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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Strom- oder Leistungswandlungsschaltung für eine induktive Last und insbesondere eine Strom- oder Leistungswandlungsschaltung, die speziell für einen BLDC-Motor geeignet ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) hat einen Magnetläufer und einen Ständer mit mindestens einer Wicklung. Der Motor kann über eine Strom- oder Leistungswandlungsschaltung mit Strom aus einer Wechselstromversorgung versorgt werden. 1 zeigt Signale von Spannung, Strom und Leistung einer Wechselstromversorgung auf der Basis einer üblichen Strom- oder Leistungswandlungsschaltung. Im Moment der Verbindung des Motors mit der Wechselstromversorgung fließt Strom durch die Wicklung des Ständers des BLDC-Motors, und es wird Energie in dem durch die Wicklung erzeugten Magnetfeld gespeichert. Da die Wicklung ein induktives Element ist, ist die Phase des Stromsignals gegenüber der Phase des Spannungssignals verzögert. Im Moment der Verbindung des Motors mit der Stromversorgung ist der Läufer des Motors stationär, und es wird durch die Wicklung keine gegenelektromotorische Kraft (EMK) erzeugt. Mit ansteigender Spannung vergrößert die unter Strom gesetzte Wicklung die Stärke des erzeugten Magnetfeldes, das mit dem Magnetfeld des Läufers zusammenwirkt, um den Läufer anzutreiben, weshalb die Wicklung eine Gegen-EMK VB erzeugt. Entsprechend der üblichen Strom- oder Leistungswandlungsschaltung wird die Wicklung während der gesamten Zeitspanne, in der die Wechselspannung größer als die Gegen-EMK VB ist, gespeist, und die durch die Wicklung gespeicherte Energie ist relativ hoch. Nachdem sich die Wechselspannung auf einen Wert verringert hat, der kleiner ist als die Gegen-EMK VB, wird die Stromzufuhr aus der Wechselstromquelle gestoppt, und die Wicklung beginnt, Energie abzugeben, was normalerweis bis zu einem Zeitpunkt nach dem Nulldurchgang der Wechselspannung andauert, wie das durch den schattierten Bereich in 1 dargestellt ist, und aus diesem Grund wird eine negative Leistung erzeugt. Die negative Leistung bewirkt, dass ein Teil der Energie in das Stromnetz zurückfließt, und verbraucht elektrische Energie, was zu einer Abnahme der Wirkleistung der Wechselstromversorgung führt.
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ÜBERSICHT
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Es wird daher eine Strom- oder Leistungswandlungsschaltung gewünscht, die die negative Leistung verringert.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Strom- oder Leistungswandlungsschaltung für die Stromzufuhr zu einer induktiven Last angegeben, umfassend: einen Wandler zum Umwandeln einer Wechselstromspannung in eine Gleichstromspannung mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluss für die Verbindung mit einer Wechselstromversorgung und einem ersten und einem zweiten Gleichstromanschluss, die eine Gleichstromspannung ausgeben; einen Schaltkreis, der einen ersten und einen zweiten gesteuerten Anschluss umfasst und geschaltet werden kann zwischen einem leitenden Zustand, in dem der erste und der zweite gesteuerte Anschluss miteinander verbunden sind, und einem nichtleitenden Zustand, in dem erste und der zweite gesteuerte Anschluss voneinander getrennt sind, und einen Steueranschluss zum Steuern des Schattens des Schaltkreises zwischen dem leitenden und nichtleitenden Zustand; eine Steuerschaltung, die ein Steuersignal zum Schalten zwischen dem leitenden und nichtleitenden Zustand bereitstellt; und einen Energiesparstromkreis, der mit dem zweiten gesteuerten Anschluss und dem zweiten Gleichstromanschluss verbunden ist und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss für die Stromzufuhr zu der induktiven Last hat, wobei Energiesparstromkreis Energie speichert, wenn der Schaltkreis leitend ist, und Energie an die induktive Last abgibt, wenn der Schaltkreis nichtleitend ist.
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Vorzugsweise umfasst die Steuerschaltung einen PWM-Signalgenerator.
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Vorzugsweise ist zwischen den ersten und den zweiten Gleichstromanschluss ein Filterstromkreis geschaltet.
