JP2005504949A

JP2005504949A - 変速モータを制御するための方法及び装置

Info

Publication number: JP2005504949A
Application number: JP2003520051A
Authority: JP
Inventors: ベセラ，ロジャー・シー; ファン・デア・デューム，ダーク; ブラットリ，マーク・エー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2002-02-11
Publication date: 2005-02-17
Also published as: CN1476659A; KR20040028649A; WO2003015244A1; EP1417743A1; US6456023B1

Abstract

【課題】コントローラと、コントローラに電気的に結合されたインタフェースボードとを含む気動システムを使用して電子整流モータ（ＥＣＭ）を制御する。
【解決手段】ＥＣＭはインタフェースボードに電気的に結合されている。ＥＣＭは、ＥＣＭプログラムを有するモータコントローラを含み、インタフェースボードはモード信号回路と、タップ信号回路とを含む。方法はインタフェースボードへ制御信号を送信することと、信号をＥＣＭを制御するのに適する信号に翻訳することと、翻訳された信号に基づいてＥＣＭを動作させることとを含む。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に電子整流モータ（ＥＣＭ）に関し、特に電子整流モータを制御するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの周知の送風機モータは単一の速度で動作するように設計されている。しかし、低速での動作にはエネルギー節約という利点があり、また、高速では高い静圧を克服する必要があるため、暖房システム、換気システム及び空調システム（ＨＶＡＣシステム）などの気動システムに含まれる送風機モータは広い範囲にわたる速度で動作する場合が多い。従って、周知の標準インダクションモータより変速電子整流モータのほうが効率の面ですぐれているので、ＨＶＡＣシステムなどの気動システムはＥＣＭを含んでいることが多い。通常、気動システムのコントローラ回路はＥＣＭとは異なる電圧レベルで動作し、ＥＣＭと通信するためにはコントローラに電気的インタフェースが必要である。そのようなインタフェースは、通常、モータ速度を絶えず調整することにより、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用してＥＣＭを制御する。そのようなインタフェースはＰＷＭを使用して通信するため、多くの場合、インタフェースは複雑であり、高価である。
【発明の開示】
【０００３】
本発明の１つの面においては、コントローラと、気動システムコントローラに電気的に結合されたインタフェースボードとを含む気動システムを使用して電子整流モータ（ＥＣＭ）を制御する方法が提供される。ＥＣＭはインタフェースボードに電気的に結合されている。ＥＣＭは、ＥＣＭプログラムを有するモータコントローラを含み、インタフェースボードはモード信号回路と、タップ信号回路とを含む。方法はインタフェースボードへ制御信号を送信することと、信号をＥＣＭを制御するのに適する信号に翻訳することと、翻訳された信号に基づいてＥＣＭを動作させることとを含む。
【０００４】
本発明の別の面においては、ＥＣＭを制御するシステムが提供される。システムはコントローラと、コントローラに電気的に接続されたインタフェースボードと、インタフェースボードに電気的に接続されたＥＣＭとを具備する。システムは、インタフェースボードへ制御信号を送信し、信号をＥＣＭにより受信されるのに適する信号に翻訳し、翻訳された信号に基づいてＥＣＭを動作させるように構成される。
【０００５】
