。然后，以平均820RPM转动HIM204。即，因为在间隔S5期间HIM 204的平均RPM(300RPM)小于在间隔S2期间的平均RPM(620RPM)，通过实验测量，在间隔S6期间HIM 204的平均RPM(最大RPM)是820RPM。
因此，当根据占空比控制信号(1/(1+1))操作用于控制速度的装置时，由于通过实验测量的HIM 204的最小RPM(在将三端双向可控硅开关元件接通一秒钟时的平均RPM)是300RPM和最大RPM(在将三端双向可控硅开关元件接通1秒时的平均RPM)是820RPM，所以HIM 204的RPM的平均值是560RPM(300RPM+820RPM/2＝560RPM)。
因此，通过根据三端双向可控硅开关元件的多种占空比来转动HIM 204，之前计算HIM 204的RPM的平均值和根据对应于先前计算的平均值的占空比控制信号来控制三端双向可控硅开关元件203的接通时间/断开时间，可以扩展HIM 204的速度控制范围。例如，当将用于控制空调的风扇马达的速度的装置应用于HIM 204时，空调的风扇马达的速度控制范围包括560、750和880RPM，本发明能够应用于需要100RPM或以上的速度控制范围的空调。
如上所述，根据本发明的用于控制空调的风扇马达的速度的装置具有的优点在于，通过基于三端双向可控硅开关元件的预设占空比来转动HIM和控制转动的HIM的RPM的平均值，可以扩展HIM的速度控制范围。
因为在不脱离本发明的精神和本质特征的情况下，本发明可以具体表现为多种形式，应该理解除非特别说明，上述的实施例不由任意前述描述的细节所限制，而是应该在附加的权利要求中定义的精神和范围内被广泛的理解，并且因此，所有在权利要求范围，或范围的等效物内的修改和变更都意在被附加的权利要求所包括。

Claims (13)

1.一种用于控制混合感应马达的速度的装置，其中，该混合感应马达具有定子、感应转子和安装在定子和感应转子之间的永磁体转子，为了扩展混合感应马达的速度控制范围，基于与混合感应马达电连接的开关器件的预设占空比来控制混合感应马达的平均每分钟转数RPM。
2.如权利要求1所述的装置，其中，该开关器件是三端双向可控硅开关元件。
3.如权利要求1所述的装置，其中，该开关器件是反相器。
4.如权利要求1所述的装置，其包括：
控制器，其用于产生预定的占空比控制信号，且该占空比控制信号对应于由用户输入的用于转动混合感应马达的转动请求信号；以及
三端双向可控硅开关元件，其用于通过控制根据占空比控制信号加到风扇马达的电压来控制风扇马达的RPM，
其中该占空比控制信号控制开关器件的接通时间和断开时间。
5.一种用于控制空调的风扇马达的速度的装置，该风扇马达具有定子、感应转子和安装在定子和感应转子之间的永磁体转子，该装置包括：
控制器，其用于产生预定的占空比控制信号，且该占空比控制信号对应于由用户输入的用于转动风扇马达的转动请求信号；以及
开关器件，其用于通过控制根据占空比控制信号施加到风扇马达的电压来控制风扇马达的每分钟转数RPM的平均值，其中，该占空比控制信号控制开关器件的接通时间和断开时间。
6.如权利要求5所述的装置，其中，该开关器件是反相器。
7.如权利要求5所述的装置，其中，该开关器件是三端双向可控硅开关元件。
8.如权利要求7所述的装置，其中，该占空比控制信号在第一预设时间期间接通三端双向可控硅开关元件，并且在第二预设时间期间断开三端双向可控硅开关元件。
9.如权利要求7所述的装置，其中，当输入用于增加风扇马达的RPM的转动请求信号时，控制器产生用于加长三端双向可控硅开关元件的接通时间和缩短三端双向可控硅开关元件的断开时间的占空比控制信号，并且当输入用于降低风扇马达的RPM的转动请求信号时，控制器产生用于缩短三端双向可控硅开关元件的接通时间和加长三端双向可控硅开关元件的断开时间的占空比控制信号。
10.如权利要求9所述的装置，其中，该三端双向可控硅开关元件的断开时间不大于一秒种。
11.如权利要求10所述的装置，其中，该控制器控制在三端双向可控硅开关元件断开时风扇马达的平均RPM和在三端双向可控硅开关元件接通时风扇马达的平均RPM的平均值，由此扩展风扇马达的速度控制范围。
12.如权利要求11所述的装置，进一步包括：
存储器，其用于存储预定的占空比控制信号。
13.如权利要求12所述的装置，其中，该风扇马达在三端双向可控硅开关元件断开时由惯性转动，并且该风扇马达在三端双向可控硅开关元件接通时由电压转动。
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