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Vorzugsweise umfasst der Filterstromkreis einen ersten Kondensator, der zwischen den ersten und den zweiten Gleichstromanschluss geschaltet ist.
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Vorzugsweise umfasst der Energiesparstromkreis eine Diode, die zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss und den zweiten Gleichstromanschluss geschaltet ist, und eine Induktivität, die zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss und den ersten Ausgangsanschluss oder zwischen den zweiten Gleichstromanschluss und den zweiten Ausgangsanschluss geschaltet ist.
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Vorzugsweise umfasst der Energiesparstromkreis ferner einen zweiten Kondensator, der zwischen den ersten und den zweiten Ausgangsanschluss geschaltet ist.
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Vorzugsweise sind der erste und der zweite Ausgangsanschluss jeweils mit dem zweiten gesteuerten Anschluss und dem zweiten Gleichstromanschluss verbunden.
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Vorzugsweise umfasst der Energiesparstromkreis ferner eine Induktivität, die zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss und den zweiten Gleichstromanschluss geschaltet ist, und eine Diode, die zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss und den ersten Ausgangsanschluss oder zwischen den zweiten Gleichstromanschluss und den zweiten Ausgangsanschluss geschaltet ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Strom- oder Leistungswandlungsschaltung für die Stromzufuhr zu einer induktiven Last angegeben, umfassend einen Schaltkreis und eine Energiesparstromkreis; wobei die induktive Last mit einem elektrischen Strom versorgt wird und der Energiesparstromkreis aufgeladen wird, wenn der Schaltkreis leitend ist, und wobei die induktive Last von dem elektrischen Strom getrennt und die in dem Energiesparstromkreis gespeicherte Energie an die induktive Last abgegeben wird, wenn der Schaltkreis nichtleitend ist.
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Vorzugsweise ist der Schaltkreis mit dem Energiesparstromkreis in Reihe geschaltet.
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Vorzugsweise umfasst die induktive Last einen Elektromotor.
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Vorzugsweise umfasst die induktive Last einen BLDC-Motor und die Strom- oder Leistungswandlungsschaltung umfasst ferner einen Inverter, der zwischen den Energiesparstromkreis und den BLDC-Motor geschaltet ist.
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Vorzugsweise ist der Inverter eine H-Brückentreiberschaltung.
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Vorzugsweise ist der Schaltkreis zwischen eine Gleichstromspannung und den Energiesparstromkreis geschaltet.
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Vorzugsweise ist der Energiesparstromkreis zwischen den Schaltkreis und die induktive Last geschaltet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Zeichnungsfigur erscheinen, sind in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, grundsätzlich identisch gekennzeichnet. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
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1 zeigt Signale von Spannung, Strom und Leistung einer Wechselstromversorgung auf der Basis einer üblichen Strom- oder Leistungswandlungsschaltung;
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2 zeigt eine Strom- oder Leistungswandlungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt eine Strom- oder Leistungswandlungsschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt Signale von Spannung, Strom und Leistung einer Wechselstromversorgung auf der Basis der Strom- oder Leistungswandlungsschaltung in 3;
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5 zeigt eine Strom- oder Leistungswandlungsschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt Signale von Spannung, Strom und Leistung einer Wechselstromversorgung auf der Basis der Strom- oder Leistungswandlungsschaltung in 5;
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7 zeigt eine Strom- oder Leistungswandlungsschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt Signale von Spannung, Strom und Leistung einer Wechselstromversorgung auf der Basis der Strom- oder Leistungswandlungsschaltung in 7;
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9 zeigt eine Strom- oder Leistungswandlungsschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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2 zeigt eine Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung. Die Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10 ist ausgebildet für eine Stromzufuhr zu einer induktiven Last 62. In dieser Ausführungsform ist die induktive Last 62 vorzugsweise ein BLDC-Motor, der durch einen Inverter angesteuert wird, der vorzugsweise eine H-Brückentreiberschaltung ist. Die Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10 umfasst einen AC/DC-Wandler 20, einen Schaltkreis 30, eine Steuerschaltung 40 und einen Energiesparkstromkreis 50.