本発明の更に別の面においては、ＥＣＭを制御するためのインタフェースボードが提供される。インタフェースボードはＥＣＭ及びコントローラに電気的に結合されている。インタフェースボードはモード信号回路と、タップ信号回路と、モード信号回路及びタップ信号回路に電気的に接続された調整回路とを具備する。インタフェースボードはコントローラから制御信号を受信し、それらの信号をＥＣＭを制御するのに適する信号に翻訳するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、電子整流モータ（ＥＣＭ）１２を制御するために使用される気動制御システム１０のブロック線図である。システム１０は住居用暖房制御システム、換気制御システム及び空調制御システム（ＨＶＡＣ制御システム）、軽工業用ＨＶＡＣ制御システム、又はクリーンルームフィルタリング制御システムなどの気動制御システムである。システム１０はシステムコントローラ１６、例えば、ＨＶＡＣシステムコントローラに電気的に結合されたインタフェース回路１４と、メインユニット１８、例えば、ＨＶＡＣユニットとを含む。メインユニット１８は構成要素２０と、ＥＣＭ１２とを含む。一実施例では、ＥＣＭ１２は送風機モータである。モータ１２は、マイクロプロセッサ（図示せず）及びＥＣＭプログラムを内蔵するメモリ（図示せず）を含むモータコントローラ２２を含む。一実施例では、システムコントローラ１６はサーモスタット２４に接続されている。サーモスタット２４は低レベル暖房、高レベル暖房、冷房、除湿及びファン連続運転などの複数の設定又はモードを含む。更に、サーモスタット２４は所定の空間又は場所における温度を測定し、測定された温度を表す電気信号をシステムコントローラ１６へ送信する。システムコントローラ１６はインタフェース回路１４を介してメインユニット１８を制御する。インタフェース回路１４はシステムコントローラ１６から入力電圧信号の形態をとる制御信号を受信し、それらの信号をＥＣＭ１２を制御するのに適する信号に翻訳する。翻訳された信号は送風機モータ１２へ送信され、送風機モータ１２のトルクは調整された電圧出力に従って変化する。
【０００７】
これに代わる実施例においては、インタフェース回路１４はサーモスタット２４に電気的に接続されるのではなく、手動コントローラ２６及びもう１つの送風機モータ２８に電気的に接続される。手動コントローラ２６及び送風機モータ２８がインタフェース回路１４に接続されている場合、ユーザはオン／オフスイッチを使用して送風機モータ１２を選択的に動作させることが可能である。そのような実施例では、システムコントローラ１６は送風機モータ１２の動作を制御しない。
【０００８】
図２は、入力端子４２及び４４と、電圧調整回路４６と、単極単投スイッチ４８と、タップ信号回路５０、すなわち、デジタル論理回路と、閾値比較回路５４と、モード信号回路５６、すなわち、比較器回路と、コネクタ５８及び６０とを含むインタフェース回路１４の概略電気回路図である。入力端子４２及び４４は接続点６２で電圧調整回路４６に接続されている。接続点６２はダイオード６４及び６６に接続され、ダイオード６４は単極単投スイッチ４８に直接に結合されている。ダイオード６６は接続点６８に結合され、接続点６８は単極単投スイッチ４８及び閾値比較回路５４に順番に接続されている。入力端子４２はコネクタ６０にも接続されている。
【０００９】
電圧調整回路の出力端子７０は接続点７２で単極単投スイッチ４８に接続されている。更に、電圧調整回路の出力端子７０は接続点７６で抵抗器７４に接続されている。接続点７６は単極単投スイッチ４８及びＡＮＤゲート７８にも結合されている。ＡＮＤゲートの入力端子８０はモード信号回路５６に接続され、出力端子７０は閾値比較回路５４に接続されている。電圧調整回路４６は接続点８２で補助インジケータ回路５２に接続され、補助インジケータ回路５２はコネクタ６０に接続されている。
【００１０】
単極単投スイッチ４８の複数の出力端子８４、８６及び８８はタップ信号回路５０に接続されている。閾値比較回路の出力端子９０及び９２もタップ信号回路５０に接続されている。タップ信号回路の出力端子９４及び９６はコネクタ６０に接続されている。コネクタ５８はコネクタ６０、比較器回路５６、ダイオード９８及び接地端子１００に接続されている。