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Der AC/DC-Wandler 20 wandelt eine Wechselstromspannung aus einer Wechselstromversorgung 61 um in eine Gleichstromspannung und umfasst einen ersten Eingangsanschluss 21, einen zweiten Eingangsanschluss 22, einen ersten Gleichstromanschluss 23 und einen zweiten Gleichstromanschluss 24. Der erste und der zweite Eingangsanschluss 21 und 22 sind mit der Wechselstromversorgung 61 verbunden. Der erste und der zweite Gleichstromanschluss 23 und 24 geben die Gleichstromspannung aus.
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Der Schaltkreis 30 umfasst einen ersten gesteuerten Anschluss 31, einen zweiten gesteuerten Anschluss 32 und einen Steueranschluss 33, der die leitende Verbindung oder die Trennung des ersten und des zweiten gesteuerten Anschlusses 31 und 32 steuert. Der erste gesteuerte Anschluss 31 ist mit dem ersten Gleichstromanschluss 23 verbunden. Die Steuerschaltung 40 liefert ein Steuersignal an den Steueranschluss 33 für die selektive Verbindung und Trennung des ersten gesteuerten Anschlusses 31 mit und von dem zweiten gesteuerten Anschluss 32. Der Schaltkreis gilt als leitend, wenn der erste und der zweite gesteuerte Anschluss miteinander verbunden sind.
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Der Energiesparstromkreis 50 ist mit dem zweiten gesteuerten Anschluss 32 und dem zweiten Gleichstromanschluss 24 verbunden und umfasst einen ersten Ausgangsanschluss 51 und einen zweiten Ausgangsanschluss 52, die vorzugsweise über einen in 2 nicht dargestellten Inverter mit der induktiven Last 62 verbunden sind. Der Energiesparstromkreis 50 speichert Energie, wenn der Schaltkreis 30 leitend ist, und gibt Energie an die induktive Last 62 ab, wenn der Schaltkreis 30 nichtleitend ist, so dass der Betrieb des BLDC-Motors aufrecht erhalten wird.
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3 zeigt eine Strom- oder Leistungswandlungsschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist der AC/DC-Wandler 20 vorzugsweise ein Halbbrücken-Diodengleichrichter. Der Schaltkreis 30 enthält vorzugsweise einen Bipolartransistor (BJT) oder einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Der Kollektor und der Emitter des BJT oder der Drain und die Source des MOSFET sind der erste und der zweite gesteuerte Anschluss 31 und 32, und die Basis des BJT oder das Gate des MOSFET ist der Steueranschluss 33. Der erste gesteuerte Anschluss 31 ist mit dem ersten Gleichstromanschluss 23 verbunden. Die Steuerschaltung 40 enthält vorzugsweise einen PWM-Signalgenerator oder eine andere Arte eines Signalgenerators, wie zum Beispiel einen Einchip-Mikroprozessor.
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Der Energiesparstromkreis 50 umfasst einen zweiten Kondensator C2, der zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss 32, der direkt mit dem ersten Ausgangsanschluss 51 verbunden ist, und den zweiten Gleichstromanschluss 24, der direkt mit dem zweiten Ausgangsanschluss 52 verbunden ist, geschaltet ist. Die Schalter in der H-Brückentreiberschaltung 63 können durch eine Steuereinheit gesteuert werden, für einen normalen Betrieb des Motors. Vorzugsweise ist die Steuereinheit in die Steuerschaltung 40 eingebunden.
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Es wird auf 4 Bezug genommen. Während des Betriebs wandelt die Wandlerschaltung 20 die Wechselstromspannung in eine Gleichstromspannung um, die an dem ersten und an dem zweiten Gleichstromanschluss 23 und 24 angelegt wird. Unter der Steuerung der Steuerschaltung 40 ist der Schaltkreis 30 wahlweise leitend und nichtleitend. Wenn der Schaltkreis 30 leitend ist, wird die Gleichstromspannung zum dem BLDC-Motor geleitet, und der BLDC-Motor beginnt sich zu drehen, und es wird durch die Motorwicklungen eine Gegen-EMK VB erzeugt. Wenn die Spannung der Wechselstromversorgung 61 auf einen Wert ansteigt, der größer ist als die Gegen-EMK VB (bei Punkt A in der Figur), wird der Strom von der Wechselstromversorgung 61 bereitgestellt. Vor Punkt A fließt kein Strom aus der Wechselstromversorgung 61.
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Unter der Steuerung der Steuerschaltung 40 ist der Schaltkreis 30 leitend oder nichtleitend. Die Wechselstromversorgung 61 liefert während der Periode zwischen Punkt A und Punkt B, in der die Spannung der Wechselstromversorgung 61 größer ist als die Gegen-EMK VB, Strom zur induktiven Last 62. Wenn der Schaltkreis 30 leitend ist, bildet die Wechselstromversorgung 61 einen ersten Stromkreis mit dem AC/DC-Wandler 20, dem Schaltkreis 30, der H-Brückentreiberschaltung 63 und dem BLDC-Motor 62. Die Wechselstromversorgung 61 bildet einen zweiten Stromkreis mit dem AC/DC-Wandler 20, dem Schaltkreis 30 und dem Energiesparstromkreis 50, weshalb Energie in dem Energiesparstromkreis 50 gespeichert wird. Wenn der Schaltkreis 30 nichtleitend ist, wird von der Wechselstromversorgung 61 kein Strom bereitgestellt, da es unmöglich ist, den vorstehend beschriebenen ersten oder zweiten Stromkreis zu bilden. Während dieser Periode gibt der Energiesparstromkreis 50 Energie an die H-Brückentreiberschaltung 63 und den BLDC-Motor 62 ab, um den Betrieb des Motors aufrecht zu erhalten. Dadurch liefert die Wechselstromversorgung 61 eine Reihe von Stromimpulsen, und es entsteht keine Stromverschiebung nach dem Nulldurchgang der Wechselstromspannung.
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Sofern in der Wicklung des Motors Energie gespeichert ist, das heißt, wenn an der induktiven Last 62 eine Spannung vorliegt, fließt die in dem Motor eingesparte Energie, wenn die Wechselstromspannung auf einen Wert gleich der Gegen-EMK VB (an Punkt B in der Figur) oder sogar auf Null abfällt, über die H-Brückentreiberschaltung 63 und den Schaltkreis 30 zurück zur Wechselstromversorgung 61. Die Entladungsperiode entspricht der Schaltfrequenz und der Dauer des leitenden Zustands des Schaltkreises 30, was dem Tastverhältnis des Steuersignals der Steuerschaltung 40 entspricht. Da der Schaltkreis 30 abwechselnd leitend und nichtleitend ist, wird die Zeitspanne des Aufladens der Wicklung des Motors verkürzt, weshalb in der Wicklung weniger Energie gespeichert wird und die Entladung der Wicklung rasch beendet werden kann. Dadurch kann die Stromverschiebung verringert werden, und die negative Leistung wird verringert, was die effektive Ausgangsleistung des Motors verbessert und den Stromverbrauch des Stromnetzes reduziert, so dass auch der Wirkungsgrad vergrößert wird. In dieser Ausführungsform ist die negative Leistung umso geringer, je höher die Schaltfrequenz des Schaltkreises 30 und je kleiner das Tastverhältnis des Steuersignals ist.
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Vorzugsweise ist zwischen den ersten und den zweiten Gleichstromanschluss 23 und 24 ein Filterstromkreis zum Filtern der Gleichstromspannung, die von dem ersten und dem zweiten Gleichstromanschluss 23 und 24 ausgegeben wird, geschaltet. In dieser Ausführungsform enthält der Filterstromkreis einen ersten Kondensator C1. Es versteht sich, dass der Filterstromkreis alternativ eine LC-Schaltung enthalten könnte, wobei die Induktivität der LC-Schaltung zwischen den AC/DC-Wandler 20 und den ersten Kondensator C1 geschaltet wäre, oder nur eine Induktivität enthalten könnte.
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Während der Zeitspanne zwischen Punkt A und Punkt B kann die Drehzahl des Motors gesteuert werden durch eine Einstellung der Dauer des leitenden Zustands des Schaltkreises 30, die dem Tastverhältnis des Steuersignals der Steuerschaltung 40 entspricht. Je höher das Tastverhältnis ist, was bedeutet, dass der Schaltkreis 30 länger leitend ist, desto mehr Energie wird in der Wicklung des BLDC-Motors eingespart und desto größer ist die negative Leistung.