【００１１】
電圧調整回路の出力端子７０は接続点７２で結合された単極単投スイッチ４８の３つの入力線に接続されている。一実施例では、スイッチ４８は接地点に電気的に結合された２つの線路を含む。線路８４、８６及び８８は、１つの線路がコネクタ６０に結合され且つ１つの線路が接続点７６でＡＮＤゲート７８の入力端子に結合されるように、タップ信号回路５０に接続されている。スイッチ４８は、所定の組み合わせの電圧信号がタップ信号回路５０に入力されるようにスイッチ４８を「プログラム」するために、トグルスイッチにより手動操作で設定されることが可能である。具体的には、９種類の組み合わせの信号をタップ信号回路５０に入力することが可能である。
【００１２】
システムコントローラ１６（図１に示す）がサーモスタット２４（図１に示す）に接続されている場合、モータ１２（図１に示す）は複数のモード、すなわち、低レベル暖房、高レベル暖房、冷房、除湿及びファン連続運転の各モードを切り替えるために、サーモスタット制御線ＥＭ、Ｗ１、Ｙ１、Ｏ及びＧを使用する。そこで、所望のトルク及び定数がモータコントローラ２２（図１に示す）に含まれるテーブル（図示せず）にプログラムされる。更に、テーブルに含まれる様々に異なるトルク値のいずれかを選択し、それにより、適用用途における様々に異なる気流を発生させるために、ＨＥＡＴ、ＣＯＯＬ及びＡＤＪＵＳＴの各タップと、Ｙ２線路が使用される。
【００１３】
例えば、冷房モード線路Ｙ２が起動された場合、ＣＯＯＬタップ設定と冷房モード線路Ｙ２の組み合わせがモータ１２に加えられるトルクの量を判定する。除湿モードは、モータ１２が冷房モードにあることが選択され且つ線路Ｏが起動されたときにトリガされる。トルクの量は冷房モードの特定の設定によって決まる。ファン連続運転モードは、線路Ｇが起動され且つ他の信号が存在しないときにトリガされる。その場合、トルクレベルはＣＯＯＬタップの位置のみにより判定される。低レベル暖房モードは線路ＥＭを使用して起動され、トルク出力はＨＥＡＴタップ及びＡＤＪＵＳＴタップにより選択される。高レベル暖房モードはトルクを選択するためにＨＥＡＴタップ及びＡＤＪＵＳＴタップを使用し、線路Ｗにより起動される。
【００１４】
モード信号回路５６は、接続点１０８で接続された複数の比較器１０２、１０４及び１０６を含む。接続点１０８は閾値比較回路５４にも接続されている。モード信号回路５６は３つの出力端子１１０、１１２及び１１４を有する。出力端子１１０は、ＡＮＤゲートの入力端子８０に接続された接続点１１６に接続されている。接続点１１６はダイオード１１８にも接続されている。ダイオード１１８は接続点１２０に接続されている。接続点１２０はダイオード９８及び１１８をコネクタ６０に接続する。出力端子１１２及び１１４はコネクタ６０に接続されている。正の半波整流２４ＶＡＣ信号は入力端子４２及び４４へ送信され、電圧は、モード信号回路５６に連続安定電圧が供給されるように電圧調整回路４６により調整される。
【００１５】
モード信号回路５６は、後にモータ１２へ直接に送信される所望の出力を供給する組合せ論理回路である。線路１２２はコネクタ６０まで伸び、２４ＶＡＣが存在し且つ線路Ｙ２が起動されたときに除湿モードをトリガする。ダイオード９８及び１１８は入力線１２４及び出力線１１０に対してＯＲゲートとして機能し、これは入力線１２４及び出力線１１０の双方に対して、コネクタ６０に至る同じ制御線を使用するために必要である。ファン連続運転モードに入るために正の半波整流信号がモータ１２をトリガする線路Ｇ上で送信されるように、２４ＶＡＣ信号はダイオード９８により整流される。出力線１１０の信号がハイである場合、線路Ｇは連続してハイであり、冷房又は除湿モードがトリガされる。
【００１６】