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Es versteht sich, dass der Schaltkreis 30 alternativ zwischen den zweiten Gleichstromanschluss 24 und die Energiesparschaltung 50 geschaltet sein kann.
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5 zeigt die Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10b gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10b ist ähnlich wie die Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10 in der vorstehenden Ausführungsform. Der Unterschied ist, dass die Energiesparschaltung 50b der Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10b eine Diode D und eine Induktivität L umfasst. Die Anode der Diode D ist mit dem zweiten Gleichstromanschluss 24 und die Kathode der Diode D mit dem zweiten gesteuerten Anschluss 32 verbunden. Die Induktivität L ist zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss 32 und den ersten Ausgangsanschluss 51 geschaltet. Der zweite Ausgangsanschluss 52 ist direkt mit dem zweiten Gleichstromanschluss 24 verbunden.
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Es wird auf 6 Bezug genommen. Während des Betriebs liegt an dem BLDC-Motor 62 eine Spannung an, der BLDC-Motor dreht sich, und durch die Wicklung wird eine Gegen-EMK VB erzeugt. Wenn die Wechselstromspannung auf einen Wert ansteigt, der größer ist als die Gegen-EMK VB (bei Punkt A in der Figur), wird durch die Wechselstromversorgung 61 Strom bereitgestellt. Während der Periode zwischen Punkt A und Punkt B, in der die Spannung der Wechselstromversorgung 61 größer ist als die Gegen-EMK VB, bildet die Wechselstromversorgung 61, wenn der Schaltkreis 30 leitend ist, einen Stromkreis mit dem AC/DC-Wandler 20, dem Schaltkreis 30, der Induktivität L des Energiesparstromkreises 50b, der H-Brückentreiberschaltung 63 und dem BLDC-Motor 62, und es wird Strom in der Induktivität L gespeichert. Wenn der Schaltkreis 30 nichtleitend ist, wird von der Wechselstromversorgung 61 kein Strom bereitgestellt, da es unmöglich ist, den vorgenannten Ladestromkreis zu bilden. Während dieser Periode bildet Energiesparstromkreis 50b einen Entladestromkreis 50b über die Diode D, um Energie an die H-Brückentreiberschaltung 63 und den BLDC-Motor 62 abzugeben, um den Betrieb des Motors aufrecht zu erhalten. Dadurch liefert die Wechselstromversorgung 61 eine Reihe von Stromimpulsen, wie in 6 gezeigt.
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Wenn die Wechselstromspannung auf einen Wert gleich der Gegen-EMK VB (bei Punkt B in der Figur) abfällt, fließt die in der Wicklung des Motors gesparte Energie über die H-Brückentreiberschaltung und den Schaltkreis 30 zurück zur Wechselstromversorgung 61, wenn der Schaltkreis 30 leitend ist. Da der Schaltkreis 30 abwechselnd leitend und nichtleitend ist, wird die Zeitspanne des Ladens der Wicklung des Motors verkürzt, weshalb in der Wicklung weniger Energie gespeichert wird und die Entladung der Wicklung rasch beendet werden kann. Dadurch wird die negative Leistung verringert, was die effektive Ausgangsleistung des Motors erhöht und den Stromverbrauch des Stromnetzes verringert, so dass der Wirkungsgrad vergrößert wird. Ferner kann die Induktivität Oberschwingungen des Stroms und elektromagnetische Störungen verringern.
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Es versteht sich, dass die Induktivität L alternativ zwischen den zweiten Gleichstromanschluss 24 und den zweiten Ausgangsanschluss 52 geschaltet sein kann und dass der Schaltkreis 30 alternativ zwischen den zweiten Gleichstromanschluss 24 und die Energiesparschaltung 50b geschaltet sein kann.
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7 zeigt die Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10c gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10c ist ähnlich wie die Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10. Der Unterschied ist, dass der Energiesparstromkreis 50c der Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10c eine Diode D, eine Induktivität L und einen zweiten Kondensator C2 umfasst. Die Anode der Diode D ist mit dem zweiten Gleichstromanschluss 24 und die Kathode der Diode D mit dem zweiten gesteuerten Anschluss 32 verbunden. Die Induktivität L ist zwischen den zweiten Gleichstromanschluss 24 und den zweiten Ausgangsanschluss 52 geschaltet. Die Anode des zweiten Kondensators C2 ist mit dem ersten Ausgangsanschluss 51 und die Kathode des zweiten Kondensators C2 mit dem zweiten Ausgangsanschluss 52 verbunden. Der erste Ausgangsanschluss 51 ist direkt mit dem zweiten gesteuerten Anschluss 32 verbunden.