タップ信号回路５０はシステム１０（図１に示す）の気流設定又はタップを制御する。タップ信号回路５０は、複数の二重インラインパッケージ（ＤＩＰ）スイッチを含む単極単投スイッチ４８を含む。タップ信号回路５０は論理回路を更に含み、論理回路はＯＲゲート１３０、１３２、１３４、１３６及び１３８と、ＡＮＤゲート１４０、１４２、１４４、１４６、１４８、１５０及び１５２とを含む。論理回路はスイッチ４８の設定を解釈し、所望の出力をモータ１２へ送信する。ＣＯＯＬタップ出力は、正と負の２４Ｖ半波整流ＡＣ信号の適切な組み合わせを発生するために、スイッチ４８の中の２つのＤＩＰスイッチを使用する。ＡＤＪＵＳＴタップ及びＨＥＡＴタップの場合には、タップを選択するために、タップに電流が供給されないか、あるいはＡＣ入力４２と同相の方形波、ＡＣ入力４２に対して１８０°位相が外れている方形波又は定電圧がタップに供給される。
【００１７】
同相方形波及び位相外れ方形波は、タップ信号回路５０に含まれる比較器回路を使用して発生される。方形波はＡＮＤゲート１６０、１６４、１６８及び１７２へ送信される。ＡＮＤゲート１６０、１６４、１６８及び１７２は論理回路（図示せず）からの連続する「オン」又は「オフ」出力信号を更に受信する。ＡＮＤゲート１６０、１６４、１６８及び１７２の出力は、出力９４及び９６を制御するために、ＯＲゲート１７６及び１８０へ送信される。例えば、ＡＣ入力４２に対して１８０°位相が外れている方形波によってＨＥＡＴタップを発生するために、ＡＮＤゲート１７２のピン２は連続してハイに保持され、且つＡＮＤゲート１６８のピン６は連続してローに保持される。従って、ＨＥＡＴタップで位相外れ方形波が発生されると考えられ、ＥＣＭ１２は低レベル暖房モード又は高レベル暖房モードに適するトルク設定を使用するように信号で報知される。
【００１８】
別の実施例では、インタフェース回路１４は、ＥＣＭ１２の補助出力端子（図示せず）に接続されたＬＥＤ１８８を含む補助インジケータ回路又は補助フィードバック回路１８４を含む。ＥＣＭ１２はモータトルクを指示するために補助出力を使用するようにプログラムされている。ＥＣＭ１２は、出力パルスが望まれるときに起動されるオプトカプラ（図示せず）を含む。その結果、ＬＥＤ１８８の陰極は接地されるため、ＬＥＤ１８８は発光する。特に、プログラムは複数のブリンク群により、すなわち、３ｏｚ．−ｆｔ．のトルクごとに１つのブリンクによりトルクを指示する。例えば、１５ｏｚ．−ｆｔ．のトルクはＬＥＤ１８８を連続して５回明滅させ、その後に休止があり、再び連続して５回明滅させることを繰り返すであろう。
【００１９】
図３は、図１に示すシステム１０の動作を示すフローチャート２００である。一実施例では、サーモスタットが特定の空間又は場所の内部の温度を監視し、監視された温度を表す信号をコントローラへ送信する（２０４）。次に、コントローラはインタフェースボードの入力端子に正の半波整流２４ＶＡＣ信号を供給し（２０８）、それにより、信号はインタフェースの電圧調整回路により調整される（２１２）。電圧信号を調整することにより、モード信号回路に連続安定電圧信号が供給される（２１６）。モード信号回路は連続安定電圧信号をモード指令信号に翻訳し（２２０）、調整されたモード指令信号をＥＣＭへ送信する（２２４）。タップ信号回路は、複数の二重インラインパッケージ（ＤＩＰ）スイッチを含むスイッチを含む。調整された信号をモード信号回路に供給するのに加えて、調整回路は連続安定電圧信号をタップ信号回路のスイッチに供給する（２２８）。ＤＩＰスイッチの設定に基づいて、タップ信号回路は連続安定電圧信号をタップ指令信号に翻訳し（２３２）、タップ指令信号をＥＣＭへ送信する（２３６）。モード指令信号及びタップ指令信号を受信すると、モータコントローラはモータコントローラに格納されているテーブル及びＥＣＭプログラムを利用して、モード指令信号及びタップ指令信号を解釈し（２４０）、それに従ってＥＣＭのトルクの量を変化させる（２４４）。
【００２０】
本発明を様々な特定の実施例によって説明したが、特許請求の範囲の趣旨の範囲内で本発明を変形を伴って実施できることは当業者には認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】電子整流モータを制御するために使用される気動制御システムの一例のブロック線図。
【図２】図１に示す制御システムと共に使用される電気インタフェースの概略電気回路図。
【図３】図１に示す気動制御システムの動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２２】
１０…気動制御システム、１２…電子整流モータ（ＥＣＭ）、１４…インタフェース回路、１６…システムコントローラ、１８…メインユニット、２２…モータコントローラ、２４…サーモスタット、２６…手動コントローラ、２８…送風機モータ、４６…電圧調整回路、４８…単極単投スイッチ、５０…タップ信号回路、５２…補助インジケータ回路、５４…閾値比較回路、５６…モード信号回路、５８、６０…コネクタ、１８４…補助インジケータ回路、１８８…発光ダイオード（ＬＥＤ）

Claims

コントローラと、前記コントローラに電気的に結合され、モード信号回路及びタップ信号回路を含むインタフェースボードとを含む気動システムを使用して、前記インタフェースボードに電気的に結合され、ＥＣＭプログラムを有するモータコントローラを含む電子整流モータ（ＥＣＭ）を制御する方法において、
前記インタフェースボードへ制御信号を送信することと、
制御信号を前記ＥＣＭを制御するための信号に翻訳することと、
翻訳された信号に基づいて前記ＥＣＭを動作させることとから成る方法。
前記気動システムはサーモスタットを更に含み、前記インタフェースボードへ制御信号を送信することは、
前記サーモスタットから前記コントローラへ信号を送信することと、
前記コントローラから前記インタフェースボードへ制御信号を送信することとを含む請求項１記載の方法。
制御信号を翻訳することは、
前記インタフェースボードに正の半波整流２４ＶＡＣ信号を供給することと、
半波整流２４ＶＡＣ信号を調整することと、
前記モード信号回路に連続安定電圧信号を供給することとを含む請求項１記載の方法。
制御信号を翻訳することは、
モード信号回路を利用して、連続安定電圧信号をモード指令信号に翻訳することと、
モード指令信号を前記ＥＣＭへ送信することとを更に含む請求項３記載の方法。
前記タップ信号回路は、複数の二重インラインパッケージ（ＤＩＰ）スイッチを含むスイッチを含み、制御信号を翻訳することは、前記スイッチに連続安定電圧信号を供給することを更に含む請求項４記載の方法。
制御信号を翻訳することは、
前記タップ信号回路を利用して、前記ＤＩＰスイッチの設定に基づいて連続安定電圧信号をタップ指令信号に翻訳することと、
タップ指令信号を前記ＥＣＭへ送信することとを更に含む請求項５記載の方法。
翻訳された信号に基づいて前記ＥＣＭを動作させることは、
ＥＣＭプログラムを利用してモード指令信号を解釈することと、
ＥＣＭプログラムを利用してタップ指令信号を解釈することと、
解釈されたモード指令信号及びタップ指令信号に基づいて前記ＥＣＭのトルクを制御することとを含む請求項６記載の方法。
前記インタフェースボードは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む補助インジケータ回路を更に含み、前記ＥＣＭを動作させることは、前記ＥＣＭのトルク出力を指示するために前記ＬＥＤをパルス動作させることを更に含む請求項１記載の方法。
前記気動システムは、前記インタフェースボードに電気的に結合された手動コントローラを更に含み、前記インタフェースボードへ制御信号を送信することは、前記手動コントローラから前記インタフェースボードへ制御信号を送信することを含む請求項１記載の方法。
電子整流モータ（ＥＣＭ）を制御するシステムにおいて、
気動システムコントローラと、
前記コントローラに電気的に結合されたインタフェースボードと、
前記インタフェースボードに電気的に接続されたＥＣＭとを具備するシステム。
前記システムは、指定された空間内で温度を監視し且つ監視された温度に基づいて前記コントローラへ信号を送信するように構成されたサーモスタットを更に具備する請求項１０記載のシステム。
前記コントローラは、前記サーモスタットから受信される信号に基づいて前記インタフェースボードに正の半波整流２４ＶＡＣ信号を供給するように構成される請求項１０記載のシステム。