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Es wird auf 8 Bezug genommen. Während des Betriebs liegt an dem BLDC-Motor eine Spannung an, der BLDC-Motor dreht sich, und es wird durch die Wicklung eine Gegen-EMK VB erzeugt. Wenn die Spannung der Wechselstromversorgung 61 auf einen Wert ansteigt, der größer ist als die Gegen-EMK VB (bei Punkt A in der Figur), wird durch die Wechselstromversorgung 61 Strom bereitgestellt. Während der Periode zwischen Punkt A und Punkt B, in der die Spannung der Wechselstromversorgung 61 größer ist als die Gegen-EMK VB, bildet die Wechselstromversorgung 61, wenn der Schaltkreis 30 leitend ist, einen ersten Stromkreis mit dem AC/DC-Wandler 20, dem Schaltkreis 30, der Induktivität des Energiesparstromkreises 50b, der H-Brückentreiberschaltung 63 und dem BLDC-Motor 62 und bildet einen zweiten Stromkreis mit dem AC/DC-Wandler 20, dem Schaltkreis 30, der Induktivität L und dem zweiten Kondensator C2 des Energiesparstromkreises 50c, weshalb Energie in der Induktivität L und in dem zweiten Kondensator C2 gespeichert wird. Wenn der Schaltkreis 30 nichtleitend ist, wird von der Wechselstromversorgung 61 kein Strom bereitgestellt, da es unmöglich ist, den vorstehend genannten ersten und zweiten Stromkreis zu bilden. Während dieser Periode bildet die Induktivität 12 einen Entladestromkreis über die Diode D, um Energie an die H-Brückentreiberschaltung und an den BLDC-Motor abzugeben. Der zweite Kondensator C2 gibt Energie an die H-Brückentreiberschaltung und an den BLCD-Motor ab. Deshalb wird der Betrieb des Motors aufrecht erhalten. Dadurch liefert die Wechselstromquelle 61 eine Reihe von Stromimpulsen, wie in 8 gezeigt.
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Wenn die Wechselstromspannung auf einen Wert gleich der Gegen-EMK VB (bei Punkt B in der Figur) abfällt, fließt die in der Wicklung des Motors gesparte Energie über die H-Brückentreiberschaltung 63 und den Schaltkreis 30 zurück zur Wechselstromversorgung 61, wenn der Schaltkreis 30 leitend ist. Da der Schaltkreis 30 abwechselnd leitend und nichtleitend ist, wird die Zeitspanne des Ladens der Wicklung des Motors verkürzt, weshalb in der Wicklung weniger Energie gespeichert wird und die Entladung der Wicklung rasch beendet werden kann. Dadurch wird die negative Leistung verringert, was die effektive Ausgangsleistung des Motors verbessert und den Stromverbrauch des Stromnetzes verringert, so dass der Wirkungsgrad vergrößert wird. Ferner können die Induktivität L und der zweite Kondensator C2 Oberschwingungen des Stroms und elektromagnetische Störungen verringern, die an dem BLDC-Motor angelegte Spannung stabilisieren und damit die Geschwindigkeit des Motors stabilisieren.
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Es versteht sich, dass die Induktivität L alternativ zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss 32 und den ersten Ausgangsanschluss 51 geschaltet sein kann und dass der Schaltkreis 30 alternativ zwischen den zweiten Gleichstromanschluss 24 und die Energiesparschaltung 50c geschaltet sein kann.
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9 zeigt die Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10d gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10d ist ähnlich wie die Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10c. Der Unterschied ist, dass in dem Energiesparstromkreis 50d der Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 10d die Induktivität L zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss 32 und den zweiten Gleichstromanschluss 24 geschaltet ist, dass die Anode der Diode D mit dem ersten Ausgangsanschluss 51 und die Kathode der Diode D mit dem zweiten gesteuerten Anschluss 32 verbunden ist und die Anode des zweiten Kondensators C2 der Energiesparschaltung 50d mit dem zweiten Ausgangsanschluss 52 und die Kathode des zweiten Kondensators C2 mit dem ersten Ausgangsanschluss 51 verbunden ist.