前記インタフェースボードは調整回路と、モード信号回路と、タップ信号回路とを具備し、前記調整回路は、２４ＶＡＣ信号を調整し且つ連続安定電圧信号を前記モード信号回路に供給するように構成される請求項１０記載のシステム。
前記ＥＣＭはモータコントローラを具備し、前記モータコントローラはＥＣＭプログラムを具備し、前記モード信号回路は、連続安定電圧信号をモード指令信号に翻訳し且つ前記モードコントローラへモード指令信号を送信するように構成される請求項１３記載のシステム。
前記タップ信号回路は、複数の二重インラインパッケージ（ＤＩＰ）スイッチを具備するスイッチを具備し、前記調整回路は、前記スイッチに連続安定電圧信号を供給するように更に構成される請求項１３記載のシステム。
前記タップ信号回路は、連続安定電圧信号を前記ＤＩＰスイッチの設定に基づいてタップ指令信号に翻訳するように構成され、前記タップ信号回路は、前記モータコントローラへタップ指令信号を送信するように更に構成される請求項１５記載のシステム。
前記モータコントローラは、前記ＥＣＭプログラムを利用してモード指令信号及びタップ指令信号を解釈し、且つモード指令信号及びタップ指令信号の解釈に基づいて前記ＥＣＭのトルクを制御するように構成される請求項１４記載のシステム。
前記システムは、前記インタフェースボードに電気的に結合された手動コントローラを更に具備し、前記手動コントローラは、前記ＥＣＭを制御するために信号を前記インタフェースボードへ送信するように構成される請求項１０記載のシステム。
前記インタフェースボードは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を具備する補助インジケータ回路を更に具備し、前記補助インジケータ回路は、前記ＥＣＭのトルク出力を指示するために前記ＬＥＤをパルス動作させるように構成される請求項１０記載のシステム。
前記気動システムコントローラは暖房システムコントローラ、換気システムコントローラ及び空調システムコントローラである請求項１０記載のシステム。
電子整流モータ（ＥＣＭ）及びコントローラに電気的に結合され、ＥＣＭを制御するためのインタフェースボードにおいて、
モード信号回路と、
タップ信号回路と、
前記モード信号回路及び前記タップ信号回路に電気的に結合された調整回路とを具備するインタフェースボード。
前記コントローラは気動システムコントローラであり、前記インタフェースボードは前記コントローラから正の半波整流２４ＶＡＣ信号を受信するように構成される請求項２１記載のインタフェースボード。
前記調整回路は、２４ＶＡＣ信号を調整し且つ連続安定電圧信号を前記モード信号回路に供給するように構成される請求項２１記載のインタフェースボード。
前記ＥＣＭはモータコントローラを含み、前記モード信号回路は、連続安定電圧信号をモード指令信号に翻訳し、且つモード指令信号を前記モータコントローラへ送信するように構成される請求項２１記載のインタフェースボード。
前記タップ信号回路は、複数のＤＩＰスイッチを有するスイッチを具備し、前記調整回路は前記スイッチに連続安定電圧信号を供給するように構成される請求項２１記載のインタフェースボード。
前記タップ信号回路は、前記ＤＩＰスイッチの設定に基づいて連続安定電圧信号をタップ指令信号に翻訳するように構成され、前記タップ信号回路は、タップ指令信号を前記モータコントローラへ送信するように更に構成される請求項２５記載のインタフェースボード。
前記コントローラは手動コントローラであり、前記インタフェースボードは、前記ＥＣＭを制御するために前記手動コントローラから制御信号を受信するように構成される請求項２１記載のインタフェースボード。
発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む補助インジケータ回路を更に具備し、前記補助インジケータ回路は、前記ＥＣＭのトルク出力を指示するために前記ＬＥＤをパルス動作させるように構成される請求項２１記載のインタフェースボード。