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Es wird erneut auf 8 Bezug genommen. Während des Betriebs liegt an dem BLDC-Motor eine Spannung an, der BLDC-Motor dreht sich, und durch die Wicklung wird die Gegen-EMK VB erzeugt. Wenn die Spannung der Wechselstromversorgung 61 auf einen Wert ansteigt, der größer ist als die Gegen-EMK VB (bei Punkt A in der Figur), wird durch die Wechselstromversorgung 61 Strom bereitgestellt. Vor Punkt A fließt kein Strom aus der Wechselstromversorgung 61. Während der Periode zwischen Punkt A und Punkt B, in der die Spannung der Wechselstromversorgung 61 größer ist als die Gegen-EMK VB, bildet die Wechselstromversorgung 61, wenn der Schaltkreis 30 leitend ist, einen Stromkreis mit dem AC/DC-Wandler 20, dem Schaltkreis 30 und der Induktivität des Energiesparstromkreises 50d, um die Induktivität L zu laden. Wenn der Schaltkreis 30 nichtleitend ist, bildet die Induktivität 12 einen Stromkreis mit dem zweiten Kondensator C2 und der Diode D zum Entladen. Nach dem vollständigen Aufladen liefert der zweite Kondensator C2 eine negative Spannung an die H-Brückentreiberschaltung. Wenn der Schaltkreis 30 erneut leitend ist, lädt die Wechselstromversorgung 61 die Induktivität L, und der zweite Kondensator C2 bildet einen Entladestromkreis mit der H-Brückentreiberschaltung und dem BLDC-Motor, um den Betrieb des Motors aufrecht zu erhalten. Wenn der Schaltkreis 30 erneut nichtleitend ist, entlädt sich die Induktivität L ähnlich wie vorstehend beschrieben über den zweiten Kondensator C2 und die Diode, und der zweite Kondensator C2 liefert nach den vollständigen Laden eine negative Spannung.
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Verglichen mit dem Energiesparstromkreis 50c ändert der Energiesparstromkreis 50d in dieser Ausführungsform die Polarität der Spannungsausgabe durch den ersten und den zweiten Ausgangsanschluss 51 und 52 durch eine Änderung der Position und Polarität ihrer Elemente, so dass die Strom- oder Leistungswandlungsschaltung 50d für den Motor geeignet ist, der eine umgekehrte Polarität erfordert.
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Da der Schaltkreis 30 abwechselnd leitend und nichtleitend ist, wird ähnlich auch die Zeitspanne des Ladens der Wicklung des Motors verkürzt, weshalb die in der Wicklung gespeicherte Energie verringert wird und die Entladung der Wicklung rasch beendet werden kann. Dadurch wird die negative Leistung verringert, was die effektive Ausgangsleistung des Motors verbessert und den Stromverbrauch des Stromnetzes verringert, so dass der Wirkungsgrad vergrößert wird.
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Es versteht sich, dass die Diode D alternativ zwischen den zweiten Ausgangsanschluss 52 und den zweiten Gleichstromanschluss 24 geschaltet sein kann, wobei die Anode der Diode D mit dem zweiten Gleichstromanschluss 24 und die Kathode der Diode D mit dem zweiten Ausgangsanschluss 52 verbunden ist. Ferner kann der Schaltkreis 30 zwischen den zweiten Gleichstromanschluss 24 und die Energiesparschaltung 50d geschaltet sein.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element oder Merkmal vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente oder Merkmale vorhanden sind.
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Bestimmte Merkmale der Erfindung, die der Klarheit halber im Zusammenhang mit separaten Ausführungsformen beschrieben wurden, können auch in nur einer Ausführungsform kombiniert sein. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die der Kürze halber in einer Ausführungsform beschrieben wurden, ebenso separat oder in geeigneten Unterkombinationen vorhanden sein.
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Wenngleich vorliegende Erfindung anhand einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass innerhalb des Schutzrahmens der Erfindung, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist, verschiedene Modifikationen möglich sind.
